Лекции - Философия науки
Подождите немного. Документ загружается.
Неживая материя
галактика
макротела
уровни атомы
молекулы
физический вакуум
Живая материя
биологический уровень социальный
уровень
популяции гос-во
уровни (отл-ся налич-м
правового регул.)
клетки нации
белки народности
Все в мире находится в развитии и взаимосвязи (принцип диалектики). Взаимосвязь
осуществляется с помощью различных взаимодействий.
Известны след. виды взаимодействий: гравитационные, электромагнитные, сильные и слабые.
Гр. вз. составляют основу всемирного закона тяготения и создают организованность в форме
различных звездных систем.
В основе эл.вз. лежит процесс испускания и поглощения фотонов. Это вз. формируют атомы и
молекулы.
Сильные вз. осуществляются на расстоянии пор. 10**-13 см и происходят м\у протонами и
нейтронами.
Слабые вз. действуют в пределах ат. ядра и за счет них происходит превращение атомных ядер.
Физ. вакуум явл-ся своеобразной формой материи, способной при опред-й усл-й порождать
элементарные частицы (вещ-во). Соврем. квант. мех-ка допускает, что физ.в. м. приходить в
возбужденное состоянии, в следствии чего образуется поле, а из него вещ-во.
Физическая картина мира
В истории физики сущ-т 3 картины мира: механическая, электродинамическая и квантово-
полевая. Создатели МКМ – Галилей, Ньютон; ЭКМ – Фарадей, Максвелл. ККМ – Планк, Эйнштейн,
Луи Де Бройль и др.
МКМ и ЭКМ основывались на развитии фил. идей. Это идея дискретности (атомизм) и идея
непрерывности (континуализм). В ККМ предпринята попытка объединения дискретности и
непрерывности.
а) МКМ
Согласно Галилею и Ньютону природа явл-ся сложной мех. системой, в природе нет
случайностей, а ! жесткая необходимость.
Мировоззренческие взгляды создателей этой КМ носили деистический хар-р: Бог завел час. мех-
м, затем устранился и движение в природе происходит естественным путем и строго закономерно.
Мех-я закономерность явл-ся всеобщей и необходимой. В основе КМ мира лежит представление
о материи, как о вещественной субстанции, состоящей из атомов. Атомы абсолютно неразрушимы и
непроницаемы.
Согласно Ньютону важнейшее св-во материи ее масса, т.е. кол-во атомов в единице объема.
Инерция – это сопротивление массы к приведению в движение.
Если m – есть пассивное начало, то F – это активное начало, стремящееся изменить
расположение объектов. F – это не причина движения, как считал Аристотель, а придание предметам
ускорения ma.
Движение тел происходит в абсолютном пространстве, т.е. ни от чего не зависящей бесконечной
протяженности в 3х измерениях (x, y, z).
Любое изменение происходит в абсолютном времени, т.е. ни от чего независящей и единой для
всей Вселенной равномерной длительности.
Физика в системе наук. (желтым – повтор, набрано Олесей)
Несмотря на то, что для античного периода развитие науки (6 в до нэ – 6 в н э) имело место
неразделимость физики (наука о природе) и метафизики (учение о первосущности, первоосновах мира).
Аристотель предпринял попытку провести разграничение между ними. Согласно его взглядам
центральная проблема физики – это изучение движения, которое понимается им как перемещение тел в
пространстве под действием силы.
Сила – это и есть действующая причина. Помимо нее Аристотель рассматривает формальную причину
материальную и целевую. Целевая причина – это чистое мышление, ее изучение есть предмет
метафизики. Попытки провести классификацию наук были предприняты Рене Декартом. Знание он
сравнивает с деревом. Ствол дерева – физика, ветви – механика, медицина, этика, а корни метафизика.
Согласно современной классификации наук выделяют математику;
Естественные науки: физика, химия, биология и др;
Социально-гуманитарные: философия, экономика, психология и др.;
Технические науки.
Среди естественных наук бесспорным лидером является физика, методы и принципы которой широко
используются в др науках. Закономерности, открываемые физикой, являются универсальными, что дает
возможность их использование в широкой области научных исследований. Такое использование
физических знаний получило название редукционизма. Согласно принципу редукционизма все
закономерности в поведении сложных объектов могут быть сведены к более простым. Например объект
исследования химии – молекула, сложнее элементарных частиц, но ее поведение может быть объяснено
на основе знаний, полученных при исследовании элементарных частиц. Предельно сжатым принцип
редукционизма выражен амер физиком Фейманом: все в мире состоит из атомов. Все может быть
описано на основе движения колебаний атомов.
Современное представление о строении мира.
В основе современных представлений о строении мира лежит идея его системной организации. Все
объекты мира уникальны и нетождественны друг другу. (Принцип Паули). Но при всей своей
неповторимости они обладают определенными общими признаками, которые позволяют представить их
в виде определенных групп и уровня организованности.
Неживая материя: галактика, макротела…атомы, молекулы, физический вакуум (уровни).
Живая материя: 1) биологический уровень – популяции, клетки, белки
2) социальный уровень: гос-во (там есть правовое регулирование), нации, народности.
Все в мире находится в развитии и взаимосвязи (принцип диалектики). Взаимосвязь осуществляется с
помощью различных взаимодействий. Известны следующие виды взаимодействий: гравитационные,
электромагнитные, сильные и слабые.
Гравитационные взаимодействия составляют основу всемирного закона тяготения и создают
организованность в форме различных звездных систем.
В основе электронного взаимодействия лежит процесс испускания и поглощения фотонов. Это
взаимодействие формируют атомы и молекулы. Сильные взаимодействия осуществляются на
расстоянии
13
10
см и происходят между протонами и нейтронами. Слабые взаимодействия действуют
в пределах атомного ядра и за счет них происходит превращение атомных ядер.
Физический вакуум является своеобразной формой материи, способной при определенных условиях
порождать элементарные частицы (вещество).
Современная квантовая механика допускает, что физический вакуум может приходить в возбужденное
состояние, вследствие чего образуется поле, а из него вещество.
Физические картины мира
В истории физики существует 3 картины мира. Это механическая, электродинамическая и квантово-
полевая. Создатели механ км – Галилей, Ньютон. Электродин – Фарадей, Максвелл. Квантово-полевой
– Планк, Эйнштейн, Луи де Броиль и др.
Механическая и электродинамическая картины мира основывались на развитии философских идей. Это
идея дискретности (атомизм) и идея непрерывности (континуализм). В квнтово-полевой км
предпринята попытка объединить дискретность и непрерывность.
А) механическая картина мира
Согласно Галилею, Ньютону природа является сложной механической системой. В природе нет
случайностей, а только жесткая необходимость. Мировоззренческие взгляды создателей этой км носили
деистический характер: Бог завел часовой механизм, затем устремления и движения в природе
происходит естественным путем и строго закономерно.
Механическая закономерность является всеобщей и необходимой. В основе картины мира лежит
представление о материи, как о вещественной субстанции, состоящей из атомов. Атомы абсолютно
неразрушимы и непроницаемы.
Согласно Ньютону важнейшее свойство материи – ее масса, т е количество атомов в единице объема.
Инерция- это сопротивление массы к приведению в движение. Если масса есть пассивное начало, то
сила- это активное начало, стремящееся изменить расположение объектов.
Сила – это не причина движения, как считал Аристотель, а предание объектам ускорения: мА.
Движение тел происходит в абсолютном пространстве, т е ни от чего не зависящей бесконечной
протяженности в трех измерениях (x,y,z). Любое изменение происходит в абсолютном времени, т е ни
от чего не зависящей и единой для всей вселенной равномерной длительности.
Взаимодействие тел в абсолютном пространстве происходит в соответствии с принципом
дальнодействия, например, F=m1m2/rr, где f- равнодействующая сила, не зависящая от времени.
Воздействие осуществляется с бесконечно большой скоростью, т е мгновенно. Считалось, что
механическая картина мира может объяснить любые явления, включая биологические и социальные.
Однако возникли трудности в объяснении новых фактов относящихся к области электромагнетизма.
Б) Электродинамическая КМ
Не стала общественнонаучной, тк она не способна объяснить явления макрообмена.
Исследования Фарадея в области электричества и магнетизма привели к формированию
электродинамических КМ. Эти исследования показали, что вокруг эл зарядов, магнитов существует эл и
магнитные силы. Эти силы меняются от одной точки пространства к другой.
Это привело к формированию представления, что пространство заполнено реальностью особого типа-
полем. В своих дальнейших исследованиях Фарадей приходит к выводу, что вещественная материя есть
не что иное, как состояние поля. Мир предстает как поле, закрепляющее все пространство, а
вещественные тела - это «сгустки поля» Эйнштейн.
Взаимодействие между телами осуществляется в соответствии с принципом близкодействия, суть
которого считают в следующем: одно тело взаимодействует с другим, а это другое с третьим.
Движение понимается, как волновой процесс поля. На основе этих представлений Максвеллу удалось
построить электродинамику. Если в электростатике при отсутствии заряда нет и поля, то в электрод
ситуация иная. Основные уравнения элек – это не интегральные законы, а дифференциальные,
определяющие параметры поля в данной точке пространства, в данный момент времени.
Вывод Максвела о том, что эл-маг поле может существовать самостоятельно без своего источника,
казался абсурдным, однако опыты подтвердили этот вывод. Понятие поля приобретает онтологический
статус (то что существует в мире). Это уже не абстракция в уравнениях Максвела. Фарадай и Максвел
были сторонниками гипотезы, согласно которой существует носитель эл-маг поля – эфир - абсолютная
система отсчета, в которой передаются э-м взаимодействия. В связи с принятием полевых
представлений о материи, меняется понятие о пространстве и времени, т е абсолютные пространство и
время заменяется относительным.
С) Квантово-полевая КМ.
Программа эл-дин КМ - свести все к полю - не была реализована. Исследования в области атомной
физики показали, что полевая модель мира, основанная на идеи непрерывности, не объясняет механизм
процесса излучения энергии электронов. Пытаясь решить эту проблему Макс Планк в 1900 выдвинул
гипотезу о том, что процесс излучения и поглощения энергии происходит не непрерывно, а дискретно,
т е порциями и квантами.
Таким образом, проблема ультрафиолетовой катастрофы была решена. На основе работ Эйнштейна,
Планка, Бора, Броля возникла квантово-полевая КМ, согласно которой реальность дискретны и
непрерывны. Микрообъектам присуще корпускулярно-волновой дуализм и вероятностное поведение.
Их взаимодействие имеет квантовый характер, это и не дальнодействие и не близкодействие, а нечто
третье более сложное. На основе подобных представлений к 1927 Гейзенбергом, Шреденом, Дираком
была построена квантовая механика. Она стала в дальнейшем основой квантовой эл-дин. Квантовая эл-
дин, т е взаимодействия электронов, позитронов и фотонов была создана в 50 годах двадцатого века
Дейдманом и Дайзеном.
В основе описания кВ эл-дин взаимодействия элементарных частиц лежат понятия виртуальный
процесс, виртуальная частица, физич вакуум.
Например, вирт частица - это частица, которая по своим свойствам не отличается от реальной, но ее
особенность состоит в том, что она живет как бы в долг, занимая необходимую для нее энергию – эта
энергия берется за счет неопределенности, которая присуща всем микрообъектам.
Но эта неопределенность возникает лишь на время
23
10
с, это и есть время жизни вирт частицы.
Виртуальн частицы - это не фикции, представляющие собой лишь способ описания ядерных
взаимодействий, а реальные микрообъекты, которые для своей актуализации требуют определенных
энергетических затрат. Понятие вирт частица – это такой же способ объединения, как и понятие
волновой функции Шреденгера.
Одна из основных проблем кван э-дин – это проблема наблюдаемости виртуальных прцессов. Введение
в теорию принципиально не наблюдаемых процессов, претендующих на онтологический (существ в
карт м) статус, должны рассматриваться как свидетельство неполноты самой теории.
Субстандиальная и реляционная концепция пространства и времени.
Исторически сложилось два подхода к пониманию пространства и времени.
Первый может быть назван субстанциональной концепцией: пространство и время понимается как
нечто самостоятельно существующее, наряду с материей как ее пустые вместилища.
Пространство-это чистая протяженность, а время – это чистая длительность, в которой помещены
материальные объекты. Этот взгляд одним из первых высказал Демокрит ( атомистическая теория) «в
действительности есть лишь атомы и пустота».
Здесь пустота (чистое пространство) наделяется субстанциональностью (как нечто объективно
существующее) и мыслится наряду с атомами, как единственно существующее в мире. Свое
всестороннее развитие и завершение субстанцион концепция прост и вр получила у Ньютона.
Если из некоторой локальной области реальности мысленно убрать один из объектов массой м1 или м2,
то пространство останется неизменным и Евклидовым, а время не изменит свой ритм.
Второй подход называется реляционной концепцией (реляция – отношение др с другом)
Впервые ее предложил Аристотель, но сформул была Лейбницем. С позиции реляц конц Лейбниц дает
следующее определение прост и времени.
Пространство и время – это общие формы координации мат объектов и их состояний.
Пространство-это совокупность отношений, выражающих координацию сосуществующих объектов, их
расположение друг с другом.
Время – это совокупность отношений, выражающих координацию сменяющих друг друга состояний, и
длительность и посл-ть.
Эта концепция получила дальнейшее развитие в общей теории относительности.
Пространство и время как формы координации материальных объектов обладают след св-ами:
трехмерность пространства, необратимость времени, однородность и изотропность пространства,
однородность времени.
1) Трехмерность пространства выражается в том, что положение любого объекта может быть
определено с помощью трех независимых координат (система корд может быть различны – это
декартовы, сферич, цилинд с к).
Понятие n-мерного пространства явл-ся мат абстракцией, позволяющей изучать новые стороны
реальности.
2) Важнейшей чертой времени явл-ся его необратимость, оно течет от прошлого, через настоящее к
будущему. (Синергетика - стрела времени: время необратимо и направлено, вернуться в прошлое
невозможно, т к постоянно идет нарастание энтропии и развитие на новую ступень)
3) Однородность прост и вр и изотропность простр означают инвариантность систем к определенным
преобразованиям. Отсюда вытекают наиболее фундам законы сохранения: з сохр энергии, з с импульса,
зс симметрии.
Принцип относительности классической механики
Понятие пространства и времени выработанные в классической физике представляет с одной стороны
результат обобщения повседневного опыта, а с другой следствие изучения простейших механических
движений. Основным законом классической механики явл-ся второй закон Ньютона, связывающий
силу, действующую на тело с приобретаемым телом ускорением. Для описания механического
движения необходимо измерение координат движущегося тела, что требует введение понятия системы
отсчета.
СО может находиться в разл состояниях: они могут покоиться, двигаться равномерно и прямолинейно,
двигаться ускоренно одна относ другой.
Если две системы отсчета покоятся относительно друг друга, то это означает, что они представляют
одну и ту же систему, различие сводится к чисто геометрическому переносу начала координат. СО
движущиеся равномерно и прямолинейно – это инерционные системы, а движущиеся с ускорением –
неинерционные. В инерционных сист справедлив второй закон Н, а для неинерционных он не
пременим, т к при переходе от одной со к другой движущиеся ускоренно по отношению к первой
появляется добавочные силы, так называемые силы инерции.
Принцип относительности классич мех или принцип отн Галилея утверждает физическую
эквивалентность всех инерциальных СО: состояние равномерного прямолинейного движения никак не
сказывается на происходящих в системе механических процессах и никакими мех-ми экспериментами,
проводимыми внутри системы нельзя определить покоиться она или движется равномерно и
прямолинейно.
В период обоснования возник вопрос, а существуют ли вообще инерц системы. Например является ли
таковой со связанная с Землей? Однако планета Земля неинер ситстема, она вращается вокруг солнца и
вокруг собственной оси, Солнце тоже вращается. Поиски ответа на этот вопрос и привели к понятию
абсолютного пространства. Оно представлялось совершенно неподвижным, а связанная с ним СО
строго инерциальной.
Преобразования Галилея и представления о пространстве и времени в класс физике.
Переход от одной инерц системы к др представляет собой некоторое преобразование координат,
получившее название – преобразования Галилея.
Пусть мы имеем 2 СО К и К1, если система К1 начинает двигаться со скоростью V относительно
системы К, то через время т полная система преобразования Галилея будет выглядеть сл об
X1=x-vt Y1=y z1=z T1=t
Пространственные и временные координаты входят в уравнения неравноправным образом.
Пространственная координата х1 в движущейся системе зависит и от простран и от времен координаты.
А временная координата движущейся системы не зависит от врем координаты в неподвижной системе и
никак не связана с пространствами. Т о время мыслится как нечто самостоятельное по отношению к
пространству.
Т о класс механика исходила из абсолютности времени и пространства и их независимости др от др.
Пространство и время везде и всюду одинаковы, а свойства пространства описываются Евклид
геометрией.
Пространство и время в специальной теории относительности
(ковариантная связь переменных нарушена, появ дополнительные переменные)
С точки зрения электродин картины мира, электродинамика Максвела оказалась нековариантна относит
преобразования Галилея. Прежде всего пришлось отказаться от закона сложения скоростей,
вытекающего из преобр Г и принять, что скорость света одна и та же в любой инерциальной системе
отсчета.
С т зр классич механики вывод о постоянстве скорости света дает абсурдный результат, т о класс мех
должна быть перестроена и преобр Гал должны быть заменены иными. Эта группа преобр была
получена в конце 19 века Лоренцем и получила название преобразования Лоренца, которые образуют
математическую основу специальной теории относительности. Однако Лоренц не осознал физического
смысла этих преобразований, пытаясь их совместить с классическими представлениями о абсолютности
пространства и времени.
Преобразования Лор для того же случая что и преоб Г имеют сл вид
X1=(x-vt)/кор(1-vv/cc) t1=(t-vx/cc)/кор(1-vv/cc) y1=y z1=z
Из преобр Л следуют выводы об относительности длины стержня и временного промежутка. Длина
движущегося стержня сокращается в кор(1-vv/cc) раз.
Т е L=L0 кор(1-vv/cc), наибольшую длину стержень имеет в системе, в которой он покоится.
Промежуток времени будет наименьшим в покоящейся системе, а в движущейся К1 возрастает в
1/кор(1-vv/cc) раз.
Этот эффект называется релятивистским замедлением течения времени и сокращения дв отрезка. Т о
релятив эффекты, фиксируемые преобразованиями Лор, приводят к тому, что длина и промежуток
времени утрачивают свой абсолютный характер, какой они имели в класс мех. Это привело к
появлению в 1908 специальной теории относительности Эйнштейна. Спец теория относ Эйнштейна
основана на двух принципах:
-специальном принципе относительности (СПО) и на принципе постоянства скорости света (ППС).
Согласно СПО во всех инерционных системах отсчета все явления протекают одинаково и законы
природы инварианты относительно перехода от одной инерциальной системы к другой.
-принцип ПСС состоит в том, что скорость света одна и та же во всех ИСО и явл-ся максимально
возможной в природе.
Различные парадоксальные следствия спец т о, например космические полеты (размер корабля и времен
промежуток) говорят о том, что длина и время – это характеристики не сами по себе, а в привязке к СО.
Поэтому мы должны говорить: «Длина косм корабля в СО, связанной с Землей 50 м, а в СО связанной с
кораблем 100 м». Однако и для врем промежутка «Время прошедшее с начала полета в СО связанной с
Землей 1000л, а в СО связанной с кораблем 10 л».
Пространство и время в общей теории относительности
(не имеет никакого эмпир базиса)
В общей ТО Эйнштейн показал, что геометрия пространства и время обусловлены массивными
объектами Вселенной. Идея в том, что геометр пространства зависит от физических явлений была
высказана еще в 19 в Лобачевским, Гаусом и Риманом. Геометрия Лобачевского была первым в истории
вариантом неевклидовой геометрии. Это геометрия постоянной отрицат кривизны. Риман предложил
другой вариант неевкл геометрии – положит кривизны. Картинка
Впервые Эйнштейн решил вопрос о том, какие именно физ явления определяют характер геометрии: он
показал, что метрическая структура пространства и времени определяется гравитационным полем,
который создается массивными объектами Вселенной. Массивные объекты искривляют пространство и
оказ-т влияние на ритм времени.
Если из некоторой области пространства убрать одно из массивных тел, то метрика пространства
меняется, меняется и ритм времени. Однако возникает вопрос, а почему именно гравитация связана с
природой пр и вр, а не эл-магн поле. Эйнштейн предположил, что это связано с особым характером
гравитации в сравнении с др телами взаимодействия и связал его с равенством инерцион массы и
гравитац массы, что было известно со времен Галилея и Ньютона.
Из этого следует, что гравитац поле воздействует на все объекты одинаковым образом (g=const), в
отличие от эл-магн воздействия, которое зависит от величины эл заряда.
Если в спец ТО св-ва пространства и времени рассматривались без учета гравитации, то в общей ТО
показано, что время и пространство зависит от материи и явл-ся формами существования материи.
Следствие общей теории относит получили несколько опытных подтверждений:
-отклонение луча света при его прохождении в близи массивного тела, например Солнца;
-гравит красное смещение (в сильных гравитационных полях время течет медленнее, смещаясь в
красную сторону спектра)
Причинность и детерминизм
Наиболее общее определение причинности – это порождение последующего к предшествующим. Из
этого определения следует основное свойство причинности связей – их временная последовательность.
Причинность неразрывно связана со временем. Т е причина всегда предшествует следствию.
Причинный порядок сохраняет свое значение в квантовой механике и в теории элементарных частиц.
Проблема причинности имеет достаточно длительную историю, так например англ философ Давид Юм
утверждал, что когда говорят: «После этого, стало быть в следствии этого, то совершают ошибку». Он
скептик и утверждал, что причинная связь и существует, то она принципиально не познаваема. Это
наша привычка ожидать появление события В после события А.
Однако связь причины и следствия могут носить не только необходимый, но и случайный характер. Под
детерменизмом понимается общее учение об обусловленности одних состояний свойств, отношений
другими.
Любое явление, свойство, состояние детерминировано другими явлениями, но степень детерминации м
б различной. Детерминация м б жесткой и однозначной, исключающей любое случайное поведение, или
вероятностной, учитывающей это поведение. Время в отличии от причинности не является
принципиальным моментом детерминации.
Классическая наука изучала явления природы исходя из однозначной детерминации, она получила
название Лапласовской. Как утверждал Лаплас: « Если мы знаем предшествующее состояние замкнутой
физической системы, то можно однозначно предсказать все ее последующие состояния.
Это можно изобразить n->c (причина->следствие)
Кризис Лапласовского детерменизма стал особенно очевидным после открытия Гейзенбергом
соотношения неопределенности. Понятие случайности и вероятности приобретают в квантовой
механике принципиально иное значение, чем в классической.
В квантовой механике случайность, вероятность приобретает онтологический характер (то что присуще
природе)
Вероятностное поведение присуще самой природе микрообъектов и детерминация является
вероятностной.
Соотношения неопределенности Гейзенберга
В 1920 французский физик Луи Де Броиль предположил, что электрон – это не только карпускула, но и
волна определенной длины.
hxp
Это явилось причиной двойственного характера поведения электрона. Это поставило под сомнение
принцип Лапласовского детерменизма. В 1927 Гейзенберг сформулировал соотношение
неопределенности. Из соотношения видно, что чем точнее мы измеряе координату электрона, тем
больше становится неопределенность его импульса и наоборот.
Принципиальная ненаблюдаемость одновременного значения р и х, свидетельствует о том, что они
одновременно не присуще электрону, но поскольку электрону не присуще точные значения импульса и
координаты, мы не можем задать состояния системы так, как это делалось в класс механике. Это значит,
что не может быть и речи о точном предсказании будущего поведения системы.
Поведение системы носит вероятностный характер и описывается лишь статистическими методами.
В связи с этим в квантовой механике было введено понятие состояния. Состояние квантовой системы
задается волновой функцией, которая представляет собой вероятность наблюдения частицы с
определением или р или х. Это приводит к необходимости учета средств познания, тк они влияют не
результат измерений и участвуют в формировании изучаемого явления.
Формируются представления о единстве измерительного прибора и изучаемой реальности.
Такие представления приводят к появлению определенного типа научной деятельности, которая может
быть представлена: []-С -> [Cp -> O]
[]
Принцип дополнительности и соответствия Нильсона Бора.
(Бор сторонник кумулятивного накопления знания)
В связи с появлением вероятностной детерминации появляются различные интерпретации основных
положений квантовой механики.
Одна из основных проблем: Является ли вероятностное описание отдельной микрочастицы
принципиальным положением квант механики. В связи с этим возникли различные точки зрения.
Одна из них – это точка зрения Эйнштейна, Шреденгера, де Бройля.
Другая - это капенгагенская - Бор, Гейзенберг. Представители капенгагенской интерпретации полагали,
что вероятностное утверждение квантовой механики следует относить к отдельным микрообъектам и
положения квантовой механики являются полными и завершенными. Пытаясь разрешить проблему
двойственности поведения электронов, Бор предложил принцип дополнительности. Бор считал, что мы
наблюдаем не реальность как таковую, а лишь квантовое явление, включающее тип прибора и
экспериментальную ситуацию. Иными словами мы наблюдаем результат взаимодействия прибора с
объектом. Согласно принципу дополнительности имеется 2 взаимодействующих классов приборов.
В одних квантовые объекты ведут себя подобно волнам, в других подобно частицам, но никогда, когда
как волна и частица одновременно.
На этом основании им делается вывод, что в квантовой механике имеет место не противоречивость, а
дополнительность. Первый класс приборов регистрирует импульсно-энергетические характеристики, а
второй пространственно-временные.
Невозможность контролировать взаимодействие прибора с объектом приводит к принципиально
вероятностному характеру квантовых процессов. Отказ от Лапласовского детерминизма является не
временным, а окончательным.
Таким образом, Бор и его сторонники считали, что квантовые объекты не существуют сами по себе и не
зависимо от измерений. Помимо принципа дополнительности Бор сформулировал такой важный
принцип как принцип соответствия, которому должны удовлетворять новые парадоксальные теории.
При этом старые теории остаются верными в границах их применимости.
Т.о. Бор и его сторонники считали, что квантовые объекты не сущ-т сами по себе и не зависимо
от измерений. Помимо принципа дополнительности Бор сформулировал такой важный
методологический принцип, как принцип соответствия, которому должны удовлетворять новые
парадоксальные теории. При этом старые теории остаются верными в границах их применимости.
Проблема скрытых параметров и теорема Фон-Неймана
Полемизируя с копенгагенской интерпретацией выводов квантов. механики Эйнштейн,
Шредингер, Де Бройль считали, что квантовые объекты как таковые существуют объективно и
независимо от измерений. Свою позицию Эйнштейн и его сторонники выразили в ряде парадоксов,
которые возникают в квантовой механике (мысленный эксперимент Эйнштейна-Подольского-Розена,
парадокс кошки Шредингера). Эти парадоксы говорят и неполноте и незаконченности квантовой
механики, что привело к построению альтернативной квантовой механики в теории скрытых
параметров.
Основа этого альтернативного подхода к интерпретации рез-в кв. мех-ки было утверждение, что
вероятностное описание применимо не к отдельным частицам, а к ансамблям частиц.
Свою позицию Эйнштейн выразил афоризмом «Бог не играет в кости».
Причиной вероятностного характера теории и нарушение в ней Лапласовского детерминизма, он
считал неполноту квантово-механического описания. Согласно Эйн. эта неполнота состоит в том, что
кв. мех. не позволяет установить одновременно точное значение импульса и координат частицы.
Теория скрытых параметров утверждает, что в микромире принцип Лапласовского дет. не
нарушается. Вероятностное поведение микрообъектов в эксперименте обусловлено скрытыми
параметрами, т.е. малыми влияниями процессов более глубоко уровня, недоступных наблюдению.
Такая картина напоминает Броуновское движение, при котором флуктуация броуновских частиц
вызывается незаметными воздействиями молекул жидкости. Однако гипотеза Эйн. о скрытых
параметрах противоречит теореме Фон-Неймана, согласно которой введение в кв. механику скрытых
параметров нарушает ее основные положения, подтвержденные в опыте.
Понятие системы, энтропии.
В изучении природы до сер. 19 в. преобладали идеи элементаризма, процесс познания целого
мыслился как простое суммирование значений о его частях.
В науке идеи системности возникли при исследовании таких сложных объектов, как общ-во,
биол. мир (Маркс, Дарвин).
Основными понятиями системного подхода явл.: элемент, структура, система.
Система – это упорядоченное мн-во упорядоченных элементов, обладающее структурой.
Элемент – это неразложимый компонент сложных объектов.
Структура – это способ связи элементов в рамках этого объекта.
Все системы можно разделить на устойчивые (равновесные) и неустойчивые (неравновесные).
Отличие равновесных систем от неравновесных заключается в след.:
1) система реагирует на любые внешние воздействия
2) приток энергии создает в системе возможность появления более сложной
организованности
Равновесные системы явл. закрытыми и к ним применимо 2е начало термодин.
Это означает, что в закрытой системе ее конечное состояние более вероятно, чем начальное или
по крайней мере имеет ту же вероятность.
2й з-н термодинамики имеет след. вид:
0
ln
S
S k w
где S – энтропия, т.е. мера беспорядка, хаотичности,
w – вероятность данного состояния.
Например, кристалл – это упорядоченная структура w=1, S=0.
Применение 2го НТД ко Вселенной предпринятое Клазиусом 1867г. привело его к выводу, что со
временем все формы движения: мех-е, физ-е, биол-е, соц-е; д. перейти в хаотическое состояние и
энтропия Вселенной достигнет максимума, что означает ее тепловую смерть.
Этот вывод справедлив для закрытых систем.
Синергетика. Истоки теории самоорганизации
Классическая термодинамика 19 в. изучала закрытые системы, стремящиеся к равновесию.
Термодинамика 20 в. стала изучать открытые системы, и это направление получило название
синергетики (совместное действие: система - среда).
Одним из важнейших открытий предопределивших появление новой н дисциплины было
открытие явления перехода активной среды из бесструктурного состояния в состояние обладающего
структурой. Это явление называется самоорганизацией. Пример – эффект Бенара:
Пусть вязкая жидкость находится м\у пластинами с разной температурой. Эта разность
температур играет роль управляющего воздействия и порождает вертикальный поток тепла. Если
градиент температуры мал, то перенос тепла происходит на микро-уровне и макроскопического
движения жидкости не происходит. При достижении критического значения градиента температуры
возникает макроскопическое движение, образующее четко выраженные структуры. На одних участках
жидкость поднимается охлаждаясь у верхней пластины, на др. опускается, т.е. устанавливается
конвекционное движение.
Явление пространственной самоорганизации легло в основу синергетики. Термин Синергетика
получил широкое распространение благодаря работам нем. физ. Хакена. Примером самоорганизации
являются лазеры, где происходит усиление света, в результате перехода от спонтанного хаотического
излучения к вынужденному организованному, структурированному.
Выделяют три н школы в области синергетики:
1) Российская школа нелинейной динамики (Мандельштам, Курд….нов)
2) Немецкая школа лазерной физики Хакена
3) Бельгийская школа диссипативных процессов (Пригожин).
Синергетика учитывает такие св-ва системы как нелинейности, когерентность, открытость,
которые есть необходимые условия самоорганизации.
Нелинейность проявляется в форме неустойчивости, когерентность означает согласованность
процессов, открытость проявляется в форме обмена системы с веществом энергией, информацией.
Синергетика утверждает, что главную роль в развитии природы играет хаос и неравновесность.
Она дает след-е опред-я хаосу:
1) хаос – это мех-м объединения простых систем в более сложные
2) хаос – это мех-м развития как живой, так и не живой природы.
Основные понятия синергетики
Основные понятия синергетики: хаос, бифуркация, диссипативная система.
Понятие хаоса – это противоположность порядка, гармонии, синоним космоса, были известны
еще Др. Грекам.
Современные представления хаоса выражаются в терминах вероятности. Вероятность и
случайность становятся объективными свойствами неравновесных систем не только на микро-, но и на
макро-уровне.
Идеи синергетики привели к понятию эволюции неживой природы и позволили понять механизм
создания сложных систем из более простых, чем более сложна система, тем более многочисленны
различные флуктуации, стремящиеся нарушить ее устойчивость. Если система переходит порог
устойчивости, то она падает в критическое состояние, называемое точкой бифуркации.
В т. бифуркации реализуется один из возможных путей дальнейшего развития системы.
Этот выбор подчиняется случайным событиям. В дальнейшем развитие системы подчиняется
принципу необходимости до след. т. бифуркации.
В т. бифуркации появляется новые системы более высокого уровня упорядоченности, кот.
называются диссипативными и для их устойчивости треб-ся больше энергии, чем для поддержания
более простых структур, на смены кот. они приходят.
Диссипативные системы рассеивают энергию и увеличивают энтропию, производя более
высокий уровень порядка. Синергетика не позволила понять процесс развития природы. Развитие
понимается в синергетике, как процесс становления качественно нового, которого еще не существовало
в природе и кот. невозможно предсказать.
Связь физики с математикой и комп. системами
Еще античный период развития н показал значение математических знаний для изучения
природы. Например, Пифагорейская шк., где утверждалось, что все предметы числа. Значение матем.-
ки отмечалось Аристотелем, при классификации н он выделял: метафизику, физику и математику.
Однако первым ученым осознавшим необходимость соед-я опытного изучения природы с матем.
описанием был Галилей. Выделяют в истории н три этапа математизации знания:
1) феноменологический
2) модельный
3) фундаментально-теоретический.