Таблица «Менделеева» для физиков

В течение прошедших веков учеными разных стран мира совершались великие открытия в различных направлениях науки. К настоящему времени  в физике накопилось множество законов, зависимостей и констант, которые принято обозначать именными символами и размерностью.

Попытки ученых классифицировать и систематизировать столь значительное количество физических величин не принесли желаемого результата. Предлагаемые системы физических величин оказывались либо слишком сложными для понимания,  либо область их применения по отношению к величинам была весьма ограничена. Поэтому до настоящего времени представить научной общественности систему физических величин в доступной и наглядной форме, наподобие таблицы периодического закона химических элементов Д.И.Менделеева, еще  не удавалось никому.

В результате проведения ряда исследований автор данной статьи пришел  к выводу, что данную проблему можно решить, если базироваться на структурных «родственных» взаимосвязях между величинами разделов физики, на «иерархическое» распределение, которых, влияет масса той или иной величины.

Такой метод распределения позволил классифицировать величины по группам и подгруппам и создать логическую систему физических величин на основе международных единиц СИ (См. таблицу). 

Физические величины были классифицированы автором по следующим группам: I - механические и пространственно-временные; II - физико-химические, теплофизические и температурные; III - световые, акустические, ионизирующие и ядерные; IV– электрические и магнитные величины.

Группы I-IV были разделены, по влиянию массы на величины, на подгруппы: a – массивные; b – немассивные; с – контр-массивные; d – немассивные субтильные величины.

Различие числовых значений в показателях степени физических единиц легли в основу идеи создания трехмерной системы,  на ортогональных осях, которой, единицы расположены следующим образом. На оси Х: кандела (J), килограмм (М), метр (L); на оси Y: радиан (R)*, ампер (A), секунда (T); на оси Z: стерадиан (S)**, моль (N), кельвин (K) (рис. 1).

Для представления системы в виде таблицы, числа показателей степени физических единиц с оси абсцисс были перенесены в пронумерованные  столбцы, с оси ординат в пронумерованные строки, а с оси аппликат в пронумерованные  римскими  цифрами  I-IX

*, ** - дополнительные единицы радиан и стерадиан в системе СИ не имеют своей размерности, поэтому, для удобства работы с единицами вновь созданной системы, автором было принято решение присвоить радиану размерность R, а стерадиану размерность S.

Физические величины, в зависимости от числовых показателей степени физических единиц:

Уровни приставки к таблице, имитирующей ось Z. Причем физические единицы с меньшей вариацией чисел в показателях степени расположены с внешней стороны шапки таблицы (J, R, S), а с наибольшей вариацией с внутренней стороны (L, T, θ). Соответственно промежуточное значение в шапке таблицы заняли единицы M, А, N.


Рис. 1. Конструкция трехмерной системы физических единиц СИ
     
Из девяти уровней созданной системы основным является уровень IV, так как он содержит наиболее распространенные единицы (килограмм, метр, секунда, ампер, а также кандела и радиан) и на нем располагаются более 80% всех известных науке физических величин.  Величины, содержащие единицы стерадиан (S), моль (N) и кельвин (K) в зависимости от показателей их степени находятся на уровнях I-III, V-IX и отображаются на уровне IV таблицы только в виде проекций (рис. 1). Это такие величины, как: kg/mol;  К/m; lx•s и другие.

При внесении в трехмерную систему всех известных современной науке физических величин (включая величины с дробными показателями степени) таблица может оказаться весьма громоздкой, поэтому целесообразно на практике использовать несколько вариантов таблиц системы:

-  компактная таблица (вариант показан в данной статье) - для довузовского и общего образования, она содержит только те физические величины, которые применяются в общеобразовательных учебных программах;
- развернутая таблица - для высшего образования, используется в учебных программах высших технических учебных заведений;
- полная таблица - для ученых и специалистов научно-исследовательских центров, используется в качестве нормативно-справочного материала.

Предложенная система позволяет каждой физической величины сообщать научно-значимую информацию о себе: наименование*; обозначение (символ); формулу размерности**; отношение величины к той или иной физической группе; влияние на величину массы (подгруппы); координационный номер в таблице. Среди них важнейшим элементом информации является формула размерности - полная размерность величины, так как именно она показывает отношение и степень взаимосвязи физических единиц между собой.

*,**- поскольку такие элементы информации как наименование и формула размерности физических величин занимают много место в ячейке, то для сохранения компактности таблицы они содержаться в специальном Приложении.

Трехмерная система физических СИ величин отличается своей универсальностью. Она способна расширяться при вводе в таблицу новых величин,  содержать безразмерные величины (ячейки, обозначенные  римск. цифрами I-IV) и величины с дробными показателями степени (в таблице не показаны), а ее конструкция, принципы и метод построения могут быть использованы при создании подобных логических систем в МКС, СГС, МКГСС и др. Конструктивные особенности системы позволяет сделать таблицу развернутой или наоборот свернутой компактной (например, для ее печатания на бумаге стандартного книжного формата). Система значительно облегчает поиск требуемых физических величин в занятых ячейках таблицы, а пустые ячейки ждут своего часа для заполнения ее новыми физическими величинами, пока еще не открытыми наукой.

Автор: Е.Бессонов