Контакты jokoil@mail.ru КАРТА САЙТА English

Энергодинамическая система физических величин и понятий

(ЭСВП)


Не смешивать с СИ, унифицирующей ЕДИНИЦЫ измерений (разъяснение).

На Главную

Кому и зачем это нужно?

СТУДЕНТАМ на ЗАМЕТКУ

Разъяснение основных терминов

Формы и виды энергии

Условия успешной систематизации

Классификация физических систем

Основная идея системы

Таблицы физических величин

В чем новизна сайта?

     Формы и виды движения

     Подробно об угле поворота

     О движении тела по орбите

     Систематизация величин         силовых полей

     Систематизация величин         колебаний и волн

     Новая единица         температуры

     Обобщение явлений         переноса

     Критерии подобия всюду

     Альтернативные взгляды         на проблемы метрологии


Системный подход в экономике

История проблемы
систематизации величин


Учить физику по-новому!

Учебно-наглядные пособия


Каталог ссылок

Обновления на сайте

Шутки на тему сайта


Oб авторе проекта

Коган И.Ш.

Основные величины назначаются или продиктованы природой?

СОДЕРЖАНИЕ.
1. Две точки зрения на выбор основных величин.
2. Единая точка зрения на выбор основных единиц.
3. Предлагаемое решение проблемы выбора основных величин.
4. Какими должны быть основные величины?
5. Возможные перспективы создания новой естественной системы единиц.
6. Возможные перспективы создания естественной системы величин.


ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения краткой справки по поводу недостаточно ясных, редко применяемых или введенных автором сайта терминов пройдитесь по ссылке Предметный указатель (от А до О и от П до Я), а по поводу примененных обозначений – по ссылке Символьный указатель (латинские буквы и греческие буквы).

1. Две точки зрения на выбор основных величин.

В статье, посвященной вопросу о том, что первично: размерность величины или единица измерения, не рассматривается вопрос о том, как выбирать основные величины и основные единицы. Оживленная дискуссия по этому поводу ведется с начала ХХ века. Эта дискуссия определяется различными взглядами, суть которых можно выразить коротким вопросом: “Выбор основных величин произволен или продиктован природой?“.

Известный метролог Л.Сена (1988) считает, что выбор основных величин определяется практическими соображениями удобства пользования системой единиц этих величин. То же самое говорится и в метрологическом справочнике А.Чертова (1990): “Выбор физических величин, принимаемых за основные, и их число в принципе произвольны, но практические соображения приводят к некоторому ограничению свободы в выборе основных величин“. Другую точку зрения можно озвучить словами, например, В.Ерохина (2008): “Мы вольны произвольно выбирать лишь единицы измерений, но размерности физических величин мы должны найти, они заданы самой природой этих величин“. Эта точка зрения, поддерживаемая и автором данной статьи, приводит к выводу: выбор основных величин должен быть продиктован природой и ни от каких систем единиц зависеть он не должен.

2. Единая точка зрения на выбор основных единиц.

Поставим тот же вопрос, но в отношении единиц: “Выбор основных единиц произволен или продиктован природой?“. Ответ на этот вопрос у метрологов единодушен: практические соображения приводят к ограничению свободы выбора основных единиц и к ограничению свободы выбора их числа. Но с поправкой: только при составлении систем единиц. И это естественно. Метрология – наука об измерениях, и это обязывает ее заботиться, прежде всего, о международной унификации единиц величин и об экономичности создания измерительных эталонов.

Заметим попутно, что в системах единиц не соблюдается принцип последовательности (очередности) образования единиц, вытекающий из принципа причинности. Да и нужен ли он в системах единиц? А.Власов и Б.Мурин (1990) 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, когда речь идет не об унификации единиц, а о систематизации величин. Если вопросы практических измерений при этом не затрагиваются. В этом случае правильной оказывается иная точка зрения. Ведь природе безразлично, какие системы единиц удобны человеку на планете Земля. И поэтому никакие практические соображения в этом случае не могут влиять на то, каким должен быть набор основных величин.

3. Предлагаемое решение проблемы выбора основных величин.

Физические величины существуют независимо от их размерностей и единиц – это характеристики свойств природы. Поэтому любые соображения и действия по выявлению основных 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 и наблюдаем, когда набор основных величин составляется в полном соответствии с набором основных единиц.

Последние несколько веков именно унификация единиц определяла, какими должны быть основные величины. 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 работе Л.Брянского (2002), когда слова “в системе величин“ заменяются словами “в системе единиц“. Однако исследования по проблеме систематизации физических величин показывают: после того, как систематизация величин начинает проводиться без оглядки на системы единиц, начинает выясняться, что некоторые основные величины, единицы которых положены в основу СИ, не способствуют подобной систематизации. Об этом свидетельствует работа И.Когана (2008).

Оказывается, что процесс систематизации физических величин указывает на необходимость коррекции некоторых часто применяемых единиц СИ. Естественно, если такую коррекцию провести, то пришлось бы вносить соответствующие изменения в метрологические стандарты и в учебные пособия. Поэтому подобная деятельность обречена на активное противодействие метрологов-практиков. Чтобы избежать такого противодействия, необходимо, как указывается в работе И.Когана (2007), разделить два принципиально разных понятиясистема величин и система единиц измерений. Это даст возможность устранить возражения метрологов-практиков относительно предлагаемых сторонниками систематизации физических величин мероприятий.

4. Какими должны быть основные величины?

Для основной физической величины имеется стандартное определение (А.Чертов, 1990). Это “физическая величина, входящяя в систему величин и условно принятая в качестве не зависящей от других величин этой системы“. В Международном словаре по метрологии JCGM 200:2012 дано такое определение основной величины: “одна из величин подмножества, условно выбранного для данной системы величин так, что никакая из величин подмножества не может выражаться через другие величины“. Это подмножество называется "набором основных величин". В обоих определениях фигурируют два слова: "условно принятая" или "условно выбранного". Само упоминание об условности недвусмысленно говорит о том, что нет желания приводить свои взгляды в соответствие с объективной реальностью.

В работе И.Когана (2007) предлагается иной путь. Если речь идет о системе величин, то следует дать такое определение: “Основная величина − это величина, входящая в систему величин и не зависящая от других основных величин этой системы“. То есть основная величина не должна иметь определяющего уравнения. Если же речь идет о системе единиц, то следует дать другое определение: “Основная единица – это единица, условно принятая в данной системе единиц в качестве не зависящей от других основных единиц этой системы“.

Л.Брянский (2002) 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)“. Это утверждение верно тогда, когда речь идет о единицах, а не о величинах, ибо сами процессы измерения налагают определенные условия на процесс выбора основных единиц. Процессы измерения – это и есть реальности нашего мира, которые человеку подвластны лишь отчасти. В природе же величины не равноправны, одни из них независимы (например, протяженность и длительность, характеризующие пространство и время), а другие определяются с их помощью. И задача науки в процессе систематизации физических величин – выявить (а не условно выбрать) естественные основные 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 свойства материи и ее движения находятся на самом высоком уровне иерархии обобщения и систематизации в физике. Они и заслуживают того, чтобы те величины, которые характеризуют эти свойства, считались основными. А уж в каких единицах будет их измерять человек на планете Земля, – это для природы совершенно безразлично.

5. Возможные перспективы создания новой естественной системы единиц.

По нашему мнению, в новую естественную систему единиц должна входить единица энергии Джоуль, переопределить которую с помощью постоянной Планка еще проще, чем переопределить с помощью этой постоянной единицу килограмм. Но дело не только в этом. В монографии К.Томилина (2006) обращается внимание на следующее. Для того чтобы “…система единиц стала полной (т. е. достаточной для эталонирования всех физических единиц), должна быть открыта и (или, если она уже открыта) приобрести фундаментальный статус еще одна размерная постоянная, не являющаяся комбинацией постоянных с, ħ и е“. Она названа в указанной монографии “фундаментальным масштабом энергии“. Там же, в таблице 3.4.1, указаны 4 варианта этой недостающей размерной фундаментальной физической константы, которая должна войти в гипотетическую единую естественную систему единиц. Все 4 варианта имеют размерность энергии. Все они находятся в таблице 3.4.1 в колонке “Единица массы“, в которой раньше для всех созданных до сих пор естественных систем единиц стояла единица массы электрона, измеряемой, к тому же, в электрон-Вольтах, то есть в единицах энергии.

Подобное предвидение К.Томилина подтверждает обоснованность создания системы величин ЭСВП, в которой присутствует энергия как основная величина. Однако надеждам на то, что набор основных физических величин может измениться при предстоящем переопределении основных единиц СИ, не суждено сбыться в ближайшем будущем. Хотя переопределение единиц следует современной тенденции квантовой метрологии, заключающейся в переходе “от измерения фундаментальных констант к измерению с помощью фундаментальных констант“ (К.Томилин, 2006), отход от существующего набора основных единиц в СИ пока не предвидится.

В статье идеологов и организаторов нынешнего переопределения единиц (И.Миллс и др., 2006) сказано однозначно: “… общая структура существующей СИ, – т.е. современные основные величины СИ и их единицы – должны остаться неизмененными. Причина заключается в том, что эти величины и единицы считаются удовлетворяющими современные и будущие потребности как метрологического, так и научного сообществ, и признаны и понятны огромному большинству пользователей СИ в мире. Ясно, что такое допущение исключает рассмотрение глобальной реструктуризации СИ, например, замещение массы энергией в качестве основной величины и превращение массы в производную величину, что привело бы к джоулю как основной единице, а килограмму как производной единице, или замещение электрического тока зарядом в качестве основной величины и превращение электрического тока в производную величину, что привело бы к кулону как основной единице, а амперу как производной единице.“

Данная точка зрения получила подтверждение в резолюции № 1 “О возможном будущем пересмотре международной системы единиц (СИ)“, принятой на 24-м заседании Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) в 2011 году. Естественно, что это не означает, что она не может измениться в принципе, но трудно сказать, когда это может произойти.

6. Возможные перспективы создания естественной системы величин.

Вопреки приведенной выше цитате из статьи И.Миллса и др. (2006), можно выразить сомнение в том, что величины и единицы СИ полностью удовлетворяют современные и, тем более, будущие потребности научного сообщества. Поэтому остается надежда на то, что научное и метрологическое сообщества прислушаются к доводам, изложенным в статье И.Когана (2012), о необходимости проведения различия между “системами физических величин в метрологии“ и “естественными системами физических величин“. Напомним, что в этой статье предлагается следующее:

1. Существующее сейчас определение в JCGM 200:2012: “Система величин – совокупность величин вместе с совокупностью непротиворечивых уравнений, связывающих эти величины“ предлагается дополнить словом “в метрологии“. То есть начинать это определение словами: “Система величин в метрологии“. Это позволит сохранить ситему единиц СИ на какой-то период времени в приемлемом для практической метрологии виде.

2. Ввести дополнительное определение: “Естественная система величин – совокупность независимых друг от друга физических величин, набор которых соответствует законам природы“. Подобное определение развяжет руки физикам и квантовым метрологам. Оно одновременно не будет мешать и практическим метрологам, как не мешают им давно уже существующие естественные системы единиц.

Возможно, некоторым не понравится, что такое различие в определениях системы величин как бы намекает на то, что в практической метрологии система физических величин, принятая в СИ, является неестественной. Но существующее определение неопределенно. Ибо основные величины могут быть приняты простым голосованием на международной конференции. Сохранение существующего положения дел, то есть наличие одного определения системы величин, легитимирующего только СИ, так и оставит нерешенной анализируемую в данной статье проблему. А это означает, что к ее решению все равно придется возвращаться в будущем.

Литература

1. Брянский Л.Н., 2002, Непричесанная метрология. М.: ПОТОК-ТЕСТ, 160 с.
2. Власов А.Д., Мурин Б.П., 1990, Единицы физических величин в науке и технике. – М., Энергоатомиздат, 176 с.
3. Ерохин В.В., 1995, Конструктивная электродинамика. – Торез, а также Ерохин В.В., 2008, Абсолютная система физических единиц. – http://new-idea.kulichki.net/?mode=physics&pn=1
4. Зоммерфельд А., 1958, Электродинамика. – М.: ИЛ.
5. Коган И.Ш., 2007, Системы физических величин и системы их единиц – независимые друг от друга понятия – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8792.html
6. Коган И.Ш., 2008, Аналитический обзор по теме «Обобщение и систематизация физических величин» – http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8910.html
7. Сена Л.А., 1988, Единицы физических величин и их размерности. – М.: 336 с.
8. Чертов А.Г., 1990, Физические величины. – М.: Высшая школа, 336 с.
9. JCGM 200:2012 International vocabulary of metrology – Basic and general concepts and associated terms (VIM). 3rd ed. 2008 version with minor corrections. URL: http://www.bipm.org/utils/common/documents/jcgm/JCGM_200_2012.pdf,
10. Русский перевод JCGM 200:2008: Международный словарь по метрологии. Основные и общие понятия и соответствующие термины. - Всерос. науч.-исслед. ин-т метрологии им. Д. И. Менделеева, Белорус. гос. ин-т метрологии. Изд. 2-е, испр. — СПб.: НПО «Профессионал», 2010. — 82 с. URL: http://mathscinet.ru/slaev/records/images/SlaevChun02.pdf


© И. Коган Дата первой публикации 21.03.2008
Дата последнего обновления 17.04.2015

Оглавление раздела Предыдущая Следующая