§ 2. Фізичні теорії. Фізика як теоретична основа сучасної астрономії

Початкові відомості про фундаментальні фізичні теорії
Фізика як теоретична основа сучасної астрономії

ПОЧАТКОВІ ВІДОМОСТІ ПРО ФУНДАМЕНТАЛЬНІ ФІЗИЧНІ ТЕОРІЇ. Науковий експеримент дає можливість ученим відкривати фізичні закони.

Фізичний закон — опис співвідношень у природі, який виявляється за певних умов у експерименті (досліді).

Не всі закони фізики мають однакове наукове значення. У фізиці виокремлюють фундаментальні, часткові та закони фундаментального походження.

Фундаментальним, наприклад, є закон збереження енергії. Закони, які виконуються лише у певних обмежених умовах, називаються частковими. Це, наприклад, закон Гука, закон Ома. Закони, які можна математично вивести з фундаментальних, називають законами фундаментального походження.

Г. Галілей дав кількісний опис вільного падіння тіл на землю: швидкість вільного падіння не залежить від їхньої маси. Разом з тим він не зміг дати відповідь на запитання, чому тіла падають. Ісаак Ньютон, основоположник фундаментальної фізичної теорії, висловив гіпотезу, згідно з якою причиною падіння тіл на Землю є всесвітнє тяжіння. Ньютоном була створена, як побачимо далі, класична теорія всесвітнього тяжіння.

Сукупність законів, що описують широке коло явищ, називають науковою теорією.

Наприклад, закони Ньютона становлять зміст однієї з перших фізичних теорій — класичної механіки. Зміст класичної теорії електромагнетизму утворюють закони, сформульовані англійськими фізиками М. Фарадеєм і Дж. Максвеллом.

Теорія (грец. theoria — дослідження, спостереження) — це система фізичних знань, яка дає цілісне, системне відображення закономірних і сутнісних зв’язків між певними фізичними явищами і є структурним елементом фізичної картини світу.

У фізиці розглядаються такі фізичні теорії: класична механіка, молекулярно-кінетична теорія, статистична фізика, електродинаміка тощо.

Будь-яка теорія побудована за таким принципом: встановлюється основа теорії (спостережувані явища, ідеалізована модель, фізичні величини) формується ядро теорії (закони, принципи, постулати) наслідки теорії (межі дії теорії, передбачення нових процесів, практичне застосування).

Усі фізичні теорії пов’язані між собою і визначають структуру фізики як науки.

ФІЗИКА ЯК ТЕОРЕТИЧНА ОСНОВА СУЧАСНОЇ АСТРОНОМІЇ. Сучасну астрономію неможливо уявити без фізики, бо в астрономічних дослідженнях застосовують усі фундаментальні закони фізики і теорії, широко використовують методи фізики. Наприклад, закон всесвітнього тяжіння лежить в основі небесної механіки, а на закони геометричної оптики спираються під час розробки оптичних схем телескопів. Дослідження спектрального складу світла (спектральний аналіз) є основою астрофізики. За допомогою спектрального аналізу астрономи навчилися визначати не лише хімічний склад небесних тіл, а й температуру, швидкість руху, відстані до них та багато іншого.

Водночас вивчення Космосу дало змогу зробити багато важливих відкриттів. Наприклад, було виявлено невідомі раніше на Землі стани речовини й нові джерела енергії (зокрема, атомна енергія). Принцип інерції, відкритий Ґалілео Ґалілеєм, закон всесвітнього тяжіння Ісаака Ньютона й загальна теорія відносності Альберта Ейнштейна — усі ці відкриття були зроблені на підставі астрономічних даних. Легенда про яблуко, що впало на голову І. Ньютону й підштовхнуло його до виявлення закону всесвітнього тяжіння, красива. Але геніальній здогадці науковця передував ретельний аналіз руху Місяця навколо Землі.

А. Ейнштейн вважав, що інтелектуальні здобутки, без яких розвиток сучасної техніки неможливий, отримані переважно завдяки спостереженням зоряного неба.

Нині завдяки астрономії Всесвіт став для дослідників величезною науковою лабораторією, в якій відбувається пошук технічних і технологічних рішень на благо людини. Астрономія, спираючись на знання з фізики, здобуває фундаментальні знання про довкілля, збагачує фізику і хімію результатами досліджень речовини за таких фізичних умов (температура, тиск, магнітне поле тощо), які неможливо відтворити в земних лабораторіях.

Запитання для самоперевірки