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.