Физика: Механика и элементы специальной теории относительности

Физика наука о строении и свойствах материи, о простейших и наиболее общих формах её движения, о взаимных превращениях форм движения и видов материи.

Материя физическая (и одновременно философская) категория, обозначающая все то, что дано нам (человеку, человечеству) в ощущения и существует независимо от нас и наших ощущений. На сегодняшний день известны две формы существования материи: ве-щество и поле. К первому виду материи веществу относятся элементарные частицы, имеющие полуцелый спин и ненулевую массу покоя (например: электрон, протон, нейтрон и т. д.); состоящие из этих частиц атомы; образованные из атомов молекулы и, наконец, то, что мы в обыденной практике называем веществом: твердые и аморфные тела, жидкости, газы и плазма. Второй вид материи образуют электромагнитное, гравитационное и другие поля. Элементарные частицы, соответствующие полям (известные на сегодняшний день), имеют целочисленный спин и могут не иметь массы покоя (например: фотон элементарная частица, имеющая спин, равный 0, 1, и массу покоя равную нулю).

Отличительной особенностью вещества является тот факт, что частицы, из которых состоит вещество, могут исчезать или появляться только парами: частица античастица, в то время как элементарные частицы, соответствующие полям, могут исчезать и появляться в любом количестве, в том числе и одиночно (или нечетным числом). Например: процесс аннигиляции электрона (частицы) и позитрона (античастицы) заключается в исчезновении этих астиц как таковых и появлении одного фотона кванта электромагнитного поля. Возможен и обратный процесс: при исчезновении фотона, в результате его остановки, рож-даются электрон и позитрон. Таким образом, виды материи могут претерпевать взаимные превращения.

Движение (в самом общем смысле) любое изменение вообще. Например: переме-щение тела в пространстве и во времени, т. е. изменение его координат, — механическое движение; изменение температуры тела тепловое или молекулярно-кинетическое движе-ние; изменение напряженности электрического поля, величины электрического заряда, ин-дукции магнитного поля электромагнитная форма движения и т. д.

Формы движения, как и виды материи, могут претерпевать взаимные превращения. Например, процесс электризации трением. В результате механического движения одного тела относительно другого (при условии их соприкосновения) электрический заряд этих тел изменяется (как, впрочем, и температура). В природе существуют и более сложные формы движения, такие как химическая, биологическая и т. д. Однако эти формы движения не являются предметом изучения физики, поскольку объединяют в себе две и более простейшие формы движения.

Основным методом исследования в физике является опыт (эксперимент), т. е. на-блюдение явления в контролируемых условиях, позволяющее не только следить за ходом явления, но и воссоздавать его всякий раз при повторении этих условий. Вследствие по-следнего, физика количественная наука, оперирующая числами. Такие понятия, как «много», «мало» и т. д., не позволяют обеспечить повторяемость явления, (т.е. воспроизводимость физического эксперимента, как во времени, так и в пространстве, а также разными людьми). Поэтому физика оперирует физическими величинами, основным свойством которых является возможность их измерения и вычисления. Другой основной категорией физики, как науки, является физический закон — взаимосвязь нескольких физических величин друг с другом, записываемая обычно посредством математических соотношений. Физические законы устанавливают причинно-следственную связь и формулируются на основе обобщения опытных фактов.

На основе экспериментальных данных (т.е. результатов измерений физических вели-чин) формулируются гипотезы и теории, призванные объяснить наблюдаемые закономер-ности. Гипотеза предположение, базирующееся на одном или нескольких эксперимен-тальных фактах, позволяющее объяснить эти факты, однако требующее проверки и доказа-тельства. Физическая теория гипотеза (или совокупность гипотез), прошедшая проверку посредством многократного повторения экспериментов и постановки других эксперимен-тов, соответствующих ей, а также путем выяснения согласия следствий, вытекающих из неё, с другими новыми экспериментальными данными. Таким образом, физика экспери-ментальная наука, хотя венцом всякого физического исследования является создание фи-зической теории.

В основе любого раздела физики лежит один или более опытных фактов, сформули-рованных в виде физических законов. Задачей же физической теории является рассмотре-ние всех, вытекающих из этих законов следствий, в том числе и не наблюдавшихся ранее на эксперименте. (В этом смысле физическая теория обладает предсказательным свойством). Именно так будет построено изложение материала в дальнейшем.