![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
У ученых есть огромное количество инструментов, позволяющих им описывать то, как работает и развивается окружающий нас мир. Самые распространенные инструменты – законы и теории, которые любой ученый применяет в первую очередь.
В чем различие между законом и теорией? Если упрощать, то, во-первых, теория может опираться сразу на несколько законов, а во-вторых большая часть законов могут быть выражены в виде одного предложения, а многие (по крайней мере, физические) еще и могут быть отображены в виде математической формулы, например E = mc2, которые обычно выводятся на основе эмпирических (полученных опытным путем) данных и выполняется в определенных условиях.
Научная теория чаще всего является попыткой синтеза результатов наблюдений и других методов эмпирического исследования определенного явления. Чаще всего (хотя и не обязательно) теория является заявлением о том, что лежит в основе определенных явлений природы и то, как развивается окружающий нас мир. Теорию не всегда (а точнее, как правило), но она представляет собой фундаментальное знание о природе.
И законы и теории зависят от основных элементов научного метода – разработку гипотезы, ее проверки, обнаружении (или не обнаружении) экспериментальных свидетельств и выводов. Немаловажным свойством научного метода является потенциальная возможность верификации его результатов – если эксперимент претендует на то, чтобы подтвердить новую теорию, проходящую этап своего становления или опровергнуть устаревшую (по мнению авторов эксперимента) теорию, любые другие ученые должны быть способны воспроизвести этот эксперимент. Здесь и далее приводится 10 научных законов и теорий, которые должен знать каждый уважающий себя и считающий себя образованным человек, даже если он не имеет никакого отношения к науке.
11: Теория Большого Взрыва
Если вы хотите ограничить свои знания о Природе одной теорией, выберите одну, которая объясняет, как наша Вселенная возникла и дошла до своего настоящего состояния. На основании результатов исследований, выполненных Эйнштейном, Хабблом, Леметром и многими другими, теория большого взрыва говорит о том, что вся наша вселенная образовалась около 13,7 миллиардов лет назад в результате расширения точечного массивного сверхплотного сверхгорячего объекта – сингулярности. Поскольку расширение вселенной происходит и сейчас, мы можем говорить о том, что Большой взрыв происходит до сих пор.
Первоначально теория Большого взрыва называлась «динамической эволюционирующей моделью». Впервые термин «Большой взрыв» (Big Bang) применил Фред Хойл в своей лекции в 1949 (сам Хойл придерживался гипотезы «непрерывного рождения» материи при расширении Вселенной). Он сказал: «Эта теория основана на предположении, что Вселенная возникла в процессе одного-единственного мощного взрыва и потому существует лишь конечное время… Эта идея Большого взрыва кажется мне совершенно неудовлетворительной». На русский язык Big Bang можно было бы перевести как «Большой Бух», что, вероятно, точнее соответствует уничижительному смыслу, который хотел вложить в него Хойл. Тем не менее, после того, как его лекции были опубликованы, термин стал широко употребляться.
Годом триумфа Теории Большого взрыва можно считать 1964 года. В этом году американские радиоастрономы А. Пензиас и Р. Вилсон открыли космический фон излучения и измерили его температуру, которая оказалась равной именно 3 К, как и предсказывала математическая модель Большого взрыва. В настоящее время это излучение носит название реликтового; термин ввёл советский астрофизик И.С. Шкловский.
10: Законы Хаббла (закон всеобщего разбегания галактик)
На фоне грандиозных социальных потрясений начала ХХ века Эдвин Хаббл совершал революционные астрономические открытия. Хаббл не только доказал, что Млечный путь не является единственной галактикой, но обнаружил и то, что все галактики удаляются от нашей – такой мотив движения был назван «рецессией» или «разбегом галактик».
С точки зрения классической механики, закон Хаббла можно наглядно объяснить следующим образом. Когда-то давно Вселенная образовалась в результате Большого взрыва. В момент взрыва различные частицы материи (осколки) получили различные скорости. Те из них, которые получили большие скорости, соответственно успели к настоящему моменту улететь дальше, чем те, которые получили меньшие скорости. Если провести численный расчёт, то окажется, что зависимость расстояния от скорости оказывается линейной. Кроме того, получается, что эта зависимость одна и та же для всех точек пространства, то есть, по наблюдениям за разлетающимися осколками нельзя найти точку взрыва: с точки зрения каждого осколка, именно он находится в центре.Однако, несмотря на такую наглядность, следует помнить, что расширение Вселенной должно описываться не классической механикой, а общей теорией относительности.
Для количественного выражения скорости разбегания галактик Хаббл сформулировал закон разбегания, названный впоследствии его именем, который в определенном приближении можно выразить так – скорость удаления=H0×расстояние. H0 представляет собой постоянную Хаббла - параметр, который указывает на скорость расширения вселенной.
Значение H0 определяется по наблюдениям галактик, расстояния до которых измерены без помощи красного смещения (прежде всего, по ярчайшим звёздам или цефеидам). Большинство независимых оценок H0 дают для этого параметра значение 70-80 км/с на мегапарсек. Это означает, что галактики, находящиеся на расстоянии 100 мегапарсек от нас, удаляются от нас со скоростью 7000—8000 км/с. Правда, строго говоря, важно не столь точное значение постоянной Хаббла, а то, что в соответствии с Законом Хаббла, мы можем измерить скорость других движения галактик относительно нашей, как и то, что следствием закона Хаббла является то, что Вселенная состоит из множества галактик, траектория движения которых восходит к тому событию, которое чаще всего называют Большим взрывом – началу расширения сингулярности.
9: Законы движения планет Кеплера
До Кеплера ученые веками спорили и друг с другом и с клириками о траекториях движения планет, в первую очередь – что движется вокруг чего – Земля вокруг Солнце или Солнце вокруг Земли. Даже в 16 веке после обнародования коперниковской гелиоцентрической системы мира дискуссии на тему гео- и гелиоцентризма могли сводиться не научным доказательствам, а к красивым доводам, как например:
… что в том Коперник прав,
Я правду докажу, на Солнце не бывав.
Кто видел простака из поваров такого,
Который бы вертел очаг вокруг жаркого? (© М.В. Ломоносов)
Окончательно гелиоцентрическая система Солнечной системы была подтверждена после работ Иоганна Кеплера, который, благодаря собственным астрономическим наблюдениям и результатам, полученным его учителем Тихо Браге, привел ясное научное обоснование движению планет в солнечной системе.
Три закона Кеплера, сформулированные в начале 17-го столетия описывают характер вращения планет вокруг Солнца. Первый закон, иногда называющийся законом орбит, говорит, что каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.
Второй закон (закон площадей) говорит, что каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади. Применительно к нашей Солнечной системе, с этим законом связаны два понятия: перигелий — ближайшая к Солнцу точка орбиты, и афелий – наиболее удалённая точка орбиты, и из второго закона Кеплера следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии большую линейную скорость, чем в афелии.
Третий закон Кеплера (гармонический закон) говоря о том, что квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет, связывает период обращения планеты вокруг Солнца (планетарный год) и расстояние от планеты от Солнца. Благодаря третьему закону Кеплера мы можем точно сказать, что год для Нептуна, удаленного от Солнца длится гораздо дольше, чем для Венеры (второй планеты от Солнца).
8: Закон всемирного тяготения
Сейчас мы воспринимаем это как должное, но более 300 лет назад, идея, которую предложил сэр Исаак Ньютон, казалась революционной – два любых объекта, независимо от их массы, притягиваются друг к другу. До Ньютона никто не сумел ясно и математически доказательно связать закон тяготения (силу, обратно пропорциональную квадрату расстояния) и законы движения планет (законы Кеплера). Этот закон представлен формулой, которую некоторые, возможно, помнят еще со школьных времен:
F = G × [(m1m2)/r2]
F – гравитационная сила притяжения, возникающая при взаимодействии двух объектов, измеряемая в ньютонах; m1 и m2 – массы объектов; r – расстояние между этими объектами и G – гравитационная постоянная, которая равна 6.672 × 10–11 Н˙м2˙кг–2.
Значение всемирного закона тяготения заключается в том, что он позволяет нам рассчитать гравитационные силы, возникающие между объектами. Строго говоря, теория тяготения Ньютона уже не является гелиоцентрической. Даже при решении задачи двух тел мы получим, что планета вращается не вокруг Солнца, а вокруг общего центра тяжести, так как не только Солнце притягивает планету, но и планета притягивает Солнце. Закон тяготения Ньютона обосновал необходимость учесть влияние планет друг на друга.
В то же время ньютоновская теория содержала ряд неясных моментов. Главная из них – необъяснимое по тем временам дальнодействие: сила притяжения передавалась непонятно как через совершенно пустое пространство, причём бесконечно быстро. По существу ньютоновская модель была чисто математической, без какого-либо физического содержания.
В чем различие между законом и теорией? Если упрощать, то, во-первых, теория может опираться сразу на несколько законов, а во-вторых большая часть законов могут быть выражены в виде одного предложения, а многие (по крайней мере, физические) еще и могут быть отображены в виде математической формулы, например E = mc2, которые обычно выводятся на основе эмпирических (полученных опытным путем) данных и выполняется в определенных условиях.
Научная теория чаще всего является попыткой синтеза результатов наблюдений и других методов эмпирического исследования определенного явления. Чаще всего (хотя и не обязательно) теория является заявлением о том, что лежит в основе определенных явлений природы и то, как развивается окружающий нас мир. Теорию не всегда (а точнее, как правило), но она представляет собой фундаментальное знание о природе.
И законы и теории зависят от основных элементов научного метода – разработку гипотезы, ее проверки, обнаружении (или не обнаружении) экспериментальных свидетельств и выводов. Немаловажным свойством научного метода является потенциальная возможность верификации его результатов – если эксперимент претендует на то, чтобы подтвердить новую теорию, проходящую этап своего становления или опровергнуть устаревшую (по мнению авторов эксперимента) теорию, любые другие ученые должны быть способны воспроизвести этот эксперимент. Здесь и далее приводится 10 научных законов и теорий, которые должен знать каждый уважающий себя и считающий себя образованным человек, даже если он не имеет никакого отношения к науке.
11: Теория Большого Взрыва
Если вы хотите ограничить свои знания о Природе одной теорией, выберите одну, которая объясняет, как наша Вселенная возникла и дошла до своего настоящего состояния. На основании результатов исследований, выполненных Эйнштейном, Хабблом, Леметром и многими другими, теория большого взрыва говорит о том, что вся наша вселенная образовалась около 13,7 миллиардов лет назад в результате расширения точечного массивного сверхплотного сверхгорячего объекта – сингулярности. Поскольку расширение вселенной происходит и сейчас, мы можем говорить о том, что Большой взрыв происходит до сих пор.
Первоначально теория Большого взрыва называлась «динамической эволюционирующей моделью». Впервые термин «Большой взрыв» (Big Bang) применил Фред Хойл в своей лекции в 1949 (сам Хойл придерживался гипотезы «непрерывного рождения» материи при расширении Вселенной). Он сказал: «Эта теория основана на предположении, что Вселенная возникла в процессе одного-единственного мощного взрыва и потому существует лишь конечное время… Эта идея Большого взрыва кажется мне совершенно неудовлетворительной». На русский язык Big Bang можно было бы перевести как «Большой Бух», что, вероятно, точнее соответствует уничижительному смыслу, который хотел вложить в него Хойл. Тем не менее, после того, как его лекции были опубликованы, термин стал широко употребляться.
Годом триумфа Теории Большого взрыва можно считать 1964 года. В этом году американские радиоастрономы А. Пензиас и Р. Вилсон открыли космический фон излучения и измерили его температуру, которая оказалась равной именно 3 К, как и предсказывала математическая модель Большого взрыва. В настоящее время это излучение носит название реликтового; термин ввёл советский астрофизик И.С. Шкловский.
10: Законы Хаббла (закон всеобщего разбегания галактик)
На фоне грандиозных социальных потрясений начала ХХ века Эдвин Хаббл совершал революционные астрономические открытия. Хаббл не только доказал, что Млечный путь не является единственной галактикой, но обнаружил и то, что все галактики удаляются от нашей – такой мотив движения был назван «рецессией» или «разбегом галактик».
С точки зрения классической механики, закон Хаббла можно наглядно объяснить следующим образом. Когда-то давно Вселенная образовалась в результате Большого взрыва. В момент взрыва различные частицы материи (осколки) получили различные скорости. Те из них, которые получили большие скорости, соответственно успели к настоящему моменту улететь дальше, чем те, которые получили меньшие скорости. Если провести численный расчёт, то окажется, что зависимость расстояния от скорости оказывается линейной. Кроме того, получается, что эта зависимость одна и та же для всех точек пространства, то есть, по наблюдениям за разлетающимися осколками нельзя найти точку взрыва: с точки зрения каждого осколка, именно он находится в центре.Однако, несмотря на такую наглядность, следует помнить, что расширение Вселенной должно описываться не классической механикой, а общей теорией относительности.
Для количественного выражения скорости разбегания галактик Хаббл сформулировал закон разбегания, названный впоследствии его именем, который в определенном приближении можно выразить так – скорость удаления=H0×расстояние. H0 представляет собой постоянную Хаббла - параметр, который указывает на скорость расширения вселенной.
Значение H0 определяется по наблюдениям галактик, расстояния до которых измерены без помощи красного смещения (прежде всего, по ярчайшим звёздам или цефеидам). Большинство независимых оценок H0 дают для этого параметра значение 70-80 км/с на мегапарсек. Это означает, что галактики, находящиеся на расстоянии 100 мегапарсек от нас, удаляются от нас со скоростью 7000—8000 км/с. Правда, строго говоря, важно не столь точное значение постоянной Хаббла, а то, что в соответствии с Законом Хаббла, мы можем измерить скорость других движения галактик относительно нашей, как и то, что следствием закона Хаббла является то, что Вселенная состоит из множества галактик, траектория движения которых восходит к тому событию, которое чаще всего называют Большим взрывом – началу расширения сингулярности.
9: Законы движения планет Кеплера
До Кеплера ученые веками спорили и друг с другом и с клириками о траекториях движения планет, в первую очередь – что движется вокруг чего – Земля вокруг Солнце или Солнце вокруг Земли. Даже в 16 веке после обнародования коперниковской гелиоцентрической системы мира дискуссии на тему гео- и гелиоцентризма могли сводиться не научным доказательствам, а к красивым доводам, как например:
… что в том Коперник прав,
Я правду докажу, на Солнце не бывав.
Кто видел простака из поваров такого,
Который бы вертел очаг вокруг жаркого? (© М.В. Ломоносов)
Окончательно гелиоцентрическая система Солнечной системы была подтверждена после работ Иоганна Кеплера, который, благодаря собственным астрономическим наблюдениям и результатам, полученным его учителем Тихо Браге, привел ясное научное обоснование движению планет в солнечной системе.
Три закона Кеплера, сформулированные в начале 17-го столетия описывают характер вращения планет вокруг Солнца. Первый закон, иногда называющийся законом орбит, говорит, что каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.
Второй закон (закон площадей) говорит, что каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади. Применительно к нашей Солнечной системе, с этим законом связаны два понятия: перигелий — ближайшая к Солнцу точка орбиты, и афелий – наиболее удалённая точка орбиты, и из второго закона Кеплера следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии большую линейную скорость, чем в афелии.
Третий закон Кеплера (гармонический закон) говоря о том, что квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет, связывает период обращения планеты вокруг Солнца (планетарный год) и расстояние от планеты от Солнца. Благодаря третьему закону Кеплера мы можем точно сказать, что год для Нептуна, удаленного от Солнца длится гораздо дольше, чем для Венеры (второй планеты от Солнца).
8: Закон всемирного тяготения
Сейчас мы воспринимаем это как должное, но более 300 лет назад, идея, которую предложил сэр Исаак Ньютон, казалась революционной – два любых объекта, независимо от их массы, притягиваются друг к другу. До Ньютона никто не сумел ясно и математически доказательно связать закон тяготения (силу, обратно пропорциональную квадрату расстояния) и законы движения планет (законы Кеплера). Этот закон представлен формулой, которую некоторые, возможно, помнят еще со школьных времен:
F = G × [(m1m2)/r2]
F – гравитационная сила притяжения, возникающая при взаимодействии двух объектов, измеряемая в ньютонах; m1 и m2 – массы объектов; r – расстояние между этими объектами и G – гравитационная постоянная, которая равна 6.672 × 10–11 Н˙м2˙кг–2.
Значение всемирного закона тяготения заключается в том, что он позволяет нам рассчитать гравитационные силы, возникающие между объектами. Строго говоря, теория тяготения Ньютона уже не является гелиоцентрической. Даже при решении задачи двух тел мы получим, что планета вращается не вокруг Солнца, а вокруг общего центра тяжести, так как не только Солнце притягивает планету, но и планета притягивает Солнце. Закон тяготения Ньютона обосновал необходимость учесть влияние планет друг на друга.
В то же время ньютоновская теория содержала ряд неясных моментов. Главная из них – необъяснимое по тем временам дальнодействие: сила притяжения передавалась непонятно как через совершенно пустое пространство, причём бесконечно быстро. По существу ньютоновская модель была чисто математической, без какого-либо физического содержания.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2013-05-09 08:14 pm (UTC)From:*сила притяжения передавалась непонятно как через совершенно пустое пространство, причём бесконечно быстро*
Вот об этом хотелось бы поподробнее.
no subject
Date: 2013-05-10 05:05 am (UTC)From:И я прошу моих друзья,
чтоб кто бы их бы ни был я,
Забрать его, ему, меня отсюдова! ©
Сделаю поподробнее, только до ОТО дойду
no subject
Date: 2013-05-10 08:30 am (UTC)From:no subject
Date: 2013-05-10 03:56 am (UTC)From:no subject
Date: 2013-05-10 05:05 am (UTC)From:no subject
Date: 2013-05-10 04:33 am (UTC)From:no subject
Date: 2013-05-10 05:06 am (UTC)From:no subject
Date: 2013-05-10 05:42 am (UTC)From: