Закон (физика) — это… Что такое Закон (физика)?

Физи́ческий зако́н — эмпирически установленная и выраженная в строгой словесной и/или математической 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.

Описание

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

Физические законы, как правило, выражаются в виде короткого словесного утверждения или компактной математической формулы:

Физический закон должен обладать математической красотой

Примеры

Основная статья: Список физических законов

Одними из самых известных физических законов являются^[1]:

Законы-принципы

Некоторые физические законы носят универсальный характер и по своей сути являются определениями. Такие законы часто называют принципами. К ним относятся, например, второй закон Ньютона (определение силы), закон сохранения энергии (определение энергии), принцип наименьшего действия (определение действия) и др.

Законы-следствия симметрий

Часть физических законов являются простыми следствиями некоторых симметрий, существующих в системе. Так, законы сохранения согласно теореме Нётер являются следствиями симметрии пространства и времени. А принцип Паули, например, является следствием идентичности электронов (антисимметричность их волновой функции относительно перестановки частиц).

Приблизительность законов

Все физические законы являются следствием эмпирических наблюдений и верны с той точностью, с которой верны экспериментальные наблюдения. 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.

См. также

Примечания

1. ↑ 100 великих научных открытий / Д. К. Самин. — М.: Вече, 2002. — 480 с. — 25 000 экз. — ISBN 5-7838-1085-1

Законы физики — это… Что такое Законы физики?

• Законы Хивела Доброго
• Законы эволюции

Смотреть что такое «Законы физики» в других словарях:

• Законы Ньютона —     Классическая механика …   Википедия

• ЗАКОНЫ И ОБЪЯСНЕНИЯ В СОЦИОЛОГИИ — текст У. Аутвейта . По мысли автора, вокруг названного вопроса ведется два диспута. Первый это диспут между философами науки о том, что такое научные законы. Второй это спор о том, полезны ли такие законы для социологии и если да, то каково их… …   Социология: Энциклопедия

• Законы Паркинсона — Закон Паркинсона эмпирический закон, гласящий, что любая работа увеличивается в объёме, чтобы заполнить всё отпущенное на неё время.

  Сформулирован историком Сирилом Норткотом Паркинсоном в его сатирической статье, напечатанной в британском… …   Википедия

• Законы Мерфи — Закон Мёрфи (англ. Murphy s law) универсальный философский принцип, состоящий в том, что если есть вероятность того, что какая нибудь неприятность может случиться, то она обязательно произойдёт. Иностранный аналог русского «закона подлости» и… …   Википедия

• Законы термодинамики — Начала термодинамики Статья является частью серии «Термодинамика». Нулевое начало термодинамики Первое начало термодинамики Второе начало термодинамики Третье начало термодинамики Разделы термодинамики …   Википедия

• Нерешённые проблемы современной физики

  — Приведён список нерешённых проблем современной физики[1]. Некоторые из этих проблем носят теоретический характер, что означает, что существующие теории оказываются неспособными объяснить определённые наблюдаемые явления или экспериментальные… …   Википедия

• Ньютона законы — Классическая механика Второй закон Ньютона История… Фундаментальные понятия Пространство · Время · …   Википедия

• История возникновения квантовой физики — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей …   Википедия

• МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ УРАВНЕНИЯ — ур ния, описывающие матем. модели физ. явлений. Теория этих моделей (математическая физи к а) занимает промежуточное положение между физикой и математикой. При построении моделей используют физ. законы, однако методы исследования полученных ур… …   Физическая энциклопедия

• Философские основания физики: введение в философию науки —         «ФИЛОСОФСКИЕ ОСНОВАНИЯ ФИЗИКИ: ВВЕДЕНИЕ В ФИЛОСОФИЮ НАУКИ» («Philosophical Foundations of Physics») книга Р. Карнапа, в которую вошли переработанные материалы его лекций и научных семинаров, проведенных в конце 1950 х начале 1960 х в… …   Энциклопедия эпистемологии и философии науки

Физики изучили условия, при которых не работает третий закон Ньютона

https://ria.ru/20200818/1575917036.html

Физики изучили условия, при которых не работает третий закон Ньютона

Физики изучили условия, при которых не работает третий закон Ньютона — РИА Новости, 18. 08.2020

Физики изучили условия, при которых не работает третий закон Ньютона

Российские ученые из Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН и лаборатории активных сред и систем МФТИ совместно с американскими коллегами… РИА Новости, 18.08.2020

2020-08-18T03:27

2020-08-18T03:27

2020-08-18T07:41

наука

сша

российская академия наук

московский физико-технический институт

российский научный фонд

физика

россия

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155936/84/1559368462_0:236:2801:1812_1920x0_80_0_0_afbaa0c10ee8fdb9376f31d85caa92d8.jpg

МОСКВА, 18 авг — РИА Новости. Российские ученые из Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН и лаборатории активных сред и систем МФТИ совместно с американскими коллегами экспериментально получили и детально исследовали систему взаимодействующих частиц, для которых формально не выполняется третий закон Ньютона, рассказали РИА Новости в пресс-службе ОИВТ. «Третий закон Ньютона, который все помнят из школьной программы, утверждает, что сила действия равняется силе противодействия. Однако для некоторых открытых и неравновесных дисперсных систем — частиц в среде — симметрия эффективной силы межчастичного взаимодействия может нарушаться, и возникает очень интересная физика: например, частицы самоорганизуются в сложные структуры, система аномально разогревается, появляются необычные неравновесные фазовые переходы», — отметил заведующий лабораторией диагностики пылевой плазмы ОИВТ Евгений Лисин.Впервые систему с несимметричным взаимодействием частиц удалось получить в конце 1990-х годов в Германии. Но с тех пор, несмотря на подготовленную теоретическую базу, одной из важных нерешенных проблем оставалось прямое экспериментальное исследование особенностей несимметричного взаимодействия между частицами. «Точно измерить силу межчастичного взаимодействия и определить степень нарушения симметрии в зависимости от условий среды ранее не удавалось», — рассказали в пресс-службе ОИВТ. Решение этой проблемы стало возможным благодаря оригинальному спектральному методу измерения, который был разработан отечественными специалистами при поддержке Российского научного фонда.Как отметили в ОИВТ, нарушения симметрии межчастичного взаимодействия имеют общие закономерности с поведением колоний бактерий, косяков рыб, стай птиц и т.д. Данное направление исследований также может быть интересно в контексте разработки новых материалов с «программируемым» откликом на механические напряжения, магнитные и тепловые поля. «Появляются также перспективные приложения, связанные с сепарацией вещества, коллективной адресной доставкой микрогруза (например, лекарств) и преобразованием механической энергии хаотического движения», — рассказали в пресс-службе.Научная статья «Экспериментальное исследование несимметричных взаимодействий между микрочастицами в анизотропной плазме» опубликована российскими учеными в журнале Scientific Reports в соавторстве с американскими физиками из астрофизического центра CASPER Бейлорского университета.

https://ria.ru/20200817/1575904769.html

https://ria.ru/20200731/1575205075.html

сша

россия

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdnn21.img.ria.ru/images/155936/84/1559368462_36:0:2767:2048_1920x0_80_0_0_d19f807bc728e2d75a215f8302a54681.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

сша, российская академия наук, московский физико-технический институт, российский научный фонд, физика, россия

МОСКВА, 18 авг — РИА Новости. Российские ученые из Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН и лаборатории активных сред и систем МФТИ совместно с американскими коллегами экспериментально получили и детально исследовали систему взаимодействующих частиц, для которых формально не выполняется третий закон Ньютона, рассказали РИА Новости в пресс-службе ОИВТ.

«Третий закон Ньютона, который все помнят из школьной программы, утверждает, что сила действия равняется силе противодействия. Однако для некоторых открытых и неравновесных дисперсных систем — частиц в среде — симметрия эффективной силы межчастичного взаимодействия может нарушаться, и возникает очень интересная физика: например, частицы самоорганизуются в сложные структуры, система аномально разогревается, появляются необычные неравновесные фазовые переходы», — отметил заведующий лабораторией диагностики пылевой плазмы ОИВТ Евгений Лисин.

17 августа 2020, 18:00НаукаАстрономы зафиксировали необычное «сердцебиение» черной дыры

Впервые систему с несимметричным взаимодействием частиц удалось получить в конце 1990-х годов в Германии. Но с тех пор, несмотря на подготовленную теоретическую базу, одной из важных нерешенных проблем оставалось прямое экспериментальное исследование особенностей несимметричного взаимодействия между частицами. «Точно измерить силу межчастичного взаимодействия и определить степень нарушения симметрии в зависимости от условий среды ранее не удавалось», — рассказали в пресс-службе ОИВТ.

Решение этой проблемы стало возможным благодаря оригинальному спектральному методу измерения, который был разработан отечественными специалистами при поддержке Российского научного фонда.

Как отметили в ОИВТ, нарушения симметрии межчастичного взаимодействия имеют общие закономерности с поведением колоний бактерий, косяков рыб, стай птиц и т.д. Данное направление исследований также может быть интересно в контексте разработки новых материалов с «программируемым» откликом на механические напряжения, магнитные и тепловые поля. «Появляются также перспективные приложения, связанные с сепарацией вещества, коллективной адресной доставкой микрогруза (например, лекарств) и преобразованием механической энергии хаотического движения», — рассказали в пресс-службе.

31 июля 2020, 11:05НаукаУченые выяснили, что Вселенная более однородная, чем ожидалось

Научная статья «Экспериментальное исследование несимметричных взаимодействий между микрочастицами в анизотропной плазме» опубликована российскими учеными в журнале Scientific Reports в соавторстве с американскими физиками из астрофизического центра CASPER Бейлорского университета.

404 page not found | Fluke

Talk to a Fluke sales expert

Связаться с Fluke по вопросам обслуживания, технической поддержки и другим вопросам»

What is your favorite color?

Имя *

Фамилия *

Электронная почта *

FörКомпанияetag *

Номер телефона *

Страна * United States (Estados Unidos)CanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosБеларусь (Belarus)Belgien/Belgique (Belgium)BelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaireBosnia and HerzegovinaBouvet IslandBotswanaBrasil (Brazil)British Indian Ocean TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicČeská republika (Czech Republic)ChadChile中国 (China)Christmas IslandCittà Di VaticanCocos (Keeling) IslandsCook IslandsColombiaComorosCongoThe Democratic Republic of CongoCosta RicaCroatiaCyprusCôte D’IvoireDanmark (Denmark)Deutschland (Germany)DjiboutiDominicaEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEspaña (Spain)EstoniaEthiopiaFaroese FøroyarFijiFranceFrench Southern TerritoriesFrench GuianaGabonGambiaGeorgiaGhanaGilbralterGreeceGreenlandGrenadaGuatemalaGuadeloupeGuam (USA)GuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard Island and McDonald IslandsHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIraqIrelandIsraelIslas MalvinasItalia (Italy)Jamaica日本 (Japan)JordanKazakhstanKenyaKiribati대한민국 (Korea Republic of)KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMéxico (Mexico)MicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMonserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNederland (Netherlands)Netherlands AntillesNepalNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorge (Norway)Norfolk IslandNorthern Mariana IslandsOmanÖsterreich (Austria)PakistanPalauPalestinePanamaPapua New GuineaParaguayPerú (Peru)PhilippinesPitcairn IslandPuerto RicoРоссия (Russia)Polska (Poland)Polynesia (French)PortugalQatarRepública Dominicana (Dominican Republic)RéunionRomânia (Romania)RwandaSaint HelenaSaint Pierre and MiquelonSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Vincent and The GrenadinesSan MarinoSao Tome and PrincipeSaudi ArabiaSchweiz (Switzerland)SenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Georgia and The South Sandwich IslandsSouth SudanSri LankaSudanSuomi (Finland)SurinameSvalbard and Jan MayenSverige (Sweden)SwazilandTaiwanTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTokelauTogoTongaTrinidad and TobagoTunisiaTürkiye (Turkey)TurkmenistanTurks and Caicos IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUnited States Minor Outlying IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVirgin Islands (British)Virgin Islands (USA)VenezuelaVietnamWallis and FutunaWestern SaharaWestern SamoaYemenZambiaZimbabwe

Почтовый индекс *

Интересующие приборы

iGLastMSCRMCampaignID

?Отмечая галочкой этот пункт, я даю свое согласие на получение маркетинговых материалов и специальных предложений по электронной почте от Fluke Electronics Corporation, действующей от лица компании Fluke Industrial или ее партнеров в соответствии с политикой конфиденциальности.

consentLanguage

Политика конфиденциальности

Почему математика хорошо описывает реальность? / Хабр

Поводом к переводу статьи стало то, что я искал книгу автора «The Outer Limits of Reason». Спиратить книгу я так и не смог, зато наткнулся на статью, которая в довольно сжатом виде показывает взгляд автора на проблему.

Одна из самых интересных проблем философии науки — это связь математики и физической реальности. Почему математика так хорошо описывает происходящее во вселенной? Ведь многие области математики были сформированы без какого-либо участия физики, однако, как в итоге оказалось, они стали основой в описании некоторых физических законов. Как это можно объяснить?

Наиболее явно этот парадокс можно наблюдать в ситуациях, когда какие-то физические объекты были сначала открыты математически, а уже потом были найдены доказательства их физического существования. Наиболее известный пример — открытие Нептуна. Урбен Леверье сделал это открытие просто вычисляя орбиту Урана и исследуя расхождения предсказаний с реальной картиной.

Другие примеры — предсказание Дираком о существовании позитронов и предположение Максвелла о том, что колебания в электрическом или магнитном поле должно порождать волны.

Ещё более удивительно, что некоторые области математики существовали задолго до того, как физики поняли, что они подходят для объяснения некоторых аспектов вселенной. Конические сечения, изучаемые ещё Аполлонием в древней Греции, были использованы Кеплером в начале 17 века для описания орбит планет. Комплексные числа были предложены за несколько веков до того, как физики стали использовать их для описания квантовой механики. Неевклидова геометрия было создана за десятилетия до теории относительности.

Почему математика так хорошо описывает природные явления? Почему из всех способов выражения мыслей, математика работает лучше всего? Почему, например, нельзя предсказать точную траекторию движения небесных тел на языке поэзии? Почему мы не можем выразить всю сложность периодической таблицы Менделеева музыкальным произведением? Почему медитация не сильно помогает в предсказании результата экспериментов квантовой механики?

Лауреат нобелевской премии Юджин Вигнер, в своей статье «The unreasonable effectiveness of mathematics in the natural sciences», также задается этими вопросами. Вигнер не дал нам каких-то определенных ответов, он писал, что «невероятная эффективность математики в естественных науках — это что-то мистическое и этому нет рационального объяснения».

Альберт Эйнштейн по этому поводу писал:

Как может математика, порождение человеческого разума, независимое от индивидуального опыта, быть таким подходящим способом описывать объекты в реальности? Может ли тогда человеческий разум силой мысли, не прибегая к опыту, постичь свойства вселенной? [Einstein]

Давайте внесем ясность. Проблема действительно встает, когда мы воспринимаем математику и физику как 2 разные, превосходно сформированные и объективные области. Если смотреть на ситуацию с этой стороны, то действительно непонятно почему эти две дисциплины так хорошо работают вместе. Почему открытые законы физики так хорошо описываются (уже открытой) математикой?

Этот вопрос обдумывался многими людьми, и они дали множество решений этой проблемы. Теологи, например, предложили Существо, которое строит законы природы, и при этом использует язык математики.

Однако введение такого Существа только все усложняет. Платонисты (и их кузены натуралисты) верят в существование «мира идей», который содержит все математические объекты, формы, а так же Истину. Там же находятся и физические законы. Проблема с Платонистами в том, что они вводят ещё одну концепцию Платонического мира, и теперь мы должны объяснить отношение между тремя мирами (прим. переводчика. Я так и не понял зачем третий мир, но оставил как есть). Так же встает вопрос являются ли неидеальные теоремы идеальными формами (объектами мира идей). Как насчет опровергнутых физических законов?

Наиболее популярная версия решения поставленной проблемы эффективности математики заключается в том, что мы изучаем математику, наблюдая за физическим миром. Мы поняли некоторые свойства сложения и умножения считая овец и камни. Мы изучили геометрию, наблюдая за физическими формами. С этой точки зрения, неудивительно, что физика идет за математикой, ведь математика формируется при тщательном изучении физического мира. Главная проблема с этим решением заключается в том, что математика неплохо используется в областях, далеких от человеческого восприятия. Почему же спрятанный мир субатомных частиц так хорошо описывается математикой, изученной благодаря подсчетам овец и камней? почему специальная теория относительности, которая работает с объектами, двигающимися со скоростями близкими к скорости света, хорошо описывается математикой, которая сформирована наблюдением за объектами, двигающимися с нормальной скоростью?

В двух статьях (раз, два) Макр Зельцер и Я (Носон Яновски) сформулировали новый взгляд на природу математики (прим. переводчика. В целом в тех статьях написано то же, что и здесь, но куда более развернуто). Мы показали, что также, как и в физике, в математике огромную роль играет симметрия. Такой взгляд дает довольно оригинальное решение поставленной проблемы.

Прежде чем рассматривать причину эффективности математики в физике, мы должны поговорить о том, что такое физические законы. Говорить, что физические законы описывают физические феномены, несколько несерьезно. Для начала можно сказать, что каждый закон описывает много явлений. Например закон гравитации говорит нам что будет, если я уроню свою ложку, также он описывает падение моей ложки завтра, или что будет если я уроню ложку через месяц на Сатурне. Законы описывают целый комплекс разных явлений. Можно зайти и с другой стороны. Одно физическое явление может наблюдаться совершенно по-разному. Кто-то скажет, что объект неподвижен, кто-то, что объект движется с постоянной скоростью. Физический закон должен описывать оба случая одинаково. Также, например, теория тяготения должна описывать мое наблюдение падающей ложки в двигающимся автомобиле, с моей точки зрения, с точки зрения моего друга, стоящего на дороге, с точки зрения парня, стоящего у него на голове, рядом с черной дырой и т.п.

Встает следующий вопрос: как классифицировать физические явления? Какие стоит группировать вместе и приписывать одному закону? Физики используют для этого понятие симметрии. В разговорной речи слово симметрия используют для физических объектов. Мы говорим, что комната симметрична, если левая её часть похожа на правую. Иными словами, если мы поменяем местами стороны, то комната будет выглядеть точно также. Физики немного расширили это определение и применяют его к физическим законам. Физический закон симметричен по отношению к преобразованию, если закон описывает преобразованный феномен таким же образом. Например, физические законы симметричны по пространству. То есть явление, наблюдаемое в Пизе, так же может наблюдаться в Принстоне. Физические законы также симметричны по времени, т.е. эксперимент, проведенный сегодня должен дать такие же результаты, как если бы его провели завтра. Ещё одна очевидная симметрия — ориентация в пространстве.

Существует множество других типов симметрий, которым должны соответствовать физические законы. Относительность по Галиею требует, чтобы физические законы движения оставались неизменными, независимо от того неподвижен объект, или двигается с постоянной скоростью. Специальная теория относительности утверждает, что законы движения должны оставаться прежними, даже если объект движется со скоростью, близкой к скорости света. Общая теория относительности говорит, что законы остаются прежними, даже если объект движется с ускорением.

Физики обобщали понятие симметрии по-разному: локальная симметрия, глобальная симметрия, непрерывная симметрия, дискретная симметрия и т.д. Виктор Стенджер объединил множество видов симметрии по тем, что мы называем инвариантность по отношению к наблюдателю (point of view invariance). Это означает, что законы физики должны оставаться неизменными, независимо от того, кто и как их наблюдает. Он показал как много областей современной физики (но не все) могут быть сведены к законам, удовлетворяющими инвариантности по отношению к наблюдателю. Это означает, что явления, относящиеся к одному феномену, связанны, несмотря на то, что они могут рассматриваться по-разному.

Понимание настоящей важности симметрии прошло с теорией относительности Эйнштейна. До него люди сначала открывали какой-то физический закон, а потом находили в нем свойство симметрии. Эйнштейн же использовал симметрию, чтобы найти закон. Он постулировал, что закон должен быть одинаков для неподвижного наблюдателя и для наблюдателя, двигающегося со скоростью, близкой к световой. С этим предположением, он описал уравнения специальной теории относительности. Это была революция в физике. Эйнштейн понял, что симметрия — определяющая характеристика законы природы. Не закон удовлетворяет симметрии, а симметрия порождает закон.

В 1918 году Эмми Нётер показала, что симметрия ещё более важное понятие в физике, чем думали до этого. Она доказала теорему, связывающую симметрии с законами сохранения. Теорема показала, что каждая симметрия порождает свой закон сохранения, и наоборот. Например инвариантность по смещению в пространстве порождает закон сохранения линейного импульса. Инвариантность по времени порождает закон сохранения энергии. Инвариантность по ориентации порождает закон сохранения углового момента. После этого физики стали искать новые виды симметрий, чтобы найти новые законы физики.

Таким образом мы определили что называть физическим законом. С этой точки зрения неудивительно, что эти законы кажутся нам объективными, вневременными, независимыми от человека. Так как они инвариантны по отношению к месту, времени, и взгляду на них человека, создается впечатление, что они существуют «где-то там». Однако на это можно посмотреть и по-другому. Вместо того, чтобы говорить, что мы смотрим на множество различных следствий из внешних законов, мы можем сказать, что человек выделил какие-то наблюдаемые физические явления, нашел в них что-то похожее и объединил их в закон. Мы замечаем только то, что воспринимаем, называем это законом и пропускаем все остальное. Мы не можем отказаться от человеческого фактора в понимании законов природы.

Прежде чем мы двинемся дальше, нужно упомянуть о одной симметрии, которая настолько очевидная, что о ней редко когда упоминают. Закон физики должен обладать симметрией по приложению (symmetry of applicability). То есть если закон работает с объектом одного типа, то он будет работать и с другим объектом такого же типа. Если закон верен для одной положительно заряженной частицы, двигающейся со скоростью, близкой к скорости света, то он будет работать и для другой положительно заряженной частицы, двигающейся со скоростью такого же порядка. С другой стороны, закон может не работать для макрообъектов с малой скоростью. Все похожие объекты связанны с одним законом. Нам понадобится этот вид симметрии, когда мы будем обсуждать связь математики с физикой.

Давайте потратим немного времени на то, чтобы понять самую суть математики. Мы рассмотрим 3 примера.

Давным давно какой-то фермер обнаружил, что если ты возьмешь девять яблок и соединишь их с четырьмя яблоками, то в итоге ты получишь тринадцать яблок. Некоторое время спустя он обнаружил, что если девять апельсинов соединить с четырьмя апельсинами, то получится тринадцать апельсинов. Это означает, что если он обменяет каждое яблоко на апельсин, то количество фруктов останется неизменным. В какое-то время математики накопили достаточно опыта в подобных делах и вывели математическое выражение 9 + 4 = 13. Это маленькое выражение обобщает все возможные случаи таких комбинаций. То есть оно истинно для любых дискретных объектов, которые можно обменять на яблоки.

Более сложный пример. Одна из важнейших теорем алгебраической геометрии — теорема Гильберта о нулях (https://ru.wikipedia.org/wiki/Теорема_Гильберта_о_нулях ). Она заключается в том, что для каждого идеала J в полиномиальном кольце существует соответствующее алгебраическое множество V(J), а для каждого алгебраического множества S существует идеал I(S). Связь этих двух операций выражается как , где — радикал идеала. Если мы заменим одно алг. мн-во на другое, мы получим другой идеал. Если мы заменим один идеал на другой, мы получим другое алг. мн-во.

Одним из основных понятий алгебраической топологии является гомоморфизм Гуревича. Для каждого топологического пространства X и положительного k существует группа гомоморфизмов из k-гомотопичой группы в k-гомологичную группу. . Этот гомоморфизм обладает особым свойством. Если пространство X заменить на пространство Y, а заменить на , то гомоморфизм будет другим . Как и в предыдущем примере, какой-то конкретный случай этого утверждения не имеет большого значения для математики. Но если мы собираем все случаи, то мы получаем теорему.

В этих трех примерах мы смотрели на изменение семантики математических выражений. Мы меняли апельсины на яблоки, мы меняли одну идею на другую, мы заменяли одно топологическое пространство на другое. Главное в этом то, что делая правильную замену, математическое утверждение остается верным. Мы утверждаем, что именно это свойство является основным свойством математики. Так что мы будем называть утверждение математическим, если мы можем изменить то, на что оно ссылается, и при этом утверждение останется верным.

Теперь к каждому математическому утверждению нам нужно будет приставить область применения. Когда математик говорит «для каждого целого n», «Возьмем пространство Хаусдорфа», или «пусть C — кокуммутативная, коассоциативная инволютивная коалгебра», он определяет область применения для своего утверждения. Если это утверждение правдиво для одного элемента из области применения, то оно правдиво для каждого (при условии правильного выбора этой самой области применения, прим. пер.).

Эта замена одного элемента на другое, может быть описана как одно из свойств симметрии. Мы называем это симметрия семантики. Мы утверждаем, что эта симметрия фундаментальна, как для математики, так и для физики. Таким же образом, как физики формулируют свои законы, математики формулируют свои математические утверждения, одновременно определяя в какой области применения утверждение сохраняет симметрию семантики (иными словами где это утверждение работает). Зайдем дальше и скажем, что математическое утверждение — утверждение, которое удовлетворяет симметрии семантики.

Если среди вас найдутся логики, то им понятие симметрии семантики будет вполне очевидно, ведь логическое высказывание истинно, если оно истинно для каждой интерпретации логической формулы. Здесь же мы говорим, что мат. утверждение верно, если оно верно для каждого элемента из области применения.

Кто-то может возразить, что такое определение математики слишком широкое и что утверждение, удовлетворяющее симметрии семантики — просто утверждение, не обязательно математическое. Мы ответим, что во-первых, математика в принципе достаточно широка. Математика — это не только разговоры о числах, она о формах, высказываниях, множествах, категориях, микросостояниях, макросостояниях, свойствах и т.п. Чтобы все эти объекты были математическими, определение математики должно быть широким. Во-вторых, существует множество утверждений, не удовлетворяющих симметрии семантики. «В Нью-Йорке в январе холодно», «Цветы бывают только красными и зелеными», «Политики — честные люди». Все эти утверждения не удовлетворяют симметрии семантики и, следоваиельно, не математические. Если есть контрпример из области применения, то утверждение автоматически перестает быть математическим.

Математические утверждения удовлетворяют также и другим симметриям, например симметрии синтаксиса. Это означает, что одни и те же математические объекты могут быть представлены по-разному. Например число 6 может быть представлено как «2 * 3», или «2 + 2 + 2», или «54/9». Также мы можем говорить о «непрерывной самонепересекающийся кривой», о «простой замкнутой кривой», о «жордановой кривой», и мы будем иметь в виду одно и то же. На практике математики пытаются использовать наиболее простой синтаксис (6 вместо 5+2-1).

Некоторые симметрические свойства математики кажутся настолько очевидными, что о них вообще не говорят. Например математическая истина инвариантна по отношению ко времени и пространству. Если утверждение истинно, то оно будет истинно также завтра в другой части земного шара. Причем неважно, кто его произнесет — мать Тереза или Альберт Эйнштейн, и на каком языке.

Так как математика удовлетворяет всем этим типам симметрии, легко понять почему нам кажется, что математика (как и физика) объективна, работает вне времени и независима от наблюдений человека. Когда математические формулы начинают работать для совершенно разных задач, открытых независимо, иногда в разных веках, начинает казаться, что математика существует «где-то там». Однако, симметрия семантики (а это именно то, что происходит) — это фундаментальная часть математики, определяющая её. Вместо того, чтобы сказать, что существует одна математическая истина и мы лишь нашли несколько её случаев, мы скажем, что существует множество случаев математических фактов и человеческий разум объединил их вместе, создав математическое утверждение.

Ну что, теперь мы можем задаться вопросов почему математика так хорошо описывает физику. Давайте взглянем на 3 физических закона.

• Наш первый пример — гравитация. Описание одного феномена гравитации может выглядеть как «В Нью-Йорке, Бруклин, Майн стрит 5775, на втором этаже в 21.17:54, я увидел двухсотграммовую ложку, которая упала и стукнулась о пол спустя 1.38 секунд». Даже если мы настолько аккуратны в наших записях, они нам не сильно помогут в описаниях всех явлений гравитации (а именно это и должен делать физический закон). Единственный хороший способ записать этот закон будет записать его математическим утверждением, приписав к нему все наблюдаемые явления гравитации. Мы можем сделать это, написав закон Ньютона . Подставляя массы и расстояние, мы получим наш конкретный пример гравитационного явления.

• Точно также для того, чтобы найти экстремум движения, нужно применить формулу Эйлера-Лагранжа . Все минимумы и максимумы движения выражаются через это уравнение и определяются симметрией семантики. Конечно, эта формула может быть выражена и другими символами. Она может быть записана даже на эсперанто, в целом не важно на каком языке она выражается (на эту тему переводчик мог бы подискутировать с автором, но для результата статьи это не так важно).

• Единственный способ описать взаимоотношения между давлением, объемом, количеством и температурой идеального газа — это записать закон . Все инстансы явлений будут описываться этим законом.

В каждом из трех приведенных примеров физические законы естественно выражаются только через математические формулы. Все физические явления, которые мы хотим описать, находятся внутри математического выражения (точнее в частных случаях этого выражения). В терминах симметрий мы говорим, что физическая симметрия применимости — частный случай математической симметрии семантики. Более точно, из симметрии применимости следует, что мы можем заменить один объект на другой (того же класса). Значит математическое выражение, которое описывает явление, должно обладать таким же свойством (то есть его область применения должна быть хотя бы не меньше).

Иными словами, мы хотим сказать, что математика так хорошо работает в описании физических явлений, потому-что физика с математикой формировались одинаковым образом. Законы физики не находятся в платоновом мире и не являются центральными идеями в математике. И физики, и математики выбирают свои утверждения таким образом, чтобы они подходили ко многим контекстам. В этом нет ничего странного, что абстрактные законы физики берут свое начало в абстрактном языке математики. Как и в том, что некоторые математические утверждения сформулированы задолго до того, как были открыты соответствующие законы физики, ведь они подчиняются одним симметриям.

Теперь мы полностью решили загадку эффективности математики. Хотя, конечно, есть ещё множество вопросов, на которые нет ответов. Например, мы можем спросить почему у людей вообще есть физика и математика. Почему мы способны замечать симметрии вокруг нас? Частично ответ на этот вопрос в том, что быть живым — значит проявлять свойство гомеостазиса, поэтому живые существа должны защищаться. Чем лучше они понимают своё окружение, тем лучше они выживают. Неживые объекты, например камни и палки, никак не взаимодействуют со своим окружением. Растения же, с другой стороны, поворачиваются к солнцу, а их корни тянутся к воде. Более сложное животное может замечать больше вещей в своем окружении. Люди замечают вокруг себя множество закономерностей. Шимпанзе или, например, дельфины не могут этого. Закономерности наших мыслей мы называем математикой. Некоторые из этих закономерностей являются закономерностями физических явлений вокруг нас, и мы называем эти закономерности физикой.

Можно задаться вопросом почему в физических явлениях вообще есть какие-то закономерности? Почему эксперимент проведенный в Москве даст такие же результаты, если его провести в Санкт-Петербурге? Почему отпущенный мячик будет падать с одинаковой скоростью, несмотря на то, что его отпустили в другое время? Почему химическая реакция будет протекать одинаково, даже если на неё смотрят разные люди? Чтобы ответить на эти вопросы мы можем обратиться к антропному принципу. Если бы во вселенной не было каких-то закономерностей, то нас бы не существовало. Жизнь пользуется тем фактом, что у природы есть какие-то предсказуемые явления. Если бы вселенная была полностью случайна, или похожа на какую-то психоделическую картину, то никакая жизнь, по крайней мере интеллектуальная жизнь, не смогла бы выжить. Антропный принцип, вообще говоря, не решает поставленную проблему. Вопросы типа «Почему существует вселенная», «Почему есть что-то» и «Что тут вообще происходит» пока остаются без ответа.

Несмотря на то, что мы не ответили на все вопросы, мы показали, что наличие структуры в наблюдаемой вселенной вполне естественно описывается на языке математики.

10 самых красивых экспериментов в истории физики

Десятки и сотни тысяч физических экспериментов было поставлено за тысячелетнюю историю науки. Непросто отобрать несколько «самых-самых», чтобы рассказать о них. Каков должен быть критерий отбора?

Четыре года назад в газете «The New York Times» была опубликована статья Роберта Криза и Стони Бука. В ней рассказывалось о результатах опроса, проведенного среди физиков. Каждый опрошенный должен был назвать десять самых красивых за всю историю физических экспериментов. На наш взгляд, критерий красоты ничем не уступает другим критериям. Поэтому мы расскажем об экспериментах, вошедших в первую десятку по результатам опроса Криза и Бука.

1. Эксперимент Эратосфена Киренского

Один из самых древних известных физических экспериментов, в результате которого был измерен радиус Земли, был проведен в III веке до нашей эры библиотекарем знаменитой Александрийской библиотеки Эрастофеном Киренским.

Схема эксперимента проста. В полдень, в день летнего солнцестояния, в городе Сиене (ныне Асуан) Солнце находилось в зените и предметы не отбрасывали тени. В тот же день и в то же время в городе Александрии, находившемся в 800 километрах от Сиена, Солнце отклонялось от зенита примерно на 7°. Это составляет примерно 1/50 полного круга (360°), откуда получается, что окружность Земли равна 40 000 километров, а радиус 6300 километров.

Почти невероятным представляется то, что измеренный столь простым методом радиус Земли оказался всего на 5% меньше значения, полученного самыми точными современными методами.

2. Эксперимент Галилео Галилея

В XVII веке господствовала точка зрения Аристотеля, который учил, что скорость падения тела зависит от его массы. Чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. Наблюдения, которые каждый из нас может проделать в повседневной жизни, казалось бы, подтверждают это.

Попробуйте одновременно выпустить из рук легкую зубочистку и тяжелый камень. Камень быстрее коснется земли. Подобные наблюдения привели Аристотеля к выводу о фундаментальном свойстве силы, с которой Земля притягивает другие тела. В действительности на скорость падения влияет не только сила притяжения, но и сила сопротивления воздуха. Соотношение этих сил для легких предметов и для тяжелых различно, что и приводит к наблюдаемому эффекту. Итальянец Галилео Галилей усомнился в правильности выводов Аристотеля и нашел способ их проверить. Для этого он сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро и значительно более легкую мушкетную пулю. Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму, поэтому и для ядра, и для пули силы сопротивления воздуха были пренебрежимо малы по сравнению с силами притяжения.

Галилей выяснил, что оба предмета достигают земли в один и тот же момент, то есть скорость их падения одинакова. Результаты, полученные Галилеем. — следствие закона всемирного тяготения и закона, в соответствии с которым ускорение, испытываемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально массе.

3. Другой эксперимент Галилео Галилея

Галилей замерял расстояние, которое шары, катящиеся по наклонной доске, преодолевали за равные промежутки времени, измеренный автором опыта по водяным часам. Ученый выяснил, что если время увеличить в два раза, то шары прокатятся в четыре раза дальше. Эта квадратичная зависимость означала, что шары под действием силы тяжести движутся ускоренно, что противоречило принимаемому на веру в течение 2000 лет утверждению Аристотеля о том, что тела, на которые действует сила, движутся с постоянной скоростью, тогда как если сила не приложена к телу, то оно покоится.  

 Результаты этого эксперимента Галилея, как и результаты его эксперимента с Пизанской башней, в дальнейшем послужили основой для формулирования законов классической механики.

4. Эксперимент Генри Кавендиша

После того как Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения: сила притяжения между двумя телами с массами Мит, удаленных друг от друга на расстояние r, равна F=G(mM/r2), оставалось определить значение гравитационной постоянной G. Для этого нужно было измерить силу притяжения между двумя телами с известными массами. Сделать это не так просто, потому что сила притяжения очень мала.

Мы ощущаем силу притяжения Земли. Но почувствовать притяжение даже очень большой оказавшейся поблизости горы невозможно, поскольку оно очень слабо. Нужен был очень тонкий и чувствительный метод. Его придумал и применил в 1798 году соотечественник Ньютона Генри Кавендиш. Он использовал крутильные весы — коромысло с двумя шариками, подвешенное на очень тонком шнурке. Кавендиш измерял смещение коромысла (поворот) при приближении к шарикам весов других шаров большей массы.

 Для увеличения чувствительности смещение определялось по световым зайчикам, отраженным от зеркал, закрепленных на шарах коромысла. В результате этого эксперимента Кавендишу удалось довольно точно определить значение гравитационной константы и впервые вычислить массу Земли.

5. Эксперимент Жана Бернара Фуко

 Французский физик Жан Бернар Леон Фуко в 1851 году экспериментально доказал вращение Земли вокруг своей оси с помощью 67-метрового маятника, подвешенного к вершине купола парижского Пантеона. Плоскость качания маятника сохраняет неизменное положение по отношению к звездам. Наблюдатель же, находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней, видит, что плоскость вращения медленно поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения Земли.

6. Эксперимент Исаака Ньютона

В 1672 году Исаак Ньютон проделал простой эксперимент, который описан во всех школьных учебниках. Затворив ставни, он проделал в них небольшое отверстие, сквозь которое проходил солнечный луч. На пути луча была поставлена призма, а за призмой — экран.

На экране Ньютон наблюдал «радугу»: белый солнечный луч, пройдя через призму, превратился в несколько цветных лучей — от фиолетового до красного. Это явление называется дисперсией света. Сэр Исаак был не первым, наблюдавшим это явление. Уже в начале нашей эры было известно, что большие монокристаллы природного происхождения обладают свойством разлагать свет на цвета. Первые исследования дисперсии света в опытах со стеклянной треугольной призмой еще до Ньютона выполнили англичанин Хариот и чешский естествоиспытатель Марци.

Однако до Ньютона подобные наблюдения не подвергались серьезному анализу, а делавшиеся на их основе выводы не перепроверялись дополнительными экспериментами. И Хариот, и Марци оставались последователями Аристотеля, который утверждал, что различие в цвете определяется различием в количестве темноты, «примешиваемой» к белому свету. Фиолетовый цвет, по Аристотелю, возникает при наибольшем добавлении темноты к свету, а красный — при наименьшем. Ньютон же проделал допол¬нительные опыты со скрещенными призмами, когда свет, пропущенный через одну призму, проходит затем через другую. На основании совокупности проделанных опытов он сделал вывод о том, что «никакого цвета не возникает из белизны и черноты, смешанных вместе, кроме промежуточных темных; количество света не меняет вида цвета». Он показал, что белый свет нужно рассматривать как составной. Основными же являются цвета от фиолетового до красного. Этот эксперимент Ньютона служит замечательным примером того, как разные люди, наблюдая одно и то же явление, интерпретируют его по-разному и только те, кто подвергает сомнению свою интерпретацию и ставит дополнительные опыты, приходят к правильным выводам.

7. Эксперимент Томаса Юнга

До начала XIX века преобладали представления о корпускулярной природе света. Свет считали состоящим из отдельных частиц — корпускул. Хотя явления дифракции и интерференции света наблюдал еще Ньютон («кольца Ньютона»), общепринятая точка зрения оставалась корпускулярной. Рассматривая волны на поверхности воды от двух брошенных камней, можно заметить, как, накладываясь друг на друга, волны могут интерферировать, то есть взаимогасить либо взаимоусиливать друг друга. Основываясь на этом, английский физик и врач Томас Юнг проделал в 1801 году опыты с лучом света, который проходил через два отверстия в непрозрачном экране, образуя, таким образом, два независимых источника света, аналогичных двум брошенным в воду камням. В результате он наблюдал интерференционную картину, состоящую из чередующихся темных и белых полос, которая не могла бы образоваться, если бы свет состоял из корпускул. Темные полосы соответствовали зонам, где световые волны от двух щелей гасят друг друга. Светлые полосы возникали там, где световые волны взаимоусиливались. Таким образом была доказана волновая природа света.

8. Эксперимент Клауса Йонссона

Немецкий физик Клаус Йонссон провел в 1961 году эксперимент, подобный эксперименту Томаса Юнга по интерференции света. Разница состояла в том, что вместо лучей света Йонссон использовал пучки электронов. Он получил интерференционную картину, аналогичную той, что Юнг наблюдал для световых волн. Это подтвердило правильность положений квантовой механики о смешанной корпускулярно-волновой природе элементарных частиц.

9. Эксперимент Роберта Милликена

Представление о том, что электрический заряд любого тела дискретен (то есть состоит из большего или меньшего набора элементарных зарядов, которые уже не подвержены дроблению), возникло еще в начале XIX века и поддерживалось такими известными физиками, как М.Фарадей и Г.Гельмгольц. В теорию был введен термин «электрон», обозначавший некую частицу — носитель элементарного электрического заряда. Этот термин, однако, был в то время чисто формальным, поскольку ни сама частица, ни связанный с ней элементарный электрический заряд не были обнаружены экспериментально.

В 1895 году К.Рентген во время экспериментов с разрядной трубкой обнаружил, что ее анод под действием летящих из катода лучей способен излучать свои, Х-лучи, или лучи Рентгена. В том же году французский физик Ж.Перрен экспериментально доказал, что катодные лучи — это поток отрицательно заряженных частиц. Но, несмотря на колоссальный экспериментальный материал, электрон оставался гипотетической частицей, поскольку не было ни одного опыта, в котором участвовали бы отдельные электроны. Американский физик Роберт Милликен разработал метод, ставший классическим примером изящного физического эксперимента.

Милликену удалось изолировать в пространстве несколько заряженных капелек воды между пластинами конденсатора. Освещая рентгеновскими лучами, можно было слегка ионизировать воздух между пластинами и изменять заряд капель. При включенном поле между пластинами капелька медленно двигалась вверх под действием электрического притяжения. При выключенном поле она опускалась под действием гравитации. Включая и выключая поле, можно было изучать каждую из взвешенных между пластинами капелек в течение 45 секунд, после чего они испарялись. К 1909 году удалось определить, что заряд любой капельки всегда был целым кратным фундаментальной величине е (заряд электрона). Это было убедительным доказательством того, что электроны представляли собой частицы с одинаковыми зарядом и массой. Заменив капельки воды капельками масла, Милликен получил возможность увеличить продолжительность наблюдений до 4,5 часа и в 1913 году, исключив один за другим возможные источники погрешностей, опубликовал первое измеренное значение заряда электрона: е = (4,774 ± 0,009)х10-10 электростатических единиц.

10. Эксперимент Эрнста Резерфорда

К началу XX века стало понятно, что атомы состоят из отрицательно заряженных электронов и какого-то положительного заряда, благодаря которому атом остается в целом нейтральным. Однако предположений о том, как выглядит эта «положительно-отрицательная» система, было слишком много, в то время как экспериментальных данных, которые позволили бы сделать выбор в пользу той или иной модели, явно недоставало.

Большинство физиков приняли модель Дж.Дж.Томсона: атом как равномерно заряженный положительный шар диаметром примерно 10-8см с плавающими внутри отрицательными электронами. В 1909 году Эрнст Резерфорд (ему помогали Ганс Гейгер и Эрнст Марсден) поставил эксперимент, чтобы понять действительную структуру атома. В этом эксперименте тяжелые положительно заряженные а-частицы, движущиеся со скоростью 20 км/с, проходили через тонкую золотую фольгу и рассеивались на атомах золота, отклоняясь от первоначального направления движения. Чтобы определить степень отклонения, Гейгер и Марсден должны были с помощью микроскопа наблюдать вспышки на пластине сцинтиллятора, возникавшие там, где в пластину попадала а-частица. За два года было сосчитано около миллиона вспышек и доказано, что примерно одна частица на 8000 в результате рассеяния изменяет направление движения более чем на 90° (то есть поворачивает назад). Такого никак не могло происходить в «рыхлом» атоме Томсона. Результаты однозначно свидетельствовали в пользу так называемой планетарной модели атома — массивное крохотное ядро размерами примерно 10-13 см и электроны, вращающиеся вокруг этого ядра на расстоянии около 10-8 см.

 

Назад в прошлое Физики объяснили направление движения времени: Наука и техника: Lenta.ru

Во вторник на Ленте.Ру появилась заметка, в которой излагалась суть открытия, сделанного итальянским физиком Лоренцо Макконе. Макконе удалось с позиций квантовой механики объяснить, почему для нас время движется в некотором выбранном направлении. Формат новостной заметки не позволил изложить многие детали открытия, поэтому Лента.Ру решилась написать более подробный комментарий на данную тему.

Начнем с того, что работа физика хоть и вышла в солидном журнале Physical Review Letters (ее препринт доступен здесь), однако одобрения научного сообщества еще не получила. Заслуживающим внимания эту работу (в которой, к слову, всего четыре страницы) делает то, что специалисты, успевшие с ней ознакомиться, называют подход Макконе «новаторским». Но при этом соглашаться со всеми выводами итальянского физика они не спешат.

Т-симметрия и энтропия

Есть такие слова, так называемые палиндромы, которые можно читать в любом направлении — справа налево или слева направо. Например, слово «топот». Так вот, T-симметрия — это что-то похожее: между событиями, описываемыми симметричными законами, которые работают в прямом порядке и обратном, нет никакой разницы. Формально последнее означает, что формулы, описывающие те или иные явления, остаются верными, если в них t (переменную, отвечающую за время) заменить на -t.

С другой стороны, всем известно, что если чашку горячего чая поставить в холодильник (делать этого, правда, не рекомендуют производители бытового оборудования), то она со временем остынет. Можно представить, что в какой-то момент процесс повернет вспять: чай снова разогреется, а воздух в холодильнике охладится (как будто мы «промотали» время в реальном опыте с чаем назад), — однако в действительности такого еще никто не наблюдал.

Здесь в действие вступает так называемая энтропия — мера необратимого рассеяния энергии (сейчас этот термин перекочевал во всевозможные области знаний от статистической физики до теории информации, о чем будет сказано чуть ниже). Согласно второму закону термодинамики, все происходящие в замкнутой системе процессы приводят к росту этой самой энтропии. Поэтому в опыте с чаем и холодильником обратный по времени процесс с разогревом невозможен.

Направление времени

Впервые понятие энтропии было введено в работах физика Рудольфа Клаузиуса в 1865 году как мера необратимого рассеяния энергии. Клаузиус использовал этот термин для объяснения того факта, что тепло всегда передается от горячего тела к холодному.

За замечательную идею роста энтропии физики ухватились и попытались применить ее в более общем случае для объяснения глобального направления движения времени во Вселенной. Однако эти попытки почти сразу наткнулись на серьезные трудности. Согласно одним теориям, Вселенная постоянно увеличивает энтропию потому, что изначально находилась в состоянии с очень малым значением этой величины. Согласно другим, второе начало термодинамики работает не только в частных случаях (горячее/холодное), но и в космических масштабах (против последнего, например, возражал знаменитый физик Лев Ландау: он полагал, что подобный подход не учитывает общую теорию относительности). Самые «резкие» исследователи вообще предлагают отменить саму теоретическую возможность обратимости времени и поправить физические законы так, чтобы T-симметрия стала в принципе, даже в рассуждениях, невозможна.

Изучив список возможных вариантов решения проблемы (он приводится в конце работы итальянского физика), Макконе предложил новое и элегантное решение. Согласно его теории, события, в которых время движется в обратном направлении, вполне могут происходить. Может быть, даже происходят. Однако информационное устройство Вселенной таково, что никаких данных об этих событиях не сохраняется (и не может сохраниться). Таким образом, они абсолютно неотличимы от тех событий, которые никогда не происходили.

Теория Макконе

В качестве основного аппарата для формализации этого несколько философского объяснения Макконе выбрал квантовую механику. Полезным свойством этой теории является то, что в ней имеется прекрасный аналог термодинамической энтропии — энтропия фон Неймана, которая, в некотором смысле, является мерой хаотичности информации в квантовой системе.

Для пояснения своей идеи Макконе предлагает следующий умозрительный эксперимент. Представим, что у нас имеется получатель информации Алиса и передатчик информации Боб (двух этих персонажей физики мучают своими экспериментами еще со времен Эйнштейна). Представим, что Алиса сидит в удобной, но совершенно отгороженной от всего остального мира лаборатории. В этом случае она является подсистемой системы «лаборатория». Ее друг Боб, который обитает вне лаборатории, посылает Алисе атом, спин которого находится в состоянии квантовой неопределенности (суперпозиции двух базовых состояний). В результате появляется система «атом-лаборатория».

Когда Алиса измеряет спин атома, то она получает некоторое конкретное значение. При этом с точки зрения системы «лаборатория» (которая стала подсистемой системы «атом-лаборатория») энтропия возрастает. В свою очередь Боб, который находится вне лаборатории, ничего не знает о результатах измерения. Таким образом, для него энтропия системы «атом-лаборатория» не изменилась. Более того, с точки зрения Боба взаимодействие Алисы и атома привело к их «квантовому запутыванию», то есть две подсистемы системы «атом-лаборатория» оказались взаимосвязаны.

Представим теперь, что в нашем эксперименте Боб наделен сверхспособностями — квантовая система «атом-лаборатория» находится в его полной власти. Предположим, он решает распутать атом и Алису. С точки зрения системы «лаборатория» это приводит к уменьшению энтропии фон Неймана. При этом спин атома снова переходит в неопределенное состояние. Последнее означает, что вся прежняя информация об измерениях должна исчезнуть (иначе никакой неопределенности не получится). В результате, все данные в лаборатории Алисы исчезают, включая память о проведенном эксперименте. Таким образом, энтропия уменьшилась, однако никто этого не запомнил. В рамках своей работы Макконе формализует данный мысленный эксперимент математически.

Отсюда итальянский физик делает замечательные выводы. Действительно, пусть процессы, в которых время идет в обратном направлении, происходят. Но тогда эти процессы приводят к уменьшению энтропии. Однако, как было доказано в мысленном эксперименте (а в работе Макконе — математически), эти события не оставляют информационных следов, а значит, их невозможно изучать.

И в заключение

Еще раз хочется отметить, что новая теория пока не является общепринятой, но элегантность рассуждений подкупает. Хочется верить, что идеи Макконе получат дальнейшее естественное развитие. А мы пока продолжим двигаться вперед во времени.

Глубоко задумавшись: что такое «закон физики»?

Одна вещь, которая одновременно сбивает с толку и волнует в физике, — это то, сколько, казалось бы, простых вопросов остается без ответа. Когда вы слышите вопросы, с которыми борются физики, вы иногда говорите себе: «Постой, ты имеешь в виду, что они даже не знают этого ?» Физику можно определить как предмет, который пытается выяснить, почему мир может сначала казаться непостижимо сложным, но при более близком рассмотрении управляется простыми законами.Эти законы, применяемые неоднократно, усложняют ситуацию. Исходя из этого определения, можно предположить, что физики по крайней мере разобрались в том, что они подразумевают под «законом».

Извините.

Почему природа должна подчиняться законам? Почему эти законы должны быть выражены в терминах математики? Почему их следует формулировать в пространстве и времени? Эти вопросы были заданы на увлекательном семинаре две недели назад в Институте Периметра, продолжении семинара, проведенного в Университете штата Аризона в декабре 2008 года.Одна из участниц, Сабина Хоссенфельдер, рассказывала об этом вчера в Backreaction, одном из самых последовательно продуманных блогов по физике. Суть в том, что организаторам лучше начать планировать больше сиквелов, потому что вопросы кажутся такими же неразрешимыми, как и всегда.

Не думаю, что когда-либо был на конференции, подобной этому семинару. Где еще я мог услышать вывод теории квантовой механики, аргумент против политеизма и уловку, позволяющую указать направление в незнакомое место за пару часов? В нем приняли участие физики и академические философы.Эти два сообщества были очень близки во времена Эйнштейна, но затем разошлись. В своей книге Dreams of a Final Theory физик элементарных частиц Стивен Вайнберг написал главу «Против философии», в которой резюмировал презрение, которое физики его поколения испытывали к этому предмету. Но, как я писал в эссе несколько лет назад, времена меняются, в основном потому, что многие физики думают, что их поиск единой теории останавливается из-за неспособности продумать философские вопросы.На собраниях, где собираются две группы, они кажутся мне вполне совместимыми. Присутствующие философы, как правило, получают образование в области физики, а физики, даже если они не могут отличить своего Гегеля от своего Хайдеггера, стремятся учиться.

Их главное отличие — стиль. Физики склонны говорить довольно свободно и полагаться на математику, чтобы поддержать их, тогда как философы более скрупулезны в риторическом плане (иногда с ошибкой). Физики также имеют тенденцию прерывать выступающих вопросами рано и часто, мешая философам когда-либо добраться до своей точки зрения.«Философы намного более цивилизованы, чем физики», — размышлял (физик) Ниайеш Афшорди.

Что действительно сделало этот семинар странным, так это то, что, за некоторыми исключениями, переговоры были длинными на утверждения и без аргументов. По сути, это был трехдневный мозговой штурм, предназначенный для того, чтобы спровоцировать и отправить участников домой с новыми идеями, которые они могут в конечном итоге внедрить в свою работу, а не для того, чтобы донести конкретные результаты. Именно это качество делает написание сообщения в блоге об этом так же сложно, как и резюмирование Пруста.Налейте себе чашку кофе и расслабьтесь.

Что такое законы?

Первые несколько ораторов сразу задались вопросом, что такое законы. Среди них был философ Джон Робертс из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл. (Видео с его выступлением здесь.) Закон не только описывает закономерность в природе, но и различает закономерности, которые возникают случайно, и те, которые существуют всегда, независимо от деталей ситуации. Что это означает, очень сложно определить, и становится еще хуже, когда вы говорите обо всей вселенной.Если Вселенная — это все, что есть, то как могло быть иначе? Если не могло, то в чем разница между случайным и врожденным паттерном?

Робертс рассмотрел некоторые ведущие философские школы мысли, нашел их недостающими и утверждал, что концепция закона неотделима от того, как физики открывают законы. Их главный инструмент — контролируемый эксперимент, который по самой своей природе ищет закономерности, которые выдерживают любые конкретные условия.Признаюсь, я не понимал, как подход Робертса помогает с вопросами, которые нас больше всего волнуют: почему природа скорее шаблонна, чем хаотична? Почему закон, извлеченный из одной ситуации (скажем, падения яблок), работает в несвязанных ситуациях (вращение планет на орбите)? Но кажется полезным признать, что наши законы, даже если они отражают некоторую объективную реальность, обусловлены нашим процессом открытия.

Следующий оратор, физик Марсело Глейзер из Дартмута, высказал аналогичную точку зрения с точки зрения физики: наука, по его словам, очень зависит от инструментов.Но затем он пошел в другом направлении, утверждая, что окончательная теория — это ложный сон, потому что новые инструменты неизменно означают новые открытия. У Backreaction есть больше комментариев к его выступлению, которые вы можете посмотреть сами, и всегда есть новая книга Глейзера. На протяжении всего семинара участники продолжали беспокоиться о том, что может не быть окончательной единой теории, а будет лишь лоскутное одеяло теорий.

Моя собственная реакция заключалась в том, что, хотя было полезно предостеречь от цепляния за предвзятые идеи относительно окончательной теории, Глейзер слишком настаивал на том, чтобы рассматривать стакан физики как полупустой.Мы можем многое не знать, но мы также знаем очень много, и все, что мы видим, указывает на то, что природа — это , управляемая простыми законами. Наблюдатели все время делают новые открытия, но новые открытия не означают новых законов. Подавляющая часть того, что они обнаруживают, может быть понята с использованием существующих законов, а исключения возникают в ситуациях, когда законы вступают в противоречие, предполагая, что их согласование даст объяснение и для исключений.

В период вопросов и ответов после выступления Глейзера астрофизик и писательница Жанна Левин из Колумбийского университета отметила, что, хотя физики часто проводят контраст между наблюдением и чистым мышлением, наш разум формируется физическим миром, поэтому наши мысли тоже представляют собой косвенную форму наблюдения.

Более поздний оратор, физик Дэвид Вулперт из Исследовательского центра НАСА в Эймсе, также высказал некоторую осторожность. Основная цель законов — делать надежные прогнозы, но эта цель может быть по своей сути недостижимой. Используя вариант аргумента, который Курт Гёдель использовал для доказательства своих теорем о неполноте, Вольперт показал, что есть предсказания, правильность которых физики никогда не могут гарантировать. Одним из забавных выводов является «теорема монотеизма»: может быть не более одного всеведущего бога. Если бы их было двое, они могли бы читать мысли друг друга и сталкиваться с парадоксами замкнутости.Чтобы узнать больше, посмотрите выступление, прочитайте газету или, что еще лучше, перечитайте своего Джона Мильтона.

Как физики выбирают законы и проверяют их?

Философ Крис Сминк из Университета Западного Онтарио поднял вопрос о том, как сформулировать закон всей вселенной. Закон обычно применяется к нескольким ситуациям, таким как воспроизводимые эксперименты, но существует только одна вселенная. Но он утверждал, что уникальная вселенная по-прежнему имеет несколько уровней приближения. Физики обычно начинают с грубых предположений об орбитах планет или поведения частиц и постепенно их уточняют.Сминк предположил, что каждый из этих этапов уточнения представляет собой отдельную ситуацию, которая позволяет вам проверить законы. Смотрите видео здесь.

В период вопросов и ответов английский физик Джулиан Барбур сказал, что люди в любом случае преувеличивают роль воспроизводимых экспериментов в классической физике. На практике одного эксперимента может быть много. Только в квантовой физике повторение становится необходимым, потому что квантовая теория вероятностна, а вероятность подразумевает множество примеров.

Я нашел общий язык между докладом Сминка и более поздним докладом философа Карнеги-Меллона Кевина Келли.Келли стремилась объяснить бритву Оккама: заповедь о том, что лучший закон — это самый простой закон, соответствующий данным. Бритва — одна из тех идей, которые физики используют все время, не задумываясь, почему — или заставляет ли она видеть простоту, которой не обязательно. Главный аргумент в пользу того, почему бритва работает, исходит из теории вероятностей и гласит, что простые теории действительно более верны, чем сложные; В журнале American Scientist в 1991 году была фантастическая статья, в которой излагалась эта причина.Но Келли выдвинул другое объяснение: бритва работает, потому что менее вероятно, что более простой закон будет отменен, чем сложный. Это можно считать первым шагом в серии последовательных приближений. Возможно, его нужно улучшить и дополнить, но вряд ли он будет полностью неправильным.

Келли сравнила это с указанием направления дороги. Предположим, к вам подходит водитель и спрашивает, как проехать до неизвестного вам места. Вы хотите быть полезным и не признавать свое невежество. Что вы должны сделать? Уловка состоит в том, чтобы выбрать маршрут, ведущий к большинству мест — возможно, к ближайшей автостраде или дороге, ведущей в центр города.Таким образом, у вас будет больше шансов направить их в правильном направлении и избавить их от необходимости возвращаться назад. Келли сказала, что бритва Оккама направляет физиков на лучший путь к правильному закону, даже если она не может выбрать этот закон. Видео его выступления здесь.

Время иллюзорно или реально?

Настоящий фейерверк на семинаре возник из-за разногласий во времени — не по поводу того, отставали ли докладчики от графика и сокращали перерывы на кофе, а по поводу того, является ли само время производной концепцией или фундаментальной.Время возникает из чего-то более глубокого или это неотъемлемая часть природного мира? В нашем текущем выпуске философ Крейг Каллендер из Калифорнийского университета. Сан-Диего предлагает аргументы в пользу первого варианта, частично основанные на идеях Барбура.

Барбур обладает типично английским сдержанным чувством юмора. «Я счастлив упустить время», — сказал он участникам семинара. «Я сделал это около 40 лет назад». Его выступление, которое вы можете посмотреть здесь, было мастерским, хотя и нетрадиционным. В нем нет научного аргумента в обычном смысле слова: груды данных и формул, которые заставляют даже самого упорного скептика с неохотой принять.Скорее, Барбур взял нас на прогулку с гидом по лесу своего плодородного ума.

Например, в качестве метафоры вселенной он нарисовал круг (см. Фото выше) с 24 красными и синими точками. В раскраске была логика: максимальное разнообразие цветовых последовательностей по окружности. Если бы вы не знали цвет точки, вы могли бы определить его, посмотрев на все остальные и выяснив, какой цвет максимизирует разнообразие всего целого. Это напомнило мне одну из тех логических головоломок, когда вы не знаете, какого цвета шляпа у вас на голове, но можете понять это, посмотрев, какие шляпы носят все остальные.

Вселенная, предположил Барбур, немного похожа на эту. Частицы, составляющие его, не имеют встроенных свойств, таких как пространственное положение. Вместо этого эти свойства возникают из отношений между частицами. Частице приписывается определенное положение в силу того, какие отношения она имеет со всеми другими компонентами. Он описал, как отношения между частицами можно категоризировать геометрически и как затем можно вывести такие базовые концепции, как положение, длина, продолжительность и одновременность.Единственное геометрическое свойство, которое он должен был предположить, а не вывести, — это углы между линиями. На самом деле, если вы думаете об этом, когда вы когда-нибудь наблюдаете длину? Вы всегда определяете длину по углам, например, по углу между лучами света, падающими на ваши глаза.

Барбур — не единственный физик, который утверждает, что фундаментальные законы природы «конформно инвариантны», что означает, что они не имеют встроенного чувства масштаба, но включают в себя углы. В такой теории, как теория относительности, эти углы представляют собой причинно-следственные связи.

Основная проблема, с которой я столкнулся с докладом, заключалась в том, что я не понимал, как абстрактные идеи связаны с миром, который мы переживаем. Время кажется таким реальным. Как это возникло? Почему мир устроен особым образом, чтобы порождать время? Короче говоря, что мы действительно получаем, говоря, что время не реально?

Беседы двух других физиков подкрепили основы идеи зарождающегося времени. Кевин Кнут из Университета Олбани показал, как можно начать с сети причинно-следственных связей и извлечь из них пространство и время.Чтобы узнать больше, прочтите его статью или посмотрите видео. Филип Гоял из Perimeter показал, что из такой сети можно даже восстановить всю теорию квантовой механики. Его выступление здесь.

По иронии судьбы, Барбур раньше был одиноким голосом за этот вариант, но теперь он становится общепринятым. Сейчас более радикально полагать, что время является основополагающим. Именно это и сделала невероятная пара физика Ли Смолина из Perimeter и политического философа Роберто Унгера из Гарвардской школы права.Как и Барбур, они на самом деле представляли не аргумент, а манифест.

Смолин оспаривал то, что он называл ньютоновской парадигмой, концептуальное разделение природы на два элемента: (а) состояние мира и (б) законы физики. Состояние мира определяется в пространстве. В классической механике, например в правилах бильярдного стола, состояние состоит из положений и скоростей объектов. Законы физики действуют во времени. Они переводят одно состояние в другое.Смолин предположил, что этот фреймворк, хотя он хорошо работает в повседневных ситуациях, слетает с рельсов, когда применяется ко всей вселенной. Это приводит к выводам, которые он и Унгер назвали абсурдными, таким как «блочная вселенная» — суждение о том, что все времена, прошлые и будущие, одинаково реальны. Посмотреть их выступление команды тегов можно здесь.

Самая осязаемая идея, которую я вынес, заключается в том, что если время реально, а будущее действительно открыто, тогда законы физики могут измениться сами по себе. Вы можете принять законы природы как фиксированные, и в этом случае время появляется, или принять время как фиксированные, и в этом случае законы природы эволюционируют.Для меня это звучит как повторение противоречивого аргумента, выдвинутого французским физиком Анри Пуанкаре столетие назад. Смолин и Унгер находят последний взгляд более естественным, но он сталкивается с двумя непосредственными проблемами: какие существуют доказательства того, что законы когда-либо менялись? И если они действительно изменятся, регулируются ли сами эти изменения законом? Если это так, то либо вы попали в бесконечную регрессию законов, метазаконов, мета-метазаконов и т. Д., Либо вы должны предположить, что некоторые законы действительно зафиксированы.

В конечном итоге манифест докажет свою ценность только в том случае, если он приведет к конкретной теории. Лучшими попытками на сегодняшний день являются космологический естественный отбор Смолина, квантовая графическая модель пространства-времени Фотини Маркопулу и предложение Петра Хоравы о возникающем пространстве.

Могут ли черные дыры быть причиной ускорения Вселенной?

К этому моменту у меня в голове пульсировали глубокие мысли. Выступление Ниайеш Афшорди принесло облегчение. У него были уравнения! Приведены наблюдения! Он делал прогнозы! Он не сказал мне, что все, что я знал, было неправильным! Все, что он пытался сделать, это объяснить темную энергию.На любой другой конференции это было бы пугающе радикальным. Здесь было скромно скромно.

Модель, которую он представил, взяла за основу две умозрительные, но правдоподобные идеи. Во-первых, пространство заполнено невидимой жидкостью — эфиром — как предсказывают некоторые предложенные квантовые теории гравитации, такие как теория Хоравы. Во-вторых, черные дыры испускают слабое излучение, как предсказывают почти все теории квантовой гравитации. Афшорди рассчитывает, что излучение должно нагревать эфир и, подобно тому, как кипятить кастрюлю с водой, создавать (отрицательное) давление во всем космосе.Такое давление является квинтэссенцией темной энергии и имеет следствием ускорение космического расширения.

Другими словами, эффекты квантовой гравитации могут имитировать темную энергию. Эта модель четко объясняет, почему космическое ускорение началось несколько миллиардов лет назад, а не во время Большого взрыва: черным дырам потребовалось время, чтобы сформировать и нагреть эфир. Газету стоит прочесть, да и доклад неплохой.

Если вы добрались до конца этого сообщения в блоге, вы действительно доказали, что являетесь поклонником физики, и я хотел бы получить известие от вас в разделе комментариев! Вам будет приятно узнать, что я надеюсь пригласить многих из этих исследователей представить свои идеи в печатном журнале в ближайшие годы.

Фотография Джулиана Барбура, сделанная Джорджем Массером

Что такое научный закон? — Определение и примеры — Видео и стенограмма урока

Предпосылки научных законов

Некоторые термины, относящиеся к научному праву, — это «гипотеза» и «теория». Однако научный закон отличается от гипотезы или теории. Основное отличие состоит в том, что один научный закон проверялся чаще, чем два других — это называется эмпирической проверкой. Но еще одно важное отличие состоит в том, что гипотеза , гипотеза — это объяснение наблюдения, обнаруженного в природе, в то время как закон основан только на наблюдении.Другими словами, гипотеза — это «почему», а закон — это «что».

Процесс научного метода начинается с формулировки гипотезы — обоснованного предположения, основанного на наблюдениях. Затем гипотеза проверяется путем исследования. После многократного тестирования и проверки гипотеза может быть переведена в теорию.

Важно помнить, что гипотезы и теории нельзя доказать, но их можно поддержать или отвергнуть. Итак, можно ли доказать научный закон? Что ж, давайте сделаем еще немного пояснений, прежде чем мы перейдем к этому вопросу.

Характеристики научных законов

В основном научные законы происходят из физики. Большинство законов можно представить в виде уравнения (математической формулы). Формулу можно использовать для прогнозирования результата. В частности, после применения формула предсказывает, что новое наблюдение будет соответствовать закону.

Теперь давайте проясним: научный закон не имеет абсолютной определенности — ничто в науке не имеет. Это могло быть отменено будущими наблюдениями. Например, позже было обнаружено, что закон силы тяготения Ньютона применим только в слабых гравитационных полях.Но означает ли это, что закон Ньютона не важен? Нисколько! Итак, ответили ли мы на наш вопрос сверху — можно ли доказать закон? Да, но это всегда возможно.

Примеры научных законов

Давайте рассмотрим несколько примеров.

Пример 1

Второй закон движения Ньютона записывается как F net = (масса) * (ускорение). Этот закон описывает, как движется объект. Это означает, что объект будет двигаться в соответствии с общей силой приложенной силы.Величина прилагаемой силы измеряется в ньютонах ( Н, ). Чистая сила учитывает все силы, приложенные к объекту. 2, является известной частью теории относительности Эйнштейна.В этом законе E — энергия, M — масса, а C в уравнении относится к скорости света в вакууме. Этот закон верен только в определенных ситуациях. Вы используете это уравнение, чтобы узнать количество энергии в объекте.

Резюме урока

Научный закон — это утверждение, которое обычно можно выразить в виде математического уравнения, описывающего явление в природе. На момент принятия закона исключений из закона нет.Однако со временем могут наблюдаться условия, при которых закон будет выполняться только при определенных условиях. Например, пример закона гравитационной силы Ньютона верен только в случае слабых гравитационных сил.

Научные законы, гипотезы и теории выводятся с использованием научного метода. Однако научные законы различаются, потому что они не пытаются объяснить, почему что-то происходит, а просто описывают само событие. После применения к новому наблюдению уравнение закона предсказывает, что наблюдение подтвердит закон.Но помните, что законы могут быть отменены будущими наблюдениями или признаны верными только в определенных обстоятельствах — например, закон всемирного тяготения.

Результаты обучения

После просмотра этого видеоурока вы сможете сделать следующее:

• Определить научный закон и обсудить его ограничения
• Отличить научный закон от гипотезы и теории
• Объясните, можно ли доказать или опровергнуть научные законы
• Приведите примеры научных законов

Законы движения Ньютона — Исследовательский центр Гленна

Каковы законы движения Ньютона?

1. Покоящийся объект остается неподвижным, а объект в движении остается в движении с постоянной скоростью и по прямой, если на него не действует неуравновешенная сила.
2. Ускорение объекта зависит от массы объекта и величины приложенной силы.
3. Каждый раз, когда один объект оказывает силу на другой объект, второй объект оказывает равное и противоположное воздействие на первый.

Сэр Исаак Ньютон работал во многих областях математики и физики. Он разработал теории гравитации в 1666 году, когда ему было всего 23 года. В 1686 году он представил свои три закона движения в «Principia Mathematica Philosophiae Naturalis».”

Разработав три закона движения, Ньютон произвел революцию в науке. Законы Ньютона вместе с законами Кеплера объяснили, почему планеты движутся по эллиптическим орбитам, а не по кругу.

Ниже представлен небольшой фильм с участием Орвилла и Уилбура Райтов и обсуждение того, как законы движения Ньютона применимы к полету их самолета.

Первый закон Ньютона: инерция

Покоящийся объект остается неподвижным, а объект в движении остается в движении с постоянной скоростью и по прямой, если на него не действует неуравновешенная сила.

Первый закон Ньютона гласит, что каждый объект будет оставаться в покое или в равномерном движении по прямой линии, если только он не будет вынужден изменить свое состояние под действием внешней силы. Эта тенденция сопротивляться изменениям в состоянии движения составляет инерции . На объект не действует чистая сила (если все внешние силы нейтрализуют друг друга). Тогда объект будет поддерживать постоянную скорость . Если эта скорость равна нулю, объект остается в покое.Если на объект действует внешняя сила, скорость изменится из-за силы.

Примеры инерции, связанные с аэродинамикой:

• Движение самолета, когда пилот меняет положение дроссельной заслонки двигателя.
• Движение шара, падающего в атмосфере.
• Модель ракеты, запускаемой в атмосферу.
• Движение воздушного змея при перемене ветра.

Второй закон Ньютона: сила

Ускорение объекта зависит от массы объекта и количества приложенной силы.

Его второй закон определяет, что сила равна изменению импульса (масса, умноженная на скорость) за изменение во времени. Импульс определяется как масса объекта м , умноженная на его скорость V .

Предположим, что у нас есть самолет в точке «0», определяемой его местоположением X0 и временем t0 . Самолет имеет массу m0 и движется со скоростью V0 . Внешняя сила F на самолет, показанный выше, перемещает его в точку «1».Новое местоположение самолета X1 и время t1 .

Масса и скорость самолета изменяются во время полета до значений m1 и V1 . Второй закон Ньютона может помочь нам определить новые значения V1 и m1 , если мы знаем, насколько велика сила F . Давайте просто возьмем разницу между условиями в точке «1» и условиями в точке «0».

F = (m1 * V1 — m0 * V0) / (t1 — t0)

Второй закон Ньютона говорит об изменениях количества движения (м * В), поэтому на данный момент мы не можем отделить, насколько изменилась масса и насколько изменилась скорость.Мы знаем только, сколько продукта (m * V) изменилось.

Предположим, что масса остается постоянной величиной, равной м . Это предположение довольно хорошо для самолета, единственное изменение массы будет для топлива, сожженного между точкой «1» и точкой «0». Вес топлива, вероятно, невелик по сравнению с весом остальной части самолета, особенно если мы будем смотреть только на небольшие изменения во времени. Если бы мы обсуждали полет бейсбольного мяча, то, конечно, масса остается постоянной.Но если бы мы обсуждали полет баллонной ракеты, то масса не остается постоянной, и мы можем смотреть только на изменение количества движения. Для постоянной массы м второй закон Ньютона выглядит так:

F = м * (V1 — V0) / (t1 — t0)

Изменение скорости, деленное на изменение во времени, и есть определение ускорения a . Затем второй закон сводится к более знакомому произведению массы и ускорения:

F = м * а

Помните, что это соотношение подходит только для объектов с постоянной массой.Это уравнение говорит нам, что объект, на который действует внешняя сила, будет ускоряться и что величина ускорения пропорциональна величине силы. Величина ускорения также обратно пропорциональна массе объекта; при равных силах более тяжелый объект будет испытывать меньшее ускорение, чем более легкий объект. Рассматривая уравнение количества движения, сила вызывает изменение скорости; и аналогично изменение скорости порождает силу. Уравнение работает в обоих направлениях.

Скорость, сила, ускорение и импульс имеют величину и направление , связанные с ними.Ученые и математики называют это векторной величиной. Показанные здесь уравнения на самом деле являются векторными уравнениями и могут применяться в каждом из направлений компонентов. Мы рассмотрели только одно направление, и, как правило, объект движется во всех трех направлениях (вверх-вниз, влево-вправо, вперед-назад).

Пример силы с учетом аэродинамики:

Третий закон Ньютона: действие и противодействие

Каждый раз, когда один объект оказывает силу на второй объект, второй объект оказывает на первый равную и противоположную силу.

Его третий закон гласит, что для каждого действия (силы) в природе существует равное и противоположное противодействие . Если объект A оказывает силу на объект B, объект B также оказывает равную и противоположную силу на объект A. Другими словами, силы возникают в результате взаимодействий.

Примеры действий и противодействий, связанных с аэродинамикой:

• Движение подъемной силы от аэродинамического профиля, воздух отклоняется вниз под действием аэродинамического профиля, и в ответ крыло толкается вверх.
• Движение вращающегося шара, воздух отклоняется в одну сторону, а мяч реагирует движением в противоположную сторону
• Движение реактивного двигателя создает тягу, и горячие выхлопные газы выходят из задней части двигателя, а сила тяги создается в противоположном направлении.

Обзор законов движения Ньютона

1. Первый закон движения Ньютона (инерция)	Покоящийся объект остается неподвижным, а объект в движении остается в движении с постоянной скоростью и по прямой, если на него не действует неуравновешенная сила.
2. Второй закон движения Ньютона (Сила)	Ускорение объекта зависит от массы объекта и величины приложенной силы.
3. Третий закон движения Ньютона (действие и противодействие)	Каждый раз, когда один объект оказывает силу на другой объект, второй объект оказывает равное и противоположное воздействие на первый.

Второй закон движения Ньютона

Первый закон движения Ньютона предсказывает поведение объектов, для которых все существующие силы уравновешены.Первый закон — иногда называемый законом инерции — гласит, что если силы, действующие на объект, уравновешены, то ускорение этого объекта будет 0 м / с / с. Объекты в состоянии равновесия (состояние, при котором все силы уравновешены) не будут ускоряться. Согласно Ньютону, объект будет ускоряться только в том случае, если на него действует чистая или неуравновешенная сила. Присутствие неуравновешенной силы ускоряет объект, изменяя его скорость, направление или одновременно скорость и направление.

Второй закон движения Ньютона относится к поведению объектов, для которых все существующие силы не сбалансированы. Второй закон гласит, что ускорение объекта зависит от двух переменных — чистой силы, действующей на объект, и массы объекта. Ускорение объекта напрямую зависит от чистой силы, действующей на объект, и обратно — от массы объекта. По мере увеличения силы, действующей на объект, ускорение объекта увеличивается.По мере увеличения массы объекта ускорение объекта уменьшается.

Большое уравнение

Второй закон движения Ньютона можно формально сформулировать следующим образом:

Ускорение объекта, создаваемое чистой силой, прямо пропорционально величине чистой силы в том же направлении, что и чистая сила, и обратно пропорционально массе объекта.

Это словесное утверждение можно выразить в виде уравнения следующим образом:

a = F _нетто / м

Приведенное выше уравнение часто преобразовывается в более знакомую форму, как показано ниже. Чистая сила равна произведению массы на ускорение.

F _net = m • a

Во всем этом обсуждении упор был сделан на чистую силу .Ускорение прямо пропорционально чистой силе ; чистая сила равна массе, умноженной на ускорение; ускорение в том же направлении, что и чистая сила ; ускорение создается чистой силой . СЕТЕВАЯ СИЛА. Важно помнить об этом различии. Не используйте в приведенном выше уравнении значение просто «какой-либо старой силы». Это чистая сила, связанная с ускорением. Как обсуждалось в предыдущем уроке, результирующая сила — это векторная сумма всех сил.Если известны все индивидуальные силы, действующие на объект, то можно определить результирующую силу. При необходимости просмотрите этот принцип, вернувшись к практическим вопросам в Уроке 2.

В соответствии с приведенным выше уравнением единица силы равна единице массы, умноженной на единицу ускорения. Подставив стандартные метрические единицы для силы, массы и ускорения в приведенное выше уравнение, можно записать следующую эквивалентность единиц.

1 Ньютон = 1 кг • м / с ²

Определение стандартной метрической единицы силы определяется приведенным выше уравнением.Один Ньютон определяется как количество силы, необходимое для придания 1 кг массы ускорения 1 м / с / с.

Ваша очередь практиковаться

Сеть F = m • уравнение часто используется при решении алгебраических задач. Приведенную ниже таблицу можно заполнить, подставив в уравнение и решив неизвестную величину. Попробуйте сами, а затем используйте кнопки, чтобы просмотреть ответы.

	Чистая сила (н.)	Масса (кг)	Разгон (м / с / с)
1.	10	2
2.	20	2
3.	20	4
4.		2	5
5.	10		10

Второй закон Ньютона как руководство к мышлению

Числовая информация в таблице выше демонстрирует некоторые важные качественные отношения между силой, массой и ускорением.Сравнивая значения в строках 1 и 2, можно видеть, что удвоение чистой силы приводит к удвоению ускорения (если масса остается постоянной). Аналогичным образом, сравнение значений в строках 2 и 4 показывает, что уменьшение вдвое чистой силы на приводит к уменьшению вдвое ускорения (если масса остается постоянной). Ускорение прямо пропорционально чистой силе.

Кроме того, качественную взаимосвязь между массой и ускорением можно увидеть, сравнив числовые значения в приведенной выше таблице.Обратите внимание на строки 2 и 3, что удвоение массы приводит к уменьшению вдвое ускорения (если сила остается постоянной). Точно так же строки 4 и 5 показывают, что уменьшение вдвое массы на приводит к удвоению ускорения (если сила остается постоянной). Ускорение обратно пропорционально массе.

Анализ табличных данных показывает, что такое уравнение, как F _net = m * a, может быть руководством к размышлениям о том, как изменение одной величины может повлиять на другую величину.Какое бы изменение ни производилось в чистой силе, такое же изменение произойдет и с ускорением. Удвойте, утроите или учетверите чистую силу, и ускорение будет делать то же самое. С другой стороны, какое бы изменение массы ни производилось, с ускорением будет происходить противоположное или обратное изменение. Удвойте, утроите или учетверите массу, и ускорение составит половину, одну треть или одну четвертую от первоначального значения.

Направление чистой силы и ускорения

Как указано выше, направление результирующей силы совпадает с направлением ускорения.Таким образом, если известно направление ускорения, то известно и направление результирующей силы. Рассмотрим две диаграммы падения масла ниже для ускорения автомобиля. По диаграмме определите направление чистой силы, действующей на автомобиль. Затем нажмите кнопки, чтобы просмотреть ответы. (При необходимости проверьте ускорение по сравнению с предыдущим блоком.)

В заключение, второй закон Ньютона дает объяснение поведения объектов, на которых силы не уравновешиваются.Закон гласит, что несбалансированные силы заставляют объекты ускоряться с ускорением, которое прямо пропорционально чистой силе и обратно пропорционально массе.

Мы хотели бы предложить … Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего Force Interactive.Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Force Interactive позволяет учащемуся исследовать влияние изменений прилагаемой силы, чистой силы, массы и трения на ускорение объекта.

Ракетостроение!

Ракеты НАСА (и другие) ускоряются от стартовой площадки, сжигая огромное количество топлива. Когда топливо сгорает и расходуется для приведения в движение ракеты, масса ракеты изменяется.Таким образом, одна и та же движущая сила может со временем привести к увеличению значений ускорения. Используйте виджет Rocket Science ниже, чтобы изучить этот эффект.

Проверьте свое понимание

1. Определите ускорения, возникающие при приложении чистой силы 12 Н к объекту массой 3 кг, а затем к объекту массой 6 кг.

2. К энциклопедии прилагается чистая сила 15 Н, которая заставляет ее ускоряться со скоростью 5 м / с ² .Определите массу энциклопедии.

3. Предположим, что салазки ускоряются со скоростью 2 м / с ² . Если чистая сила утроится, а масса — вдвое, то каково новое ускорение салазок?

4. Предположим, что салазки ускоряются со скоростью 2 м / с ² . Если чистая сила утроится, а масса уменьшится вдвое, то каково новое ускорение салазок?

Первый закон движения Ньютона

В предыдущей главе исследования было описано различных способов движения (слова, графики, диаграммы, числа и т. Д.)) обсуждалось. В этом модуле (Законы движения Ньютона) будут обсуждаться способы объяснения движения . Исаак Ньютон (ученый 17 века) выдвинул множество законов, объясняющих, почему объекты движутся (или не двигаются) именно так. Эти три закона стали известны как три закона движения Ньютона. В центре внимания Урока 1 находится первый закон движения Ньютона, который иногда называют законом инерции .

Первый закон движения Ньютона часто называют

.

Покоящийся объект остается неподвижным, а объект в движении остается в движении с той же скоростью и в том же направлении, если на него не действует неуравновешенная сила.

Два пункта и условие

В этом утверждении есть два пункта или части — один, который предсказывает поведение стационарных объектов, а другой, который предсказывает поведение движущихся объектов. Эти две части представлены на следующей диаграмме.

Поведение всех объектов можно описать, сказав, что объекты имеют тенденцию «продолжать делать то, что они делают» (если на них не действует неуравновешенная сила).Если они находятся в состоянии покоя, они будут продолжать в том же состоянии покоя. Если они движутся со скоростью 5 м / с на восток, они продолжат движение в том же состоянии (5 м / с, восток). Если они будут двигаться со скоростью 2 м / с влево, они продолжат движение в том же состоянии (2 м / с, слева). Состояние движения объекта сохраняется до тех пор, пока на объект , а не действует неуравновешенная сила. Все объекты сопротивляются изменениям в своем состоянии движения — они склонны «продолжать делать то, что делают».«

Существует важное условие, которое должно быть выполнено, чтобы первый закон был применим к любому данному ходатайству. Состояние описывается фразой «… если на него не действует неуравновешенная сила». Пока силы не разбалансированы, то есть пока силы уравновешены, применяется первый закон движения. Эта концепция сбалансированной и неуравновешенной силы будет обсуждаться более подробно позже в Уроке 1.

Предположим, вы наполнили форму для запекания водой до края и прошли по овальной дорожке, пытаясь пройти круг за наименьшее время.Вода имеет тенденцию выливаться из контейнера в определенных местах на трассе. В общем вода пролилась когда:

• контейнер был неподвижен, и вы пытались его переместить
• контейнер находился в движении, и вы пытались его остановить
• : контейнер двигался в одном направлении, и вы попытались изменить его направление.

Вода проливается при изменении состояния движения контейнера.Вода сопротивлялась этому изменению в своем собственном состоянии движения. Вода имела тенденцию «продолжать делать то, что делала». Контейнер был переведен из состояния покоя на высокую скорость на старте; вода осталась в покое и пролилась на стол. Контейнер был остановлен около финиша; вода продолжала двигаться и пролилась через передний край контейнера. Контейнер был вынужден двигаться в другом направлении, чтобы сделать изгиб; вода продолжала двигаться в том же направлении и переливалась через край.Поведение воды во время круга по трассе можно объяснить первым законом движения Ньютона.

Повседневное применение Первого закона Ньютона

Есть много применений первого закона движения Ньютона. Рассмотрим некоторые из ваших опытов в автомобиле. Вы когда-нибудь наблюдали поведение кофе в чашке, наполненной до краев, при запуске автомобиля из состояния покоя или при переводе автомобиля в состояние покоя из состояния движения? Кофе «продолжает делать то, что делает.«Когда вы разгоняете машину из состояния покоя, дорога создает неуравновешенную силу на вращающиеся колеса, толкая машину вперед; однако кофе (который был в состоянии покоя) хочет оставаться в состоянии покоя. Пока машина ускоряется вперед, кофе остается в в том же положении; впоследствии машина ускоряется из-под кофе, и кофе разливается вам на колени. С другой стороны, при торможении из состояния движения кофе продолжает движение вперед с той же скоростью и в том же направлении , в конечном итоге ударил лобовое стекло или приборную панель.Кофе в движении остается в движении.

Испытывали ли вы когда-нибудь инерцию (сопротивление изменениям в вашем состоянии движения) в автомобиле, когда он тормозит до полной остановки? Сила дороги на заблокированные колеса обеспечивает неуравновешенную силу, чтобы изменить состояние движения автомобиля, но нет неуравновешенной силы, чтобы изменить ваше собственное состояние движения. Таким образом, вы продолжаете движение, скользя по сиденью в поступательном движении. Человек в движении остается в движении с той же скоростью и в том же направлении… если на него не действует неуравновешенная сила ремня безопасности. Да! Ремни безопасности используются для обеспечения безопасности пассажиров, движение которых регулируется законами Ньютона. Ремень безопасности обеспечивает неуравновешенное усилие, которое переводит вас из состояния движения в состояние покоя. Возможно, вы могли бы предположить, что произойдет, если ремень безопасности не используется.

Есть еще много приложений первого закона движения Ньютона.Ниже перечислены несколько приложений. Возможно, вы могли бы подумать о законе инерции и дать объяснения для каждого приложения.

• Кровь приливает к ногам, быстро останавливаясь при езде на спускающемся лифте.
• Головку молотка можно закрепить на деревянной ручке, ударив нижней частью ручки о твердую поверхность.
• Кирпич безболезненно разбивают о руку учителя физики, ударив по нему молотком.(ВНИМАНИЕ: не пытайтесь сделать это дома!)
• Чтобы вытолкнуть кетчуп со дна бутылки с кетчупом, его часто переворачивают вверх дном и толкают вниз на высокой скорости, а затем резко останавливают.
• Подголовники устанавливаются в автомобилях для предотвращения хлыстовых травм при наезде сзади.
• При езде на скейтборде (тележке или велосипеде) вы летите вперед от доски, когда ударяетесь о бордюр, камень или другой объект, который резко останавливает движение скейтборда.

Попробуйте дома

Приобретите металлическую вешалку для одежды, на которую у вас есть разрешение , уничтожить . Раздвиньте плечики. Прикрепите изолентой два теннисных мяча к противоположным концам плечиков, как показано на рисунке справа.Согните вешалку так, чтобы на голове человека была плоская деталь. Концы вешалки с теннисными мячами должны свисать низко (ниже точки балансировки). Наденьте вешалку на голову и уравновесите ее. Затем быстро крутите по кругу. Что делают теннисные мячи?

Закон физики в предложении

Эти примеры взяты из корпусов и из источников в Интернете.Любые мнения в примерах не отражают мнение редакторов Cambridge Dictionary, Cambridge University Press или его лицензиаров.

Напротив, ни один дизайнер никогда не станет отрицать закон физики ; вместо этого она найдет способы обойти это.

Конструкции, которые не удовлетворяют этому ограничению, физически невозможны, нарушая либо закон из физики , либо некоторые другие незыблемые отношения.

Так же, как закон физики является абстракцией, как только она выделяется и используется для предсказания.

Хорошо известный закон физики гласит, что на каждое действие есть равная и противоположная реакция.

Это как если бы к социальным услугам применяется закон из физики , и каждое действие приводит к реакции.

Это закон из физики , согласно которому для каждого действия существует равная и противоположная реакция.

Это основной закон из физики , согласно которому то, что идет вверх, однажды должно спуститься.

Я не уверен, является ли это законом из физики , согласно которому маятники качаются слишком далеко.

Это абсолютный и стопроцентно нерушимый закон физики .

Это неизбежный закон физики .

Кроме того, было показано, что возникновение жизни из неживого явно соответствует второму закону термодинамики, фундаментальному закону из физики .

Из

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован по лицензии CC BY-SA.

Эта дизъюнкция не может быть предикатом вида и, следовательно, все утверждение не может быть законом физики .

Из

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован по лицензии CC BY-SA.

В отличие от фундаменталистов права, некоторые философы являются плюралистами права: они задаются вопросом, что значит иметь закон физику .

Из

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован по лицензии CC BY-SA.

Оба они требовали, чтобы каждый закон из физики был инвариантен относительно этих преобразований.

Из

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован по лицензии CC BY-SA.

Я никогда не считал политику такой же логичной, как законы физики.

Изменение климата происходит в соответствии с законами физики и химии, и мы берем на себя ответственность за свои решения и, более того, за то, что вообще ничего не делаем.

Как и раньше, загадочные существа за тенями снова работают вместе со странными новыми силами, искажающими законы физики, пространства-времени и реальности.

Из

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован по лицензии CC BY-SA.

Такое место не соответствует законам физики или реальности.

Из

Википедия

Этот пример взят из Википедии и может быть повторно использован по лицензии CC BY-SA.

Эти примеры взяты из корпусов и из источников в Интернете. Любые мнения в примерах не отражают мнение редакторов Cambridge Dictionary, Cambridge University Press или его лицензиаров.

законов природы (Стэнфордская энциклопедия философии)

Вот четыре причины, по которым философы исследуют, что значит быть законом природа: во-первых, как указывалось выше, законы, по крайней мере, кажутся центральная роль в научной практике. Во-вторых, законы важны для многие другие философские вопросы. Например, инициированный аккаунтом контрфактов, защищаемых Чисхолмом (1946, 1955) и Гудманом (1947), а также подсказано Хемпелем и Оппенгеймом (1948) дедуктивно-номологической модели объяснения, философы задавались вопросом что делает контрфактические и пояснительные утверждения правдой, думал что законы играют определенную роль, и поэтому также задавались вопросом, что отличает законы из беззакония.В-третьих, Гудман предположил, что существует связь между законностью и подтверждаемостью индуктивным вывод. Итак, некоторые сочувствующие идее Гудмана пришли в проблема законов в результате их интереса к проблеме индукция. В-четвертых, философы любят хорошие головоломки. Предположим, что все здесь сидят (ср., Langford 1941, 67). Тогда тривиально что все здесь сидят — это правда. Хотя это правда, это обобщение не похоже на закон. Это слишком случайно. Эйнштейна принцип, что никакие сигналы не распространяются быстрее света, также верен обобщение, но, напротив, считается законом; нет почти так случайно.В чем разница?

Это может показаться не такой уж большой загадкой. Что все здесь сидят пространственно ограничен в том смысле, что он касается определенного места; в принцип относительности не ограничен подобным образом. Итак, легко думаю, что, в отличие от законов, случайно верные обобщения касаются конкретные места. Но разница не в этом. Есть настоящие незаконные законы, не имеющие пространственных ограничений. Рассмотрим неограниченное обобщение, что все золотые сферы меньше единицы миля в диаметре.Нет золотых сфер такого размера и во всем вероятности никогда не будет, но это еще не закон. Там также кажутся обобщениями, которые могут выражать законы, которые ограниченный. Закон свободного падения Галилея — это обобщение что, на Земле , свободно падающие тела ускоряются со скоростью 9,8 метра на секунду в квадрате. Загадка непонятна. ясно обнаруживается, когда обобщение золотой сферы сочетается с удивительно похожее обобщение об урановых сферах:

Все золотые сферы меньше мили в диаметре.

Все урановые сферы меньше мили в диаметре.

Хотя первое не является законом, второе, возможно, таковым. Последний не так уж и случайно, как первый, так как уран критически важен масса такова, что гарантирует, что такая большая сфера никогда не будет существовать (ван Фраассен 1989, 27). В чем разница? Что делает первое — случайное обобщение, а второе — закон?

Один популярный ответ связывает закон с дедуктивными системами. Идея восходит к Миллю (1843, 384), но защищался в одной форме или другой Рэмси (1978 [ф.п. 1928]), Льюис (1973, 1983, 1986, 1994), Earman (1984) и Loewer (1996). Дедуктивные системы индивидуализированы своими аксиомами. Логические следствия аксиомы — это теоремы. Некоторые истинные дедуктивные системы будут сильнее чем другие; одни будут проще других. Эти две добродетели, сила и простота, соревнуются. (Легко сделать систему сильнее, жертвуя простотой: включайте все истины как аксиомы. Легко сделать систему простой, пожертвовав силой: аксиома 2 + 2 = 4.) Согласно Льюису (1973, 73), законы природы принадлежат всем истинным дедуктивным системам с лучший сочетание простоты и прочности. Так, например, мысль состоит в том, что это закон, согласно которому все урановые сферы меньше, чем милю в диаметре, потому что это, возможно, часть лучшего дедуктивного системы; квантовая теория — отличная теория нашей Вселенной и может быть частью лучших систем, и можно предположить, что квантовая теория плюс истины, описывающие природу урана, будут логически следует, что нет урановых сфер такого размера (Loewer 1996, 112).Сомнительно, чтобы обобщение, что все золотые сферы диаметром менее мили были бы частью лучшие системы. Его можно было бы добавить в качестве аксиомы к любой системе, но это мало или вообще ничего интересного с точки зрения силы и добавление этого принесло бы что-то в жертву с точки зрения простоты. (Льюис позже внес значительные изменения в свой аккаунт, чтобы решить проблемы, связанные с физической вероятностью (Lewis 1986, 1994).

Многие особенности системного подхода привлекательны.Для одной вещи, он решает проблему, создаваемую пустыми законами. Некоторые законы пусто верно: первый закон движения Ньютона — это все инерционные тела не имеют ускорения — это закон, хотя инерционных тел нет. Но есть и много пустого настоящие незаконы: все панды в клетку весят 5 фунтов, все единороги не состоят в браке и т. д. При системном подходе не исключаются бессмысленные обобщения из области законов, и все же только те пустые обобщения, принадлежащие лучшим системам, пригодны (ср., Льюис 1986, 123). Кроме того, одна цель научного теоретизирования формулировка истинных теорий, хорошо сбалансированных с точки зрения их простота и сила. Итак, системный подход кажется подтверждаем трюизм о том, что целью науки является открытие законов (Earman 1978, 180; Loewer 1996, 112). Последний аспект систем мнение, которое привлекает многих (хотя и не всех), заключается в том, что соблюдая в целом ограничения Юма на разумную метафизику. Нет явного обращения к тесно связанным модальным концепциям (например,г., контрфактические условные, причинно-следственные связи, диспозиции) и без явных обращение к сущностям, обеспечивающим модальность (например, универсалиям или Богу; ибо предполагаемая необходимость взывать к Богу, см. Foster 2004). Действительно, системный подход является центральным элементом защиты Льюисом Юмовская супервентность , «учение о том, что все, что есть в мире — это обширная мозаика конкретных фактов местного значения, просто одна мелочь, а потом другая »(1986, ix).

Другие аспекты системного подхода настораживают философов.(Видеть, особенно, Armstrong 1983, 66–73; ван Фраассен 1989, 40–64; Carroll 1990, 197–206.) Некоторые утверждают, что это подход будет иметь неприятные последствия, что законы неуместно зависимый от ума в силу апелляции аккаунта концепциям простоты, силы и наилучшего баланса, концепциям чья реализация, кажется, зависит от когнитивных способностей, интересов, и цели. Обращение к простоте вызывает дополнительные вопросы вытекающие из очевидной потребности в регламентированном языке, позволяющем разумные сравнения систем (Lewis 1983, 367.) Более в последнее время Робертс ставит под сомнение системный подход, иногда считается сильной стороной мнения: «У нас нет практики взвешивание конкурирующих достоинств простоты и информационного наполнения для цель выбора одной дедуктивной системы над другими, где все считаются правдой »(2008, 10). Есть практика подгонка кривой, которая включает в себя взвешивание конкурирующих достоинств простота и точность посадки, но это практика, которая является частью процесса открытия того, что является истинным .Также системы подход не подходит для исключения широко распространенных и бросающихся в глаза закономерности как законы, даже те, которые четко определены первоначальные условия. Что вселенная закрыта, что энтропия обычно возрастает, что планеты нашей солнечной системы копланарный, а другие (если это так) могут быть добавлены к любому истинному дедуктивному система, значительно увеличивающая прочность системы, с помощью только небольшая стоимость с точки зрения простоты (Модлин 2007, 16; Робертс 2008, 23). Интересно, что иногда системный вид забывают. , потому что удовлетворяет в целом ограничениям Юма о законах природы; некоторые утверждают, что какие обобщения являются законами не определяется местными обстоятельствами конкретного факта.(См. Раздел 4 ниже.) Хотя юмисты, подобные Льюису, обычно предпочитают реализм любой форме. антиреализма (Раздел 5 ниже), Беренстейн и Ледиман (2012) утверждали, что научный реализм несовместим с юминизмом потому что реализм требует понятия естественной необходимости, не восприимчивой к анализу Юма.

В конце 1970-х у системного подхода появился конкурент. и все другие попытки Юма сказать, что значит быть законом. Во главе с Армстронг (1978, 1983, 1991, 1993), Дрецке (1977) и Тули (1977, 1987), конкурирующий подход апеллирует к универсалиям (т.е., некоторые виды свойств и отношений), чтобы отличать законы от незаконных.

Сосредоточившись на развитии взглядов Армстронга, вот краткое изложение каркасной характеристики универсальный подход:

Предположим, что это закон, согласно которому F s равны G s. F -ness и G -ness считаются универсальными. А определенное отношение, отношение нелогичного или случайного необходимость, держится между F -ness и G -ness.Этот положение дел можно обозначить как « N ( F , G )» (1983, 85).

Этот фреймворк обещает решить знакомые головоломки и проблемы: Может быть разница между обобщением урановых сфер и Обобщение золотых сфер состоит в том, что уран действительно требует быть меньше одной мили в диаметре, но быть золотым — нет. Беспокоит о субъективной природе простоты, силы и наилучшего баланса не всплывают; нет угрозы законности быть зависимой от разума, поэтому пока необходимость не зависит от ума.Некоторые думают, что структура поддерживает идею о том, что законы играют особую объясняющую роль в индуктивных выводах, поскольку закон — это не просто универсальный обобщение, но это совершенно другое существо — связь между двумя другими универсалиями (Armstrong 1991, Dretske 1977). Эта структура также соответствует закону, не подчиняющемуся закону. по местным вопросам конкретного факта; отрицание Юма супервентность часто сопровождает принятие универсалий подход.

Однако для того, чтобы действительно была эта выгода, нужно сказать больше о что такое N .Это проблема, которую ван Фраассен называет проблема идентификации, , которую он соединяет со вторым проблема, которую он называет проблемой вывода (1989, 96). В суть этой пары проблем была уловлена ​​ранее Льюисом с его обычное чутье:

Каким бы ни был N , я не понимаю, как это может быть абсолютно невозможно иметь N ( F , G ) и Fa без Ga . (Если только N не является постоянным соединением, или постоянное соединение плюс что-то еще, и в этом случае Теория Армстронга превращается в форму теории регулярности, которую он отвергает.) Тайна несколько скрыта Армстронгом. терминология. Он использует «необходимо» как название для законотворческий универсальный N ; и кто был бы удивлен услышать что если F «требует» G и a должен иметь F , затем a должен иметь G ? Но я говорят, что N заслуживает названия «необходимость» только если каким-то образом он действительно сможет войти в требуемый соединения. Он не может войти в них, просто назвав имя, больше, чем у одного может быть могучий бицепс, просто будучи вызванным «Армстронг» (1983, 366).

По сути, должно быть уточнение того, что законотворчество отношение есть (проблема идентификации). Тогда должен быть определение того, подходит ли он для задачи (вывод проблема): удерживает ли N между F и G влечет за собой, что F s — это G s? Имеет ли его проведение поддерживать соответствующие контрфакты? Неужели законы не действуют? supervene, быть независимым от разума, быть объяснительным? Армстронг делает расскажи больше о том, каковы его законотворческие отношения.Он заявляет в ответ на ван Фраассен:

Я утверждаю, что именно на этом этапе проблема идентификации была решена. решено. Требуемая связь — это причинная связь,… теперь выдвинули гипотезу о связывании типов, а не токенов (1993, 422).

Остаются вопросы о природе этой понятной причинной связи. как отношение, связывающее как символические события, так и универсалии. (См. Ван Fraassen 1993, 435–437, и Кэрролл 1994, 170–174.)

Вместо того, чтобы подробно описывать все критические вопросы, которые разделяют системный подход и универсальный подход, внимание было сосредоточено на спорный вопрос супервентности (т.е., решимость). Это касается действительно ли соображения Юма определяют, каковы законы. Есть несколько важных примеров, которые показывают, что они нет.

Предположим, что существует десять различных видов элементарных частиц. Итак, существует пятьдесят пять возможных видов двухчастичных взаимодействий. Предположим, что было изучено пятьдесят четыре таких вида и Было открыто пятьдесят четыре закона. Взаимодействие X и Y частиц не исследовались, так как условия такие, что они никогда не будут взаимодействовать.Тем не менее, кажется, что это может быть закон, который, когда X частиц и Y частицы взаимодействуют, происходит P . Точно так же это может быть закон что при взаимодействии частиц X и Y , Q происходит. Похоже, что в местных делах нет ничего интересного. конкретный факт в этом мире, который фиксирует, какой из этих обобщения — это закон (Tooley 1977, 669).

Несостоятельность супервентности возникает и в других случаях. Рассмотрим возможность того, что в противном случае проходит одинокая частица. пустое пространство с постоянной скоростью, скажем, один метр в секунду.Это кажется, что это может быть почти пустая ньютоновская вселенная в что случайно верно, что все тела имеют скорость, равную единице. метр в секунду; так уж вышло что переделывать нечего движение частицы. Но также может быть, что это мир не ньютоновский, и это закон, что все тела имеют скорость со скоростью один метр в секунду; может быть, это обобщение не случайно и было бы правдой, даже если бы были другие тела врезаются в одинокую частицу.(Earman 1986, 100; Lange 2000, 85–90.)

Модлин выдвигает аргументы против юмовцев, сосредотачиваясь на общих чертах. практика среди физиков рассмотрения моделей теории законы.

Пространство-время Минковского, пространство-время специальной теории относительности, является моделью полевых уравнений общей теории относительности (в частности, это вакуумный раствор). Таким образом, пустое пространство-время Минковского — это один из способов мир мог бы быть, если бы он управлялся законами общей теории относительности. Но является ли пространство-время Минковского моделью только генерала? Релятивистские законы? Конечно, нет! Можно, например, постулировать что Специальная теория относительности является полным и точным описанием пространственно-временной структуры, и создать другую теорию гравитации, которая все еще будет иметь вакуумное пространство-время Минковского в качестве модели.Так что под предположение, что ни один возможный мир не может управляться законами Общая теория относительности и конкурирующая теория гравитации физическое состояние мира не всегда может определять законы (2007, 67).

Предполагается, что существует возможность безразличного Вселенная с законами общей теории относительности и другая с законами противоречивая теория гравитации. (Дополнительные примеры см. Кэрролл 1994, 60–80). Что Модлин считает следствием стандартное научное рассуждение, юмисты увидят в качестве примера разоблачение абсурдность отсутствия опыта.

Юмисты утверждают, что различные пары так называемых возможных миров на самом деле невозможно. Иногда это противоречие становится решающим. от того, управляют ли законы, иногда на эпистемологическом или онтологическом беспокойства, а иногда и беспокойства по поводу того, как наш язык работает. Одно возражение против аргументов юмовской теории отсутствия супервентности. лагерь состоит в том, что, если кто-то доходит до дискуссии с господствующей концепцией в виду, можно найти примеры антисупервентности убедительно, но используя эту концепцию, чтобы отвергнуть юмовский анализ законность — это как-то задавать вопрос или иным образом быть неубедительным потому что это концепция, которую отвергают Юмы (Биби, 2000).(Также см Loewer 1996 и Roberts 1998.) Напротив, некоторые сочувствуют Юманизм и аспекты управляющей концепции (Schneider 2007, Уорд 2007, Робертс 2008). В частности, когда мы рассматриваем законы управляя нацией, законы ничего не делают управлял. Что управляет, так это правительство, которое создает и обеспечивает соблюдение законов. «Утверждение, которое мы называем законом, не агент управления, но содержание управления » (Робертс 2008, 46).

Некоторые утверждают, исходя из скептических соображений, что их торговая марка Юмовская супервентность верна (Earman and Roberts 2005ab).Другие отвергать скептические опасения (Schaffer 2008, 94–99, Carroll 2008, 75–79). Шаффер настаивает на онтологической проблеме о том, что неподтвержденные законы являются необоснованными (Schaffer 2008, 84–85).

Оригинальная манера реагировать на очевидные контрпримеры супервентность принимает смысловой оборот. В примере с одинокой частицей как сообщалось выше, существует мир, в котором одинокая частица движется в один метр в секунду, хотя это не закон, что все частицы перемещаются на такой скорости.Есть еще мир, в котором путешествует одинокая частица. со скоростью один метр в секунду, хотя по закону все частицы движется с такой скоростью. Это рассуждение не противоречит супервентность из-за контекстной чувствительности предиката, «Это закон». Хотя фраза «Это закон, все частицы движутся со скоростью один метр в секунду »(i) верно относительно одной пары контекст / мир и (ii) ложно относительно другая пара контекст / мир. Эта разница в истинностной ценности могла просто быть результатом разницы между двумя контекстами (Робертс 2008, 357–61).

Для Робертса возможный мир w , в котором существует только одиночная частица, движущаяся с постоянной скоростью по всей истории и относительно контекста, в котором основная теория, скажем, Ньютоновская механика: «Это закон, согласно которому все частицы имеют постоянная скорость один метр в секунду »на всякий случай верна ссылка на «тот» пункт играет роль закона в выдающаяся теория, которой в данном случае нет. Это могло бы играть роль закона по отношению к какой-либо другой теории, но это быть другим контекстом.Одно обобщение не может оба играют роль закона, а также не играют роль закона по отношению к единой теории, и так другой выдающейся теории и так другого контекст требуется для «Это закон, что все тела путешествуют в один метр в секунду », чтобы быть правдой (Roberts 2008, 357–61). В этом ответе заманчиво то, что он не отвергает никаких интуитивное утверждение о законах в различных возможных мирах. В суждения антисупервентности о том, какие законы являются разумными претензии с учетом контекста.Просто не получается признать влияние контекста. Так, например, Модлин так называемые две возможности будут рассматриваться Робертсом как описания единственной возможности, которые сделаны относительно двух контекстов с различные выдающиеся теории: общая теория относительности и некоторые конкурирующие теории гравитации. (Можно сказать, что Тули примеры с участием 10 различных видов элементарных частиц.) Ключ — это контекстная чувствительность, заложенная в правду. условия законности приговоров.Другие взгляды, которые принимают законность предложения, которые должны быть контекстно-зависимыми, также могут быть полезны сами бросают вызов Робертсу антисупервентности Примеры. Что не впечатляет в позиции Робертса, тем не менее, это его взгляд на контекстную зависимость приписывания законности. Его взгляд основан на одной конкретной фразе английского языка: «Закон природы», но было бы лучше, если бы контекстуальная трактовка «закона природы» аккуратно слилась с контекстной зависимостью других слов естественного языка и фразы.Мы должны попытаться понять контекстную зависимость наших «Закон природы» апеллирует к лингвистическим принципам, и расследование должно проводиться с учетом разговорная практика (Carroll 2018, 131–32). «Закон природа »не должна быть изолированной уродством нашего языка (ср., Unger 1971, 202) на глагол «знать».

Большинство современных философов — это реалистов, около человек. законы; они считают, что некоторые отчеты о законах преуспевают в описание реальности.Однако есть антиреалистов , которые не согласен.

Например, ван Фраассен, Гьер, а также Мамфорд считают, что нет никаких законов. Ван Фраассен находит поддержку своей точки зрения в проблемы, с которыми сталкиваются такие аккаунты, как Lewis’s и Armstrong, и предполагаемая неспособность Армстронга и других описать адекватный эпистемология, допускающая рациональную веру в законы (1989, 130, 180–181). Гьер обращается к истокам использования концепция права в истории науки (1999 [ф.п. 1995], 86–90) и утверждает, что обобщения часто описываются как законы на самом деле не верны (90–91). Причины Мамфорда таковы более метафизический; он утверждает, что для управления законы должны быть внешний по отношению к свойствам, которыми они управляют, но, чтобы быть внешним в этом Таким образом, управляемая собственность не должна иметь надлежащих условий идентичности (2004, 144–145). Другие принимают несколько иной вид антиреализм. Хотя они будут произносить такие предложения, как «Это закон что никакие сигналы не распространяются быстрее света », они антиреалисты в силу того, что мы думаем, что такие предложения не являются (чисто) констатация фактов.Является ли это обобщение Эйнштейна законом, не так. факт о Вселенной; это не то, что ждет, чтобы быть обнаруженный. Сообщения о том, что такое законы, лишь отражают определенное отношение (в дополнение к убеждению) о содержащихся обобщениях (Блэкберн 1984, 1986, Ward 2002, 197). Уорд считает себя единым целым относительно пригодности обобщения для предсказания и объяснение.

Задача антиреализма — минимизировать хаос беззаконной реальности. играл бы с нашими народными и научными практиками.Что касается науки, примеры и использование законов, описанных в начале этой статьи свидетельствуют о том, что «закон» играет заметную роль в науке, что ученые, похоже, готовы принять это за фактуру. Что касается нашего народа практики, хотя «закон» не часто является частью заурядные разговоры, антиреализм о законности по-прежнему имеют далеко идущие последствия. Это связано с законами связи с другими концепциями, особенно с nomic , концепциями как контрфактические условия, диспозиции и причинно-следственные связи.Для Например, кажется, что для того, чтобы было какое-то интересное контрфактическое истины, должен быть хотя бы один закон природы. Был бы обычный спичка в обычных условиях свет, если ударил? Вроде бы, но только потому, что мы предполагаем, что природа в определенном смысле регулярна. Мы думаем это противоречие верно, потому что мы верим, что существуют законы. Мы нет никаких законов, не было бы того, если бы матч был ударил, загорится. В результате этого тоже не было бы что спичка была , предназначенная для зажигания , ни случай, при ударе спички загорится .

Может ли антиреалист отклонить этот вызов, отрицая связи между законностью и прочими понятиями? Позволит ли это быть антиреалист в отношении законов и при этом оставаться реалистом, скажем, контрфакты? Здесь таится опасность, что в результате позиция должна быть ad hoc . Такие концепции, как контрфактические условия, диспозиции и причинно-следственные связи демонстрируют множество тех же загадочных черт, что и законность; есть параллели философские вопросы и загадки об этих концепциях.Это трудно чтобы увидеть, что может служить основанием для антиреализма в отношении законности, но не другое номические концепции.

Некоторые выступают за антиредукционистские, антисупервентные взгляды (Carroll 1994, 2008, Исмаэль 2015, Ланге 2000, 2009, Модлин 2007, Вудворд 1992). Что касается вопроса о том, что значит быть законом, они отвергать ответы юмистов; они часто отрицают Юмовский супервентность, и они не видят пользы в обращении к универсалиям. Они отвергают все попытки сказать, что это за закон, который не обращение к номическим понятиям.Тем не менее, они все еще верят, что на самом деле есть законы природы; они не антиреалисты. Модлин берет законность должна быть примитивным статусом, а законы — онтологическими примитивами. — фундаментальные сущности в нашей онтологии. Его проект — показать что могут делать законы работы, определяя физические возможности с точки зрения законов и составление набросков основанных на законе объяснений контрфактических условных и объяснения. Кэрролл анализирует законность в термины причинно-следственных / объяснительных понятий. Отправной точкой является интуиция, что законы не случайны, что они не совпадения.Однако не совпадение — это еще не все, что нужно быть законом. Например, может быть правда, что золота нет сфер диаметром более 1000 миль, потому что их так мало золото во вселенной. В таком случае, строго говоря, обобщение было бы верным, достаточно общим, а не случайным. Тем не менее, это не было бы законом. Возможно, что это блокирует Обобщение закона состоит в том, что что-то в природе — действительно, начальное состояние Вселенной, ограниченное количество золота — учитывает обобщение.Сравните это с законом, что инерционные тела не имеют ускорения. С этим и другие законы, кажется, что он выполняется из-за природы (самой себя). Лечение Ланге (2000, 2009) включает в себя описание того, что это такое. быть законом с точки зрения контрфактического понятия стабильности. В общий счет сложен, но основная идея такова: вызовите логически замкнутое множество истинных предложений устойчиво тогда и только тогда, когда члены набора останутся верными при любом предшествующем соответствует самому набору.Так, например, набор логических истины тривиально стабильны, потому что логические истины были бы правдой, нет от того, что. Набор, включающий случайное обобщение, которое все люди в комнате сидят, но в соответствии с предположение, что кто-то в комнате кричит «Пожар!» не быть стабильным набором; если бы кто-то крикнул «Огонь», то кто-то в комнате не сидел бы. Ланге утверждает, что нет стабильный набор субномических фактов — за исключением, может быть, набора всех истины — содержит случайную правду.«Определив законов как членов хотя бы одного немаксимального стабильного множества, мы узнать, как законность субномического факта фиксируется субномические факты и сослагательные факты о них »(2009 г., 43).

Попытки подорвать антиредукционизм часто включают вызовы антисупервентность, подобная упомянутым в конце раздела 4. Хильдебранд бросает вызов Кэрроллу и Модлину антиредукционизмы, основанные на неспособности примитивных законов объяснить единообразие природы (Hildebrand, 2013).Симпозиум по Lange’s (2009) Laws and Lawmakers включает, наряду с Ответы Ланге, различные критические замечания со стороны Кэрролла, Лёвера, и Вудворд. (См. Lange et al. , 2011.) Демерест (2012) ставит перед антиредукционизмом Ланге три вызова: от того, подходят ли сослагательные наклонения для роли законодателей.

Гудман считал, что разница между законами природы и случайные истины неразрывно связаны с проблемой индукция.В своей «Новой загадке индукции» (1983 г., [ф.п. 1954], 73), говорит Гудман,

.

Только заявление, которое является закономерным, как — независимо от его правда или ложь или ее научное значение — способна получение подтверждения от его экземпляра; случайные заявления не.

(Терминология: P является законом, только если P является законом, если правда.) Гудман утверждает, что если обобщение случайно (и поэтому не законопослушный), то он не может получить подтверждение от один из его экземпляров.

Это вызвало много дискуссий, включая некоторые проблемы. Для Например, предположим, что выпало десять подбрасываний справедливой монеты, и что первые девять сухопутных голов (Дрецке 1977, 256–257). Первые девять примеры — по крайней мере, в некотором смысле — подтверждают обобщение, что все сальто выпадут орлом; вероятность это обобщение взято из (.5) ¹⁰ до 5. Но это обобщение не законопослушный; если правда, то это не закон. Стандартно отвечать на такие пример, утверждая, что это не подходящее понятие подтверждение (что это просто «сокращение содержания») и предполагая, что то, что действительно требует законности, — это подтверждение неисследованные примеры обобщения.Обратите внимание, что в монете В этом случае вероятность того, что при десятом подбрасывании выпадет орел, не изменение после того, как первые девять подбрасываний приземляются орлами. Однако есть примеры, которые также создают проблемы для этой идеи.

Предположим, что в комнате находится сто человек, и предположим, что вы просите пятьдесят человек. им, являются ли они третьими сыновьями, и они отвечают, что они; конечно было бы разумно хотя бы несколько увеличить ваши ожидания что следующим, кого вы спросите, будет также третий сын (Джексон и Парджеттер 1980, 423)

Бесполезно пересматривать заявление о том, что никаких обобщений считал случайным, может подтвердить.О случай третьего сына, можно было бы знать, что обобщение, даже если правда, не было бы закона. Обсуждение продолжается. Фрэнк Джексон и Роберт Парджеттер предложил альтернативную связь между подтверждение и законы, по которым определенные контрфактические истины должны удержание: наблюдение A , которые являются F -и- B подтверждает, что все, кроме F A , являются B , только если A s по-прежнему были бы A и B если бы они не были F .(Это предложение критикуется Elliott Sober 1988, 97–98.) Lange (2000, 111–142) ​​использует другая стратегия. Он пытается дополнительно уточнить соответствующее понятие подтверждение, характеризующее то, что он считает интуитивным понятием индуктивного подтверждения, а затем утверждает, что только обобщения которые не считаются законопослушными, могут быть (в его понимании) индуктивно подтверждено.

Иногда идея о том, что законы играют особую роль в индукции служит отправной точкой для критики юмовского анализа.Дрецке (1977, 261–262) и Армстронг (1983, 52–59, и 1991) принять модель индуктивного вывода, которая включает вывод к лучшему объяснению. (См. Также Foster 1983 и 2004.) простейшая конструкция, модель описывает шаблон, который начинается с наблюдение за примерами обобщения, включает в себя вывод соответствующий закон (это вывод наилучшего объяснения), и завершается выводом самого обобщения или его ненаблюдаемые экземпляры. Жалоба, поданная против Humeans, состоит в том, что их взгляд на то, что такое законы, законы не подходят для объяснения их случаев и поэтому не может поддерживать требуемый вывод в лучшую сторону объяснение.

Это та область, где нужно работать над законами. Армстронг и Дрецке обоснованно заявляет о том, что может и чего не может быть. Подтвержденный пример: грубо говоря, законы Юма не могут, законы как универсалии могут. Но, по крайней мере, эти претензии не могут быть Совершенно верно. Не могут законы Юма? Как обсуждалось выше иллюстрирует, Собер, Ланге и другие утверждали, что даже обобщения, заведомо случайные, могут быть подтверждены их экземпляры. Дрецке и Армстронгу нужны правдоподобные и подходящие сильная предпосылка, связывающая законность с подтверждаемостью, и это не ясно, что есть один.Вот основная проблема: столько авторы заметили (например, Sober 1988, 98; van Fraassen 1987, 255), подтверждение гипотезы или ее неисследованных экземпляров будет всегда будьте внимательны к существующим исходным убеждениям. Так много так что, имея фоновые убеждения правильного типа, примерно что угодно может быть подтверждено независимо от его статуса закона или будь то законопослушный. Таким образом, излагая правдоподобный принцип, описывающий связь между законами и проблемой индукции будет сложно.

Философы обычно считают, что некоторые случайные истины (или может быть) законы природы. Более того, они думали, что если это является законом, что все F s равны G s, тогда не должно быть любая (метафизически) необходимая связь между F -ностью и G -это (метафизически) возможно, что что-то быть F , но не G . Например, любые возможные мир, который по закону подчиняется общим принципам Ньютоновская физика — это мир, в котором действует первый закон Ньютона. правда, а мир, содержащий ускоряющиеся инерционные тела, есть мир в котором ложен первый закон Ньютона.Последний мир также мир, в котором инерция создается, но не требует нуля ускорение. Однако около специалистов по необходимости считают, что все законы — это необходимые истины. (См. Shoemaker 1980 и 1998, Swoyer 1982, Fales 1990, Bird 2005. См. Vetter 2012 для критики Bird 2005 от в лагере диспозиционных эссенциалистов). то, что немного отличается. Поддерживая, что некоторые законы являются единичными утверждениями об универсалиях, они допускают, что некоторые законы условно верны.Итак, с этой точки зрения F -ness / G -ness закон может быть ложным, если F -ness не существует. Тем не менее, эта разница незначительна. Эти авторы думают что для существования закона F -ness / G -ness он должен обязательно верно, что все F s являются G s. (Видеть Твидейл 1984, Бигелоу, Эллис и Лерс 1992, Эллис и Льерс 1994, и Эллис 2001, 203–228; 2009, 51–72.)

Можно назвать две причины полагать, что закон не зависят от любой необходимой связи между свойствами.Первое разум — это вообразимость того, что это закон в одном возможном мире что все F — это G , хотя есть еще один мир с F , а не G . Во-вторых, что есть законы, которые могут быть обнаружены только в апостериори манера. Если необходимость всегда связана с законами природы, то она непонятно, почему ученые не всегда могут обойтись с a априори метода. Естественно, эти две причины часто оспаривается.Сторонники необходимости утверждают, что представимость — это не руководство по возможности. Они также обращаются к Саулу Крипке (1972). аргументы, призванные выявить определенные апостериори необходимых истины, чтобы утверждать, что апостериори природа некоторых законы не препятствуют их законности требовать необходимых связь между свойствами. В подтверждение своей собственной точки зрения, сторонники необходимости утверждают, что их положение является следствием их одобренная теория диспозиций, согласно которой диспозиции имеют их причинные силы по существу.Так, например, по этой теории, По своей сути заряд обладает способностью отражать подобные заряды. Таким образом, законы вытекают из сущности диспозиций (ср. Bird 2005, 356). По мнению сторонников необходимости, это также и достоинство их позиция, согласно которой они могут объяснить, почему законы опровергаются фактами; они поддерживают гипотезы так же, как и другие необходимые правда (Swoyer 1982, 209; Fales 1990, 85–87).

Основное беспокойство для сторонников необходимости заключается в их способности выдерживать их игнорирование традиционных причин полагать, что некоторые законы условны.Проблема (см. Sidelle 2002, 311) в том, что они тоже проводят различие между необходимыми истинами и случайными истинами, и, кажется, даже полагаются на соображения представимости для этого. На первый взгляд, в приговоре нет ничего особенно подозрительного. что возможно, что объект движется быстрее света. Как это хуже, чем суждение о том, что, возможно, идет дождь в Париж? Другой вопрос для сторонников необходимости заключается в том, является ли их эссенциализм относительно диспозиций может поддержать все контрфакты, которые очевидно, поддерживается законами природы (Lange 2004).

Возвращаясь к Армстронгу (1983, 40), вызовы тем, кто придерживается юмовского учения о законах, и о пояснительны ли законы Юма. Совсем недавно Модлин бросить вызов явным образом:

Если человек юмист, то сама юмианская мозаика, кажется, допускает без дальнейших объяснений. Поскольку это онтологическая основа с точки зрения из которых все другие существующие вещи должны быть объяснены, ни один из этих дальнейшие вещи действительно могут объяснить структуру мозаики сам.Эта жалоба звучит давно, обычно как возражение. к любому юмовскому счету законов. Если законы не более чем общие черты Юмовской мозаики, то в каком-то смысле не может обращаться к этим законам, чтобы объяснить особенности сама мозаика: законы такие, какие они есть в силу мозаики а не наоборот (Модлин 2007, 172).

Loewer (2012, 131) предлагает ответ на этот вопрос. что Модлин подчеркивает. Лёвер отвечает, что великая юмовская мозаика воплощает в жизнь законы природы.Ход, который он делает во избежание замкнутости в том, что законы Юма не метафизически объясняют элементы мозаики, но они с научной точки зрения объясняют аспекты мозаики, предполагая, что есть два понятия объяснения и, следовательно, никакого круговорота. Этот ход недавно породил множество отличных журнальных статей о жизнеспособность шага Loewer (см. особенно Lange 2013, Миллер 2015, Роски 2018 и Шуменер 2017).

Все более популярный способ взглянуть на связь между законами и их инстанции принимают инстанции в качестве обосновывающих законов.Ни один человек инстанция закона может полностью обосновать закон, но сочетание инстанции более полно обосновывают закон. Еще один правдоподобный способ рассматривать отношения между законами и их примерами — значит видеть законы как обоснование своих экземпляров (Emery 2019). Потому что заземление отношение несимметрично, обе эти точки зрения не могут быть верными. Путь выход из этой дилеммы проливает свет на дебаты о объяснение в интересной форме. Учтите, что пока ( P & Q ) является полным основанием для Q , кажется неправильным утверждают, что ( P и Q ) объясняют, почему Q (Роски 2018).Это потому, что содержание экспланандума (что такое быть объясненным) встроено в содержание объясненных (объясненных) (то, что предназначено для объяснения), и что-то не может объяснить само себя (или быть важной частью объяснения самого себя). Заметить, что эта формулировка раскрывает проблему: если объяснение включает объяснение как часть своего содержания, оно лишает объяснение понимание. Одна аудитория уже должна была понимание экспланандума. Удачных объяснений нет циркуляр, поэтому любой, кто принимает законы в качестве основания для своих инстанций, должен не думать, что заземляющее отношение является объяснительным.Смысл здесь не для того, чтобы показать, что заземление — это не объяснительное отношение, а скорее, чтобы показать, что законов природы не подходят для объяснения их экземпляры. Круговидность также поражает модель DN. объяснения. Как указали авторы модели DN:

… Содержание объяснения содержится в объяснится. Это правильно, поскольку экспланандум является семантическим последствия объяснения (Hempel and Oppenheim, ср. 1948, 162; также см. Shumener 2017, 793).

Проблема здесь подрывает важность роли объяснений. чтобы обеспечить понимание. Требуемая валидность приносит семантическую округлость, потому что в этом случае содержание объясненных достаточно для истинности объяснения. В соответствии с обычным презентации модели DN, требуется хотя бы один закон природы быть предпосылкой в ​​«объяснительном аргументе». Действительно, в по крайней мере, один закон должен быть существенным для обоснованности аргумента, и законы, являющиеся частью объяснения, явно являются фактором относительно округлости.Чтобы добавить к этим проблемам, это хорошо вспомнить, что указывал Дрецке относительно законов и объяснение.

Сказать, что закон — это универсальная истина, имеющая объяснительную силу, значит как сказать, что стул — это глоток воздуха, используемый для усаживания людей. Ты не можешь сделать из уха свиньи шелковый кошелек, даже не очень хороший свиное ухо; и вы не можете сделать обобщения, даже чисто универсальное обобщение, объясните его примеры. Дело в том, что каждый F является G не может объяснить, почему любой F является G, и он не может объяснить это не потому, что его объяснительные усилия слишком слабы, чтобы привлекли наше внимание, но поскольку объяснительная попытка никогда не даже сделал … Отнесение экземпляра к универсальному Обобщение имеет столько же объяснительной силы, сколько вывод Q от P&Q.Нет (1977, 26).

Дрецке отреагировал на эту цитату и пришел к выводу, что законы природы не являются универсальными количественными условиями; что они не являются простыми обобщениями. Вместо этого считалось, что законы должны были быть вещи другого рода: отношения между универсалиями, физически необходимые обобщения, или истинная аксиома, или теорема идеальная система или даже метафизически необходимое обобщение. Необходимо рассмотреть другой подход, может быть, только может быть, законы природа являются обобщениями и просто не объясняют ни в каком очень значительный способ.Это подход, который определяет, какие сущность закон природы.

Два отдельных (но связанных) вопроса получили много недавних внимание в философской литературе окружающих законов. Ни один имеет много общего с тем, что значит быть законом. Вместо этого они должны сделать с характером обобщений, которые пытаются выяснить ученые. Во-первых: пытается ли какая-либо наука открыть неисключительные закономерности в его попытка открыть законы? Во-вторых: даже если одна наука — фундаментальная физика — есть ли, другие ли?

10.1 Пытаются ли физики открыть исключительные закономерности?

Философы проводят различие между строгими обобщений и при прочих равных обобщений. В предполагается, что существует контраст между универсальными обобщениями рассмотренной выше (например, что все инерционные тела не имеют ускорение) и, казалось бы, менее формальные обобщения вроде этого, при прочих равных, курение вызывает рак. Идея в том, что первому будет противоречить один-единственный контрпример, скажем, один ускоряющееся инерционное тело, хотя последнее согласуется с существующим быть курильщиком, который никогда не болел раком.Хотя теоретически это различие достаточно легко понять, на практике часто трудно отличить строгий от при прочих равных обобщения. Это потому, что многие философы думают, что многие высказывания, которые не содержат явной оговорки ceteris-paribus неявно включать такой пункт.

По большей части философы думали, что если ученые обнаружили любые без исключения закономерности, которые являются законами, они сделано это на уровне фундаментальной физики.Несколько философов, однако сомнительно, что существуют без исключения закономерности на даже на этом базовом уровне. Например, Картрайт утверждал, что описательные и пояснительные аспекты конфликтов противоречат друг другу. «Представленные как описания фактов, они ложны; исправлено, чтобы быть правда, они теряют свою фундаментальную объяснительную силу »(1980, 75). Рассмотрим гравитационный принцип Ньютона, F = G мм ′ / r ² . Согласно Картрайту, при правильном понимании он говорит, что для любых двух тел сила между ними G мм ′ / r ² .Но если это то, что говорит закон, то закон не является исключением регулярность. Это потому, что сила между двумя телами находится под влиянием другими свойствами, кроме их массы и расстояния между их, по свойствам, таким как заряд двух тел, как описано Закон Кулона. Утверждение гравитационного принципа может быть измененным, чтобы сделать это правдой, но это, по мнению Картрайта, в по крайней мере, некоторые стандартные способы сделать это лишили бы его объяснительная сила. Например, если считать, что действует только принцип что F = G мм ′ / r ² если нет сил кроме гравитационные силы в действии, тогда, хотя это было бы правдой, не применяется, за исключением идеализированных обстоятельств.Ланге (1993) использует другой пример, чтобы подчеркнуть аналогичную точку зрения. Рассмотрим стандартный выражение закона теплового расширения: «Всякий раз, когда температура металлического прутка длиной L ₀ изменяется на Т , длина стержня изменяется на L = k L ₀ T , ’ где k — постоянная, коэффициент теплового расширения металла. Если это выражения использовались для выражения строгого обобщения прямолинейно предложено его грамматикой, то такое высказывание будет ложным, так как длина стержня не меняется описан в случаях, когда кто-то бьет по концам штанги.Похоже, что закон потребует оговорок, но их так много, что единственное очевидный способ учета всех необходимых оговорок будет с чем-то вроде статьи ceteris-paribus . потом возникает опасение, что это заявление будет пустым. Из-за сложность формулирования правдоподобных условий истинности для при прочих равных предложения, есть опасения, что «При прочих равных, L = kL ₀ T ’ мог только означать ‘ L = kL ₀ T при условии, что L = кл ₀ T .’

Даже те, кто согласен с аргументами Картрайта и Ланге иногда не соглашаются с тем, что в конечном итоге говорят о законах в этих аргументах. Картрайт считает, что истинные законы не без исключений. закономерности, но вместо этого являются утверждениями, описывающими причинные силы. В таком толковании они оказываются правдивыми и объясняющими. Lange в конечном итоге приходит к выводу, что есть предложения, должным образом принятые в качестве законов, хотя при этом не нужно также верить никаким исключениям регулярность; там не должно быть ни одного.Giere (1999) с пользой может быть интерпретируется как согласие с основными аргументами Картрайта, но настаивая на том, что в заявлениях о законе нет неявных оговорок или неявные при прочих равных предложениях. Итак, он заключает, что там нет законов.

Эрман и Робертс считают, что существуют без исключения и законные закономерности. Точнее, они утверждают, что ученые делают фундаментальная физика действительно пытается сформулировать строгие обобщения, которые таковы, что они были бы строгими законами, если бы они были правдой:

Мы утверждаем только, что … типичные теории из фундаментальных физики таковы, что , если бы были правдой, было бы точные безусловные законы.Например, гравитационная полевой закон утверждает — без двусмысленности, оговорок, Proviso, ceteris paribus clause — что Ricci тензор кривизны пространства-времени пропорционален полному тензор энергии-импульса для материи-энергии; релятивистская версия Законы электромагнетизма Максвелла для бесплатной квартиры пространство-время утверждает — без оговорок и оговорок — что ротор поля E пропорционален частная производная по времени и т. д. (1999, 446).

Они думают, что о гравитационном примере Картрайта (473, прим. 14), что правдоподобное понимание гравитационного принципа описывая только гравитационную силу между двумя массивные тела. (Картрайт утверждает, что такого компонента нет сила и поэтому думает, что такая интерпретация была бы ложной. Эрман и Робертс не согласен.) Что касается примера Ланге, они думают, что закон следует понимать как имеющую единственную оговорку, что не должно быть внешние напряжения на металлическом стержне (461).В любом случае было бы гораздо больше необходимо сказать, чтобы установить, что все явно строгие и пояснительные обобщения, которые были или будут изложены физики ошиблись или окажутся ложными. (Эрман, и др. al ., 2003 включает более свежие работы Картрайта и Ланге, а также многие другие статьи по ceteris-paribus законы.)

10.2 Могут ли быть какие-то законы о специальных науках?

Предположим, что физики действительно пытаются открыть без исключений закономерности, и даже предполагая, что наши физики иногда будут успешным, возникает еще один вопрос, является ли это целью какой-либо наука кроме фундаментальной физики — любые так называемые специальные наука — открыть неисключительные закономерности и у этих ученых есть надежда на успех.Рассмотрим экономический закон спроса и предложения, который говорит, что, когда спрос увеличивается и предложение фиксируется, цена увеличивается. Обратите внимание, что в некоторых местах цена бензина иногда оставалось неизменным, несмотря на увеличение спрос и фиксированное предложение, потому что цена на бензин была регулируется государством. Похоже, что закон следует понимать как наличие пункта ceteris-paribus , чтобы это было правдой. Этот проблема очень общая. Как указал Джерри Фодор (1989, 78) вне, в силу того, что он сформулирован в словаре специальной науки, очень вероятно, что будут ограничивающие условия — особенно основные физические условия — это подорвет любое интересное строгое обобщение частных наук, условия, которые сами по себе не могут быть описаны в специальная научная лексика.Дональд Дэвидсон вызвал большую часть недавний интерес к законам специальных наук с его «Ментальным События »(1980 [f.p. 1970], 207–225). Он привел аргумент специально направлено против возможности строгого психофизические законы. Что еще более важно, он предположил, что отсутствие таких законов может иметь отношение к тому, будут ли психические события когда-либо вызывать физические события. Это вызвало появление множества статей, посвященных проблема примирения отсутствия строгих законов специальной науки с реальность ментальной причинности (напр.g., Loewer and Lepore 1987 и 1989, Fodor 1989, Schiffer 1991, Pietroski and Rey 1995).

Прогресс в решении проблемы оговорок зависит от трех основных вопросов. отличаясь. Во-первых, возникает вопрос, что это должно быть закон, который, по сути, является поиском обязательно истинного завершение: « P является законом тогда и только тогда, когда … ». Очевидно, чтобы быть истинным завершением, оно должно сохраняться в течение все P , независимо от того, является ли P строгим обобщением или при прочих равных один.Во-вторых, также необходимо определить условия истинности обобщающих предложений, используемых ученые. В-третьих, есть апостериори и научный вопрос о том, какие обобщения выражены предложениями, используемыми ученые верны. Вторая из этих проблем — та, где действие должно быть.

В этой связи поразительно, как мало внимания уделяется возможные эффекты контекста. Не может быть, когда экономист произносит строгое обобщающее предложение в «Экономическая обстановка» (скажем, в учебнике экономики или в экономической конференции), контекстно-зависимые соображения, влияющие на ее Условия истины. Будет ли выяснено, что высказывание истинно? Это может быть так, несмотря на то, что в одном и том же предложении в другом контексте (скажем, в дискуссии между фундаментальными физики или, что еще лучше, в философском обсуждении законов) привести к явно ложному высказыванию.Эти меняющиеся условия истины может быть результатом чего-то столь же очевидного, как контекстный сдвиг в область количественной оценки или, возможно, что-то менее очевидное. Что бы ни важно то, что этот сдвиг может быть функцией не более чем лингвистическое значение предложения и знакомые правила толкования (например, правила приспособления).

Рассмотрим ситуацию, когда профессор инженерного дела произносит: «Когда металлический стержень нагревается, его длина изменяется. пропорционально изменению его температуры »и предположим, что студент предлагает: «Нет, когда кто-то бьет по обоим концам бар.»Показал ли ученик, что учитель высказывание было ложным? Может быть нет. Обратите внимание, что ученик уходит звучит немного нагло. По всей видимости, такая необычная ситуация как если бы кто-то стучал по обоим концам нагретого стержня, в игре, когда профессор сказал то, что он сделал. На самом деле причина Студент звучит нагло, потому что кажется, что он должен знали, что его пример неуместен. Обратите внимание, что предложение профессора не должно включать неявных ceteris-paribus , чтобы его высказывание было правдой; как показывает этот пример, в обычных разговорах старые добрые предложения строгого обобщения не всегда используются для полного охвата круг реальных кейсов.Действительно, они редко используются таким образом. Если специальные ученые действительно произносят верные предложения обобщения (иногда при прочих равных предложения обобщения, иногда нет), то видимо им ничего не мешает произносить истинные приговоры, основанные на законах особой науки. Проблема здесь была истиной обобщений специальной науки, а не какой-либо другой требования законности.

Как будет развиваться дело? Как философия может продвинуться дальше текущие споры о законах природы? Три проблемы особенно интересные и важные.Первые проблемы является ли законность частью содержания научных теорий. Этот вопрос о причинно-следственной связи часто задают, но реже обратился по поводу законности. Робертс предлагает аналогию в поддержку думал, что это не так: постулат евклидовой геометрии две точки определяют линию. Но это не часть содержания Евклидова геометрия утверждает, что это предложение является постулатом. Евклидово геометрия — это не теория постулатов; это теория о точки, линии и плоскости… (2008, 92).Это может быть правдоподобный первый шаг к пониманию отсутствия некоторых номические термины из формальных утверждений научных теорий. В Второй вопрос заключается в том, существуют ли какие-либо случайные законы природы. Сторонники необходимости продолжают работать над заполнением своей точки зрения, в то время как Юмисты и другие люди относительно мало внимания уделяют тому, чем они занимаются. к; новая работа должна объяснить источник лежащих в основе обязательств которые разделяют эти лагеря. Наконец, нужно уделять больше внимания оплачивается на языке, используемом для сообщения, каковы законы и язык используются для выражения самих законов и того, объяснять.