Предмет физики. Фундаментальные физические теории (перечислить). Динамические и статистические законы

Физика — это наука о природе. Она изучает вещество (материю) и энергию, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.

«Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем, например, сохранение энергии, — такие свойства называют физическими законами».[10] Многие классы материальных систем подчиняются законам физики. Эта наука тесно связана с математикой. С ее помощью физические законы могут быть точно сформулированы. Так, физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем в других науках.

Хотя физика имеет дело с разнообразными системами, некоторые физические теории применимы в больших ее областях. Такие теории считаются основополагающими в данной науке и в целом верными при дополнительных ограничениях.

К ним относятся:

Ø Классическая механика. Основные разделы – законы Ньютона, Гидродинамика, механика сплошных сред, теория Хаоса, Лагранжева механика, Гамильтонова механика;

Ø Электромагнетизм. Разделы – электростатистика, электричество, магнетизм, уравнения Максвелла, магнитостатистика;

Ø Термодинамика и статистическая физика. Основные разделы – молекулярно-кинетическая теория, тепловая машина;

Ø Квантовая механика. Разделы – Уравнение Шрёдингера, интеграл Фейнмана, квантовая теория поля;

Ø Теория относительности. Разделы – специальная теория относительности, общая теория относительности.

Современная физика изучает огромнейшее количество различных процессов в природе. Процессы, протекающие вокруг, не всегда поддаются точному объяснению. В решении этой нелегкой задачи главную роль сыграло не только физическое толкование и применение физики, но и математическое. На динамических и статистических законах сегодня держится современная картина мира.

Динамические законы – это законы Ньютона, уравнения Максвелла, уравнения теории относительности. К динамическим относятся такие законы, как:

Классическая механика.

Это механическое состояние характеризует совокупность всех координат импульсов материальных точек, составляющих эту систему. Ее основная задача состоит в том, чтобы, зная начальное состояние системы и законов движения, определить состояние системы во все последующие моменты времени, то есть определить траектории движения частиц. Их можно определить с помощью дифференцированных уравнений движения. При этом исключается случайность, а определяется их поведение в прошлом, настоящем и будущем.

«В науке утвердилась точка зрения о том, что только динамические законы полностью отражают причинность в природе».2

Классическая равновесная термодинамика.

Она вводит две функции состояния: внутреннюю энергию и энтропию. С ее помощью устанавливаются связи между термодинамическими параметрами разных равновесных состояний.

Классическая электродинамика.

«В ней состояние электромагнитного поля задается значениями векторов напряженностей Е и Н и индукцией D и B электрических и магнитных полей».[11] Уравнения Максвелла позволяют для них определить величину электромагнитного поля в любой последующий момент времени.

Также к ним относят Уравнения Максвелла – это общие уравнения для электрических и магнитных полей в покоящихся средах. Их суть состоит в том, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле связано с порождаемым им магнитным, то есть электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом и образуют единое электромагнитное поле.

Из уравнений Максвелла следует, что «источниками электрического поля могут быть либо электрические заряды, либо изменяющиеся во времени магнитные поля, а магнитные поля могут возбуждаться либо движущимися электрическими зарядами (электрическими токами), либо переменными электрическими полями. Его уравнения не симметричны относительно электрического и магнитного полей».[12] Это связано с тем, что в природе существуют электрические заряды, но нет зарядов магнитных.

Уравнения теории относительности также относят к динамическим законам физики.

Статистические закономерности и законы используют теорию вероятностей. Это наука о случайных процессах.

Количественно случайные события оцениваются при помощи: статистической вероятности (достоверные и невозможные события можно рассматривать как частные случаи случайных событий), и классической (отношение числа элементарных событий к общему числу равнозначных событий).

К статистическим законам относятся:

Статистическая механика.

Состояние этой системы характеризуются не полным набором значений координат и импульсов всех частиц, а вероятностью того, что эти значения лежат внутри определенных интервалов. Так, состояние системы задается с помощью функции распределения, которая зависит от координат, импульсов всех частиц системы и от времени.