Почему мы изучаем закон Ньютона о всемирном тяготении в школе

Почему мы изучаем закон всемирного тяготения Ньютона в школе, в то время как общая теория относительности является наиболее вероятной теорией?

ОТВЕТ

Одним из наиболее важных аспектов физических теорий является степень их применимости. Важны не только уравнения, описывающие поведение физических объектов, но и диапазон параметров - например, шкалы энергии или расстояния, - на которых эти уравнения справедливы. 

Если в определенных масштабах теория правильно описывает физические явления, то она верна. В других масштабах такая теория может оказаться неверной и противоречить опыту - тогда возникает необходимость сформулировать более общую теорию, которая сводится к первоначально рассмотренной в соответствующем диапазоне параметров.

Именно такова ситуация с ньютоновской и эйнштейновской физикой. Теория Ньютона верна в случае объектов, движущихся со скоростями, ничтожно малыми по сравнению со скоростью света, и в гравитационных полях малой напряженности. 

Он идеально подходит для описания явлений, известных из повседневной жизни, для применения в технике, при проектировании зданий и мостов и т.д. Вот почему эту теорию следует изучать в первую очередь, и почему она включена в школьные программы. 

Однако, когда мы выходим за рамки его применимости, мы должны использовать более точную теорию, а именно Общую теорию относительности.

Аналогичная ситуация имеет место и для других физических теорий. Сама классическая физика является лишь пределом квантовой теории в ситуации, когда постоянной Планка можно считать пренебрежимо малой. 

Это не означает, что классические теории ошибочны, только то, что они действительны в определенном диапазоне исследуемых параметров. Другим примером является движение жидкости, которое в соответствующем диапазоне параметров описывается гидродинамическими уравнениями. 

Однако на микроскопическом уровне жидкость состоит из множества элементарных частиц, и при анализе ее поведения на очень малых расстояниях гидродинамических уравнений уже недостаточно.

Независимо от сферы применимости теорий в разных масштабах, в процессе обучения, как и во всей истории науки, важно и то, что обычно теории, описывающие явления в масштабах, более близких к повседневной жизни, требуют менее сложного математического аппарата. 

В частности, математический аппарат, необходимый для понимания теории Ньютона (который по сути является дифференциальным и интегральным исчислением), намного проще, чем математический аппарат, необходимый для описания теории Эйнштейна (требующий знания римановой геометрии, тензорного исчисления и т.д.). 

Невозможно изучать более сложную математику без предварительного понимания более элементарных вопросов, и это четко отражено в учебных программах.