Факультет:Физика/Общая физика/Предмет физики

Это вводное занятие. Данное занятие посвящено раскрытию понятия физика, предмету изучения физики. Вводятся понятия физической величины, системы единиц. В конце занятия даны задания.

Что изучает физика

Фи́зика — область естествознания, наука, изучающая наиболее общие и фундаментальные закономерности, определяющие структуру и эволюцию материального мира. Более просто, физика — это наука о природе в самом общем смысле. Законы физики лежат в основе всего естествознания. Физика изучает вещество (материю) и энергию, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи. Физические законы являются общими для всех материальных систем, поэтому физику можно называют «фундаментальной наукой».

Термин «физика» впервые появился в сочинениях Аристотеля. Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимичны, поскольку обе дисциплины пытаются объяснить законы функционирования Вселенной. Однако в результате научной революции XVI века физика выделилась в отдельное научное направление.

В основе своей физика — экспериментальная наука: все её законы и теории основываются и опираются на опытные данные. Однако зачастую именно новые теории являются причиной проведения экспериментов и, как результат, лежат в основе новых открытий. Поэтому принято различать экспериментальную и теоретическую физику.

Экспериментальная физика исследует явления природы в заранее подготовленных условиях. В ее задачи входит обнаружение ранее неизвестных явлений, подтверждение или опровержение физических теорий. Именно несогласие с результатом эксперимента является критерием ошибочности физической теории, или более точно, неприменимости теории к нашему миру. Обратное утверждение не верно: согласие с экспериментом не может быть доказательством правильности (применимости) теории. То есть главным критерием жизнеспособности физической теории является проверка экспериментом. Эта очевидная сейчас роль эксперимента была осознана лишь Галилеем и более поздними исследователями, которые делали выводы о свойствах мира на основании наблюдений за поведением предметов в специальных условиях, то есть ставили эксперименты. Заметим, что это совершенно противоположно, например, подходу древних греков: источником истинного знания об устройстве мира им казалось лишь размышление, а «чувственный опыт» считался подверженным многочисленным обманам и неопределённостям, а потому не мог претендовать на истинное знание.

В задачи теоретической физики входит формулирование общих законов природы (физических теорий) и объяснение на основе этих законов различных явлений, а также предсказание до сих пор неизвестных явлений. Верность любой физической теории проверяется экспериментально: если результаты эксперимента совпадают с предсказаниями теории, она считается адекватной (достаточно точно описывающей данное явление). Теоретическая физика — способ познания природы, при котором тому или иному кругу природных явлений сопоставляется какая-либо математическая модель.

Продуктом теоретической физики являются физические теории. Поскольку теоретическая физика работает именно с математическими моделями, крайне важным требованием является математическая непротиворечивость завершенной физической теории. Вторым обязательным свойством (отличающим теоретическую физику от математики) является возможность получать внутри теории предсказания для поведения природы в тех или иных условиях (то есть предсказания для экспериментов) и, в тех случаях, где результат эксперимента уже известен, давать согласие с экспериментом. Это главные критерии построения физической теории.

Физические теории имеют свои границы применимости, и если они не в состояние описать существующие экспериментальные данные, то значит в этих рамках они не применимы к реальности, и необходимо искать новые теории.

При изучении любого явления роль экспериментальной и теоретической физики одинаково важны.

В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Все то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров.

Физическое понимание процессов, происходящих в природе, постоянно развивается. Большинство новых открытий вскоре получают применение в технике и промышленности. Однако новые исследования постоянно поднимают новые загадки и обнаруживают явления, для объяснения которых требуются новые физические теории. Несмотря на огромный объём накопленных знаний, современная физика еще очень далека от того, чтобы объяснить все явления природы.

Вопросы к занятию

• Что изучает экспериментальная физика?
• Что изучает теоретическая физика?
• Что такое физическая теория?