Теоретическая физика

Теорети́ческая фи́зика — раздел физики, изучающий природу при помощи теоретических (в первую очередь, математических) моделей явлений и сопоставление их с реальностью. В такой формулировке теоретическая физика является самостоятельным методом изучения природы, хотя её повестка и методы формируются с учётом результатов эмпирических наук, что позволяет исследовать, объяснять и предсказывать новые явления природы, которые в принципе могут быть обнаружены в будущем.

Математическая физика — более узкий аналог теоретической. Она также исследует свойства физических моделей на математическом уровне, однако не занимается вопросами выбора физических понятий и сопоставления моделей с реальностью (хотя тоже может предсказывать новые явления).

Цитаты

Конечно, в том или ином уголке ещё можно заметить или удалить пылинку, но система, как целое, стоит прочно, и теоретическая физика заметно приближается к той степени совершенства, каким уже столетия обладает геометрия. Поэтому едва ли стоит посвящать жизнь и тратить силы на завершение практически уже написанной картины. — Максу Планку, когда тот рассказал, что хотел бы заниматься теоретической физикой

— Филипп Жолли, 1874

Замена физики великих схоластиков формальной физикой картезианцев не являлась научным прогрессом и исторически оказала очень слабое влияние на построение теоретической физики или механики нашего времени, некоторые боковые корни которой одинаково идут и в глубь логических силлогизмов великих схоластиков и в основанные на новой механике дедуктивные построения новой философии. Несомненно, что главное свое содержание теоретическая физика нашего времени отнюдь не получила из тех научных течений XVII столетия, которые созданы философскими построениями пансофического, пангеометрического или иного характера. Для этого природное явление, являющееся ее объектом, было слишком сложным. Анализ современной теоретической физики и механики оставит в ней ничтожную долю на влияние философской дедукции, идущей от XVII столетия.

— Владимир Вернадский, «Из истории идей», 1912

	Л<азарев> рассказывал о Гамове и Инст<итуте> теор<етической> физики. Все физики ― против. Считают, что теоретическая физ<ика> должна всегда быть связана с экспериментом...
	— Владимир Вернадский, Дневники, 1926

Продукты теоретического мышления, реализуясь на практике, входят в сферу непосредственно данного. Поэтому то, что на одной стадии развития может быть предметом только опосредованного знания и теоретического опосредованного мышления, включается на следующей стадии в непосредственный опыт и оказывается в поле зрения наглядного мышления: «наивная физика» ― не только предпосылка, но в известной мере и опосредованный практикой продукт теоретической физики. Этим историческим опосредованием «непосредственного» созерцания человека объясняется изменение характера доступных ему задач и принципиальное различие наглядно-действенного мышления человека по сравнению с «интеллектом» келеровских обезьян. Различие не только в том, что у человека есть также и словесное теоретическое мышление в понятиях, ― различно и само их наглядное мышление.

— Сергей Рубинштейн, «Основы общей психологии» (учебник, часть третья), 1940

	Можем ли мы называть нечто, с чем нельзя обычным образом связать концепции позиции и движения, вещью или частицей? И если нет, что же это за реальность, которую наша теория открыла для исследований? Ответ на этот вопрос — это уже не физика, а философия.
	— Макс Борн, из нобелевской лекции, 1954

	Я — физик-теоретик. По-настоящему меня интересуют только неразгаданные явления. В этом и состоит моя работа.
	— Лев Ландау, 1950-е

	Если бы на меня возложили хотя бы треть тех забот, которые есть у обычной женщины, я бы не смог вообще думать о теоретической физике.
	— Лев Ландау, 1950-е

	Математика безгранична. И ею овладеть так же «просто», как теоретической физикой, невозможно.
	— Лев Ландау, 1950-е

Мы видели, что у Декарта научный метод, взятый в его языковом аспекте, послужил рычагом для реформы математики. Но Декарт не только реформировал математику; развивая тот же аспект того же научного метода, он создал множество теоретических моделей, или гипотез, для объяснения физических, космических и биологических явлений. Если Галилея можно назвать основоположником экспериментальной физики, а Бэкона ― ее идеологом, то Декарт ― и основоположник, и идеолог теоретической физики. Правда, модели Декарта были чисто механическими (других моделей тогда и не могло быть) и несовершенными, большая часть вскоре устарела. Однако это не так важно, как важно то, что Декарт утвердил принцип построения теоретических моделей.

— Валентин Турчин, «Феномен науки. Кибернетический подход к эволюции», 1970

Эйнштейн пишет: Ньютон, творец первой обширной плодотворной системы теоретической физики, еще думал, что основные понятия и принципы его теории вытекают из опыта. Очевидно, именно в таком смысле нужно понимать его изречение «hypotheses non fingo» (гипотез не сочиняю). Но со временем теоретическая физика превратилась в многоэтажную конструкцию, и вывод следствий из общих принципов стал делом сложным и не всегда однозначным, ибо часто оказывалось необходимым делать в процессе дедукции дополнительные предположения, чаще всего «непринципиальные» упрощения, без которых невозможно было бы довести расчет до числа. Тогда стало ясно, что между общими принципами теории и фактами, допускающими непосредственную проверку на опыте, существует глубокое различие: первые суть свободные конструкции человеческого разума, вторые ― исходный материал, который разум получает от природы. Правда, переоценивать глубину этого различия все-таки не следует. Если отвлечься от человеческих дел и стремлений, то окажется, что различие между теориями и фактами исчезает, ― и те и другие являются некоторыми отражениями или моделями действительности вне человека.

— Валентин Турчин, «Феномен науки. Кибернетический подход к эволюции», 1970

Об умонастроении среди учёных хорошо говорит следующий факт, сообщаемый выдающимся немецким физиком М. Планком. В 1879 году после защиты в Мюнхене диссертации М. Планк пришел к своему учителю Ф. фон Жолли поделиться планами на будущее и сказал, что намерен заняться теоретической физикой. Ответ ошеломил его. «Молодой человек, ― услышал он, ― зачем вы хотите испортить себе жизнь, ведь теоретическая физика уже в основном закончена..., остается рассмотреть отдельные частные случаи. Стоит ли браться за такое бесперспективное дело?..»

— Анатолий Сухотин, «Парадоксы науки», 1978

И Митю, и товарищей его, молодых физиков-теоретиков Советского Союза, теоретиков-первопроходцев, начальство подкупило тем же подкупом: до времени одаривало их возможностью делать в науке так и то, что они сами, физики, считали нужным, а препятствия чинило пустяковые. Институты в Ленинграде, в Харькове, международные съезды и конференции, «большая физика»… Велись, разумеется, всякие чиновничьи подкопы под наиболее талантливых, но теоретическая физика в Советском Союзе упорно продолжала расцветать, становилась вровень с европейской и американской. Вопреки Львову: он явно состоял на побегушках у начальства: с философских, с единственно истинно-научных, то есть марксистских позиций, не покладая пера, обрушивался он на «школку» и «группку» Ландау, причисляя к этой «группке» Бронштейна и приписывая «школке» ― «протаскивание идеалистических буржуазных воззрений». Уменьшительные ― «школка», «группка» ― в те времена звучали весьма угрожающе, но Митя и Дау, а с ними и их коллеги по Физико-техническому институту, с высоты своих научных побед, только потешались над притязаниями борзописца Львова, вряд ли чуя в его невежестве и в его услужливо-марксистском стереотипном жаргоне кровавую опасность. Они тоже были подкуплены: общались с величайшими физиками мира и совершали важные открытия ― и не в каких-нибудь там «кислощецких», сомнительных гуманитарных «не науках», а в бесспорной науке наук ― теоретической физике.

— Лидия Чуковская, «Прочерк», 1994

	...в среде физиков-теоретиков высоко ценится способность задать глупый вопрос. С него часто начинается открытие новых путей и понятий.:32
	— Георгий Гачев, «Плюсы и минусы наивного философствования», 2000

Сначала, совсем кратко, что такое теоретическая физика на эмоциональном уровне, ― для тех, кому таких эмоций не доводилось испытывать. Наука эта держится на дуэте почти противоположных чувств. Во-первых, готовность покорно подчиниться суровой действительности, как она проявляется в экспериментах и измерениях. А, во-вторых, чувство свободы в изобретении языка, на котором можно рассказать о накопленном опыте и предсказать результаты новых, еще не виданных опытов.

— Геннадий Горелик. «Свобода науки и свобода совести», 2003

Научный язык ― это, в сущности, расширение и уточнение обычного бытового языка на те ситуации, с которыми в быту обычно не имеют дела. В физике при удалении от обжитой территории появляются не только новые слова, но и новые смыслы и, что особенно важно, бессмысленности некоторых привычных вопросов. Вырабатывать язык, на котором физик может осмысленно задавать вопросы о Вселенной и электронах и успешно получать ответы, ― это и есть теоретическая физика. Свободно изобретая новые слова науки, физики познавали устройство вещей, которые не «пощупаешь руками», и затем эти познания воплотились в осязаемые чудеса техники. Главным чудом нашего мира Эйнштейн назвал его познаваемость. Не меньшим чудом можно назвать путеводную интуицию физиков.

— Геннадий Горелик. «Свобода науки и свобода совести», 2003

Считают, что все четыре вида взаимодействия и их константы обусловливают нынешнее строение и существование Вселенной. Так, гравитационное ― удерживает планеты на их орбитах и тела на Земле. Электромагнитное ― удерживает электроны в атомах и соединяет их в молекулы, из которых состоим и мы сами. Слабое ― обеспечивает длительное «горение» звезд и Солнца, дающего энергию для протекания всех процессов жизни на Земле. Сильное взаимодействие обеспечивает возможность стабильного существования большинства ядер атомов. Теоретическая физика показывает, что изменение числовых значений этих или других констант приводит к разрушению устойчивости одного или нескольких структурных элементов Вселенной. Так, например, увеличение массы электрона m 0 от ~ 0,5 MэB до 0,9 МэВ нарушит энергетический баланс в реакции образования дейтерия в солнечном цикле и приведет к дестабилизации стабильных атомов и изотопов. Дейтерий ― атом водорода, состоящий из протона и нейтрона. Это «тяжелый» водород с А = 2 (тритий имеет А = 3.) Уменьшение αs всего на 40% привело бы к тому, что дейтерий был бы не стабилен. Увеличение же сделает стабильным бипротон, что приведет к выгоранию водорода на ранних стадиях эволюции Вселенной. Константа αе изменяется в пределах 1/ 170 < αе < 1/ 80. Другие значения приводят к невозможности должного отталкивания протонов в ядрах, а это ведет к нестабильности атомов. Увеличение αw привело бы к уменьшению времени жизни свободных нейтронов.

— Владимир Горбачев, «Концепции современного естествознания», 2003

См. также

• Физика
• Теория
• Механика
• Наука
• Математика
• Физическая химия
• Химическая физика
• Химия