Модели, теории и законы

Физика > Модели, теории и законы

Модель, теория, закон – понятия в физике. Читайте определение терминов, описание в дисциплине физики, научные модели и применение при изучении, законы физики.

Термины «модель», «теория» и «закон» имеют точные определения в отношении их использования при изучении физики.

Задача обучения

• Определить значения терминов «модель», «теория» и «закон».

Основные пункты

• Понятия в физике нельзя доказать. Их можно лишь поддержать или опровергнуть при помощи наблюдений и экспериментов.
• Модель – основанное на доказательствах представление того, что слишком сложно или невозможно отобразить напрямую.
• Теория – расшифровывание закономерностей в природе, которые подтверждены научными доказательствами и проверены несколько раз различными исследователями.
• Закон чаще всего выражается в виде математического уравнения, чтобы описать общий результат, подтвержденный научными доказательствами и экспериментами.

Термины

• Закон – краткое описание (чаще всего, в виде математического уравнения), применяемое для объяснения природного шаблона.
• Модель – представление того, что нельзя или сложно отобразить напрямую.
• Теория – расшифровка природных закономерностей, подтвержденных научными сведениями и проверенных разными исследователями.

Определение терминов: модель, теория, закон

В разговорах эти термины приобретают различные интерпретации, хотя в науках все строго и определенно. Правда, следует понимать, какой именно смысл они несут для физики.

Законы природы – краткое описание окружающего нас мира. Это не конкретное объяснение, а человеческое понимание правил, которыми управляются естественные процессы. Это неотъемлемая часть Вселенной. Мы не причастны к созданию, поэтому не можем ничего изменить.

Поиск естественных законов основывается на наблюдениях. Наука должна описывать реальную Вселенную, а не наше впечатление и домыслы. К законам не получится подойти со 100% уверенностью, потому что нельзя провести эксперименты с учетом всех возможных сценариев. В таком случае физики стоят на том, что все научные законы и теории действительны, пока не найдется весомый аргумент в пользу обратного.

Модели

Модель – представление того, что сложно или невозможно отобразить напрямую. Дизайн строится на основе всей полученной информации и экспериментах, но его можно назвать точным только в конкретных ситуациях. Например, можно вспомнить о планетарной модели атома, где электроны окружают атом, напоминая нашу систему. У нас нет возможности отслеживать орбитальный путь электронов, но мы способны наблюдать излучаемый горячими газами свет.

Физики применяют модели для различных целей. Это может быть анализ сценария или необходимость провести расчеты. Очень часто отображают целые ситуации при помощи компьютерных моделей. Посмотрите на модель атома в физике на нижнем рисунке.

Теории

Теория – разъяснение природных закономерностей, подтвержденных научными доказательствами и проверенные несколькими исследователями. Некоторые теории подключают модели, чтобы визуализировать явления, а другие – нет. Модель Ньютона не нуждается в модели, потому что эти объекты мы можем наблюдать напрямую. А вот кинетическая теория газов нуждается, чтобы рассмотреть структуру. Не забывайте, что атомы и молекулы чересчур крошечные и не улавливаются нашим зрением. Наиболее известная  теория Большого Взрыва во Вселенной.

Законы

Закон – емкая и точная форма описания общей картины в природе. Законы физики подтверждаются научными экспериментами и обоснованными доказательствами. Часто для краткости используют математические формулы. Закон и теория похожи, так как оба подтверждены наукой и выливаются из проверенной гипотезы. Однако закон направлен на краткость и обобщенность. Это может быть второй закон движения Ньютона, связывающий массу, силу и ускорение, что выражается в формуле F = ma. Или в физике это закон сохранение энергии, закон всемирного тяготения и т.д.

Теория излагает все более обширно. Например, теорию эволюции или относительности не получится выразить в формуле или сжать в одно предложение. Главная разница в том, что закон более сложный и динамичный, а теория направлена на объяснение. Если первый концентрируется на конкретной точке зрения, то вторая вмещает множество явлений. Если закон служит основой научного метода, то теория – конечный результат.

---