Физические законы и теории, границы их применимости

Физический закон – эмпирически установленная и выраженная в строгой формулировке устойчивая связь между повторяющимися явлениями, процессами и состояниями тел и других материальных объектов в окружающем мире.

Выявление физических закономерностей составляет основную задачу физической науки.

Для того чтобы некая связь могла быть названа физическим законом, она должна удовлетворять следующим требованиям:

● Эмпирическая подтверждённость. Физический закон считается верным, если подтверждён многократными экспериментами.

● Универсальность. Закон должен быть справедлив для большого числа объектов. В идеале – для всех объектов во Вселенной.

● Простота. Физические законы обычно выражаются в виде короткого словесного утверждения или компактной математической формулы.

● Устойчивость. Физические законы не меняются со временем, хотя и могут признаваться приближениями к более точным законам.

Теоретическая физика – способ познания природы, при котором тому или иному кругу природных явлений сопоставляется какая-либо математическая модель. В такой формулировке теоретическая физика не вытекает из «опыта», а является самостоятельным методом изучения Природы. Однако область её интересов, естественно, формируется с учётом результатов эксперимента и наблюдений.

Продуктом теоретической физики являются физические теории. Поскольку теоретическая физика работает именно с математическими моделями, крайне важным требованием является математическая непротиворечивость завершённой 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.

Сказанное выше позволяет обрисовать общую структуру физической теории. Она должна содержать:

● описание круга явлений, для которых строится математическая модель;

● аксиомы, определяющие математическую модель;

● аксиомы, сопоставляющие математическим объектам наблюдаемые, физические объекты;

● непосредственные следствия математических аксиом и их эквиваленты в реальном мире, которые истолковываются как предсказания теории.

Все физически законы являются следствием эмпирических наблюдений и верны с той точностью, с которой верны экспериментальные наблюдения, то есть в рамках границы применимости. Это ограничение не позволяет утверждать, что какой-либо из законов носит абсолютный характер. Известно, что часть законов заведомо не являются абсолютно точными, а представляют собой приближения к более точным. Так, законы Ньютона справедливы только для достаточно массивных тел, двигающихся со скоростями, значительно меньшими скорости света. Более точными являются законы квантовой механики и специальной теории относительности. Однако, и они, в свою очередь, являются приближениями более точных уравнений квантовой теории поля.