Роль математики в современном естествознании

По мнению некоторых методологов, законы природы не сводятся к математическим соотношениям. Их надо понимать как любой вид организованности идеальных прообразов вещей, или пси-функций. Есть три вида организованности: простейший - числовые соотношения; более сложный - ритмика первого порядка, изучаемая математической теорией групп; ритмика второго порядка - «слово».

Два первых вида организованности наполняют Вселенную мерой и гармонией, третий вид - смыслом. В рамках этого объяснения математика занимает свое особое место в познании. «Чисто логическое мышление не может принести нам никакого знания эмпирического мира. Все познание реальности отправляется от опыта и возвращается к нему.

Предложения, полученные при помощи чисто логических средств, при сравнении с реальностью оказываются совершенно пустыми». (А. Эйнштейн).

Говоря о важности применения математики в естествознании, мы не должны абсолютизировать ее роль. Математические формулы сами по себе абстрактны и лишены конкретного содержания. Математика является лишь орудием, или средством, физического исследования. Только согласованные с научным наблюдением и экспериментом физические исследования наполняют математические формулы конкретным содержанием.

Ньютон обнаружил, что взаимное притяжение небесных тел можно описать законом обратных квадратов, который связывает силу тяготения (F) с расстоянием (r) от центра сферического тела. Закон всемирного тяготения И. Ньютона имеет вид:

F = Gm m / r.

 

Но так компактно и изящно закон выглядит лишь в формуле, а реально тяготеющие массы, например планеты Солнечной системы, движутся при наблюдении за ними сложно, с теми или иными отклонениями от той траектории, которая предписывается формулой.

Построение различных формальных систем, моделей, алгоритмических схем - лишь одна из сторон научного познания. Научную интуицию и гениальные догадки формализовать не удается. Универсальной «логики открытий» нет. Кроме того, даже наиболее тщательно поставленный эксперимент никогда, в конце концов, не бывает полностью изолирован от влияния окружающей среды, а состояние системы ни в один момент времени не может быть известным точно. Абсолютная (математическая) точность физически недостижима - небольшие неточности будут всегда, и это принципиальный момент. Почти одинаковые причины будут давать почти одинаковые следствия, причем как в природе, так и в хорошо поставленном эксперименте. Это чаще всего именно так и происходит, особенно для коротких временных отрезков, в противном случае было бы невозможно установить какой-либо закон природы или же построить реально работающую машину. Но это весьма правдоподобное предположение оказывается справедливым не всегда, более того, оно неверно для больших промежутков времени даже в случае нормального (типичного) течения природных процессов. В этом смысл захватывающего прорыва, осуществленного при исследовании динамических систем.

Существует раздел математики, посвященный анализу конфликтных ситуаций, где под компромиссом понимается коллективное решение, не нарушающее интересы всех сторон (устойчивой системы). Всякий компромисс достигается определенной последовательностью шагов и действий. Например, для разрешения экологических проблем необходимо учесть все ограничения, нарушения которых означало бы нарушение гомеостатического состояния. Это позволило составить формальную систему запретов или минимум условий, необходимых для обеспечения гомеостазиса. В 1944 г. в США опубликована книга Д. Неймана и О. Моргенштерна «Теория игр и экономическое поведение», в которой рассматривались вопросы математического описания способов принятия решений, типичных для конкурентной экономики. Впоследствии теория игр превратилась в общую математическую теорию конфликтов, описывающую военные, экономические и правовые коллизии, столкновения, связанные с биологической борьбой за существование, различные игровые стратегии. В случае игр с противоположными интересами (антагонистическая игра) оптимальной считается стратегия, направленная на достижение максимального выигрыша. Конкуренция здесь является разновидностью конфликта.

Математический аппарат терии катастроф позволяет свести огромное многообразие сложных процессов к небольшому числу точно изученных схем. Для одной - двух переменных, характеризующих состояние системы, и не более пяти управляющих параметров существует семь типов элементарных катастроф. Теория катастроф широко используется в гидро- и аэродинамике, оптике, метеорологии, квантовой динамике для описания нелинейных систем, далеких от равновесия, подводя стандартную и эффективную базу под описание их качественных изменений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

«Книга природы написана на языке математики», - утверждал Г. Галилей.

«В каждом знании столько истины, сколько есть математики», - вторил ему И. Кант.

Николай Бурбаки определяет современную математику как науку о структурах, «единственными математическими объектами становятся, собственно говоря,математические структуры». В данном случае под структурой имеется в виду определенным образом упорядоченное многообразие математических элементов (чисел,функций и т.п.).

Логическая стройность, строго дедуктивный характер построений, общеобязательность выводов математики создали ей славу образца научного знания. «Выгоды» естествознания от использования математики многообразны. Во многих случаях математика играет роль универсального языка естествознания, специально предназначенного для лаконичной точной записи различных утверждений. Точность есть выражение однозначности, исключающее вариантность, разброс значений, неопределенность. Этим и отличаются математические знаки - символы, обозначающие объекты и операции математики.

Огромные успехи точных математических наук привели к появлению среди ученых, особенно среди физиков, веры в то, что все реально наблюдаемое в их опытах подчиняется законам математики вплоть до мельчайших деталей. Установление математических законов, которым подчиняется физическая реальность, было одним из самых поразительных чудесных открытий, сделанных человечеством. Ведь математика не основана на эксперименте, а порождена человеческим разумом.

Совершенно очевидно, что наши геометрические и логические возможности простираются далеко за пределы окружающего мира. А это означает, что реальный мир подчиняется математическим законам в значительно большей степени, чем нам известно сейчас. В эволюционной теории познания фактически неизбежно возникает предположение о том, что математические способности вида «хомо сапиенс» принципиально ограниченны, так как имеют биологическую основу и, следовательно, не могут полностью содержать все структуры, существующие в действительности. Иными словами, должны существовать пределы для математического описания природы.

Назначение математики состоит в том, она вырабатывает для остальной науки, прежде всего для естествознания, структуры мысли, формулы, на основе которых можно решать проблемы специальных наук.

Это обусловлено особенностью математики описывать не свойства вещей, а свойства свойств, выделяя отношения, независимые от каких-либо конкретных свойств, то есть отношения отношений.

Эти глубинные проникновения в природу и позволяют математике исполнять роль методологии, выступая носителем плодотворных идей. Поскольку привилегия математики - выделять чистые, безотносительные к какому-либо физическому (химическому или социально насыщенному содержанию), она тем самым вырабатывает модели возможных еще неизвестных науке состояний. Естествоиспытатель может выбирать из них и примеривать к своей области исследования. Это стимулирует научный поиск, пробуждая и будоража ученую мысль.

В свое время И. Кант метко определил: «Математика - наука, брошенная человеком на исследование мира в его возможных вариантах».

Если физику или вообще естествоиспытателю позволено видеть мир таким, каков он есть, то математику дано видеть мир во всех его логических вариантах.

Методологическое значение математики для других наук проявляется еще в одном аспекте. Поскольку ее абстракции отвлечены от конкретных свойств, она способна проводить аналогии между качественно различными объектами, переходить от одной области реальности к другой.

Используя математические методы исследования, вовлекая их в познавательный поиск, науки должны учитывать возможности математики, считаясь с границами ее применимости. Имеется в виду то, что сама по себе математическая обработка содержания, его перевод на язык количественных описаний не дает прироста информации.

математика концепция естествознание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Белик А.П. Культурология. Антропологические теории культур. М., 1998.

2. Букановский В.М. Принципы и основные черты классификации современного естествознания. Пермь, 1960.

3. Буслова М.К., Горалевич Т.А., Готт В.С. и др. Современное естествознание в системе науки и практики / под ред. Сачкова Ю.В., Горолевич Т.А. - Мн.: Наука и техника, 1990.

4. Григорьев В.И. Наука в контексте  культуры. М., 1981.

5. Грядовой Д.И. Концепции современного  естествознания. Структурный курс  основ естествознания. М., 2000.

6. Канке В.А. Концепции современного  естествознания: Учебник для вузов. - М.: Логос, 2002.

7. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Краткий курс: Учебник. М.: Высш. шк., 2003.

8. Мотылева Л.С., Скоробогатов В.А., Судариков А.М. Концепции современного  естествознания: Учебник для вузов / под ред. Скоробогатова В.А. - Спб.: Союз, 2002.

9. Соломантин В.А. История и концепций современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: ПЕР СЭ, 2002.

10. Суханов А.Д., Голубева О.Н. Концепции  современного естествознания. М., 2000.

11. Шикин Е.В., Шикина Т.Е. Гуманитариям о математике. М., 2001.

12. www.domino.novsu.ac.ru.

13. www.ou.tsu.ru.