Nəzəri fizika

Nəzəri fizika — fizikanın obyektlərin və sistemlərin riyazi modellərindən və mücərrədliyindən yararlanaraq təbiət və kainatda baş verən hadisələri izah eləməyə, təxmin eləməyə və səmərəliləşdirməyə çalışan bölməsidir. Eksperimental fizikanın "əksi" sayıla bilər. Eksperimental fizika alətlərdən və cihazlardan istifadə edərək həmin təbiət və kainat hadisələrini incəliklərini ayırd eləməyə çalışır.

Elmin inkişafı təcrübələrlə nəzəriyyənin arasındakı əlaqədən asılıdır. Bəzi hallarda isə nəzəri fizika riyaziyyatın ciddi standardları ilə vəhdət təşkil edərək təcrübələrə və müşahidələrə kiçik çəki payı saxlayır. Məsələn, xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinin inkişaf etdirilməsi dövründə Albert Eynşteyn Lorentz transformasiyalarıla məşğul olarkən Yerin efirdəki sürüşməsi haqqında olan Mayklson-Morli eksperimentinin məlumatlarından heç istifadə eləməmişdi. Amma, Eynşteyn Nobel mükafatını isə fotoelektrik effektini izah etdiyinə görə qazanmışdı, hansı ki, həmin effektin təcrübi nəticələri əldə olunanda nəzəri izahının verilməsində çətinliklər var idi.

 Ümumi baxış 
Fiziki nəzəriyyə fiziki hadisələrin modelidir. Nəzəriyyənin fərziyyələri müşahidələrlə üst-üstə düşdüyü müddətdə müzakirə olunur. Bir fiziki nəzəriyyənin keyfiyyəti onun vasitəsilə təxmin olunmuş yeni fərziyyələri ortaya qoya bilmə bacarağına görə də ölçülür ki, hansı ki, müşahidələrlə təsdiqlənməlidir. Fiziki nəzəriyyələ riyazi teoremin fərqi ondadır ki, ikisi də hər hansısa aksiomlar üzərində əsaslansa da, riyazi tətbiqinin mühakiməsi heç bir təcrübi nəticənin üzərində əsaslanmaya da bilər. Fiziki nəzəriyyə riyazi nəzəriyyədən eyni şəkildə fərqlənir, ümumiyyətlə isə "nəzəriyyə" sözünün riyaziyyatda fərqli mənası var.

Fiziki nəzəriyyə ölçülə bilən kəmiyyətlər arasındakı bir və yə bir neçə əlaqəni əhatə edir. Arximed gəminin suyu "əvəzləyərək" səthdə qaldığını anlamışdı, Pifaqor başa düşmüşdü ki, vibrasiya edən simin uzunluğula onun çıxartdığı musiqi arasında əlaqə var.Entropiyanı(gözlə görünməyən zərrəciklərin mövqeyi və hərəkətilə bağlı olan qeyri müəyyənlik ölçüsü) və kvant mexanikasına aid anlayışlardan olan enerjinin heç də həmişə dəyişkən olmamasını nümunə kimi göstərə bilərik.

Nəzəri fizika bir neçə müxtəlif yanaşmalardan ibarətdi. Nəzəri zərrəciklər fizikası buna qəşəng nümunədir. Məsələn, "fenomenologistlər" eksperimental nəticələrlə uyğunlaşmaq üçün təcrübi formulalardan yararlana bilərlər, daha çox fiziki mahiyyətini tam anlamadan edirlər. "Modelçilər" isə hardasa "fenomenologistlər" kimi davransalar da, arzu olunan xüsusiyyətlərə malik nəzəriyyələri modelləşdirməyə çalışırlar, nəinki eksperimental verilənlər üzərində işləməkdənsə, riyazi modelləşdirmənin üsullarını real fizika problemlərinə tətbiq edirlər. Bəziləri təxmini nəzəriyyələri (effektiv nəzəriyyələr də adlanır) yaratmağa təşəbbüs göstərirlər, çünki tam inkişaf etdirilmiş nəzəriyyələr həll olunmaz yaxud çox mürəkkəb kimi qələmə verilə bilər. Başqa nəzəriyyəçilər mövcud nəzəriyyələri vahid bir nəzəriyyədə birləşdirməyə, rəsmiləşdirməyə, başqa formada izah etməyə yaxud ümumiləşdirməyə çalışa bilərlər və ya tamamilə yeni bir nəzəriyyəni onların vasitəsilə yarada bilər. Bəzən isə tamamilə riyazi sistemlər fiziki sistemlərin modelləşməsi üçün cığır aça bilərlər, məsələn, Rimann və digərləri tərəfindən irəli sürülmüş ideya olan məkanın özü bükülə bilməsi. Böyük hesablama tələb edən nəzəri problemlər hesablama fizikasının məsələləri sırasına da daxil olur.

Nəzəri sahədə irəliləyişlər köhnə və yanlış paradiqmaları(nümunə olaraq işığın yayılmasının efir nəzəriyyəsini, istiliyin kalorik nəzəriyyəsini, flogistonun inkişafından yaranan yanma prosesini, geosentrik sistemi göstərmək olar.) kənara qoymaq ola bilər və ya daha dəqiq və geniş tətbiq oluna bilən model təmin eləmək də sayılar. Növbəti halda əvvəlki bilinən nəticəni bərpa etmək üçün uyğunluq prinsipi tələb olunur.[Enc. Britannica (1994), pg 844.] Bəzən isə, irəliləyişlər fərqli yöndə davam edə bilər. Məsəl üçün, tamamilə doğru olan nəzəriyyənin faktlarla yoxlanılmasına da ehtiyac ola bilər, atomik model nəzəriyyəsi, hansı ki bir neçə min il əvvəl ortaya qoyulub (Yunanıstanda və Hindistandakı fəlsəfəçilər tərəfindən) və elektrikin ikili axın nəzəriyyəsi[Enc. Britannica (1994), pg 834.] bu vıziyyətə uyğun iki haldır. Dalğa-zərrəcik ikililiyi yuxarıdakı hamısına istisna haldır. Bu nəzəriyyə Borun tamamlama prinsipləri vasitəsilə müxtəlif və bir-birinə zidd modelləri içində cəmləyir.

Fizika nəzəriyyələri o vaxt qəbul oluna bilər ki, doğru təxminlər irəli sürsün və heç (çox az) yanlış olmasın. Nəzəriyyədə ən azı ikinci obyektiv kimi eleqantlıq da olmalıdır. Həmin eleqantlıq anlayışı hərdən "Okkam ülgücü" də adlanır.

Fizika nəzəriyyələri üç qrupa bölünə bilərlər: Əsas nəzəriyyələr, Təklif olunmuş nəzəriyyələr, Saçaq nəzəriyyələr.

 Tarix 
Nəzəri fizikanın tarixi ən az 2300 il bundan qabağa söykənir. Sokratdan əvvəlki fəlsəfə dövründə başlayıb və Platon ilə Aristotel tərəfindən davam etdirilib. Orta əsrlər və İntibah dövrlərindən təcrübi elm anlayışı, yəni nəzəriyyə əks bir şey, İbn əl-Haytəm və Frensis Bekon tərəfindən ortaya qoyulmuşdu. Elmi inqilab zamanı yaxınlaşdıqca, maddə, enerji, məkan, zaman, səbəb anlayışları yavaş-yavaş bugünkü bildiyimiz şəklə düşməyə başlamışdı. Digər elmlər isə təbiət fəlsəfəsindən şaxələnərək inkişaf edirdilər. Müasir era Kopernikin astronomiyadakı işlərilə başlayıb Keplerin planetlərin orbiti haqqındakı araşdırmasıla davam etdi. Qeyd etmək lazımdır ki, Keplerin işləri Tixo Brahenin keçmiş işləri üzərində əsaslanmışdı.

İnkişafa doğru olan ən böyük təkanlardan birini Qalileo Qaliley vermişdi. Qaliley həm nəzəriyyəçi kimi, həm də təcrübəçi kimi tanınır. Rene Dekartın analitik həndəsəsi və mexanikası İsaak Nyutonun kalkulusu və mexanikasıla birləşmişdi. Nyuton tarixdə öz izini inqilabi "Principa Mathematica" kitabını yazmaqla qoyub.[See 'Correspondence of Isaac Newton, vol.2, 1676–1687' ed. H W Turnbull, Cambridge University Press 1960; at page 297, document #235, letter from Hooke to Newton dated 24 November 1679.] Bu kitabın içərisində Kopernikin, Qalileyin və Keplerin araşdırmalarıla bərabər, Nyutonun özünün mexanika və qravitasiya haqqındakı araşdırmaları da var. Nyutonun qravitasiya haqqındakı fikirləri 20-ci əsrin əvvəllərinə qədər hakim nəzəriyyə olaraq qəbul edilmişdi. Eyni zamanda optika sahəsində, daha dəqiq rənglər nəzəriyyəsi və həndəsi optikanın qədim elmində irəliləyişlərə nail olunurdu. Bunların çoxusu Nyuton, Dekart, Xristian Hüygens tərəfindən əldə olunmuşdu. 18-ci və 19-cu əsrlərdə, Uilyam Rouvan Hamiltonın, Jozef Lui Laqranjın, Leonard Eylerin işləri klassik mexanikanın geniş bir nəzəriyyəyə çevrilməsində köməkçi oldu.[Penrose, R (2004). The Road to Reality. Jonathan Cape. p. 471.]

19–20-ci əsrlərinin ən böyük nailiyyətlərindən biri də enerji anlayışının istilik, elektrik və maqnetizm daha sonra işığın fizikaya gətirilərək bərkidilməsi olmuşdu. Termodinamikanın qanunları və vahid anlayış olaraq entropiyanın təqdimi maddənin özəlliklərinə makroskopik izah təmin edirdi. 19-cu əsrin sonlarında statistik mexanika (daha sonra statistik fizika) termodinamika şaxələnərək meydana gəlirdi. Bu əsrə aid başqa önəmli hadisələrdən biri elektrik,maqnetizm və işığı bir yerə gətirən nəzəriyyənin — elektromaqnit nəzəriyyəsinin kəşfi idi.

Modern fizikanın sütunları, bəlkə də fizika tarixində ən böyük inqilabi nəzəriyyələr olan, nisbilik nəzəriyyəsi və kvant mexanikası olmuşdu. Nyuton mexanikası xüsusi nisbiliyin xüsusi halına çevrildi. Nyuton qravitasiyasına isə ümumi nisbilik nəzəriyyəsi tərəfindən kinematik izah verildi. Kvant mexanikası mütləq qara cisim radiasiyasını, bərk cismin xüsusi istilik tutumunda yaranan anomaliyaları və atom və molekulların daxili quruluşlarını öyrənilməsinə böyük bir təkan vermişdi. 1920-ci illərdən başlayaraq, kvant sahə nəzəriyyəsi kvant mexanikasından doğaraq meydana gəldi. 1960–70-ci illər kvant sahə nəzəriyyəsinin köməyi ilə inkişaf etdirilmiş standart model üzərində görülən işlərlə, qatı maddələr fizikasında olan irəliləyişlərlə və nisbilik nəzəriyyəsinin astronomiyada və kosmologiyadakı tətbiqlərilə yadda qaldı.[Penrose, R (2004). "9: Fourier decompositions and hyperfunctions". The Road to Reality. Jonathan Cape.]

Bütün bu əldə olunan kəşflər təcrübələr təklif edən və nəticələri birləşdirən təkan kimi nəzəri fizikadan asılı idi. Ya mövcud riyaziyyatdan istifadə edərək yaxud Dekart, Nyuton və Leybnitsdə olduğu kimi yeni riyazi üsullar kəşf etməklə. Jozef Furyenin istilik keçirməsi üzərindəki çalışmaları riyaziyyatın yeni qolunu yaratdı: sonsuz, ortoqonal silsilələr.

Müasir nəzəri fizika nəzəriyyələri birləşdirməyə və Kainatı zərrəciklər miqyasından tutmuş kosmoloji miqyasacan dərk etməyə çalışır. Bu cür miqyaslarda təcrübələr aparıla bilinmir. Buna baxmayaraq nəzəri fizika riyazi modellərdən istifadə edərək irəliləyir.

 Əsas nəzəriyyələr 
Əsas nəzəriyyələr (bəzən mərkəzi nəzəriyyələr də adlanır) faktlara dayalı və elmi görüşlərin biliyinin əsas ana mənbəyidir və təkrar elmi sınaqlardan çıxıb. Elə əsas nəzəriyyələr də var ki, ümumi olaraq hər kəs tərəfindən bir çox dataları izah edə bildiyinə görə qəbul olunub, amma aşkarlanması, tam şəkildə izahı və tərkibi hələ də müzakirə altındadır.

 Nümunələr 
 Axın dinamikası
 Bərk cism mexanikası
 Dinamika
 Elektromaqnetizm
 Enerjinin saxlanması qanunu
 Fiziki kosmologiya
 Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi
 Klassik mexanika
 Kvant elektrodinamikası
 Kvant elektrokimyası
 Kvant xromodinamikası
 Kvant informasiyası nəzəriyyəsi
 Kvant kompyuterləri
 Kvant mexanikası
 Kvant sahə nəzəriyyəsi
 Qara dəlik termodinamikası
 Qaranlıq enerji
 Qaranlıq maddə
 Qatı maddələr fizikası (bərk halı fizikası və materialların elektronik quruluşu daxil)
 Sahə nəzəriyyəsi
 Standart Model
 Statistik mexanika
 Termodinamika
 Ümumi nisbilik

 Təklif olunmuş nəzəriyyələr 
Təklif olunmuş nəzəriyyələr, adətən, nisbətən yeni nəzəriyyələr olur. Yəni, nəzəriyyəyə olunan elmi yanaşmaları əhatə edir ki, yeni gətirilən modellərin və əsaslanırma tiplərinin etibarlılığını yoxlayır. Lakin, bəzi bu cür nəzəriyyələr arasında elələri də olur ki, xeyli müddət mövcud olub və təsdiqlənmədən yayınıb. Təklif olunmuş nəzəriyyələr içərisində yenicə qurulmağa başlanan saçaq nəzəriyyələr də ola bilər (bəzən də geniş kütlə tərəfindən qəbul oluna bilər). Təklif olunmuş nəzəriyyələr adətən sınanmış olmurlar.

 Nümunələr 
 Böyük vahidləşdirmə nəzəriyyəsi
 Eynşteyn-Rozen körpüsü
 Hər şeyin nəzəriyyəsi
 İlmə kvant qravitasiyası
 Kozmoloji sabit
 M-nəzəriyyə
 Miqyas nisbiliyi nəzəriyyəsi
 Sim nəzəriyyəsi
 Supersimmetriya
 Sıradan çoxluqlar
 Zərrəciksiz fizika

 Saçaq nəzəriyyələr 
Saçaq nəzəriyyələr nəzəriyyələrin yeni təməli qoyulma dönəmində olan elmi cəhdlərin istənilən sahəsini əhatə edir.

Hərdən bəzi saçaq nəzəriyyələr gələcəkdə geniş kütlə tərəfindən qəbul olunur. Digərlərinin isə səhv olması sübut olunur. Bəzi bu tip nəzəriyyələr psevdoelm və protoelm formasında gəlir. Original nəzəriyyənin yanlış çıxardılması bəzən nəzəriyyənin yenidən qurulmasına gətirib çıxarda bilər.

 Nümunələr 
 Elektroqravitasiya
 Teslanın dinamik qravitasiya nəzəriyyəsi
 Efir nəzəriyyəsi
 Orqon

 Xəyali eksperimentlər real eksperimentlərə qarşı 
"Xəyali" eksperimentlər hər hansısa bir şəxsin düşüncələrində "filan vəziyyətdə olduğumuzu fikirləşsək;əgər bu düzdürsə, sonrası necə ola bilər?" söhbətini eləyərək aparılır. Bu cür fenomenlər gündəlik həyatda rast gələ bilinmir deyə aparılır. Buna qəşəng nümunə Şredingerin pişiyi, Eynşteyn-Podolski-Rozen paradoksu, zaman genişlənməsinin sadə illustrasiyalarını və sairəni göstərmək olar. Bu tip eksperimentlər real eksperimentlərə yol açıb. Məsələn EPR paradoksu Bell bərabərsizliklərinə yol açıb, hansı ki, müəyyən ciddlik dərəcəsinə qədər sınanıb. Nəticədə isə, kvant mexanikasının hal hazırkı formasının qəbuluna gətirib çıxardıb.

 İstinadlar 

 Xarici keçidlər 
 Hiqqz Nəzəri fizika mərkəzi
 Nəzəri fizikanın tarixi 
 Yaxşı bir nəzəri fizik necə olmaq olar?-1999-cu il Nobel mükafatı laureatı Jerard 't Huft
 Massaçusets Texnologiya İnstitutu Nəzəri Fizika Mərkəzi
 Nəzəri Fizika üzrə Perimeter İnstitutu
 Nəzəri Fizika üzrə Kavli İnstitutu- Santa Barbara Kaliforniya Universiteti
 Maks Plank Nəzəri Fizika İnstitutu 

*