Структура физической теории. Границы применимости

И.Ю. Лебедева, В.Е. Фрадкин

 

Научная теория содержит постулаты, определения, гипотезы и законы, объясняющие наблюдаемые явления. В самом общем виде структуру любой теории можно представить в виде схемы:

 

Основание  • Эмпирический базис
 • Модели
 • Система понятий
 • Процедуры измерения физических величин
Ядро  • Система законов 
 • Законы сохранения
 • фундаментальные постоянные
Следствия • Объяснение фактов 
• Практические применения 
• Предсказания нового
Интерпретация • Истолкование основных понятий и законов 
• Осмысление границ применимости

Очевидно, что границы применимости теории определяются тем, что лежит в ее основании.

Попытаемся более подробно разобраться со структурой физической теории на примере молекулярно-кинетической теории идеального газа. Вернемся к общей схеме и наполним ее конкретным содержанием.

ОСНОВАНИЕ ТЕОРИИ
Явления:
 
Опыты:
Модели:
Эмпирический базис
диффузия, броуновское движение, свойство газа занимать весь предоставленный объем
Перрена, Штерна, различные методы определения   постоянной Авогадро
Идеальный газ
Система понятий
Среди них система величин:
 
 
 
 
 
 
Процедуры измерения
 
 
Атом, молекула, моль, вещество.
Микроскопические величины: диаметр и масса молекулы, среднее расстояние между молекулами, длина свободного пробега молекулы, относительная молекулярная масса, средняя и средняя квадратичная скорость молекул, средняя кинетическая энергия молекул.
Макроскопические величины: количество вещества, масса вещества, молярная масса, температура, объем, давление.

Значения макроскопических величин — это, как правило, результаты прямых измерений соответствующими приборами: термометром, барометром и т.д.
Значения микроскопических величин получают путём косвенных измерений.

ЯДРО ТЕОРИИ
Система законов

Фундаментальные постоянные: 

 
Законы, связывающие макроскопические величины, характеризующие состояние идеального газа с микроскопическими величинами.
Закон, связывающий давление идеального газа со средней кинетической энергией молекул: основное уравнение MKT (уравнение Клаузиуса).
Закон, связывающий среднюю кинетическую энергию молекул с температурой: уравнение Больцмана.
Больцмана, Авогадро
СЛЕДСТВИЯ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ MKT позволяет теоретически получить количественную связь между макроскопическими параметрами идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона), согласующуюся с установленными эмпирически газовыми законами.
ГРАНИЦЫ ПРИМЕНИМОСТИ 
MKT идеального газа
определяются преимущественно пределами применимости используемой модели идеального газа.

Теги: