Поиск по сайту:
Главная страница » Единицы измерения » Основные величины

Основные физические величины




И.Ш. Коган

Излагаются две противоположные точки зрения на порядок выбора основных физических величин. Анализируется суть противоречия и показывается, что оно исчезает, если раздельно решать две разные проблемы - систематизацию физических величин и унификацию их единиц измерений. Предлагаются два различных определения для основной физической величины и для единицы основной физической величины. Указывается на то, что базирование на уровневом строении материи позволяет выявить основные физические величины с целью систематизации величин, а не принимать физические величины в качестве основных условно с целью унификации их единиц.

1. ДВЕ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ

Оживленная дискуссия по поводу того, как выбрать основные физические величины, ведется с начала XX века. Эта дискуссия обычно предваряется различными взглядами выдающихся физиков М. Планка и А. Зоммерфельда на вопрос, суть которого можно выразить очень коротко: «Выбор основных физических величин произволен или продиктован природой?».

Точка зрения М. Планка, которую разделяет известный метролог Л. Сена [1], заключается в том, что выбор основных физических величин определяется практическими соображениями удобства пользования системой единиц физических величин. То же самое говорится и в метрологическом справочнике [2]: «Выбор физических величин, принимаемых за основные, и их число в принципе произвольны, но практические соображения приводят к некоторому ограничению свободы в выборе основных величин».

Точка зрения А. Зоммерфельда [3] иная: «Мы не придерживаемся точки зрения Планка, согласно которой вопрос о действительной размерности физической величины лишен смысла». Еще более четко сказано в работе [4]: «Мы вольны произвольно выбирать лишь единицы измерений, но размерности физических величин мы должны найти, они заданы самой природой этих величин». Такая точка зрения приводит к выводу: выбор основных физических величин должен быть продиктован природой и ни от каких систем единиц зависеть он не должен.

2. ПРИМИРЯЮЩАЯ ТОЧКА ЗРЕНИЯ

Попробуем иначе сформулировать выделенный выше жирным шрифтом вопрос, добавив в него всего четыре подчеркнутых слова: «Выбор основных физических величин для составления систем единиц произволен или продиктован природой?». И тогда ответ становится очевидным: практические соображения действительно приводят к ограничению свободы выбора основных единиц физических величин и к ограничению свободы выбора их числа. Но, повторяем, только для составления систем единиц измерений.

И это, в конце концов, естественно. Метрология - наука об измерениях, и это обязывает ее заботиться, прежде всего, о международной унификации единиц физических величин и об экономичности создания измерительных эталонов. С этой точки зрения правы и М. Планк, и Л. Сена, и их последователи. Но только в этом случае следует говорить о единицах основных физических величин, а не об основных физических величинах.

Заметим попутно, что в системах единиц не соблюдается принцип последовательности (очередности) образования единиц. Да и нужен ли он в системах единиц? Авторы работы [5] пишут: «Условия когерентности и последовательности образования производных единиц не являются совершенно жесткими и оставляют некоторую свободу как в выборе определяющих уравнений, так и в очередности образования производных единиц».

Другое дело, если речь идет не об унификации единиц физических величин, а о систематизации самих физических величин. Если вопросы измерений при этом не затрагиваются вообще. В этом случае правильной оказывается точка зрения А. Зоммерфельда. Ведь природе безразлично, какие системы единиц удобны человеку на планете Земля. И никакие практические соображения в этом случае не могут влиять на то, каким должен быть состав основных физических величин.

Физические величины существуют независимо от их размерностей и единиц - это характеристики свойств природы. Поэтому любые соображения и действия по выявлению основных физических величин и их числа в процессе систематизации физических величин не могут относиться к разряду случайных и волевых событий, даже если такие события имеют форму международной конференции. Волевой подход в этом вопросе может привести только к бессистемности, что мы, собственно говоря, и наблюдаем сейчас, когда анализируем разные системы единиц.

Последние несколько веков именно унификация единиц определяла, какими должны быть те основные физические величины, единицы которых положены в основу систем единиц. Унификация единиц и сейчас продолжает диктовать решение этой проблемы и будет стремиться диктовать всегда. Об этом как раз и свидетельствуют поправки к определению размерности в монографии Л. Брянского [6], когда слова «в системе величин»заменяются словами «в системе единиц».

Однако исследования по проблеме систематизации физических величин показывают: после того, как систематизация физических величин начинает проводиться без оглядки на системы единиц, начинает выясняться, что некоторые основные физические величины, единицы которых положены в основу СИ, не способствуют такой систематизации. Об этом свидетельствует аналитический обзор [7] истории развития проблемы систематизации физических величин.

Оказывается, некоторые часто применяемые единицы СИ необходимо корректировать с учетом выводов, вытекающих из процесса систематизации физических величин. Естественно, что после такой коррекции пришлось бы вносить соответствующие изменения в метрологические стандарты и в учебные пособия. К сожалению, подобная необходимость коррекции единиц СИ обречена на активное противодействие метрологов-практиков.

Чтобы избежать такого противодействия, необходимо разделить две принципиально разные проблемы - систематизация физических величин и унификация единиц измерений - и решать эти проблемы параллельно, так чтобы одна не довлела над другой. Это даст возможность устранить возражения метрологов-практиков относительно предлагаемых методов систематизации физических величин и предоставит время для обсуждения предлагаемых изменений.

3. КАКИМИ ДОЛЖНЫ БЫТЬ ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ?

Для основной физической величины имеется стандартное определение [2]. Это «физическая величина, входящая в систему величин и условно принятая в качестве не зависящей от других величин этой системы». Нами предлагается дифференцировать это определение.

Если речь идет о создании системы физических величин, то слово «условно»следует изъять из определения основной физической величины. Для этой цели предлагается дать такое определение: «Основная физическая величина - это физическая величина, входящая в систему величин и не зависящая от других величин этой системы, то есть это физическая величина, не имеющая определяющего уравнения».

Если речь идет о создании системы единиц, то предлагается дать такое определение: «Единица основной физической величины - это единица той физической величины, которая условно принята в данной системе единиц в качестве не зависящей от единиц других величин этой системы».

Л. Брянский [6] утверждает: «Все величины обозначают существующие свойства, среди которых нет ни основных, ни производных от них. Все величины в этом смысле равноправны. Это реальности нашего мира. Человек над ними не властен. Он может их только называть (поименовывать) ". Утверждение Л. Брянского верно лишь тогда, когда речь идет о единицах величин, ибо сами процессы измерения налагают определенные условия на процесс отбора единиц основных физических величин, положенных в основу систем единиц. Процессы измерения - это и есть реальности нашего мира, которые человеку подвластны лишь отчасти.

В природе же физические величины не равноправны, одни из них не зависимы ни от чего (например, протяженность и длительность, характеризующие пространство и время), а другие с их помощью определяются. И задача науки при систематизации физических величин - выявить (а не условно принять) основные физические величины.

Развивающаяся сейчас уровневая физика тоже «не понимает» равноправия физических величин. Системный подход, одна из основ уровневой физики, требует придерживаться принципа причинности, следствием которого является принцип последовательности. Содержание принципа последовательности таково: то, что находится на более низком иерархическом уровне, должно определяться тем, что находится на более высоком иерархическом уровне.

Только те физические величины, которые характеризуют основные свойства материи, находятся на самом высоком уровне иерархии обобщения и систематизации физических величин. Они и заслуживают того, чтобы именно их считали основными. А уж в каких единицах будет их измерять человек на планете Земля - это для природы совершенно безразлично.

Естественно, возникает вопрос, какие именно физические величины должны быть основными. Соображения автора по этому поводу изложены в работе [8], а соображения других авторов - в аналитическом обзоре [7].

ЛИТЕРАТУРА

Страница 1 из 2 Следующая

Добавить комментарий


Главная страница » Единицы измерения » Основные величины