რა ფუნქცია აქვს ფიზიკას?

 

არსებობს აგურები და არსებობს ნივთიერება, რომელიც ამ აგურებს ერთმანეთს აწებებს, და სახლი შენდება. სწორედ ასე, სამყაროში არსებობს მატერია, და არსებობს ველები, რომლებიც მატერიის მოძრაობისა და ფუნქციონირების არქიტექტორებად გვევლინებიან.

მე მსურს მარტივ და გასაგებ ენაზე მოგიყვეთ ძალიან ზოგადად, თუ როგორ მოდელს ქმნიან ფიზიკოსები სამყაროს აღწერისთვის და როგორ იყენებენ ამისთვის მათემატიკას. ცხადია, მათემატიკურ სირთულეებს და ფორმულებს არ დავწერ, მაგრამ ზოგადად ვეცდები ავხსნა ის ერთ - ერთი მოდელი, რომლითაც სხეულების მოძრაობა აღიწერება.

საერთოდაც, მოდელი მრავალგვარი არსებობს. იყო პერიოდი, როდესაც ნიუტონის მექანიკა ყველაზე წინწასული იყო, შემდგომ ეილერ - ლაგრანჟის ფორმალიზმი, ჰამილტონის ფორმალიზმი. უკანასკნელ პერიოდში ეილერ - ლაგრანჟის ფორმალიზმი (უმცირესი ქმედების პრინციპი) გამოიყენება ფიზიკის თითქმის ყველა მიმართულებაში.

მოდელი მრავალგვარია, ანუ მათემატიკური ფორმალიზმი, მაგრამ თითოეულ მათგანს აქვს ერთი საერთო - ურთერთქმედების ველი ქმნის იმ გარემოს, რაც სხეულის თავისუფალ მოძრაობას გარკვეულ წესრიგს ანიჭებს. სხვაგვარად, ფიზიკოსები ასე იტყოდნენ: "მითხარი საწყისი პირობები და ველი (გარემო), და სხეულის მთლიან მოძრაობას აღვწერ". რაც შეეხება აღწერას, ეს უკვე მათემატიკური ამოცანაა და სირთულე მდგომარეობს მათემატიკურ გამოთვლებში.

ურთერთქმედების ველი არის ამოსავალი მაკროსხეულების მექანიკაში, ელექტროდინამიკაში, კვანტურ მექანიკაში და სხვა.

რა ფუნქცია აქვს ფიზიკას?

დავიწყოთ იმის გარკვევით, თუ რას წარმოადგენს ფიზიკა. ეს ჩვენ ყველამ ვიცით - ფიზიკა სწავლობს ბუნებრივ მოვლენებს. მაგრამ, რა არის ბუნებრივი მოვლენა? აბსოლუტურად ყველაფერი ჩვენს გარშემო. საქმე ის გახლავთ, რომ ზოგიერთს მიაჩნია, თითქოს ფიზიკა სწავლობს მხოლოდ ზოგიერთ ობიექტს და მოვლენას, დანარჩენ მოვლენებს კი სწავლობენ სხვა მეცნიერებები (ქიმია, ბიოლოგია, ფსიქოლოგია, გეოლოგია, და სხვ.). ასეა, თუმცა ისიც უნდა ითქვას, რომ მხოლოდ ფიზიკა პასუხობს კითხვაზე "რატომ?", ყველაზე ფუნდამენტალურად. თუ ვერ პასუხობს, მაშინ ეს პროცესი ღია ამოცანად რჩება, რომელიც ფიზიკას ჯერ არ შეუსწავლია.

ვგულისხმობ იმას, რომ მოვლენათა პირველ მიზეზებს იკვლევს ფიზიკა. მათ შორის ქიმიური პროცესების მიზეზებსაც. ამიტომაც ამბობენ, რომ ფიზიკოსებმა უკეთესად იციან ქიმია, ვიდრე ქიმიკოსებმა. ამით მხოლოდ იმას გულისხმობენ, რომ ფიზიკოსები სწავლობენ ქიმიური მოვლენების მიზეზებს. ბოლო დროს ამ ყველაზე უფრო ფუნდამენტალურმა მეცნიერებამ ბიოლოგიურ ობიექტების შესწავლაც დაიწყო, და დიდებული აღმოჩენების ეპოქა ჯერ წინ გვაქვს.

ამრიგად, ფიზიკა წარმოადგენს ყველაზე უფრო ფუნდამენტალურ ძიებას. მოვა დრო, როცა ბიოლოგიური პროცესებიც აიხსნება ფიზიკოსების მიერ, და ვინ იცის, იქნება და ფსიქოლოგიური პროცესებიც აიხსნას ფიზიკის მიერ.. ეს შორეული პერსპექტივაა, მაგრამ რეალური.

მაშასადამე, შეიძლება ითქვას, რომ ფიზიკას ორი ამოცანა აქვს - აღწეროს სამყაროში მიმდინარე პროცესები, ანუ უპასუხოს შეკითხვას "როგორ?", და მოძებნოს პროცესის მიზეზი, ანუ რა აიძულებს სამყაროს ფუნქციონირებას, ანუ უპასუხოს შეკითხვას "რატომ?". ორივე ამოცანის გადასაწყვეტად ფიზიკას სჭირდება თავისი "ძმა და მეგობარი" მათემატიკა.

საქმე ის არის, რომ ყველაფერი მიზეზ - შედეგობრივია, და თუ ერთ - ერთი ექსპერიმენტის დროს A ფიზიკური მდგომარეობა წარმოადგენს მიზეზების და პირობების გარკვეულ "კრებულს", რომლის შედეგადაც ვიღებთ B ფიზიკურ მდგომარეობას, ეს იმას ნიშნავს, რომ ყოველ ჯერზე A ფიზიკური მდგომარეობა გამოიწვევს B ფიზიკურ მდგომარეობას, გამონაკლისების გარეშე. თუ გამონაკლისი ხდება, ეს იმას ნიშნავს, რომ A მდგომარეობაში რაიმე შეიცვალა, ან რაიმე დანამატი მოხდა, მაგრამ აბსოლუტურად იგივე A გამოიწვევს იმავე B - ს.

ეს ტრივიალური ფაქტი უდევს საფუძვლად ბუნების კანონების ჩამოყალიბებას. თუ კი ერთსა და იმავე მიზეზებს ერთი და იგივე შედეგი არ გამოაქვს ყოველ ჯერზე, არამედ სხვა და სხვა შედეგებს იძლევა, მაშინ აზრი ეკარგება საერთოდ მეცნიერულ კვლევებს და ბუნების კანონების ჩამოყალიბებას, რომელიც "მარადიული" კანონებია.

ამრიგად, არსებობს ბუნების კანონთა "კრებული", რომლის მიხედვითაც ფუნქციონირებს სამყარო. ეს კანონები ითვლება მარადიულად და ცვლილებას არ ექვემდებარება. თუ იცვლება, მაშინ ასეთი პროცესი ფიზიკის ფარგლებს გარეთ არის, ან უბრალოდ სხვა ფიზიკა არის. და რა არის ბოლო - ბოლო ეს კანონები და მათემატიკას რა როლი უკავია მათ აღწერასა და შესწავლაში?

მე წინათ ვთქვი, რომ ფიზიკას ორი ამოცანა აქვს - პროცესების აღწერა და მიზეზების ძიება. ეს ორმხრივობა ჯერ კიდევ სკოლაში შეგვხვდა, როდესაც გვეუბნებოდნენ, რომ არის "კინემატიკა" და არის "დინამიკა". პირველი მათგანი გულისხმობდა მექანიკური პროცესების (სხეულის მოძრაობის) აღწერას და დახასიათებას. მაგალითად, თუ ვიცით სხეულის სიჩქარე და გავლილი მანძილი, გავიგოთ რა დროში გაიარა ეს მანძილი, და ა.შ.

"დინამიკა" კი ცალსახად გულისხმობს ფიზიკის მეორე, ანუ ძირითად ამოცანას - გავიგოთ პროცესის (ამ შემთხვევაში სხეულის მოძრაობის) მიზეზები. აქ თამაშში შემოდის ბუნების კანონი - ძალები, რომელთა გავლენით ხდება ფიზიკური პროცესები. თქვენთვის ყველაზე ცნობილი მაგალითია სხეულის აჩქარება. კინემატიკის ამოცაში თქვენ აკავშირებთ ერთმანეთთან მანძილსა და დროს, სიჩქარესა და აჩქარებას. ხოლო, დინამიკის ამოცანაში თქვენ ამბობთ, რომ ძალა იწვევს აჩქარებას, ანუ საუბრობთ აჩქარების პირველმიზეზზე.

ამრიგად, ნებისმიერი ფიზიკური პროცესის მიზეზს წარმოადგენს ძალები, ანუ სხეულებს შორის ურთიერთქმედებები, რომლებიც შეიძლება იყოს უამრავი სახის, მათ შორის ხელოვნურად გამოწვეული (მაგალითად, ხახუნი, წინააღმდეგობა, და სხვ. რომლებსაც თავად გარემო ქმნის პირობებიდან გამომდინარე), თუმცა არსებობენ ბუნებრივი ძალებიც, რომლებიც იმთავითვე დევს სამყაროს მოწყობის იდეაში. ასეთი ბუნებრივი ძალა ოთხი არის, და ისინი, დანარჩენ ხელოვნურად გამოწვეულ ძალებთან ერთად (გარემო პირობებიდან გამომდინარე გაჩენილებთან) ქმნიან გარკვეულ მექანიზმს, რომლითაც ფუნქციონირებს ფიზიკური პროცესი. აქედან გამომდინარე, ფიზიკური პროცესის აღწერისთვის აუცილებელია ამ ძალების ბუნების და მუშაობის მექანიზმის ცოდნა, ხოლო პროცესების მიზეზებს კი წარმოადგენენ თავად ეს ძალები, და მათი კვლევა არის კიდეც ფიზიკის ერთ - ერთი ფუნდამენტალური ამოცანა.