Успешное подключения к БД.

-------------------
Вы знаете, как устроен наш мир?



---Load files---
Совет: если изображения отображаются неправильно, попробуйте очистить кеш браузера!
Поиск на странице - нажмите "Ctrl+F", Поиск на сайте - поле ввода "Яндекс-Найти" на "шапке",
Поиск в интернете - 1) выделите текст, 2) нажмите правую клавишу мыши и 3) выберите поисковик.

С О Д Е Р Ж А Н И Е

------- Тимин В.А. (mail: timinva@yandex.ru) Дата последней загрузки: April 23 2018. -------
Ссылка на этот материал: metody_nauki.htm)
Механизм работы науки физики

Как работает наука

1      Механизм работы науки

Нельзя объять необъятное!
(Козьма Прутков)

(По материалам http://www.nnre.ru/nauchnaja_literatura_prochee/pjat_nereshennyh_problem_nauki/index.php)

Успех науки в изучении Вселенной складывается из наблюдений и выдвижения идей по объяснению результатов наблюдений. Такого рода взаимообмен именуют научным методом (см. рис.2).

Рис.2. Научный метод.

В ходе наблюдения то или иное явление воспринимается органами чувств при помощи приборов или без них. Если в естествознании наблюдения ведутся за множеством подобных предметов (например, атомов углерода), то науки о человеке имеют дело с меньшим числом различных субъектов (например, людей, пусть даже однояйцевых близнецов).

После сбора данных наш ум, стремясь их упорядочить, начинает строить образы или объяснения. В этом и заключается работа человеческой мысли. Данный этап именуют этапом выдвижения гипотезы. Построение общей гипотезы на основе полученных наблюдений ведется посредством индуктивного умозаключения, которое содержит обобщение и поэтому считается самым ненадежным видом умозаключения. И как бы ни пытались искусственно строить выводы, в рамках научного метода подобного рода деятельность ограничена, поскольку на последующих этапах гипотеза сталкивается с действительностью.

Зачастую гипотеза целиком или отчасти формулируется на языке, отличающемся от обиходной речи -  языке математики. Для приобретения математических навыков требуется приложить большие усилия, а несведущим в математике людям при объяснении научных гипотез понадобится перевод математических понятий на повседневный язык. К сожалению, при этом смысл гипотезы может существенно пострадать.

После построения гипотезу можно использовать для предсказания некоторых событий, которые должны произойти, если гипотеза верна. Такое предсказание выводится из гипотезы посредством дедуктивного умозаключения. Например, второй закон Ньютона гласит, что F = . Если m равно 3 единицам массы, а а — 5 единицам ускорения, то F должна равняться 15 единицам силы. Выполнение математических расчетов на данном этапе могут взять на себя вычислительные машины, работающие на основе дедуктивного метода.

Следующий этап — проведение опыта, чтобы выяснить, подтверждается ли предсказание, сделанное на предыдущем этапе. Некоторые опыты провести довольно просто, но чаще — крайне затруднительно. Даже имея сложное и дорогостоящее научное оборудование для получения весьма ценных данных, нередко бывает нелегко найти деньги для их приобретения, а затем запастись терпением, необходимым для обработки и осмысления огромного массива этих данных. Естествознание обладает преимуществом: здесь можно обособить изучаемый предмет, тогда как наукам о человеке и обществе приходится иметь дело с многочисленными переменными, зависящими от различных взглядов (пристрастий) многих людей.

После завершения опытов их результаты сверяются с предсказанием. Поскольку гипотеза носит общий, а экспериментальные данные — частный характер, то результат, когда опыт согласуется с предсказанием, не доказывает гипотезу, а лишь подтверждает ее. Однако если исход опыта не согласуется с предсказанием, определенная сторона гипотезы оказывается ложной. Эта черта научного метода, именуемая фальсифицируемостью (опровергаемостью), накладывает на гипотезы определенное жесткое требование. Как выразился Альберт Эйнштейн, «никаким количеством экспериментов нельзя доказать теорию; но достаточно одного эксперимента, чтобы ее опровергнуть».

Оказавшуюся ложной гипотезу необходимо каким-то образом пересмотреть, т. е. слегка изменить, основательно переработать или же вовсе отбросить. Крайне трудно бывает решить, какие изменения здесь уместны. Пересмотренным гипотезам предстоит снова проделать тот же путь, и либо они устоят, либо от них откажутся в ходе дальнейших сопоставлений предсказания с опытом.

Другая сторона научного метода, не позволяющая сбиться с пути, - воспроизведение. Любой наблюдатель с соответствующей выучкой и подобающим оснащением должен суметь повторить опыты или предсказания и получить сравнимые с точностью до допустимой ошибки результаты. Иначе говоря, науке свойственны постоянные перепроверки. Например, коллектив ученых из Национальной лаборатории им. Лоуренса Калифорнийского университета в Беркли пытался получить новый химический элемент, обстреливая свинцовую мишень мощным лучом ионов криптона и затем изучая полученные вещества. В 1999 году ученые объявили о синтезе элемента с порядковым номером 118.

Синтез нового элемента — это всегда важное событие. В данном случае его синтез мог подтвердить бытовавшие представления о стабильности тяжелых элементов. Однако ученые других лабораторий Общества по изучению тяжелых ионов (Дармштадт, Германия), Большого государственного ускорителя тяжелых ионов Кайенского университета (Франция) и Лаборатория атомной физики Физико — химического института Рикэн (Япония) - не смогли повторить синтез элемента 118. Расширенный коллектив лаборатории в Беркли повторил опыт, но ему также не удалось воспроизвести полученные ранее результаты. В Беркли перепроверили исходные экспериментальные данные посредством программы с видоизмененным кодом и не сумели подтвердить наличия элемента 118. Пришлось отзывать свою заявку. Данный случай свидетельствует, что научный поиск бесконечен.

Порой наряду с опытами перепроверяются и гипотезы. В феврале 2001 года Брукхэйвенская национальная лаборатория в Нью-Йорке сообщила об опыте, в котором магнитный момент мюона (подобно электрону отрицательно заряженной частицы, но значительно более тяжелой) слегка превышает величину, предопределенную стандартной моделью физики элементарных частиц).  А поскольку предположения стандартной модели о многих иных свойствах частиц очень хорошо согласовывались с опытными данными, такое расхождение по поводу величины магнитного момента мюона разрушало основу стандартной модели.

Предсказание магнитного момента у мюона стало следствием сложных и долгих расчетов, независимо проведенных учеными в Японии и Нью-Йорке в 1995 году. В ноябре 2001 года эти расчеты повторили французские физики, которые обнаружили ошибочный отрицательный знак у одного из членов уравнения и разместили свои результаты в Интернете. В итоге Брукхэйвенская группа перепроверила собственные вычисления, признала ошибку и опубликовала исправленные результаты. В итоге удалось сократить расхождение между предсказанием и опытными данными. Стандартной модели вновь удалось выдержать испытания, которые ей готовит непрекращающийся научный поиск.

2      Практическое применение математики

Известно крылатое выражение «В науке столько науки, сколько в ней математики». Современная наука уже немыслима без применения математических методов. Подавляющая часть работ, за которые авторы получили Нобелевские премии по различным научным направлениям, основана на содержательном использовании математических методов. Жаль, что за результаты в математике не дают эту премию.

Математические методы дают мощный инструмент для глубокого анализа физической модели. Поэтому они оказываются востребованными как на передовом крае научных исследований, так и при решении практических задач. Мощным фактором практического использования математических моделей явилось развитие инструментальных средств – вычислительной техники и средств передачи данных. Стремительный прогресс вычислительной техники позволил оперативно осуществлять большие объемы расчетов и реализовать сложные алгоритмы обработки данных, присущие физико-математическим методам. Разработаны специализированные пакеты прикладных программ, с помощью которых осуществляются сложные многовариантные расчеты. Не менее важным оказалось развитие средств коммуникации и передачи данных, которое значительно расширило информационную базу. Современные информационные технологии стали неотъемлемым элементом практической реализации физико-математических методов. Если раньше стояла проблема недостатка или недоступности информации, то сейчас более существенную роль играет отсев ненужной информации и выбор необходимых данных из огромного моря доступной информации.

Часто в околонаучных кругах возникает вопрос: а нужна ли математика для для понимания законов Природы? Может, необходимо отказаться от математики? Может математика не является тем самым супер инструментом, помогающим и стоящим в во главе нашего научного видения мира? Может человечество когда то найдёт более продвинутую науку, в которой всё будет более понятным? Конечно, нет. Математика - это просто механизм для манипуляции фактами, гипотезами, закономерностями, при помощи которого можно делать логические выводы. Вся математика подчиняется одному правилу - одни последовательности символов можно менять на другие последовательности символов. Если мы хотим оставаться в рамках именно научного познания, и текущая математика перестанет нас удовлетворять, то просто появится новая математика. Так было уже неоднократно. Альтернатива вообще то есть – это религия. Вера в Творца.

Основными объектами математики являются определения объектов конкретной теории множества, отображения (функции, операции, …) между множествами и/или их подмножествами (элементами, объектами), ее аксиомы (исходные истинные высказывания, постулаты, …) и теоремы (леммы, следствия, …) из них, правила вывода новых теорем. Предметом математики могут быть как конкретные теории, так и наиболее общие математические объекты – множества (классы, категории), отображения, высказывания и их наиболее общие свойства. Теория, в которой заданы множество и операции над ее элементами, называется алгеброй. Есть алгебра множеств, алгебра отображений, алгебра высказываний. Есть много других алгебр.

Кстати, любое отношение порядка (см. далее) между конкретными множествами, подмножествами и их элементами, в т.ч. полная запись любой операции типа a · b = c, есть логическое высказывание. Но это высказывание не является знанием, а только истинным или ложным фактом. Знанием являются обобщающие высказывания типа "если A, то B", где A и B – другие обобщающие высказывания. Элементарными обобщающими высказываниями являются высказывания типа "для любого x верно A", "существует x, что верно B".

Полезность использования математических теории (множеств и других различных алгебр) в практическом физическом приложении определяется успешностью биекции объектов изучаемого физического объекта и/или его свойств на эти множества и алгебры. Тип множества и алгебры в этом случае имеет классифицирующий признак для теории.

Практика показывает, что в различных областях естественных наук иногда применяются совершенно противоположные, взаимоисключающие с математической точки зрения модели. Имеется целое море или даже океан различных математических теорий. Некоторые из них являются частью других, некоторые частично пересекаются и отличаются в остальном. И это является правилом. Единственное, что можно сказать о теориях – их противоречивость и богатство следствиями. А также их полнота – способность доказать или опровергнуть любое допустимое в ней высказывание.

Противоречивые теории не имеют шансов на применение. Но противоречащию друг другу теории имеют право на совместное существование. Можно сказать, что любые математические теории, даже несовместимые, могут найти себе применение в естественных науках.  Даже если они противоречат "здравому" смыслу.

3      Мой взгляд

Теперь несколько слов о своем взгляде на Материю-Пространство-Время. Имеется четыре различных подхода к свойствам пространства, времени, материи и их взаимодействиям: 1) галилеев; 2) ньютонов (в т.ч. расширенный); 3) СТО Эйнштейна 4) ОТО Эйнштейна, и три подвида каждого из них – а) дискретный (точечный), б) континуальный (вакуумный и эфирный), в) статистический (термодинамический). Эти четыре подхода с тремя подвидами каждого из них не противоречат, а только взаимно дополняют друг друга. Это – классические направления изучения Природы. Область их применения – макрофизика. Они отличаются между собой только инструментами практического познания Природы и их свойствами от состояния движения и взаимодействий и отношения к релятивизму.

Остальные подходы связаны с фундаментальными свойствами Природы в очень малых размерах – с микрофизикой. Это квантовые теории: 5) квантово-механический в гильбертовом пространстве состояний, 6) калибровочные теории взаимодействия (ЭМП, ЭСВ, КХД, стандартная (СТ) и суперстандартная (ССТ) теории взаимодействий), 7) многомерные (струнные) с компактифицированными размерностями и 8) другие теории великого объединения (ТВО).

В галилеевом и ньютоновом подходах инструменты (и эталоны) абсолютны. Они не зависят ни от состояния движения, ни от взаимодействий (внешних физических полей). В обоих случаях пространство и время абсолютны. Соблюдается принцип относительности: законы природы во всех ИСО одинаковы. Только при галилеевом подходе в свойствах материи нет энергии, а в ньютоновом – она имеется. При галилеевом подходе пространство 4-мерное и тензорное, но без 4-метрики. При ньютоновом подходе пространство 3-мерное, но не чисто тензорное, а псевдотензорное: 4-пространство тензорное, но механические параметры не являются тензорами. В расширенном подходе при малых скоростях можно добиться максимального приближения к тензорному пространству, но цена – зависимость эталонеов от состояния движения (см. далее СТО и ОТО).

В СТО пространство и время, а также инструменты (эталоны), не абсолютны: их свойства зависят от состояния движения. Но это изменение наблюдаемо только со стороны подвижного по отношению к нему наблюдателя. В собственной системе отсчета эти изменения не наблюдаемы. Также соблюдается принцип относительности: законы природы одинаковы во всех ИСО.

В ОТО инструменты тоже не абсолютны, их свойства зависят не только от состояния движения, но и от взаимодействий. Например, в гравитационном поле могут изменяться их пространственно-временные свойства. Но эти изменения опять же не наблюдаемы локальными приборами (инструментами).

В отличие от вышеперечисленных, в которых пространство пустое, в эфирных теориях предполагается, что пространство заполнено особой субстанцией – эфиром. И эта субстанция определяет некоторую выделенную систему отсчета, равносильную АСО. В различных теориях свойства эфира различны, во многом они повторяют свойства обычной сплошной среды. Но у эфира имеется крупный недостаток – он реально не наблюдаем.

Изначально эфир в физических теориях использовался как светоносная среда. В эфирных теориях пространство и время, а также и инструменты, абсолютны. В настоящее время эфир чаще используется в альтернативных к официальной науке теориях. В современных официальных теориях понятие эфира не используется. Вместо него используется понятие вакуум, соответствующее пустому пространству в классических теориях и некоторому виртуальному состоянию материи в квантовых. Вакуум не противоречит релятивизму и не выделяет какую-либо АСО в пространстве. У вакуума, в отличие от эфира, имеются вполне определенные инструментально наблюдаемые и измеряемые свойства.

Несмотря на все эти различия, между ними нет непримиримого противоречия. Все различие – в пространственно-временных свойствах эталонов и инструментов. Между этими инструментами должны существовать отображения, переводящие их друг в друга. Все дело оказывается в решении вопроса: какими инструментами пользуемся мы, люди, познающие этот мир? В частности, как смотрим, слышим, и что видим при этом.

Вопрос о континуальности и/или квантованности пространства и времени до сих пор окончательно не решен, но по отношению к материи этот вопрос решен: материя представлена дискретными элементарными частицами и может находиться только в определенных квантованных состояниях, определенных набором целых чисел. Но в пределах определенного состояния обладает континуальными свойствами, что выражается в квантово-полевом описании состояния элементарной частицы и ее взаимодействий в ненкотором гильбертовом пространстве.

Дискретность элементарных частиц и квантованность состояний их движения и взаимодействия может быть объяснена дискретными топологическими особенностями Пространства и нелинейностью ее свойств и, следовательно, существованием дискретного множества решений материальных уравнений, задаваемых определенным набором целых чисел, определяющих материю и ее свойства. Они могут иметь солитоноподобные решения. Но квантовая механика применяет другие методы квантования, в которых уравнения поля линейны.

 

 

Ссылка на этот материал: metody_nauki.htm)

- - - ВЫ МОЖЕТЕ ОСТАВИТЬ ПЕРВЫЙ КОММЕНТАРИЙ! - - -


Введите логин:      Введите эл.адрес:

Введите пароль:    Ваш телефон:        

Введите Ваш комментарий:
Формулы:

(возможно использование BB-кодов для оформления комментария и кодов LaTeX для ввода формул)

Решите пример: 81 возвести в степень 0 равно:

---Load files---
Сегодня - 18_08_2019
Время переоткрытия сайта 17 ч 17 м по Гр.
Календарь
на АВГУСТ месяц 2018 г.
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
      1; 2; 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31 1
(8 431)

---Load files---

---Load files---

© Все права защищены 2017-2019 При использовании материалов сайта ссылка на http://lowsofphisics.ru обязательна.

В НАЧАЛО
КОММЕНТ
В КОНЕЦ
U:14 V:25
Уникальных посетителей: 14 Просмотров: 25