О методике преподавания физики. О кризисе в физике

Разговоры на отвлеченные темы

Модераторы: morozov, mike@in-russia

Ответить
Шаляпин А.Л.

О методике преподавания физики. О кризисе в физике

Номер сообщения:#1   Шаляпин А.Л. » Чт ноя 29, 2007 11:07

УДК 530
А.Л. Шаляпин, В.И.Стукалов

ОДИН ИЗ ВОЗМОЖНЫХ МЕТОДОВ ВПОЛНЕ РЕАЛЬНОГО И ЭФФЕКТИВНОГО РАЗРЕШЕНИЯ ПРОТИВОРЕЧИЙ В СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКЕ

Как правило, в учебниках по физике квантовая механика противопоставляется классической физике, а специальная теория относительности (СТО) ? классической электродинамике или еще больше ? механике Ньютона, что уже совершенно лишено последовательной логики, поскольку Ньютон, как известно, с полями, фактически, не имел дела. На наш взгляд, подобное разграничение физики на отдельные части не является логически оправданным.
В настоящее время показано, что очень многие теоретические результаты, достигнутые в квантовой механике, могут быть получены в рамках классической статистической физики. В то же время, подавляющее большинство задач, связанных с движением частиц и полей, с большим успехом могут быть решены в рамках хорошо развитой классической электродинамики без использования СТО [1, 2].
В результате многолетних исследований установлено, что различные неточности, несоответствия и что еще хуже ? противоречия можно встретить практически в каждом разделе физики. Например, насколько бы ни была совершенна современная квантовая механика, из нее не удастся вывести уравнения Максвелла-Лоренца или даже закон Кулона и силу Лоренца. На вооружении современной квантовой электродинамики в силовых полях имеются лишь фотоны, которыми, якобы, все время обмениваются электроны между собой. Однако с помощью этих фотонов, как ни стараться, не удастся получить ни магнитного поля, ни электрического поля в их реальном виде.
Поэтому методически более правильным было бы не противопоставление физики ХХ века физике ХIХ века, а своевременное, т.е. уже на самой ранней стадии изучения предмета разделение физики на прикладную (инженерную) и фундаментальную физику, т.е. на макро физику и микро физику явлений. К примеру, электрический заряд является чисто условным обозначением факта наличия силовых взаимодействий между частицами посредством волн. Это условное понятие не отражает в полной мере каких-либо фундаментальных процессов в природе, однако является очень удобным в повседневной инженерной практике для проведения необходимых вычислений в силовых полях или в электронных устройствах. Электрический заряд был введен Франклином как макроскопическая характеристика вещества и реально просто отражал избыток или недостаток электронов в веществе. В последствии это понятие было, вопреки логике, перенесено на отдельные микрочастицы. Получалось так, что отдельный электрон оказывался заряженным опять же электронами. ?Заряженный? электрон означает примерно то же самое, что и влажная молекула воды. Здесь допускается явная логическая ошибка, когда макроскопическое свойство вещества переносят на отдельную микрочастицу.
То же самое, пожалуй, можно сказать и в отношении ряда других ?нововведений? физики ХХ века ? фотонов, волн де Бройля и др., когда статистические закономерности в микромире пытаются отнести к индивидуальным свойствам отдельной микрочастицы.
Инженерные понятия очень удобны в повседневной работе. Физики никогда не откажутся от электрических зарядов, токов, напряжений, омов, градусов Цельсия, градусов Кельвина и т.д. Как правило, это ? макроскопические параметры внутренних движений частиц, и они не раскрывают в полной мере микроскопических процессов в веществе.
Точно также и физикам, работающим в области атомной спектроскопии или в физике твердого тела довольно трудно отказаться от фотонов, фононов, экситонов, плазмонов и т.д.
В опытах обычно измеряются средние характеристики процессов, т.е. среднестатистические закономерности в микромире. Квантовая механика вычисляет, в основном, средние значения величин в атомных системах. То же самое может вычислять и классическая статистическая физика с использованием функций распределения физических величин. В этом плане они очень мало, чем различаются, кроме разве того, что в классической статистической физике намешано гораздо меньше фантазий, и их количество может быть в принципе сведено к нулю.
Инженеру-практику совсем не обязательно вникать во все тонкости явлений в микромире. Однако с первых шагов изучения физики следует отделять эту практическую макро физику от фундаментальной микро физики, которая описывает фундаментальные процессы в природе. В таком случае физикам с гораздо большей вероятностью удастся избежать ошибочных представлений о реальных процессах, происходящих в природе. Например, не придется делить фотон или электрон на множество частей, проходящих через множество щелей в препятствии, а затем отчаянно собирать эти неделимые частицы по кусочкам по всему пространству для получения интерференционной картины на экране.
Подводя итог всему, можно заключить, что разрешения противоречий в современной физике можно с успехом добиться путем возврата в классическую электродинамику, классическую статистическую физику и своевременным разделением макро и микро явлений, а также отделением статистических закономерностей в микромире от индивидуальных свойств микрочастиц.

Литература
1. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И. Введение в классическую электродинамику и атомную физику. Екатеринбург. Изд-во УГТУ, 1999. 194 с.
2. Шаляпин А.Л., Стукалов В.И. Введение в классическую электродинамику и атомную физику. Екатеринбург. Изд-во УМЦ УПИ, 2006. 490 с.

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Ответить

Вернуться в «Оффтопик»