Các định luật vật lý cổ điển. Định luật Kepler về chuyển động của hành tinh

Các nhà khoa học từ hành tinh Trái đất sử dụng rất nhiều công cụ để cố gắng mô tả tổng thể thiên nhiên và vũ trụ. Đó là họ đến với luật và lý thuyết. Sự khác biệt là gì? Một định luật khoa học thường có thể được rút gọn thành một phát biểu toán học, như E = mc²; tuyên bố này dựa trên dữ liệu thực nghiệm và sự thật của nó, như một quy luật, được giới hạn trong một số điều kiện nhất định. Trong trường hợp E = mc² - tốc độ ánh sáng trong chân không.

Một lý thuyết khoa học thường tìm cách tổng hợp một tập hợp các sự kiện hoặc quan sát về các hiện tượng cụ thể. Và nói chung (nhưng không phải luôn luôn) có một tuyên bố rõ ràng và có thể kiểm chứng được về cách thức hoạt động của bản chất. Hoàn toàn không cần thiết để giảm lý thuyết khoa học thành một phương trình, nhưng nó đại diện cho điều gì đó cơ bản về hoạt động của tự nhiên.

Cả định luật và lý thuyết đều phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản của phương pháp khoa học, chẳng hạn như đưa ra giả thuyết, thực hiện thí nghiệm, tìm (hoặc không tìm) bằng chứng thực nghiệm và rút ra kết luận. Rốt cuộc, các nhà khoa học phải có khả năng tái tạo kết quả nếu thí nghiệm trở thành cơ sở cho một định luật hoặc lý thuyết được chấp nhận chung.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét mười định luật và lý thuyết khoa học mà bạn có thể tìm hiểu ngay cả khi bạn không thường xuyên sử dụng kính hiển vi điện tử quét. Hãy bắt đầu bằng sự bùng nổ và kết thúc bằng sự không chắc chắn.

Nếu cần biết ít nhất một lý thuyết khoa học, thì hãy để nó giải thích cách vũ trụ đạt đến trạng thái hiện tại (hoặc không đạt tới nó). Dựa trên các nghiên cứu của Edwin Hubble, Georges Lemaitre và Albert Einstein, lý thuyết Vụ nổ lớn đưa ra giả thuyết rằng vũ trụ bắt đầu cách đây 14 tỷ năm với sự giãn nở khổng lồ. Tại một thời điểm nào đó, vũ trụ được bao bọc trong một điểm và bao gồm tất cả các vật chất của vũ trụ hiện tại. Chuyển động này vẫn tiếp tục cho đến ngày nay, và bản thân vũ trụ cũng không ngừng mở rộng.

Lý thuyết Vụ nổ lớn đã nhận được sự ủng hộ rộng rãi trong giới khoa học sau khi Arno Penzias và Robert Wilson phát hiện ra nền vi sóng vũ trụ vào năm 1965. Sử dụng kính thiên văn vô tuyến, hai nhà thiên văn học đã phát hiện ra tiếng ồn vũ trụ, hay còn gọi là tĩnh, không biến mất theo thời gian. Phối hợp với nhà nghiên cứu Robert Dicke của Princeton, hai nhà khoa học đã xác nhận giả thuyết của Dicke rằng Vụ nổ lớn ban đầu để lại bức xạ mức thấp có thể được tìm thấy trên khắp vũ trụ.

Định luật Mở rộng Vũ trụ của Hubble

Hãy giữ Edwin Hubble một chút. Trong khi cuộc Đại suy thoái đang hoành hành vào những năm 1920, Hubble đang thực hiện nghiên cứu thiên văn đột phá. Ông không chỉ chứng minh rằng có những thiên hà khác ngoài Dải Ngân hà, mà ông còn phát hiện ra rằng những thiên hà này đang lao ra khỏi chính chúng ta, một chuyển động mà ông gọi là đang lùi dần.

Để định lượng tốc độ của chuyển động thiên hà này, Hubble đã đề xuất định luật giãn nở vũ trụ, hay còn gọi là định luật Hubble. Phương trình có dạng như sau: tốc độ = H0 x quãng đường. Vận tốc là tốc độ suy thoái của các thiên hà; H0 là hằng số Hubble, hoặc một tham số cho biết tốc độ giãn nở của vũ trụ; khoảng cách là khoảng cách của một thiên hà đến thiên hà mà phép so sánh được thực hiện.

Hằng số Hubble đã được tính toán ở các giá trị khác nhau trong một thời gian khá dài, nhưng nó hiện đang bị mắc kẹt ở 70 km / s trên megaparsec. Đối với chúng tôi điều đó không quá quan trọng. Điều quan trọng là định luật là một cách thuận tiện để đo tốc độ của một thiên hà so với tốc độ của chúng ta. Và quan trọng hơn, định luật đã thiết lập rằng Vũ trụ bao gồm nhiều thiên hà, chuyển động của chúng có thể bắt nguồn từ Vụ nổ lớn.

Định luật Kepler về chuyển động của hành tinh

Trong nhiều thế kỷ, các nhà khoa học đã chiến đấu với nhau và các nhà lãnh đạo tôn giáo về quỹ đạo của các hành tinh, đặc biệt là liệu chúng có xoay quanh mặt trời hay không. Vào thế kỷ 16, Copernicus đưa ra khái niệm gây tranh cãi của mình về một hệ mặt trời nhật tâm, trong đó các hành tinh xoay quanh mặt trời chứ không phải trái đất. Tuy nhiên, phải đến khi Johannes Kepler, người đã dựa trên công trình của Tycho Brahe và các nhà thiên văn học khác, thì cơ sở khoa học rõ ràng về chuyển động của hành tinh mới xuất hiện.

Ba định luật chuyển động hành tinh của Kepler, được phát triển vào đầu thế kỷ 17, mô tả sự chuyển động của các hành tinh xung quanh mặt trời. Định luật đầu tiên, đôi khi được gọi là định luật quỹ đạo, nói rằng các hành tinh quay quanh Mặt trời theo quỹ đạo hình elip. Định luật thứ hai, định luật về các khu vực, nói rằng đường nối hành tinh với mặt trời tạo thành các khu vực bằng nhau trong những khoảng thời gian đều đặn. Nói cách khác, nếu bạn đo diện tích được tạo bởi một đường vẽ từ Trái đất đến Mặt trời và theo dõi chuyển động của Trái đất trong 30 ngày, thì khu vực đó sẽ giống nhau bất kể vị trí của Trái đất so với điểm gốc.

Định luật thứ ba, định luật về thời kỳ, cho phép bạn thiết lập mối quan hệ rõ ràng giữa chu kỳ quỹ đạo của hành tinh và khoảng cách đến Mặt trời. Nhờ định luật này, chúng ta biết rằng một hành tinh tương đối gần với Mặt trời, như Sao Kim, có chu kỳ quỹ đạo ngắn hơn nhiều so với các hành tinh ở xa như Sao Hải Vương.

Định luật vạn vật hấp dẫn

Điều này có thể ngang bằng với khóa học ngày nay, nhưng hơn 300 năm trước, Ngài Isaac Newton đã đề xuất một ý tưởng mang tính cách mạng: hai vật thể bất kỳ, bất kể khối lượng của chúng là bao nhiêu, đều tác dụng lực hút lên nhau. Định luật này được biểu diễn bằng một phương trình mà nhiều học sinh gặp phải trong các lớp vật lý và toán học cuối cấp.

F = G × [(m1m2) / r²]

F là lực hấp dẫn giữa hai vật, được đo bằng niutơn. M1 và M2 là khối lượng của hai vật, còn r là khoảng cách giữa chúng. G là hằng số hấp dẫn, hiện được tính là 6,67384 (80) 10 −11 hoặc N m² kg −2.

Ưu điểm của định luật vạn vật hấp dẫn là nó cho phép bạn tính lực hút giữa hai vật thể bất kỳ. Khả năng này cực kỳ hữu ích khi các nhà khoa học, chẳng hạn, phóng vệ tinh lên quỹ đạo hoặc xác định hướng đi của mặt trăng.

Định luật Newton

Trong khi chúng ta đang nói về chủ đề của một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất từng sống trên Trái đất, hãy nói về các định luật nổi tiếng khác của Newton. Ba định luật chuyển động của ông tạo thành một phần thiết yếu của vật lý hiện đại. Và giống như nhiều định luật vật lý khác, chúng rất đơn giản.

Định luật đầu tiên trong ba định luật nói rằng một vật thể đang chuyển động vẫn chuyển động trừ khi nó bị ngoại lực tác động. Đối với một quả bóng lăn trên sàn, ngoại lực có thể là lực ma sát giữa quả bóng và sàn, hoặc một cậu bé đánh quả bóng theo hướng khác.

Định luật thứ hai thiết lập mối quan hệ giữa khối lượng của một vật (m) và gia tốc của nó (a) dưới dạng phương trình F = m x a. F là một lực được đo bằng niutơn. Nó cũng là một vector, có nghĩa là nó có một thành phần hướng. Do gia tốc, quả bóng lăn trên sàn có một vectơ đặc biệt theo hướng chuyển động của nó, và điều này được tính đến khi tính toán lực.

Định luật thứ ba khá có ý nghĩa và nên quen thuộc với bạn: đối với mọi hành động đều có phản ứng bình đẳng và ngược lại. Tức là cứ mỗi lực tác dụng lên một vật trên bề mặt thì vật đó lại bị đẩy lùi với cùng một lực.

Các định luật nhiệt động lực học

Nhà vật lý và nhà văn người Anh C.P. Snow từng nói rằng một nhà khoa học không biết định luật thứ hai của nhiệt động lực học cũng giống như một nhà khoa học chưa bao giờ đọc Shakespeare. Câu nói nổi tiếng bây giờ của Snow đã nhấn mạnh tầm quan trọng của nhiệt động lực học và ngay cả những người ở xa ngành khoa học cũng phải biết về nó.

Nhiệt động lực học là khoa học về cách năng lượng hoạt động trong một hệ thống, cho dù đó là động cơ hay lõi Trái đất. Nó có thể được rút gọn thành một số định luật cơ bản, mà Snow đã nêu ra như sau:

Bạn không thể giành chiến thắng.
Bạn sẽ không tránh khỏi thua lỗ.
Bạn không thể thoát khỏi trò chơi.

Hãy xem xét điều này một chút. Ý của Snow khi nói rằng bạn không thể thắng là vì vật chất và năng lượng được bảo toàn, bạn không thể đạt được cái này mà không mất cái kia (nghĩa là, E = mc²). Điều đó cũng có nghĩa là bạn cần cung cấp nhiệt để chạy động cơ, nhưng trong trường hợp không có một hệ thống hoàn toàn khép kín, một lượng nhiệt chắc chắn sẽ thoát ra thế giới mở, dẫn đến định luật thứ hai.

Định luật thứ hai - tổn thất là không thể tránh khỏi - có nghĩa là do entropi ngày càng tăng, bạn không thể trở lại trạng thái năng lượng trước đó. Năng lượng tập trung ở một nơi sẽ luôn có xu hướng đến những nơi có mức độ tập trung thấp hơn.

Cuối cùng, định luật thứ ba - bạn không thể ra khỏi trò chơi - đề cập đến nhiệt độ thấp nhất có thể về mặt lý thuyết - âm 273,15 độ C. Khi hệ thống đạt đến độ không tuyệt đối, chuyển động của các phân tử dừng lại, có nghĩa là entropi sẽ đạt giá trị thấp nhất và thậm chí sẽ không có động năng. Nhưng trong thế giới thực, không thể đạt tới độ không tuyệt đối - chỉ ở rất gần nó.

Sức mạnh của Archimedes

Sau khi Archimedes cổ đại của Hy Lạp phát hiện ra nguyên lý nổi của ông, ông được cho là đã hét lên "Eureka!" (Tìm thấy!) Và khỏa thân chạy qua Syracuse. Truyền thuyết nói vậy. Khám phá rất quan trọng. Truyền thuyết cũng nói rằng Archimedes đã khám phá ra nguyên lý khi ông nhận thấy rằng nước trong bồn tắm dâng lên khi một cơ thể đắm mình trong đó.

Theo nguyên lý lực nổi của Archimedes, lực tác dụng lên một vật thể ngập nước hoặc ngập một phần bằng khối lượng chất lỏng mà vật thể đó dịch chuyển. Nguyên tắc này là tối quan trọng trong tính toán mật độ, cũng như trong thiết kế tàu ngầm và các tàu vượt biển khác.

Tiến hóa và chọn lọc tự nhiên

Bây giờ chúng ta đã thiết lập một số khái niệm cơ bản về cách vũ trụ bắt đầu và cách các quy luật vật lý ảnh hưởng đến cuộc sống hàng ngày của chúng ta, hãy chuyển sự chú ý của chúng ta sang hình dạng con người và tìm hiểu cách chúng ta đi đến thời điểm này. Theo hầu hết các nhà khoa học, tất cả sự sống trên Trái đất đều có một tổ tiên chung. Nhưng để tạo ra sự khác biệt lớn như vậy giữa tất cả các sinh vật sống, một số chúng đã phải biến thành một loài riêng biệt.

Theo nghĩa chung, sự phân hóa này đã xảy ra trong quá trình tiến hóa. Các quần thể sinh vật và các tính trạng của chúng đã trải qua các cơ chế như đột biến. Những con có nhiều đặc điểm sinh tồn hơn, như ếch nâu tự ngụy trang trong đầm lầy, được lựa chọn tự nhiên để sinh tồn. Đây là nơi bắt nguồn của thuật ngữ chọn lọc tự nhiên.

Bạn có thể nhân hai lý thuyết này lên nhiều lần và thực sự Darwin đã làm điều này vào thế kỷ 19. Tiến hóa và chọn lọc tự nhiên giải thích sự đa dạng to lớn của sự sống trên Trái đất.

Thuyết tương đối rộng

Albert Einstein đã và vẫn là khám phá quan trọng nhất thay đổi mãi mãi quan điểm của chúng ta về vũ trụ. Bước đột phá chính của Einstein là tuyên bố rằng không gian và thời gian không phải là tuyệt đối, và lực hấp dẫn không chỉ là một lực tác dụng lên một vật thể hay khối lượng. Đúng hơn, lực hấp dẫn có liên quan đến thực tế là khối lượng làm cong chính không gian và thời gian (không thời gian).

Để hiểu được điều này, hãy tưởng tượng rằng bạn đang lái xe qua Trái đất theo một đường thẳng theo hướng khác từ bán cầu bắc chẳng hạn. Sau một thời gian, nếu ai đó muốn xác định chính xác vị trí của bạn, bạn sẽ ở phía nam và phía đông nhiều so với vị trí ban đầu. Điều này là do trái đất cong. Để lái xe thẳng về phía đông, bạn cần tính đến hình dạng của Trái đất và lái xe theo một góc hơi về phía bắc. So sánh một quả bóng tròn và một tờ giấy.

Không gian khá giống nhau. Ví dụ, hành khách của một tên lửa bay quanh Trái đất sẽ thấy rõ rằng họ đang bay theo đường thẳng trong không gian. Nhưng trên thực tế, không-thời gian xung quanh chúng đang bị uốn cong dưới tác dụng của lực hấp dẫn của Trái đất, khiến chúng vừa chuyển động về phía trước vừa ở trong quỹ đạo của Trái đất.

Lý thuyết của Einstein đã có một tác động to lớn đến tương lai của vật lý thiên văn và vũ trụ học. Cô giải thích một sự bất thường nhỏ và bất ngờ trong quỹ đạo của Sao Thủy, chỉ ra cách ánh sáng sao uốn cong, và đặt cơ sở lý thuyết cho các lỗ đen.

Nguyên lý bất định Heisenberg

Thuyết tương đối mở rộng của Einstein đã dạy chúng ta nhiều hơn về cách vận hành của vũ trụ và giúp đặt nền tảng cho vật lý lượng tử, dẫn đến sự bối rối hoàn toàn không ngờ tới của khoa học lý thuyết. Năm 1927, nhận thức rằng tất cả các quy luật của vũ trụ đều linh hoạt trong một bối cảnh nhất định đã dẫn đến phát hiện đáng kinh ngạc của nhà khoa học người Đức Werner Heisenberg.

Định ra nguyên lý bất định của mình, Heisenberg nhận ra rằng không thể biết đồng thời hai thuộc tính của một hạt với mức độ chính xác cao. Bạn có thể biết vị trí của một electron với độ chính xác cao, nhưng không thể biết được động lượng của nó, và ngược lại.

Sau đó, Niels Bohr đã có một khám phá giúp giải thích nguyên lý Heisenberg. Bohr nhận thấy rằng electron có các đặc tính của cả hạt và sóng. Khái niệm này được gọi là đối ngẫu sóng-hạt và là cơ sở của vật lý lượng tử. Do đó, khi chúng ta đo vị trí của một electron, chúng ta xác định nó là một hạt tại một điểm nhất định trong không gian với bước sóng không xác định. Khi chúng ta đo động lượng, chúng ta coi electron như một sóng, có nghĩa là chúng ta có thể biết biên độ chiều dài của nó, nhưng không biết vị trí.

Giới thiệu

1. Định luật Newton

1.1. Định luật quán tính (định luật đầu tiên của Newton)

1.2 Quy luật chuyển động

1.3. Định luật bảo toàn động lượng (Định luật bảo toàn động lượng)

1.4. Lực quán tính

1.5. Luật độ nhớt

2.1. Các định luật nhiệt động lực học

Luật hấp dẫn

3.2. Tương tác hấp dẫn

3.3. Cơ học thiên thể

Trường hấp dẫn mạnh

3.5. Các lý thuyết cổ điển hiện đại về lực hấp dẫn

Sự kết luận

Văn chương

Giới thiệu

Các định luật vật lý cơ bản mô tả các hiện tượng quan trọng nhất trong tự nhiên và vũ trụ. Chúng cho phép chúng ta giải thích và thậm chí dự đoán nhiều hiện tượng. Vì vậy, chỉ dựa vào các định luật cơ bản của vật lý cổ điển (định luật Newton, định luật nhiệt động lực học, v.v.), nhân loại đã khám phá thành công không gian, đưa tàu vũ trụ đến các hành tinh khác.

Tôi muốn xem xét trong công trình này các định luật vật lý quan trọng nhất và mối quan hệ của chúng. Các định luật quan trọng nhất của cơ học cổ điển là các định luật Newton, đủ để mô tả các hiện tượng trong vũ trụ vĩ mô (không tính đến các giá trị cao của tốc độ hoặc khối lượng, được nghiên cứu trong GR - Thuyết tương đối rộng, hoặc SRT - Thuyết tương đối hẹp).

Định luật Newton

Các định luật cơ học của Newton - ba luật cơ bản cái gọi là. cơ học cổ điển. Công thức của I. Newton (1687). Định luật thứ nhất: "Mọi vật thể tiếp tục được giữ ở trạng thái nghỉ ngơi hoặc chuyển động đều và thẳng, cho đến khi bị các lực tác dụng ép thay đổi trạng thái này." Định luật thứ hai: "Sự thay đổi của động lượng tỷ lệ với lực phát động tác dụng và xảy ra theo hướng của đường thẳng mà lực này tác dụng." Định luật thứ ba: "Một hành động luôn có phản ứng bình đẳng và ngược chiều, ngược lại, tác dụng của hai vật đối với nhau là bình đẳng và hướng theo hai hướng ngược nhau."

1.1. Zako ́ chín ́ rtions (Luật đầu tiên mới ́ tấn) : vật tự do, không chịu tác dụng của lực từ các vật khác, đang ở trạng thái nghỉ hoặc chuyển động thẳng nghiêng đều (khái niệm tốc độ ở đây áp dụng cho khối tâm của vật trong trường hợp chuyển động không tịnh tiến). Nói cách khác, các vật thể được đặc trưng bởi quán tính (từ quán tính trong tiếng Latinh - “không hoạt động”, “quán tính”), tức là hiện tượng duy trì tốc độ nếu các tác động bên ngoài lên chúng được bù đắp.

Các hệ quy chiếu trong đó luật quán tính được đáp ứng được gọi là hệ quy chiếu quán tính (ISR).

Định luật quán tính lần đầu tiên được xây dựng bởi Galileo Galilei, người sau nhiều thí nghiệm đã kết luận rằng không cần nguyên nhân bên ngoài nào để một vật thể tự do chuyển động với tốc độ không đổi. Trước đó, một quan điểm khác (có từ thời Aristotle) thường được chấp nhận: một vật tự do ở trạng thái nghỉ, và để chuyển động với tốc độ không đổi, cần phải tác dụng một lực không đổi.

Sau đó, Newton đã xây dựng định luật quán tính là định luật đầu tiên trong ba định luật nổi tiếng của ông.

Nguyên lý tương đối của Galileo: trong mọi hệ quy chiếu quán tính, mọi quá trình vật lý đều tiến hành theo cùng một cách. Trong một hệ quy chiếu được đưa về trạng thái nghỉ hoặc chuyển động thẳng nghiêng đều so với hệ quy chiếu quán tính (có điều kiện là "ở trạng thái nghỉ"), tất cả các quá trình tiến hành giống hệt như trong hệ quy chiếu ở trạng thái nghỉ.

Cần lưu ý rằng khái niệm hệ quy chiếu quán tính là một mô hình trừu tượng (một số vật thể lý tưởng được coi là thay vì vật thể thực. Một vật thể hoàn toàn cứng hoặc một sợi không trọng lượng dùng làm ví dụ về một mô hình trừu tượng), hệ quy chiếu thực là luôn gắn liền với một số đối tượng và sự tương ứng của chuyển động thực sự quan sát được của các vật thể trong các hệ thống như vậy với kết quả của các phép tính sẽ không đầy đủ.

1.2 Quy luật chuyển động - một công thức toán học về cách một cơ thể chuyển động hoặc cách một chuyển động của một dạng tổng quát hơn xảy ra.

Trong cơ học cổ điển của một chất điểm, quy luật chuyển động là ba phụ thuộc của ba tọa độ không gian vào thời gian, hoặc sự phụ thuộc của một đại lượng vectơ (vectơ bán kính) vào thời gian, có dạng

Quy luật chuyển động có thể được tìm thấy, tùy thuộc vào nhiệm vụ, hoặc từ các định luật vi phân của cơ học hoặc từ các định luật tích phân.

Định luật bảo toàn năng lượng - định luật cơ bản của tự nhiên, bao gồm thực tế là năng lượng của một hệ kín được bảo toàn theo thời gian. Nói cách khác, năng lượng không thể sinh ra từ hư không và không thể biến mất vào hư không, nó chỉ có thể truyền từ dạng này sang dạng khác.

Định luật bảo toàn năng lượng được tìm thấy trong các ngành khác nhau của vật lý và thể hiện trong sự bảo toàn các dạng năng lượng khác nhau. Ví dụ, trong cơ học cổ điển, định luật biểu hiện ở sự bảo toàn cơ năng (tổng của thế năng và động năng). Trong nhiệt động lực học, định luật bảo toàn cơ năng được gọi là định luật đầu tiên của nhiệt động lực học và nói lên sự bảo toàn cơ năng bằng nhiệt năng.

Vì định luật bảo toàn năng lượng không đề cập đến các đại lượng và hiện tượng cụ thể, mà phản ánh một mô hình chung có thể áp dụng ở mọi nơi và mọi lúc, nên gọi nó không phải là một định luật, mà là nguyên tắc bảo toàn năng lượng thì đúng hơn.

Trường hợp đặc biệt - Định luật bảo toàn cơ năng - cơ năng của hệ cơ học bảo toàn trong thời gian. Nói một cách đơn giản, trong trường hợp không có các lực như lực ma sát (lực tiêu tán), thì năng lượng cơ học không sinh ra từ hư không và không thể biến mất ở bất cứ đâu.

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

Định luật bảo toàn cơ năng là định luật tích phân. Điều này có nghĩa là nó được tạo thành từ hoạt động của các luật khác biệt và là một thuộc tính của hành động tổng hợp của chúng. Ví dụ, đôi khi người ta nói rằng không thể tạo ra một cỗ máy chuyển động vĩnh viễn là do định luật bảo toàn năng lượng. Nhưng nó không phải. Trên thực tế, trong mọi dự án về một cỗ máy chuyển động vĩnh viễn, một trong những luật vi sai được kích hoạt và chính anh ta là người làm cho động cơ không hoạt động được. Định luật bảo toàn năng lượng chỉ đơn giản là khái quát thực tế này.

Theo định lý Noether, định luật bảo toàn cơ năng là hệ quả của sự đồng nhất của thời gian.

1.3. Zako ́ n tiết kiệm ́ và ́ xung (Zako ́ n tiết kiệm ́ nếu ́ chất lượng chuyển động) khẳng định rằng tổng mômen của tất cả các cơ thể (hoặc các hạt) của một hệ kín là một giá trị không đổi.

Từ định luật Newton, có thể chỉ ra rằng khi chuyển động trong không gian trống, động lượng được bảo toàn theo thời gian, và khi có tương tác, tốc độ thay đổi của nó được xác định bằng tổng các lực tác dụng. Trong cơ học cổ điển, định luật bảo toàn động lượng thường được suy ra như một hệ quả của các định luật Newton. Tuy nhiên, định luật bảo toàn này cũng đúng trong trường hợp cơ học Newton không thể áp dụng được (vật lý tương đối tính, cơ học lượng tử).

Giống như bất kỳ định luật bảo toàn nào, định luật bảo toàn động lượng mô tả một trong những đối xứng cơ bản, tính thuần nhất của không gian

Định luật thứ ba của Newton giải thích những gì xảy ra với hai cơ quan tương tác. Lấy ví dụ một hệ thống khép kín bao gồm hai cơ quan. Vật thứ nhất có thể tác động lên vật thứ hai với một lực F12, và vật thứ hai - lên vật thứ nhất với lực F21. Các lực có quan hệ với nhau như thế nào? Định luật thứ ba của Newton phát biểu rằng lực tác dụng có độ lớn bằng nhau và ngược hướng với phản lực. Chúng tôi nhấn mạnh rằng các lực này được áp dụng cho các cơ thể khác nhau, và do đó không được bù đắp.

Bản thân luật:

Các vật tác dụng lên nhau các lực có phương dọc theo cùng một đường thẳng, có độ lớn bằng nhau và ngược chiều:.

1.4. Lực quán tính

Nói một cách chính xác, các định luật Newton chỉ có giá trị trong hệ quy chiếu quán tính. Nếu chúng ta trung thực viết ra phương trình chuyển động của một vật trong hệ quy chiếu phi quán tính, thì nó sẽ khác với định luật II Newton. Tuy nhiên, thông thường, để đơn giản hóa việc xem xét, một số "lực quán tính" hư cấu được đưa ra, và sau đó các phương trình chuyển động này được viết lại dưới dạng rất giống với định luật II Newton. Về mặt toán học, mọi thứ ở đây đều đúng (đúng), nhưng theo quan điểm của vật lý, một lực hư cấu mới không thể được coi là một cái gì đó có thật, là kết quả của một số tương tác thực. Chúng tôi nhấn mạnh lại một lần nữa: “lực quán tính” chỉ là một tham số hóa thuận tiện về sự khác nhau của các quy luật chuyển động trong hệ quy chiếu quán tính và phi quán tính.

1.5. Luật độ nhớt

Định luật Newton về độ nhớt (nội ma sát) là một biểu thức toán học liên hệ giữa ứng suất của ma sát nội τ (độ nhớt) và sự thay đổi vận tốc của môi trường v trong không gian

(tốc độ biến dạng) đối với các thể chất lỏng (chất lỏng và khí):

trong đó giá trị của η được gọi là hệ số ma sát trong hoặc hệ số động lực học của độ nhớt (đơn vị CGS - poise). Hệ số động học của độ nhớt là giá trị μ = η / ρ (đơn vị CGS là Stokes, ρ là khối lượng riêng của môi trường).

Định luật Newton có thể được giải tích bằng các phương pháp động học vật lý, trong đó độ nhớt thường được xem xét đồng thời với độ dẫn nhiệt và định luật Fourier tương ứng đối với độ dẫn nhiệt. Trong lý thuyết động năng của chất khí, hệ số ma sát trong được tính bằng công thức

trong đó là tốc độ trung bình của chuyển động nhiệt của các phân tử, λ là đường đi tự do trung bình.

2.1. Các định luật nhiệt động lực học

Nhiệt động lực học dựa trên ba định luật, được xây dựng trên cơ sở dữ liệu thực nghiệm và do đó có thể được chấp nhận như là định đề.

* Định luật 1 nhiệt động lực học. Nó là một công thức của định luật tổng quát của sự bảo toàn năng lượng cho các quá trình nhiệt động lực học. Ở dạng đơn giản nhất, nó có thể được viết là δQ \ u003d δA + d "U, trong đó dU là tổng vi sai của nội năng của hệ và δQ và δA là nhiệt lượng cơ bản và công cơ bản thực hiện trên tương ứng với hệ thống. Cần lưu ý rằng δA và δQ không thể được coi là vi phân theo nghĩa thông thường của khái niệm này. Theo quan điểm của khái niệm lượng tử, định luật này có thể được hiểu như sau: dU là sự thay đổi năng lượng của một hệ lượng tử nhất định, δA là sự thay đổi năng lượng của hệ do sự thay đổi dân số các mức năng lượng của hệ, và δQ là sự thay đổi năng lượng của hệ lượng tử do sự thay đổi cấu trúc của mức năng lượng.

* Định luật thứ hai của nhiệt động lực học: Định luật thứ hai của nhiệt động lực học loại trừ khả năng tạo ra một cỗ máy chuyển động vĩnh viễn thuộc loại thứ hai. Có một số công thức khác nhau, nhưng đồng thời tương đương của luật này. 1 - Định đề của Clausius. Quá trình không xảy ra sự thay đổi nào khác, ngoại trừ sự truyền nhiệt từ vật nóng sang vật lạnh, là không thể đảo ngược, tức là nhiệt không thể chuyển từ vật lạnh sang vật nóng mà không có bất kỳ sự thay đổi nào khác trong hệ. Hiện tượng này được gọi là sự tiêu tán hay phân tán năng lượng. 2 - Định đề của Kelvin. Quá trình chuyển hóa công thành nhiệt mà không có bất kỳ sự thay đổi nào khác trong hệ là không thể đảo ngược, tức là không thể chuyển toàn bộ nhiệt lượng lấy từ nguồn có nhiệt độ đồng nhất thành công mà không thực hiện các thay đổi khác trong hệ.

* Định luật thứ 3 của nhiệt động lực học: Định lý Nernst: Entropy của bất kỳ hệ nào ở nhiệt độ không tuyệt đối luôn có thể lấy bằng không

3.1. Luật hấp dẫn

Lực hấp dẫn (vạn vật hấp dẫn, lực hút) (từ tiếng Latinh gravitas - “lực hấp dẫn”) là một tương tác cơ bản tầm xa trong tự nhiên, mà tất cả các vật chất đều là đối tượng của nó. Theo dữ liệu hiện đại, nó là một tương tác phổ quát theo nghĩa, không giống như bất kỳ lực nào khác, nó tạo ra cùng một gia tốc cho tất cả các vật thể, không có ngoại lệ, bất kể khối lượng của chúng. Chủ yếu lực hấp dẫn đóng một vai trò quyết định trên quy mô vũ trụ. Thuật ngữ hấp dẫn cũng được dùng làm tên của một nhánh vật lý nghiên cứu về tương tác hấp dẫn. Lý thuyết vật lý hiện đại thành công nhất trong vật lý cổ điển mô tả lực hấp dẫn là lý thuyết tương đối rộng; lý thuyết lượng tử về tương tác hấp dẫn vẫn chưa được xây dựng.

3.2. Tương tác hấp dẫn

Tương tác hấp dẫn là một trong bốn tương tác cơ bản trong thế giới của chúng ta. Trong khuôn khổ của cơ học cổ điển, tương tác hấp dẫn được mô tả bằng định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, trong đó phát biểu rằng lực hấp dẫn giữa hai chất điểm có khối lượng m1 và m2, cách nhau một khoảng R, là

Ở đây G là hằng số hấp dẫn, bằng m³ / (kg s²). Dấu trừ có nghĩa là lực tác dụng lên vật thể luôn có hướng bằng vectơ bán kính hướng vào vật thể, tức là lực tương tác hấp dẫn luôn dẫn đến lực hút của bất kỳ vật thể nào.

Trường trọng lực là thế năng. Điều này có nghĩa là có thể tạo ra thế năng của lực hấp dẫn của một cặp vật thể, và năng lượng này sẽ không thay đổi sau khi di chuyển các vật thể dọc theo một đường bao khép kín. Thế năng của trường hấp dẫn kéo theo định luật bảo toàn tổng động năng và thế năng, và khi nghiên cứu chuyển động của các vật trong trường hấp dẫn, người ta thường đơn giản hóa cách giải. Trong khuôn khổ của cơ học Newton, tương tác hấp dẫn là tầm xa. Điều này có nghĩa là bất kể một vật thể khối lượng lớn chuyển động như thế nào, tại bất kỳ điểm nào trong không gian, thế năng hấp dẫn chỉ phụ thuộc vào vị trí của vật thể tại một thời điểm nhất định.

Các vật thể không gian lớn - các hành tinh, các ngôi sao và các thiên hà có khối lượng rất lớn và do đó, tạo ra các trường hấp dẫn đáng kể. Lực hấp dẫn là lực yếu nhất. Tuy nhiên, vì nó hoạt động ở mọi khoảng cách và mọi khối lượng đều dương nên nó vẫn là một lực rất quan trọng trong vũ trụ. Để so sánh: tổng điện tích của các vật thể này bằng 0, vì toàn bộ chất là trung hòa về điện. Ngoài ra, lực hấp dẫn, không giống như các tương tác khác, có tác dụng phổ quát đối với mọi vật chất và năng lượng. Không có vật thể nào được tìm thấy mà không có tương tác hấp dẫn nào cả.

Do tính chất toàn cầu của nó, lực hấp dẫn cũng là nguyên nhân gây ra các tác động quy mô lớn như cấu trúc của các thiên hà, lỗ đen và sự giãn nở của Vũ trụ, và đối với các hiện tượng thiên văn cơ bản - quỹ đạo của các hành tinh và lực hút đơn giản lên bề mặt Trái đất và các cơ quan rơi xuống.

Lực hấp dẫn là tương tác đầu tiên được mô tả bởi một lý thuyết toán học. Vào thời cổ đại, Aristotle tin rằng các vật có khối lượng khác nhau rơi với tốc độ khác nhau. Chỉ sau đó, Galileo Galilei đã thực nghiệm xác định rằng không phải như vậy - nếu lực cản không khí bị loại bỏ, tất cả các vật thể đều tăng tốc như nhau. Định luật hấp dẫn của Isaac Newton (1687) là một mô tả tốt về hành vi chung của lực hấp dẫn. Năm 1915, Albert Einstein đã tạo ra Thuyết Tương đối Tổng quát, thuyết này mô tả chính xác hơn lực hấp dẫn dưới dạng hình học của không thời gian.

3.3. Cơ học thiên thể và một số vấn đề của nó

Phần cơ học nghiên cứu chuyển động của các vật thể trong không gian trống chỉ dưới tác dụng của lực hấp dẫn được gọi là cơ học thiên thể.

Nhiệm vụ đơn giản nhất của cơ học thiên thể là tương tác hấp dẫn của hai vật thể trong không gian trống. Vấn đề này được giải quyết một cách phân tích đến cùng; kết quả của nghiệm của nó thường được xây dựng dưới dạng ba định luật Kepler.

Với sự gia tăng số lượng các cơ quan tương tác, vấn đề trở nên phức tạp hơn nhiều. Vì vậy, bài toán ba vật thể vốn đã nổi tiếng (nghĩa là chuyển động của ba vật thể có khối lượng khác 0) không thể được giải một cách phân tích một cách tổng quát. Với một giải pháp số, tính không ổn định của các nghiệm đối với các điều kiện ban đầu hình thành khá nhanh. Khi được áp dụng cho hệ mặt trời, sự không ổn định này khiến chúng ta không thể dự đoán chuyển động của các hành tinh trên quy mô vượt quá một trăm triệu năm.

Trong một số trường hợp đặc biệt, có thể tìm được lời giải gần đúng. Điều quan trọng nhất là trường hợp khi khối lượng của một thiên thể lớn hơn đáng kể so với khối lượng của các thiên thể khác (ví dụ: hệ mặt trời và động lực của các vành sao Thổ). Trong trường hợp này, theo cách tính gần đúng đầu tiên, chúng ta có thể giả định rằng các vật thể nhẹ không tương tác với nhau và di chuyển dọc theo quỹ đạo Keplerian xung quanh một vật thể có khối lượng lớn. Tương tác giữa chúng có thể được tính đến trong khuôn khổ của lý thuyết nhiễu loạn và được tính trung bình theo thời gian. Trong trường hợp này, các hiện tượng không tầm thường có thể nảy sinh, chẳng hạn như cộng hưởng, hấp dẫn, ngẫu nhiên, v.v ... Một ví dụ điển hình cho những hiện tượng đó là cấu trúc không tầm thường của các vòng sao Thổ.

Mặc dù đã cố gắng mô tả hành vi của một hệ thống gồm một số lượng lớn các vật thể hút có khối lượng xấp xỉ như nhau, điều này không thể thực hiện được do hiện tượng hỗn loạn động.

3.4. Trường hấp dẫn mạnh

Trong trường hấp dẫn mạnh, khi chuyển động với vận tốc tương đối tính, các tác động của thuyết tương đối rộng bắt đầu xuất hiện:

Sai lệch của định luật hấp dẫn từ Newton;

Độ trễ của thế năng liên quan đến tốc độ lan truyền hữu hạn của nhiễu loạn hấp dẫn; sự xuất hiện của sóng hấp dẫn;

Hiệu ứng phi tuyến: sóng hấp dẫn có xu hướng tương tác với nhau, vì vậy nguyên lý chồng chất của sóng trong trường mạnh không còn giá trị;

Thay đổi hình học của không-thời gian;

Sự xuất hiện của các lỗ đen;

3.5. Các lý thuyết cổ điển hiện đại về lực hấp dẫn

Do thực tế là các hiệu ứng lượng tử của lực hấp dẫn là cực kỳ nhỏ ngay cả trong các điều kiện quan sát và thực nghiệm khắc nghiệt nhất, nên vẫn chưa có quan sát đáng tin cậy nào về chúng. Các ước tính lý thuyết cho thấy rằng trong phần lớn các trường hợp, người ta có thể tự giới hạn mình với mô tả cổ điển về tương tác hấp dẫn.

Có một lý thuyết cổ điển kinh điển hiện đại về lực hấp dẫn - lý thuyết tương đối tổng quát, và nhiều giả thuyết cải tiến nó và các lý thuyết về các mức độ phát triển khác nhau cạnh tranh với nhau (xem bài Các lý thuyết thay thế về lực hấp dẫn). Tất cả những lý thuyết này đều đưa ra những dự đoán rất giống nhau trong khoảng giá trị gần đúng mà các thử nghiệm thực nghiệm hiện đang được thực hiện. Sau đây là một số lý thuyết chính, được phát triển tốt nhất hoặc được biết đến về lực hấp dẫn.

Lý thuyết về lực hấp dẫn của Newton dựa trên khái niệm trọng lực, là một lực tầm xa: nó tác động tức thì ở bất kỳ khoảng cách nào. Tính chất tức thời của hành động này không phù hợp với mô hình trường của vật lý hiện đại và đặc biệt, với thuyết tương đối hẹp do Einstein tạo ra vào năm 1905, lấy cảm hứng từ công trình của Poincaré và Lorentz. Theo lý thuyết của Einstein, không có thông tin nào có thể truyền đi nhanh hơn tốc độ ánh sáng trong chân không.

Về mặt toán học, lực hấp dẫn của Newton có nguồn gốc từ thế năng của một vật thể trong trường hấp dẫn. Thế năng hấp dẫn tương ứng với thế năng này tuân theo phương trình Poisson, phương trình này không bất biến theo phép biến đổi Lorentz. Lý do của sự không bất biến là năng lượng trong thuyết tương đối hẹp không phải là một đại lượng vô hướng, mà đi vào thành phần thời gian của véc tơ 4. Lý thuyết vectơ của lực hấp dẫn hóa ra tương tự như lý thuyết của Maxwell về trường điện từ và dẫn đến năng lượng âm của sóng hấp dẫn, liên kết với bản chất của tương tác: giống như các điện tích (khối lượng) trong trọng trường bị hút và không bị đẩy lùi, như trong điện từ học. Do đó, lý thuyết hấp dẫn của Newton không tương thích với nguyên lý cơ bản của thuyết tương đối hẹp - sự bất biến của các định luật tự nhiên trong bất kỳ hệ quy chiếu quán tính nào, và sự tổng quát hóa vectơ trực tiếp của lý thuyết Newton, được Poincaré đề xuất lần đầu tiên vào năm 1905 trong công việc "Về Động lực học của Electron", dẫn đến kết quả không đạt yêu cầu về mặt vật lý.

Einstein bắt đầu tìm kiếm một lý thuyết về lực hấp dẫn tương thích với nguyên lý bất biến của các quy luật tự nhiên đối với bất kỳ hệ quy chiếu nào. Kết quả của cuộc tìm kiếm này là thuyết tương đối rộng, dựa trên nguyên lý đồng nhất của khối lượng hấp dẫn và quán tính.

Nguyên tắc bình đẳng của khối lượng hấp dẫn và quán tính

Trong cơ học Newton cổ điển, có hai khái niệm về khối lượng: khái niệm thứ nhất dùng để chỉ định luật thứ hai của Newton, và khái niệm thứ hai dùng để chỉ định luật vạn vật hấp dẫn. Khối lượng đầu tiên - quán tính (hay quán tính) - là tỷ số giữa lực phi trọng trường tác dụng lên vật thể với gia tốc của nó. Khối lượng thứ hai - lực hấp dẫn (hoặc, đôi khi nó được gọi là nặng) - xác định lực hút của vật thể bởi các vật thể khác và lực hút của chính nó. Nói chung, hai khối lượng này được đo, như có thể thấy từ mô tả, trong các thí nghiệm khác nhau, vì vậy chúng không nhất thiết phải tỷ lệ với nhau. Sự tương xứng chặt chẽ của chúng cho phép chúng ta nói về một khối lượng vật thể trong cả tương tác không hấp dẫn và hấp dẫn. Bằng cách lựa chọn đơn vị phù hợp, các khối lượng này có thể được tạo ra bằng nhau.

Bản thân nguyên lý do Isaac Newton đưa ra, và sự bình đẳng của các khối lượng đã được ông kiểm chứng bằng thực nghiệm với độ chính xác tương đối là 10−3. Vào cuối thế kỷ 19, Eötvös đã thực hiện những thí nghiệm tinh vi hơn, nâng độ chính xác của việc xác minh nguyên lý lên 10-9. Trong thế kỷ 20, các kỹ thuật thực nghiệm đã giúp xác nhận sự bằng nhau của các khối lượng với độ chính xác tương đối là 10−12-10−13 (Braginsky, Dicke, v.v.).

Đôi khi nguyên lý bình đẳng của khối lượng hấp dẫn và quán tính được gọi là nguyên lý tương đương yếu. Albert Einstein đặt nó làm cơ sở của thuyết tương đối rộng.

Nguyên tắc chuyển động dọc theo đường trắc địa

Nếu khối lượng trọng trường chính xác bằng khối lượng quán tính, thì trong biểu thức gia tốc của một vật mà chỉ có lực hấp dẫn tác dụng, cả hai khối lượng đều giảm. Do đó, gia tốc của cơ thể, và do đó là quỹ đạo của nó, không phụ thuộc vào khối lượng và cấu trúc bên trong của cơ thể. Nếu tất cả các vật thể tại cùng một điểm trong không gian đều nhận được cùng một gia tốc, thì gia tốc này có thể được liên kết không phải với các thuộc tính của các vật thể, mà với các đặc tính của chính không gian tại điểm này.

Do đó, mô tả về tương tác hấp dẫn giữa các vật thể có thể được rút gọn thành mô tả về không-thời gian mà các vật thể chuyển động. Đương nhiên, như Einstein đã làm, giả định rằng các vật thể chuyển động theo quán tính, nghĩa là, theo cách mà gia tốc của chúng trong hệ quy chiếu của chính chúng bằng không. Quỹ đạo của các thiên thể sau đó sẽ là các đường trắc địa, lý thuyết được các nhà toán học phát triển vào thế kỷ 19.

Bản thân các đường trắc địa có thể được tìm thấy bằng cách xác định trong không-thời gian một giá trị tương tự của khoảng cách giữa hai sự kiện, theo truyền thống được gọi là một khoảng hoặc một hàm thế giới. Khoảng thời gian trong không gian ba chiều và một chiều (nói cách khác, trong không-thời gian bốn chiều) được cho bởi 10 thành phần độc lập của tensor hệ mét. 10 số này tạo thành thước đo không gian. Nó xác định "khoảng cách" giữa hai điểm gần nhau vô hạn của không-thời gian theo các hướng khác nhau. Các đường trắc địa tương ứng với các đường thế giới của các vật thể có tốc độ nhỏ hơn tốc độ ánh sáng trở thành các đường có thời gian thích hợp lớn nhất, tức là thời gian được đồng hồ gắn chặt vào một vật thể theo quỹ đạo này.

Các thí nghiệm hiện đại xác nhận chuyển động của các vật thể dọc theo các đường trắc địa với độ chính xác tương đương với sự bằng nhau của khối lượng hấp dẫn và quán tính.

Sự kết luận

Một số kết luận thú vị ngay lập tức theo sau các định luật của Newton. Vì vậy, định luật thứ ba của Newton nói rằng, bất kể các vật thể tương tác như thế nào, chúng không thể thay đổi tổng động lượng của chúng: định luật bảo toàn động lượng phát sinh. Hơn nữa, cần yêu cầu rằng thế năng tương tác của hai vật thể chỉ phụ thuộc vào môđun của sự khác biệt trong tọa độ của các vật thể này U (| r1-r2 |). Khi đó định luật bảo toàn cơ năng của các vật tương tác:

Các định luật Newton là các định luật cơ bản của cơ học. Tất cả các định luật cơ học khác đều có thể bắt nguồn từ chúng.

Đồng thời, Định luật Newton không phải là cấp độ sâu nhất của công thức xây dựng cơ học cổ điển. Trong khuôn khổ của cơ học Lagrang, chỉ có một công thức (ghi lại hành động cơ học) và một định đề duy nhất (các vật thể chuyển động sao cho hành động là nhỏ nhất), và từ đó có thể suy ra tất cả các định luật Newton. Hơn nữa, trong khuôn khổ của chủ nghĩa hình thức Lagrang, người ta có thể dễ dàng xem xét các tình huống giả định trong đó hành động có một số hình thức khác. Trong trường hợp này, các phương trình chuyển động sẽ không còn giống với các định luật Newton nữa, nhưng bản thân cơ học cổ điển sẽ vẫn có thể áp dụng được ...

Nghiệm của phương trình chuyển động

Phương trình F = ma (nghĩa là, định luật II Newton) là một phương trình vi phân: gia tốc là đạo hàm cấp hai của tọa độ theo thời gian. Điều này có nghĩa là sự phát triển của một hệ cơ học theo thời gian có thể được xác định một cách rõ ràng nếu tọa độ ban đầu và vận tốc ban đầu của nó được xác định. Lưu ý rằng nếu các phương trình mô tả thế giới của chúng ta là phương trình bậc nhất, thì các hiện tượng như quán tính, dao động và sóng sẽ biến mất khỏi thế giới của chúng ta.

Việc nghiên cứu các Quy luật Cơ bản của Vật lý khẳng định rằng khoa học đang phát triển không ngừng: mỗi giai đoạn, mỗi quy luật được phát hiện là một giai đoạn phát triển, nhưng không đưa ra câu trả lời dứt khoát cho tất cả các câu hỏi.

Văn chương:

Bách khoa toàn thư Liên Xô vĩ đại (Định luật Cơ học Newton và các bài báo khác), 1977, “Bách khoa toàn thư Liên Xô”
Bách khoa toàn thư trực tuyến www.wikipedia.com

3. Thư viện “Detlaf A.A., Yavorsky B.M., Milkovskaya L.B. - Giáo trình vật lý (tập 1). Cơ học. Cơ bản của vật lý phân tử và nhiệt động lực học

Cơ quan Liên bang về Giáo dục

GOU VPO Học viện Hàng không Tiểu bang Rybinsk. P.A. Solovyova

Khoa Vật lý Đại cương và Kỹ thuật

BÀI VĂN

Trong môn học "Các khái niệm của khoa học tự nhiên hiện đại"

Chủ đề: “Các định luật vật lý cơ bản”

Nhóm ZKS-07

Sinh viên Balshin A.N.

Giảng viên: Vasilyuk O.V.

Điều này có nghĩa là chúng không phụ thuộc vào bất kỳ cách nào vào vật chất lấp đầy không gian và chuyển động của nó, trong khi kết quả đo các khoảng thời gian và không gian không phụ thuộc vào vật chất đã chọn. hệ quy chiếu, đặc biệt, về tốc độ chuyển động của đối tượng được đo so với người quan sát;

những thay đổi trong bất kỳ đại lượng nào đặc trưng cho một hệ thống vật lý là tiếp diễn- điều này có nghĩa là trong quá trình chuyển đổi từ trạng thái cố định này sang trạng thái cố định khác, hệ thống vật lý đi qua một tập hợp vô hạn các trạng thái chuyển tiếp, trong đó tất cả các tham số vật lý của hệ thống nhận các giá trị trung gian giữa các giá trị ban đầu và cuối cùng Những trạng thái.

Các lý thuyết cơ bản của vật lý cổ điển là

Nhiệt động lực học và vật lý thống kê

Sự hình thành của "vật lý mới"

Lý thuyết lượng tử

Nhờ các khái niệm lượng tử, người ta có thể tìm ra những mô tả đầy đủ về các hiện tượng xảy ra trong hạt nhân của nguyên tử và trong sâu thẳm của các ngôi sao, hiện tượng phóng xạ, vật lý hạt cơ bản, vật lý trạng thái rắn, vật lý nhiệt độ thấp (siêu dẫn và siêu lỏng). Những ý tưởng này là cơ sở lý thuyết cho việc tạo ra nhiều ứng dụng thực tế của vật lý: năng lượng hạt nhân, công nghệ bán dẫn, laze, v.v.

Thuyết tương đối

Năm 1905, Albert Einstein đề xuất Thuyết Tương đối Đặc biệt, bác bỏ khái niệm về tính tuyệt đối của không gian và thời gian, đồng thời tuyên bố tính tương đối của chúng: các giá trị của các phân đoạn không gian và thời gian liên quan đến một số đối tượng vật lý phụ thuộc vào tốc độ của đối tượng. so với hệ quy chiếu đã chọn (hệ tọa độ). Trong các hệ tọa độ khác nhau, các đại lượng này có thể nhận các giá trị khác nhau. Đặc biệt, tính đồng thời của các sự kiện vật lý độc lập cũng mang tính tương đối: các sự kiện xảy ra đồng thời trong một hệ tọa độ có thể xảy ra vào những thời điểm khác nhau trong hệ tọa độ khác. Lý thuyết này giúp nó có thể xây dựng một bức tranh động học nhất quán về mặt logic của thế giới mà không cần sử dụng các khái niệm về không gian tuyệt đối không thể quan sát được, thời gian tuyệt đối và ête. một hành tinh khác gần Mặt trời hơn Sao Thủy, và hành tinh này chưa bao giờ được khám phá. Ngày nay đã có một lượng lớn bằng chứng thực nghiệm về tính đúng đắn của thuyết tương đối. Đặc biệt, lời giải thích của những phát hiện trở lại vào thế kỷ 19. sự phụ thuộc của khối lượng của một electron vào tốc độ của nó: theo thuyết tương đối, khối lượng quan sát được của bất kỳ vật thể vật chất nào càng lớn thì tốc độ chuyển động của nó so với người quan sát càng lớn và các electron quan sát được trong thí nghiệm thường có một tốc độ cao để biểu hiện của các hiệu ứng tương đối tính được chú ý.

Vật lý cổ điển ngày nay

Mặc dù thực tế là nhiều hiện tượng vẫn chưa được mô tả đầy đủ trong khuôn khổ của vật lý cổ điển, ngay cả ngày nay nó vẫn là một phần thiết yếu của "quỹ vàng" tri thức nhân loại, và được yêu cầu nhiều nhất trong hầu hết các ứng dụng của ngành vật lý và kỹ thuật. Nó là một thành phần bắt buộc trong các khóa học vật lý phổ thông được giảng dạy trong tất cả các cơ sở giáo dục khoa học tự nhiên và kỹ thuật trên thế giới.

Điều này được giải thích là do những ưu điểm của "vật lý mới" chỉ ảnh hưởng trong những trường hợp đặc biệt.

Hiệu ứng lượng tử được biểu hiện đáng kể trong mô hình thu nhỏ - ở khoảng cách tương đương với kích thước của nguyên tử, ở khoảng cách lớn hơn nhiều, các phương trình lượng tử được rút gọn về dạng cổ điển.
Độ không đảm bảo đo Heisenberg, có ý nghĩa ở cấp độ vi mô, rất nhỏ ở cấp độ của mô hình thu nhỏ so với sai số của các phép đo thực tế của các đại lượng vật lý và kết quả của các phép tính dựa trên các phép đo này.
Vật lý tương đối tính mô tả chính xác hơn các vật thể có khối lượng khổng lồ (có thể so sánh với khối lượng của các thiên hà) và chuyển động của các thiên thể với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Ở các vận tốc thấp và khối lượng nhỏ của các vật được mô tả, các phương trình của thuyết tương đối được rút gọn thành các phương trình của cơ học cổ điển.

Đồng thời, bộ máy toán học của vật lý cổ điển đơn giản và dễ hiểu hơn theo quan điểm của kinh nghiệm hàng ngày, và trong hầu hết các trường hợp, độ chính xác của các kết quả thu được bằng các phương pháp vật lý cổ điển đáp ứng đầy đủ nhu cầu của thực tiễn.

Do đó, “vật lý mới” không những không dẫn đến việc phủ nhận hoàn toàn các phương pháp và thành tựu của vật lý cổ điển, mà còn cứu nó khỏi “thất bại chung”, mà A. Poincaré đã viết về năm 1905, với cái giá phải trả là từ bỏ điều đó. các nguyên tắc cổ điển như thuyết xác định, tính liên tục của những thay đổi trong các đại lượng vật lý, và tính tuyệt đối của không gian và thời gian.

Các quy luật vật lý không phải là "cách tự nhiên thực sự hoạt động." Luật do con người phát minh ra, quan sát thiên nhiên. Trong một số trường hợp (microworld) tự nhiên hành xử theo một cách, trong các trường hợp khác (macroworld, "thế giới bình thường") - theo một cách khác. Mọi người quan sát điều này, chọn công thức phù hợp - và một định luật xuất hiện.

Tại sao định luật vạn vật hấp dẫn của Newton F = G * m1 * m2 / (r * r) lại như thế này? Anh ta làm việc như thế nào? Không chắc mọi hành tinh, sao chổi, tiểu hành tinh đều xác định bằng mắt tất cả các vật thể gần nhất và bằng cách sử dụng một số loại máy tính tích hợp, chúng nhân lên, cộng thêm, và do đó quyết định nơi bay. Không, nó chắc chắn là một cái gì đó khác. Nhưng Newton đã không trả lời câu hỏi này. Anh không biết tại sao các hành tinh lại cư xử theo cách của chúng. Anh ấy chỉ suy nghĩ kỹ - và đoán rằng công thức (đã viết ở trên) hoàn toàn phù hợp ở đây. Đó là toàn bộ luật.

Và khi các nhà vật lý quan sát thiên nhiên ở cấp độ lượng tử, họ nhận thấy rằng các công thức cổ điển ở đây là sai. Tất nhiên, người ta có thể gạch bỏ tất cả vật lý Newton và nói rằng “thực tế” tất cả các công thức này đều như thế này (nếu chúng ta mở rộng các định luật của thế giới lượng tử ra thế giới lớn, chúng ta chỉ có được cơ học Newton, chỉ trong rất nhiều dạng phức tạp hơn). Nhưng tại sao lại từ bỏ những công thức tốt, đã được kiểm chứng, nếu có nhiều lĩnh vực ứng dụng mà những công thức này thuận tiện hơn?

Tái bút: Ngoài ra, có những tình huống trong đó các định luật lượng tử rất kém phù hợp (coi như không phù hợp chút nào) để tính toán. Ý tôi là sự "đối lập" nổi tiếng giữa lý thuyết tương đối và vật lý lượng tử. Trong trường hợp khối lượng lớn và tốc độ cao, vật lý lượng tử không cho kết quả mong muốn, điều này đưa ra lý thuyết tương đối. Và lý thuyết tương đối, ngược lại, không hoạt động trong mô hình thu nhỏ. Người ta cho rằng các nhà khoa học đang cố gắng phát triển một lý thuyết phổ quát mới có thể "tận dụng tốt nhất" lý thuyết tương đối và vật lý lượng tử.

Câu trả lời của bạn nói chung - không mâu thuẫn. Câu trả lời nói chung là tốt.

Nhưng cụm từ "theo quan điểm của khoa học hiện đại, thế giới hoạt động theo một quy luật duy nhất chưa được khám phá" là facepalm. Tôi tin rằng bằng cách này, bạn đã tham chiếu đến "lý thuyết về mọi thứ" (ví dụ: lý thuyết siêu dây). Nhưng theo tôi, cách diễn đạt không thành công.

Nó giống như nói: "lỗ đen tồn tại, nhưng chúng tôi chưa tìm thấy cái nào", "con người là con của loài vượn, nhưng chúng tôi không biết làm thế nào" và những thứ tương tự.

Khoa học hiện đại không thể phát biểu một cách phân loại điều gì đó mà nó chưa được khám phá. Các nhà khoa học là những người rất coi trọng lời nói của mình. Không mở, không kiểm tra - im lặng. Hoặc bạn có thể nói "có những giả thuyết rằng", "chúng tôi có lý do để tin tưởng", v.v. Và không phải như một tối hậu thư "thực tế là có, nhưng chúng tôi chưa bao giờ thấy nó."

Một cụm từ hay có thể là "vật lý hiện đại nhận ra rằng có những khoảng trống trong các lý thuyết hiện tại và các nhà khoa học hy vọng sẽ lấp đầy những khoảng trống này bằng một lý thuyết mới có thể kết hợp những lý thuyết hiện có."

Có vẻ như bạn đã nói điều tương tự, nhưng cụm từ của bạn tạo ra một giọng điệu khác. Theo cụm từ của bạn, hóa ra khoa học hiện đại bằng cách nào đó đã phát hiện ra (thông tin nội bộ từ vị thần sáng tạo?) Rằng có một quy luật nào đó, nó tồn tại ở đây, nhưng nó bị che giấu ("bạn đang nhìn nhầm chỗ") . Và các nhà khoa học hiện biết rằng có một định luật (“Tôi thề với mẹ tôi”), nhưng họ vẫn chưa thể tìm ra.

Các định luật động được mô tả ở trên có bản chất phổ quát, tức là chúng áp dụng cho tất cả các đối tượng đang nghiên cứu mà không có ngoại lệ. Đặc điểm nổi bật của các định luật này là các dự đoán thu được trên cơ sở chúng là đáng tin cậy và rõ ràng. Cùng với chúng, trong khoa học tự nhiên vào giữa thế kỷ trước, các định luật đã được hình thành, những dự đoán trong số đó không chắc chắn, mà chỉ có thể xảy ra. Các luật này được đặt tên từ bản chất của thông tin được sử dụng để xây dựng chúng. Chúng được gọi là có tính xác suất vì các kết luận dựa trên chúng không tuân theo logic từ các thông tin có sẵn, và do đó không đáng tin cậy và không rõ ràng. Vì bản thân thông tin có bản chất thống kê, nên thường các định luật như vậy còn được gọi là thống kê, và tên gọi này đã trở nên phổ biến hơn nhiều trong khoa học tự nhiên. Khái niệm quy luật của một loại đặc biệt, trong đó mối quan hệ giữa các đại lượng trong lý thuyết là mơ hồ, được Maxwell đưa ra lần đầu tiên vào năm 1859. Ông là người đầu tiên hiểu rằng khi xem xét các hệ bao gồm một số lượng lớn các hạt, nó là cần thiết để đặt vấn đề theo một cách hoàn toàn khác so với cách nó đã được thực hiện trong cơ học Newton. Để làm được điều này, Maxwell đã đưa vào vật lý học khái niệm xác suất, được các nhà toán học phát triển trước đó trong việc phân tích các hiện tượng ngẫu nhiên, cụ thể là cờ bạc.

Nhiều thí nghiệm vật lý và hóa học đã chỉ ra rằng, về nguyên tắc, không thể chỉ theo dõi sự thay đổi động lượng hoặc vị trí của một phân tử trong một khoảng thời gian dài mà còn xác định chính xác mômen và tọa độ của tất cả các phân tử khí hoặc cơ thể vĩ mô khác tại một thời điểm nhất định. Rốt cuộc, số phân tử hoặc nguyên tử trong một cơ thể vĩ mô có bậc là 1023. Từ các điều kiện vĩ mô mà chất khí đó nằm (nhiệt độ, thể tích, áp suất nhất định, v.v.), các giá trị nhất định của momenta và tọa độ của các phân tử không nhất thiết phải tuân theo. Chúng nên được coi là các biến ngẫu nhiên, trong các điều kiện vĩ mô nhất định, có thể nhận các giá trị khác nhau, giống như khi ném một con xúc xắc, bất kỳ số điểm nào từ 1 đến 6 đều có thể rơi ra. Không thể dự đoán được số điểm sẽ rơi. ra với một lần ném xúc xắc nhất định. Nhưng xác suất rơi ra, ví dụ, 5, có thể được tính toán. Xác suất này có tính chất khách quan, vì nó thể hiện các quan hệ khách quan của thực tế, và sự ra đời của nó không chỉ do chúng ta thiếu hiểu biết về các chi tiết của dòng chảy của các quá trình khách quan. Vì vậy, đối với một con súc sắc, xác suất nhận được bất kỳ số điểm nào từ 1 đến 6 là 1/6, điều này không phụ thuộc vào kiến thức về quá trình này và do đó là một hiện tượng khách quan. Trong bối cảnh của nhiều sự kiện ngẫu nhiên, một khuôn mẫu nhất định được tiết lộ, thể hiện bằng một con số. Con số này - xác suất của một sự kiện - cho phép bạn xác định giá trị trung bình thống kê (tổng các giá trị riêng lẻ của tất cả các đại lượng, chia cho số của chúng). Vì vậy, nếu bạn ném một cục xương 300 lần, thì số lần rơi trung bình của năm lần sẽ bằng 300 "L \ u003d 50 lần. Hơn nữa, bạn hoàn toàn không quan tâm đến việc bạn ném cùng một cục xương hay đồng thời ném 300 cục xương giống hệt nhau. Không còn nghi ngờ gì nữa, Hoạt động của các phân tử khí trong bình phức tạp hơn nhiều so với bình bị ném Nhưng ngay cả ở đây người ta cũng có thể phát hiện ra một số quy luật định lượng nhất định để có thể tính toán trung bình thống kê, nếu vấn đề được đặt ra theo cách tương tự như trong lý thuyết trò chơi, và không phải như trong cơ học cổ điển. thời điểm này, mà là để cố gắng tìm xác suất của một giá trị nhất định của động lượng này. Maxwell đã giải được bài toán này. Định luật thống kê về sự phân bố của các phân tử theo động lượng hóa ra lại đơn giản. Nhưng chính Maxwell Công lao không nằm ở việc giải quyết, mà là ở việc xây dựng một vấn đề mới. một số luật xác suất (hoặc thống kê). Sau sự thúc đẩy của Maxwell, lý thuyết động học phân tử (hay cơ học thống kê, như nó được biết đến sau này) bắt đầu phát triển nhanh chóng. Các định luật và lý thuyết thống kê có những đặc điểm nổi bật sau đây. 1. Trong các lý thuyết thống kê, bất kỳ trạng thái nào cũng là một đặc tính xác suất của hệ thống. Điều này có nghĩa là trạng thái trong các lý thuyết thống kê không được xác định bởi các giá trị của các đại lượng vật lý, mà bởi các phân bố thống kê (xác suất) của các đại lượng này. Đây là một đặc tính khác về cơ bản của trạng thái so với trong các lý thuyết động lực học, ở đó trạng thái được cho bởi các giá trị của chính các đại lượng vật lý. 2. Trong lý thuyết thống kê, theo một trạng thái ban đầu đã biết, không phải kết quả của bản thân giá trị của các đại lượng vật lý được xác định rõ ràng, mà là xác suất của những giá trị này trong những khoảng thời gian nhất định. Do đó, các giá trị trung bình của các đại lượng vật lý được xác định duy nhất. Các giá trị trung bình này đóng vai trò tương tự trong các lý thuyết thống kê cũng như bản thân các đại lượng vật lý đóng vai trò trong các lý thuyết động lực học. Tìm các giá trị trung bình của các đại lượng vật lý là nhiệm vụ chính của lý thuyết thống kê. Đặc điểm trạng thái xác suất trong lý thuyết thống kê khác với đặc điểm trạng thái trong lý thuyết động lực học. Tuy nhiên, các lý thuyết động lực học và thống kê cho thấy một sự thống nhất đáng kể về khía cạnh cơ bản nhất. Sự tiến hóa của một trạng thái trong các lý thuyết thống kê được xác định duy nhất bởi các phương trình chuyển động, giống như trong các lý thuyết động lực học. Theo phân phối thống kê đã cho (xác suất đã cho) tại thời điểm ban đầu, phương trình chuyển động xác định duy nhất phân bố thống kê (xác suất) tại bất kỳ thời điểm nào tiếp theo, nếu năng lượng tương tác của các hạt với nhau và với các vật thể bên ngoài đã được biết đến. Giá trị trung bình của tất cả các đại lượng vật lý tương ứng được xác định duy nhất. Không có sự khác biệt nào ở đây so với các lý thuyết động lực học về tính duy nhất của các kết quả. Rốt cuộc, các lý thuyết thống kê, giống như các lý thuyết động, thể hiện các kết nối cần thiết về bản chất, và nói chung, chúng không thể được diễn đạt khác hơn là thông qua một kết nối rõ ràng của các trạng thái. Ở cấp độ của các luật và mẫu thống kê, chúng ta cũng gặp phải quan hệ nhân quả. Nhưng thuyết tất định trong các mẫu thống kê là một dạng sâu hơn của thuyết tất định về bản chất. Không giống như thuyết xác định cổ điển cứng nhắc, nó có thể được gọi là thuyết xác định xác suất (hoặc hiện đại). Các định luật và lý thuyết thống kê là một hình thức hoàn hảo hơn để mô tả các mẫu vật lý; bất kỳ quá trình nào được biết đến ngày nay trong tự nhiên đều được mô tả chính xác hơn bằng các quy luật thống kê hơn là các quá trình động. Mối liên hệ rõ ràng của các trạng thái trong các lý thuyết thống kê nói lên tính tương đồng của chúng với các lý thuyết động lực học. Sự khác biệt giữa chúng là ở một - cách sửa chữa (mô tả) trạng thái của hệ thống. Ý nghĩa thực sự, toàn diện của thuyết xác định xác suất trở nên rõ ràng sau khi tạo ra cơ học lượng tử - một lý thuyết thống kê mô tả các hiện tượng ở quy mô nguyên tử, nghĩa là chuyển động của các hạt cơ bản và hệ thống bao gồm chúng (các lý thuyết thống kê khác là: thống kê lý thuyết về các quá trình không cân bằng, lý thuyết điện tử, điện động lực học lượng tử). Bức tranh vật lý hiện đại về thế giới là hệ thống kiến thức nền tảng về tính quy luật của sự tồn tại của vật chất vô cơ, về cơ sở hình thành tính toàn vẹn và đa dạng của các hiện tượng tự nhiên. Vật lý hiện đại phát triển từ một số tiền đề cơ bản: - thứ nhất, nó thừa nhận sự tồn tại khách quan của thế giới vật chất, nhưng từ chối hình dung, các định luật vật lý hiện đại không phải lúc nào cũng chứng minh được, trong một số trường hợp, việc xác nhận trực quan của chúng - kinh nghiệm - đơn giản là không thể; - thứ hai, vật lý hiện đại khẳng định sự tồn tại của ba cấp độ cấu trúc khác nhau về chất của vật chất: thế giới siêu lớn - thế giới của các vật thể và hệ thống không gian; macrocosm - thế giới của các vật thể vĩ mô, thế giới quen thuộc của kinh nghiệm thực nghiệm của chúng ta; microworld - thế giới của các vật thể vi mô, phân tử, nguyên tử, cơ bản, hạt, v.v. Vật lý cổ điển nghiên cứu cách thức tương tác và cấu trúc của các vật thể vĩ mô, các quy luật cơ học cổ điển mô tả các quá trình của vũ trụ vĩ mô. Vật lý hiện đại (lượng tử) tham gia vào việc nghiên cứu microworld, tương ứng, các định luật của cơ học lượng tử mô tả hành vi của các vi hạt. Megaworld là chủ đề của thiên văn học và vũ trụ học, dựa trên các giả thuyết, ý tưởng và nguyên lý vật lý phi cổ điển (tương đối tính và lượng tử); - thứ ba, vật lý phi cổ điển khẳng định sự phụ thuộc của mô tả hành vi của các đối tượng vật lý vào các điều kiện quan sát, tức là từ một người biết các quá trình này (nguyên tắc bổ sung);

Thứ tư, vật lý hiện đại thừa nhận sự tồn tại của những hạn chế đối với việc mô tả trạng thái của một vật thể (nguyên lý bất định); - thứ năm, vật lý tương đối tính bác bỏ các mô hình và nguyên lý của thuyết xác định cơ học, được hình thành trong triết học cổ điển và đề xuất khả năng mô tả trạng thái của thế giới tại bất kỳ thời điểm nào, dựa trên kiến thức về các điều kiện ban đầu. Các quá trình trong microworld được mô tả bằng các quy luật thống kê, trong khi các dự đoán trong vật lý lượng tử là xác suất. Với tất cả những khác biệt, vật lý hiện đại, giống như cơ học cổ điển, nghiên cứu các quy luật tồn tại của tự nhiên. Quy luật được hiểu là sự liên hệ khách quan, cần thiết, phổ biến, tuần hoàn và tất yếu giữa các hiện tượng, sự kiện. Bất kỳ luật nào cũng có một phạm vi giới hạn. Điều này đúng theo quan điểm của khoa học tự nhiên hiện đại, nhưng liệu nó có đúng “theo quan điểm của vĩnh cửu?” Đối với một lý thuyết khoa học dựa trên một miền hữu hạn nhất định của các dữ kiện. Đồng thời, lý thuyết phổ quát tuyên bố mô tả một tập hợp vô hạn các tình huống thí nghiệm tại mọi thời điểm và tại bất kỳ khu vực nào trên thế giới. Ngay cả một định luật thực nghiệm đơn giản như phát biểu: “tất cả các vật thể đều nở ra khi nóng lên” không chỉ bao hàm những vật thể theo ý muốn của nhà nghiên cứu mà còn bao gồm bất kỳ vật thể vĩ mô nào khác. Điều tương tự, nhưng ở mức độ lớn hơn, áp dụng cho các định luật cơ bản như định luật cơ học hoặc phương trình Maxwell. Và nếu vậy, không bao giờ có thể chắc chắn về chân lý phổ quát của một lý thuyết. Nếu không thể “chứng minh” chân lý phổ quát của một lý thuyết, ngay cả với một số lượng lớn các dữ kiện thực nghiệm xác nhận nó, thì chỉ cần một dữ kiện mâu thuẫn với nó cũng có thể đủ để chứng minh tính không phổ biến của một lý thuyết!

Dựa trên toàn bộ quá trình phát triển của tri thức trong thế kỷ 20. và dựa trên những định đề nổi tiếng của chủ nghĩa Lênin về tính tuyệt đối và tính tương đối của chân lý, người ta có thể đưa ra luận điểm sau: bất kỳ lý thuyết nào có thể bác bỏ (sai lầm) về mặt lý thuyết không chỉ có thể bị bác bỏ bằng kinh nghiệm, mà sớm hay muộn cũng bị bác bỏ trong quá trình sự phát triển của tri thức khoa học. Chính xác hơn, nó tiết lộ phạm vi áp dụng hạn chế, tức là tính không phổ biến của lý thuyết này. Như nhà vật lý nổi tiếng người Mỹ David Bohm đã viết, nếu một lý thuyết “thò đầu ra ngoài”, thì sớm muộn gì nó cũng bị cắt đứt. Điều tương tự cũng có thể nói về các định đề không-thời gian. Nếu có thể chỉ ra một tình huống thí nghiệm tưởng tượng trong đó một số thuộc tính của không-thời gian vắng mặt, thì một ngày nào đó tính phi phổ quát của tính chất này sẽ được phát hiện trong một thí nghiệm thực tế. Về mặt lý thuyết, chúng ta có thể hình dung những thế giới trong đó không gian đa chiều, thời gian có hướng ngược lại với chúng ta, v.v. Chúng ta cũng có thể chỉ ra những thí nghiệm trong những tình huống giả định này sẽ khác với những thí nghiệm thông thường của chúng ta như thế nào. Tất nhiên, giải pháp đã nêu của vấn đề là quá chung chung, vì nó chỉ đúng "theo quan điểm của muôn đời." Có thể tính không phổ biến của các thuộc tính thời gian và không gian quen thuộc với chúng ta sẽ chỉ được tiết lộ trong tương lai xa, chẳng hạn như trong nhiều thế kỷ hoặc thậm chí hàng thiên niên kỷ. Do đó, bên cạnh triết học, luôn cần phải có một phân tích phương pháp luận cụ thể về vấn đề tính phổ quát của một thuộc tính này hay một tính chất khác, dựa trên bức tranh vật lý về thế giới và các lý thuyết vật lý hiện đại. Cần phải đưa ra khái niệm về các nguyên tắc “phổ quát về phương pháp luận” được đưa vào bức tranh vật lý hiện đại của thế giới và trong tất cả các lý thuyết vật lý được xây dựng trên cơ sở của nó.

Vì vậy, chúng ta có thể rút ra kết luận sau. Như sự phát triển của nhận thức cho thấy, bất kỳ nguyên tắc và lý thuyết khoa học cụ thể nào cũng có một phạm vi áp dụng hạn chế và sớm muộn gì cũng bị thay thế bởi những nguyên tắc và lý thuyết khoa học cụ thể hơn. Về phương diện này, lý thuyết vật lý cuối cùng hay bức tranh cuối cùng của thế giới không thể được tạo ra, bởi vì một bức tranh về thế giới trong lịch sử vật lý được thay thế bằng một bức tranh khác, hoàn chỉnh hơn, và cứ như vậy không có hồi kết. Ví dụ, việc mở rộng các định luật cơ học, tự biện minh trong vũ trụ vĩ mô, đến mức tương tác lượng tử là không thể chấp nhận được. Các quá trình xảy ra trong mô hình thu nhỏ tuân theo các quy luật khác. Sự biểu hiện của pháp luật cũng phụ thuộc vào những điều kiện cụ thể mà thế giới này được thực hiện, một sự thay đổi của các điều kiện có thể củng cố hoặc ngược lại, làm suy yếu tác dụng của pháp luật. Hành động của một luật được điều chỉnh và sửa đổi bởi các luật khác. Các mẫu động đặc trưng cho hành vi của các đối tượng riêng lẻ, riêng lẻ và giúp nó có thể thiết lập mối quan hệ được xác định chính xác giữa các trạng thái riêng lẻ của một đối tượng. Nói cách khác, các mẫu động được lặp lại trong từng trường hợp cụ thể và có đặc điểm rõ ràng. Ví dụ, các định luật của cơ học cổ điển là các định luật động. Khoa học tự nhiên cổ điển tuyệt đối hóa các mẫu động. Những ý kiến hoàn toàn đúng về mối liên hệ của mọi hiện tượng và sự kiện trong triết học thế kỷ 17 và 18 đã dẫn đến kết luận sai lầm về sự tồn tại của tất yếu phổ quát trên thế giới và sự không có cơ hội. Hình thức xác định luận này được gọi là thuyết cơ học. Thuyết xác định cơ học cho rằng tất cả các loại liên kết và tương tác với nhau đều mang tính cơ học và phủ nhận bản chất khách quan của tính ngẫu nhiên. Ví dụ, một trong những người ủng hộ loại thuyết tất định này, B. Spinoza, tin rằng chúng ta gọi một hiện tượng là ngẫu nhiên chỉ vì chúng ta thiếu kiến thức về nó. Hệ quả của thuyết xác định cơ giới là thuyết định mệnh - học thuyết về tiền định phổ quát của các hiện tượng và sự kiện, thực sự hòa nhập với niềm tin vào tiền định của thần thánh. Vấn đề về những hạn chế của thuyết xác định cơ học đã trở nên đặc biệt rõ ràng liên quan đến những khám phá trong vật lý lượng tử. Các mô hình tương tác trong vũ trụ vi mô được chứng minh là không thể giải thích theo quan điểm của các nguyên tắc của thuyết xác định cơ học. Lúc đầu, những khám phá mới trong vật lý đã dẫn đến việc bác bỏ thuyết tất định, nhưng về sau chúng đã góp phần hình thành một nội dung mới của nguyên lý này. Thuyết xác định cơ chế đã không còn liên hệ với thuyết tất định nói chung. M. Born đã viết: "... rằng vật lý học mới nhất đã bác bỏ quan hệ nhân quả, là hoàn toàn không hợp lý." Thật vậy, vật lý hiện đại đã loại bỏ hoặc sửa đổi nhiều ý tưởng truyền thống; nhưng nó sẽ không còn là một khoa học nếu nó không còn tìm kiếm nguyên nhân của các hiện tượng. Do đó, nhân quả không bị loại bỏ khỏi khoa học hậu cổ điển, nhưng những ý tưởng về nó đang thay đổi. Hệ quả của việc này là sự biến đổi của nguyên tắc tất định và sự ra đời của khái niệm chính tắc thống kê. Các mẫu thống kê được biểu hiện dưới dạng khối lượng lớn các hiện tượng và có dạng xu hướng. Các luật này được gọi là xác suất, vì chúng chỉ mô tả trạng thái của một đối tượng riêng lẻ với một mức độ xác suất nhất định. Tính đều đặn thống kê phát sinh do sự tương tác của một số lượng lớn các yếu tố, do đó nó đặc trưng cho hành vi của chúng nói chung. Sự cần thiết của các mẫu thống kê được biểu hiện thông qua tác động của nhiều yếu tố ngẫu nhiên. Loại luật này còn được gọi là luật trung bình. Đồng thời, các quy luật thống kê, cũng như các quy tắc động, là một biểu hiện của thuyết tất định. Ví dụ về các quy luật thống kê là các quy luật của cơ học lượng tử và các quy luật vận hành trong xã hội và lịch sử. Khái niệm xác suất, xuất hiện trong mô tả các mẫu thống kê, biểu thị mức độ có thể xảy ra của một hiện tượng hoặc sự kiện trong một tập hợp các điều kiện cụ thể. Mặc dù thực tế là cơ học lượng tử khác biệt đáng kể với các lý thuyết cổ điển, nhưng cấu trúc chung của các lý thuyết cơ bản cũng được bảo tồn ở đây. Nói chung, các đại lượng vật lý (tọa độ, động lượng, năng lượng, mômen động lượng, v.v.) vẫn giống như trong cơ học cổ điển. Đại lượng chính đặc trưng cho trạng thái là hàm sóng phức. Biết được nó, người ta có thể tính toán xác suất tìm thấy một giá trị nào đó không chỉ của tọa độ mà còn của bất kỳ đại lượng vật lý nào khác, cũng như giá trị trung bình của tất cả các đại lượng. Phương trình cơ bản của cơ học lượng tử phi tương đối tính - phương trình Schrödinger - xác định duy nhất sự phát triển của trạng thái hệ thống theo thời gian.