Контрольная работа по «Концепция современного естествознания»

     Стремление  распространить  понятия и законы механики  на другие процессы и формы движения материи, а тем более на весь мир в целом характерно для механистического мировоззрения, сторонники которого рассматривали природу как огромный механизм и поэтому переносили на нее понятия и принципы механики. Чтобы получить более ясное представление об этом, рассмотрим, как вполне справедливые в механике законы переносились на другие области явлений и весь мир в целом, где они оказывались неприменимыми, и поэтому стали исходной основой механистического мировоззрения.

     «Принцип обратимости, или симметрии, времени. Поскольку при заданных начальных условиях состояние движения механической системы как в будущем, так и в прошлом зависит только от начальных условий, то в уравнениях движения механики знак времени можно менять на обратный. Если направление времени от прошлого к настоящему и будущему назовем положительным, а от настоящего к прошлому — отрицательным, то перемена направления никак не отразится на характере времени. Следовательно, при механическом истолковании времени этот параметр не будет отображать процесс реального изменения состояния движущихся тел с течением времени. Поэтому время не только в механике и классической физике, но даже в квантовой механике имеет обратимый характер. Это означает, что направление времени никак не учитывается в физике. Поэтому его можно менять на обратное, т.е. рассматривать движение как в сторону будущего, так и прошлого. Очевидно, что подобное представление является схематизацией и упрощением реальных процессов, поскольку оно абстрагируется от фактических изменений, происходящих с телами с течением времени.

     Таким образом, для механистической картины мира в целом характерна симметрия процессов во времени, которая выражается в обратимости времени. Отсюда легко возникает иллюзия, что никаких реальных изменений при механическом перемещении тел не происходит.

     Итак, все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми, поскольку время считается обратимым.

     Как это ни покажется удивительным, но такое представление о времени, как простом геометрическом параметре движения, впервые было подвергнуто критике только после того, когда физики стали изучать тепловые процессы в термодинамике, которые имеют ясно выраженный необратимый характер. Но и впоследствии проблема пересмотра понятия времени в физике не была по-настоящему поставлена и ученые в своих уравнениях не учитывали направления времени и продолжали считать настоящее одинаковым с прошлым и будущим. В качестве иллюстрации такого подхода можно использовать киноленту, на которой заснято падение камня в воду. Если начать демонстрировать ее с конца, то зритель увидит, как камень выскакивает из воды и затем начинает двигаться в воздухе, пока не попадет в руку бросившего его человека. Несмотря на такую парадоксальную картину, представление об обратимости времени прочно укоренилось в физике. Даже в современных физических учениях — теории относительности и квантовой механике — время продолжают рассматривать как простой параметр, направление которого можно менять на обратное. Только в новейших научных исследованиях по неравновесной термодинамике, особенно в синергетике, такие представления начали подвергаться серьезной критике. Между тем принцип симметрии, или обратимости времени, противоречит не только нашим интуитивным представлениям и жизненному опыту, но и результатам исследований биологических и социальных систем, которые ясно свидетельствуют об изменении и развитии живых и общественных систем с течением времени.

     Принцип механического детерминизма. Все механические процессы подчиняются принципу строгого, или жесткого, детерминизма, суть которого состоит в признании возможности точного и однозначного определения состояния механической системы ее предыдущим состоянием.

     Согласно  этому принципу, случайность целиком  исключается из природы. Все в мире строго детерминировано, или предопределено, и задано предшествующими состояниями, событиями и явлениями. При распространении указанного принципа на действия и поведение людей неизбежно приходят к фатализму, т.е. предопределенность судьбы человека.

     Сам окружающий нас мир в механистической картине превращается в грандиозную машину, все последующие состояния которой точно и однозначно определяются ее предшествующими состояниями.

     Так как в классической механике рассматриваются лишь необходимые связи или отношения между явлениями или событиями, то и законы, управляющие ими, имеют такой же строго необходимый характер. Следствия, или предсказания, полученные из них, считаются вполне достоверными. Поэтому в механистической картине мира совершенно исключаются случайные явления. По мнению Лапласа, случайными мы называем такие явления, причины возникновения которых остаются пока неизвестными. Как только мы познаем их, они станут достоверными и необходимыми. Конечно, в абстракции можно вообразить мир, в котором действуют только детерминистические законы, но такой мир мало похож на реальный, в котором наряду с необходимостью действует также случайность. Чем сложнее и запутаннее явления и процессы, изучаемые такими отраслями естествознания, как химия, биология, физиология, не говоря уже о социальных и экономических науках, тем большую роль играет в них случайность. Поэтому для предсказания случайных массовых явлений необходимо было располагать специфическими приемами и методами их исследования.

     Статистические  приемы изучения случайных явлений и вероятностные методы их предсказаний, хотя издавна использовались в страховом деле, демографии и других областях практической деятельности, в естествознании стали применяться лишь в середине XIX в.

     В связи с различием методов предсказания явлений и событий в научном познании стали выделять универсальные законы, подобные законам Ньютона, которые называют детерминистическими, а предсказания, основанные на них, достоверными. В отличие от них, законы, учитывающие случайность, называют стохастическими (от лат. stochastic — случайный), а предсказания, основанные на них, — вероятностными. В отечественной литературе детерминистические законы раньше называли динамическими законами, а стохастические до сих пор называют статистическими или вероятностно-статистическими. Такое название объясняется тем, что для определения вероятности случайных событий чаще всего используются статистические методы исследования. Однако для некоторых групп событий можно применить и другие, нестатистические методы анализа. Термин «индетерминистические законы», который используется в зарубежной литературе, может вызвать возражения с философской точки зрения, ибо он часто ассоциируется с отрицанием порядка и закономерности в природе. На самом же деле им обозначают закономерности случайных массовых явлений или событий. Очевидно, что при этом общую закономерность можно выявить только среди множества случайных или повторяющихся событий. Индивидуальные или уникальные события, как мы убедимся в дальнейшем, не обладают частотой и не повторяются, следовательно, законы случая к ним неприменимы. Именно поэтому только статистические законы следует называть стохастическими, ибо лишь они допускают вероятностную оценку.

     Принцип предсказания, перенесенный из механики в другие науки, нередко называют принципом лапласовского детерминизма, который совершенно игнорирует существование случайных событий. Ясно поэтому, что он не может быть применен вне рамок самой механики.

     Отрыв материи от форм ее существования. В механике Ньютона пространство и время как основные формы ее существования совершенно не связаны с движущейся материей, хотя и признается, что она движется в пространстве с течением времени. Грубо говоря, пространство в этой механике рассматривается как простое вместилище движущихся в нем тел, которые не оказывают на него никакого влияния.

     В связи с этим Ньютон и вводит понятия  абсолютного, или математического, пространства и времени. Такая картина напоминает представления о мире древних атомистов, которые считали, что атомы движутся в пустом пространстве.

     Пространство  и время в механистической  картине мира никак  не связаны с движениями тел, поэтому они  имеют абсолютный характер.

     Такие представления были подвергнуты резкой критике в теории относительности, которая выявила относительный характер пространства и времени и связь их структуры с движущейся материей, а именно гравитационными полями, образуемыми массами движущихся тел.

     Принцип дальнодействия. В механистической картине мира гравитационные силы передаются мгновенно от одного тела к другому, а не от одной точки пространства к последующей, близлежащей точке, как в современной теории поля.

     Согласно  принципу дальнодействия, гравитационные силы могут передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью.

     Такой вывод вытекает из основных понятий и принципов классической механики, которая допускает возможность передачи гравитационных сил в пустом пространстве на любые расстояния. Таким образом, классическая теория гравитации допускает принцип дальнодействия и отрицает существование определенной среды, или гравитационного поля, служащего для передачи гравитационных сил от одной точки к другой, т.е. она отвергает принцип близкодействия. Но именно этот принцип лежит в основе общей теории относительности, которая вместо пустого пространства классической теории вводит понятия полей тяготения.» [7, с.67 -70 
 
 
 

Блок. 3. Опыт Майкельсона  – Морли и отказ  от гипотезы эфира 

     «На протяжении долгих веков человеческой истории считалось, что мировое пространство заполнено эфиром. Идея состояла в том, что межзвездное пространство заполнено какой-то невидимой и неосязаемой тонкой субстанцией. Когда была получена система уравнений Максвелла, предсказывающая, что свет распространяется в пространстве с конечной скоростью, даже сам автор этой теории полагал, что электромагнитные волны распространяются в среде, подобно тому, как акустические волны распространяются в воздухе, а морские — в воде. В первой половине XIX столетия ученые даже тщательно проработали теоретическую модель эфира и механику распространения света, включая всевозможные рычаги и оси, якобы способствующие распространению колебательных световых волн в эфире.

     Рис. 1 Общий вид интерферометра  Майкельсона

     Рис. 2.

     Для сравнения времени прохождения в прямом и обратном направлениях света вдоль движения Земли и в направлении, перпендикулярному этому движению, Майкельсон воспользовался явлением интерференции. Результат эксперимента по мнению Майкельсона был отрицательным— смещения полос не совпадают по фазе с теоретическими, а колебания этих смещений только немного меньше теоретических.

     В 1887 году два американских физика — Альберт Майкельсон и Генри Морли — решили совместно провести эксперимент, призванный раз и навсегда доказать скептикам, что светоносный эфир реально существует, наполняет Вселенную и служит средой, в которой распространяются свет и прочие электромагнитные волны. Майкельсон обладал непререкаемым авторитетом как конструктор оптических приборов, а Морли славился как неутомимый и непогрешимый физик-экспериментатор.

     Майкельсон  и Морли использовали интерферометр (Рис 1 и 2)— Интерферометр Майкельсона представляет собой два зеркала А и В  и полупрозрачную пластинку D, расположенные, как показано на рис. 2. Луч света от источника S делится пластинкой D на два луча 1  и 2, расходятся под прямым углом друг к другу, после чего отражаются от двух равноудаленных от зеркал-отражателей и возвращаются на полупрозрачное зеркало, результирующий пучок света от которого позволяет наблюдать интерференционную картину и выявлять малейшую десинхронизацию двух лучей (запаздывании одного луча относительно другого). Т – зрительная труба.

     Опыт  Майкельсона—Морли был принципиально  направлен на то, чтобы подтвердить (или опровергнуть) существование мирового эфира посредством выявления «эфирного ветра» (или факта его отсутствия). Действительно, двигаясь по орбите вокруг Солнца, Земля совершает движение относительно гипотетического эфира полгода в одном направлении, а следующие полгода в другом. Следовательно, полгода «эфирный ветер» должен обдувать Землю и, как следствие, смещать показания интерферометра в одну сторону, полгода — в другую. Итак, наблюдая в течение года за своей установкой, Майкельсон и Морли не обнаружили никаких смещений в интерференционной картине: полный эфирный штиль! (Современные эксперименты подобного рода, проведенные с максимально возможной точностью, включая эксперименты с лазерными интерферометрами, дали аналогичные результаты.) Итак: эфирного ветра, а, стало быть, и эфира не существует.

     В отсутствие эфирного ветра и эфира, как такового, стал очевиден неразрешимый конфликт между классической механикой  Ньютона (подразумевающей некую  абсолютную систему отсчета) и уравнениями  Максвелла (согласно которым скорость света имеет предельное значение, не зависящее от выбора системы отсчета), что и привело в итоге к появлению теории относительности. Опыт Майкельсона—Морли окончательно показал, что «абсолютной системы отсчета» в природе не существует. И, сколько бы Эйнштейн впоследствии ни утверждал, что вообще не обращал внимания на результаты экспериментальных исследований при разработке теории относительности, сомневаться в том, что результаты опытов Майкельсона — Морли способствовали быстрому восприятию столь радикальной теории научной общественностью всерьез, вряд ли приходится.

     В 1907 году Майкельсон был удостоен Нобелевской премии по физике «за создание прецизионных оптических инструментов и за выполненные с их помощью исследования», а именно, за точное определение длины стандартного метра и скорости света в вакууме.» [8, c.150 -154] 
 

  Блок 4. Принцип суперпозиции 

     «Принцип суперпозиции выражает некоторые внешние стороны взаимодействия, а именно соотношение и внешнюю связь существующих одновременно отношений отдельных движений и тел. Выражает он и определенные формы причинной зависимости, для которых характерно следующее:

       а) независимость причин друг  от друга; 

     б) обратное влияние следствий на причины несущественно.

     Отсюда  можно сказать так: суперпозиция — это взаимодействие без превращений, без внутренних зависимостей и обратных связей. Принцип суперпозиции  имеет определенное объективное содержание,— он выражает внешние стороны взаимодействия и некоторые черты причинных зависимостей, но по отношению ко всему содержанию взаимодействия, он является лишь первым приближением, упрощенной картиной взаимодействия явлений.

     Принцип суперпозиции выражает относительную самостоятельность, независимость взаимодействующих явлений. Это обстоятельство позволяет не учитывать взаимообусловленность причин и обратное влияние следствий на свои причины, т. е. дает возможность исключить обратную связь. В силу этого взаимодействие представляется сложением отдельных движений и их характеристик, параметров. Отсюда вытекает только количественный подход к целому, как сумме своих частей, а к взаимодействию как процессу суммирования. В тех сторонах взаимодействия, которые выражают принцип суперпозиции, наглядно обнаруживаются два момента: относительная (независимость, изоляция элементов взаимодействия и их сочетание, сложение, наложение друг на друга. Оба эти момента предполагают обоюдное существование, они не могут быть друг без друга.