Смекни!
smekni.com

Естествознание и философия. Диалектический и метафизический методы изучения природы (стр. 8 из 16)

Для расчета движения должна быть известна зависимость взаимодействия между частицами от их координат и от скоро­стей. Тогда по заданным значениям координат и импульсов всех частиц системы в начальный момент времени второй за­кон Ньютона позволяет однозначно определить координаты и импульсы в любой последующий момент времени. Это позво­ляет утверждать, что координаты и импульсы частиц системы полностью определяют ее состояние в механике. Любая меха­ническая величина (энергия, момент импульса и т.д.), выражается через координаты и им­пульс. Таким образом, определяются все три элемента фунда­ментальной теории, какой является классическая механика.

Электродинамика Мак­свелла. Здесь объектом исследования является электромагнитное поле. Тогда уравнения Максвелла представляют собой уравнения движения для электромагнитной формы материи. При этом структура электродинамики повторяет структуру механики Ньютона. Уравнения Максвелла позволяют по заданным начальным значениям электрического и магнитного полей внутри некоторого объема определить элек­тромагнитное поле в любой последующий момент времени.

Другие фундаментальные теории динамического характера имеют ту же структуру, что и механика Ньютона, и электроди­намика Максвелла. К их числу относятся: механика сплошных сред, термодинамика и общая теория относительности (теория гравитации).

Метафизическая философия считала, что все объективные физические закономерности (и не только физические) имеют точно такой же характер, что и динамические законы.

Абсолютизация динамических закономерностей и, следова­тельно, механического детерминизма, обычно связывается с П.Лапласом.

Согласно провозглашенному Лапласом принципу, все яв­ления в природе предопределены с «железной» необходимо­стью. Случайному, как объективной категории, нет места в на­рисованной Лапласом картине мира. Только ограниченность наших познавательных способностей заставляет рассматри­вать отдельные события в мире как случайные. В силу этих причин, а также отмечая роль Лапласа, классический механи­ческий детерминизм называют еще жестким или лапласовским детерминизмом.

Необходимость отказа от классического детерминизма в физике стала очевидной после того, как выяснилось, что дина­мические законы не универсальны и не единственны и что бо­лее глубокими законами природы являются не динамические, а статистические законы, открытые во второй половине XIX ве­ка, особенно после того, как выяснился статистический харак­тер законов микромира.

Начальные параметры любых механических систем невозможно фикси­ровать с абсолютной точностью, поэтому точность предска­зания физических величин со временем уменьшается. Для ка­ждой механической системы существует некоторое критиче­ское время, начиная с которого невозможно точно предска­зать ее поведение.

Лапласовский детерминизм с определен­ной степенью идеализации отражает реальное движение тел и в этом отношении его нельзя считать ложным. Но абсолютиза­ция его как совершенно точного отображения действительно­сти недопустима.

23. Статистические законы и вероятностный детерминизм.

Одной из наиболее актуальных проблем современного естествознания является вопрос о природе причинности и причинных отношениях в мире. В решении этой проблемы возникли два направления – детерминизм и индетерминизм – занимающие противоположные позиции. Сущностью детерминизма является идея о том, что всё существующее в мире возникает и уничтожается закономерно, в результате действия определённых причин. Напротив, индетерминизм – учение, отрицающее объективную причинную обусловленность явлений природы, общества и человеческой психики.

В современной физике идея детерминизма выражается в признании существования объективных физических закономерностей, которые подразделяются на динамические и статистические. Динамическими называются закономерности, выражающие однозначные связи физических объектов и описывающие их абсолютно точно посредством определённых физических величин. Например, по заданным значениям координат и импульсов всех частиц системы в начальный момент времени второй закон Ньютона позволяет однозначно определить координаты и импульсы в любой последующий момент времени.

В отличие от динамических законов, заключения, основанные на статистических закономерностях, не являются достоверными и однозначными. Представления о таких закономерностях впервые ввёл Максвелл в 1859 г. Он первым понял, что при рассмотрении систем, состоящих из огромного числа частиц, нужно ставить задачу совсем иначе, чем это делалось в механике Ньютона. Для этого Максвелл ввёл в физику понятие вероятности и указал на то, что нужно отказаться, например, от неразрешимой задачи определения точного значения импульса молекулы в данный момент, а попытаться найти вероятность этого значения. Тем самым однозначно определяется среднее значение физической величины. Такие средние значения в статистических теориях играют ту же роль, что и сами физические величины в динамических теориях.

Законы сохранения энергии в макроскопических системах.

Хорошо известно, что тепло, возникшее в результате трения или выполнения другой механической работы, нельзя снова превратить в энергию и потом использовать для производства работы. С другой стороны, путём точных экспериментов было доказано, что тепловая энергия превращается в механическую энергию в строго определённых количествах. Существование такого механического эквивалента для теплоты свидетельствовало о её сохранении. Эти и многие другие факты нашли своё обобщение в законах классической термодинамики:

- если к системе подводится количество теплоты Q и над системой производится работа W, то энергия системы возрастает до величины U: U = Q + W. U – внутренняя энергия системы, которая показывает, что тепло, полученное системой, не исчезает, а затрачивается на увеличение внутренней энергии и производство работы.

- невозможно осуществить процесс, единственным результатом которого было бы превращение тепла в работу при постоянной температуре.

Закон возрастания энтропии.

Второй закон термодинамики в формулировке немецкого физика Р. Клаузиуса звучит так: «Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему». С учётом введённого в термодинамику понятия энтропии как меры беспорядка системы Клаузиус снова сформулировал второй закон: энтропия замкнутой системы, т.е. системы, которая не обменивается с окружающей средой ни энергией, ни веществом, постоянно возрастает. А это означает, что такие системы эволюционируют в сторону увеличения в них беспорядка, хаоса и дезорганизации, пока не достигнут точки термодинамического равновесия, в которой всякое производство работы становится невозможным.

Принцип минимума диссипации энергии.

Открытая система в ходе своей эволюции производит энтропию, которая, однако, не накапливается в ней, а удаляется и рассеивается в окружающей среде. Вместо неё из среды поступает свежая энергия и именно вследствие такого непрерывного обмена энтропия системы может не возрастать, а оставаться неизменной и ли даже уменьшаться. Таким образом, открытая система не может быть равновесной, и её функционирование требует непрерывного поступления энергии и вещества из внешней среды, вследствие чего неравновесие в системе усиливается. При этом прежняя структура системы разрушается, а между её элементами возникают новые согласованные отношения. Так схематически могут быть описаны процессы самоорганизации в открытых системах, которые связаны с диссипацией, или рассеянием, энтропии в окружающую среду.

24. Соотношение динамических и статистических законов.

Сразу же после появления в физике понятия статистиче­ского закона возникла проблема существования статистиче­ских закономерностей и их соотношения с динамическими за­конами.

Первоначально основным в проблеме со­отношения был вопрос об обосновании классической стати­стической механики на базе динамических законов Ньютона. Исследователи пытались выяснить, как статистическая меха­ника, существенной чертой которой является вероятностный характер предсказания значений физических величин, должна относиться к законам Ньютона с их однозначными связями между значениями всех величин.

Длительное время динамические законы считались основным, первичным типом отображения физических закономерностей, а статисти­ческие законы рассматривались в значительной мере как след­ствие ограниченности наших способностей к познанию.

Но сегодня известно, что закономерности поведения объек­тов микромира и законы квантовой механики являются стати­стическими.

Возникновение и развитие квантовой теории постепенно привело к пересмотру представлений о роли динамических и статистических законов в отображении закономерностей природы. Был обнаружен статистический характер поведения отдельных элементарных частиц. При этом за описывающи­ми это поведение законами квантовой механики не было об­наружено никаких динамических законов. Поэтому круп­нейшими учеными, такими, как Н. Бор, В. Гейзенберг, М. Борн, П. Ланжевен и другими, был выдвинут тезис о пер­вичности статистических законов. Но большая часть ученых с этим выво­дом не согласилась и стала настаивать на необходимости отыскать динамические законы для описания микромира, воспринимая статистические законы как промежуточный этап, позволяющий описывать поведение совокупности мик­рообъектов, но не дающий еще возможности точно описать поведение отдельных микрообъектов.

Когда стало очевидно, что нельзя отрицать роль статисти­ческих законов в описании физических явлений (все экспери­ментальные данные полностью соответствовали теоретиче­ским расчетам, основанным на подсчетах вероятностей), была выдвинута теория «равноправия» статистических и динамиче­ских законов. Те и другие законы рассматривались как законы равноправные, но относящиеся к различным явлениям, имею­щие каждый свою сферу применения, не сводимые друг к дру­гу, но взаимно дополняющие друг друга.