Фундаментальность концепции описания природы

Оглавление

Введение………………………………………………………………………………………………….3 

1.Квантово-полевая (неклассическая) картина мира и ее основные принципы…………………………………………………………………………………………………4

2.Принципы соответствия и суперпозиции…………………………………….. 9

3.Концепция детерминизма. Динамические и статистические закономерности……………………………………………………………………………….. 10

4.Принципы эволюционно-синергетической (современной) картины мира..12

Заключение 18

Список литературы 20

Введение

В процессе познания окружающего мира в сознании человека отражаются и закрепляются знания, умения, навыки, типы поведения и общения. Совокупность результатов познавательной деятельности человека образует определённую модель (картину мира). В истории человечества было создано и существовало довольно большое количество самых разнообразных картин мира, каждая из которых отличалась своим видением мира и специфическим его объяснением.

Создание естественнонаучной картины  мира является важнейшей задачей естествознания. Естественнонаучная картина природы образует в целом упорядоченную систему, которая по мере развития науки уточняется и дополняется. Наука стремится выявить общее в предметах и явлениях, которые она изучает. Выделение общего ведет к абстракциям, т. е. отвлечению от единичного, конкретного, случайного. Наиболее общие и абстрактные понятия, идеи и концепции естествознания выражают, с одной стороны, глубокие, а с другой - общие свойства природы. Такими понятиями и концепциями оперирует в первую очередь физика как фундаментальная основа естествознания. К наиболее общим, важным, фундаментальным понятиям физического описания природы относятся материя, движение, пространство и время.

Таким образом, естественнонаучная картина  мира представляет собой целостную  систему представлений об общих  свойствах, сферах, уровнях и закономерностях реальной действительности. Фундаментальные концепции описания природы непрерывно эволюционируют, пополняются новыми фактами и на определенных исторических этапах переходят на качественно новый уровень, что выражается в научных революциях.

1.  Квантово-полевая (неклассическая) картина мира и ее основные принципы

     В конце ХIХ - начале XX вв. последовал ряд открытий, которые не вписывались в существовавшую научную картину мира. Революционная ситуация, сложившаяся в естествознании в начале XX в., связана с появлением двух новых теоретических концепций - квантовой механики и специальной теории относительности.

Во второй половине 19 в. в результате исследования теплового излучения был открыт ряд законов: Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Однако из теории, основанной на традиционных представлениях об электромагнитных излучениях, следовало, что энергия теплового излучения на всех частотах (во всем интервале длин волн) равнялась бесконечности, что противоречило закону сохранения энергии. Особенно ярко это противоречие проявлялось в области коротких длин волн, поэтому оно получило название «ультрафиолетовой катастрофы». В 1900 г. Макс Планк для выхода из этой ситуации предложил следующую гипотезу (впоследствии названную квантовой гипотезой Планка): электромагнитное излучение испускается отдельными порциями - квантами, величина которых пропорциональна частоте излучения. Гипотеза Планка фактически стала началом новой, квантовой, физики (старая при этом получила название классической).

Таким образом, если в классической физике считалось, что энергия может изменяться непрерывно и принимать любые, сколь  угодно близкие значения, то согласно квантовым представлениям, она может  принимать лишь дискретные значения, равному целому числу квантов энергии

В 1905 г. А. Эйнштейн, приняв гипотезу Планка, расширил ее, предположив, что свет не только излучается квантами, но и распространяется и поглощается тоже квантами (названными впоследствии фотонами). Таким образом, свет представляет собой поток световых частиц - фотонов.

В истории  развития учения о свете сменяли  друг друга корпускулярная теория света (Ньютон) и волновая (Р. Гук, Ч. Гюйгенс, Т. Юнг, Ж. Френель), представлявшая свет как механическую волну. В 70-х годах после утверждения теории Максвелла под светом стали понимать электромагнитную волну. В начале 20-го века на основе экспериментов было неопровержимо доказано, что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Было также обнаружено, что в проявлении этих свойств существуют вполне определенные закономерности: чем меньше длина волны, тем сильнее проявляются корпускулярные свойства света.

В 1924 г. французский физик Л. де Бройль выдвинул смелую гипотезу: корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный характер, т.е. все частицы, имеющие конечный импульс, обладают волновыми свойствами. При проявлении у микрообъекта корпускулярных свойств его волновые свойства существуют как потенциальная возможность, способная при определенных условиях перейти в действительность (диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств материи).

Таким образом, корпускулярные и волновые свойства микрообъекта являются несовместимыми в отношении их одновременного проявления, однако они в равной мере характеризуют объект, т.е. дополняют друг друга. Эта идея была высказана Н. Бором (1927 г.) и положена им в основу важнейшего методологического принципа современной науки, охватывающего в настоящее время не только физические науки, но и все естествознание - принципа дополнительности. Для полного описания квантово-механических явлений необходимо применять два взаимоисключающих (дополнительных) набора классических понятий, совокупность которых дает наиболее полную информацию об этих явлениях как о целостных. С точки зрения этого принципа, состояния, в которых взаимно дополнительные величины имели бы одновременно точно определенное значение, принципиально невозможны, причем если одна из таких величин определена точно, то значение другой полностью неопределенно. В общем случае дополнительными друг к другу являются, например, направление и величина момента количества движения, кинетическая и потенциальная энергия, напряженность электрического поля в данной точке и число фотонов и т.д. Таким образом, принцип дополнительности фактически отражает объективные свойства квантовых систем, не связанных с существованием наблюдателя.

Двойственная  природа микрочастиц поставила  науку перед вопросом о границах применимости понятий классической физики в микромире. В классической механике всякая частица движется по определенной траектории и всегда имеет вполне определенные (точные) значения координаты, импульса, энергии. Микрочастица, напротив, обладая волновыми свойствами, не имеет траектории, а значит, не может иметь одновременно определенных (точных) значений координаты и импульса. Меру этой неопределенности (неточности) в значениях координаты и импульса, энергии и времени нашел в 1927 г. В Гейзенберг, дав общее описание эффекта воздействия инструментов измерения на измеряемые объекты микромира, В результате им был сформулирован принцип неопределенности, математическое выражение которого называется соотношением неопределенностей Гейзенберга:

Δx х Δv > h/m

где Δx - неопределенность (погрешность измерения) пространственной координаты микрочастицы, Δv - неопределенность скорости частицы, m - масса частицы, а h – постоянная Планка

Принцип соответствия, имеющий важное философское и методологическое значение, может быть сформулирован следующим образом: теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определенной группы, с появлением новой теории не отбрасываются, а сохраняют свое значение для прежней области явлений, как предельная форма и частный случай новых теорий. Таким образом, классическая механика является предельным случаем квантовой механики и релятивистской механики.

Ранее считалось, что устройство мира можно познавать, не вмешиваясь в него, не влияя на протекающие в нем процессы, т.е. находясь вне абсолютной физической реальности. Эйнштейн не включал в понятие «физическая реальность» акт наблюдения, а Бор считал его важным элементом физической реальности. Картина реальности в квантовой механике становится как бы двуплановой: с одной стороны в нее входят характеристики исследуемого объекта, а с другой - условия наблюдения. Таким образом, в КПКМ появляется принцип относительности к средствам наблюдения. Принцип относительности Галилея гласит: "Никакими механическими опытами, произведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое". Иными словами: все законы механики инвариантны (неизменны, т.е. имеют один и тот же вид) во всех инерциальных системах отсчета, ни одна не имеет преимущества перед другой. Эйнштейн обобщил принцип относительности Галилея на все явления природы. Принцип относительности Эйнштейна гласит: "Никакими физическими опытами, произведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое". Не только механические, но и все физические законы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.

Принцип относительности явился первым постулатом, который Эйнштейн положил в основу созданной им теории относительности. Второй постулат - принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета, по всем направлениям. Она не зависит от движения источника света и наблюдателя. При сложении любых скоростей результат не может превысить скорость света в вакууме, т.е. эта скорость - предельная. Теория, созданная А. Эйнштейном для описания явлений в инерциальных системах отсчета, основанная на приведенных выше двух постулатах, называется специальной теорией относительности (СТО). В СТО протяженность и длительность меняются в движущихся системах отсчета, одновременность событий не абсолютна и зависит от выбора системы отсчета. Механика больших скоростей, где скорость приближается к скорости света, называется релятивистской механикой. Она опирается на два постулата Эйнштейна и не отменяет классическую механику, а лишь устанавливает границы ее применимости СТО подтверждена обширной совокупностью фактов и лежит в основе всех современных теорий, рассматривающих явления при релятивистских, т.е. близких к скорости света, скоростях.

Резюмируя вышесказанное, можно выделить следующие  характерные особенности квантово-полевой картины мира:

• сложились новые, квантово-полевые представления о материи, которые определяются как корпускулярно-волновой дуализм - наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы
• одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимозависимость и взаимопревращаемость
• ушли в прошлое и представления о неизменности материи. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, зависимость их от материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме

Эти новые  мировоззренческие подходы к  исследованию естественнонаучной картины  мира оказали значительное влияние  как на конкретный характер познания в отдельных отраслях естествознания, так и на понимание природы, научных  революций в естествознании.

Квантово-полевая  картина мира и в настоящее  время находится в состоянии становления. С каждым годом к ней добавляются новые элементы, выдвигаются новые гипотезы, создаются и развиваются новые теории.

2. Принципы соответствия и суперпозиции

Принцип соответствия отражает форму преемственной взаимосвязи старых и новых теорий, главным образом в области физико-математических наук. В наиболее общем виде П. с. гласит: теории, справедливость которых установлена для той или иной предметной области, с появлением новых, более общих теорий не устраняются как нечто ложное, но сохраняют свое значение для прежней области как предельная форма и частный случай новых теорий.

Впервые идею соответствия сознательно использовал  Н. И. Лобачевский при создании первой неэвклидовой геометрии. Но возвел эту идею до уровня методологического принципа и предложил название Н. Бор (1913) при разработке теории атома, связывающей внутреннюю структуру и свойства атома с открытым Μ. Πланком квантом действия. Позднее было обнаружено, что действие П. с. выходит далеко за рамки отношений двух теорий, рассматривавшихся Бором, и что он представляет собой закономерность развития научных теорий вообще.

Действие  П. с. может быть прослежено на множестве самых различных физических и математических теорий. Так, геометрия Лобачевского переходит в геометрию Эвклида тогда, когда особая величина k, называемая радиусом кривизны, принимает бесконечно большое значение. Квантовая механика переходит в классическую в условиях, когда можно пренебречь величиной кванта действия h, полагая, что h→0. Общая теория относительности в случае очень слабых полей тяготения, при стремлении так называемых гравитационных потенциалов gik к нулю (gik→0 при i≠k и gik→1 при i=k), переходит в специальную теорию относительности, а при малых скоростях и слабых полях тяготения – в классическую механику.

Принцип суперпозиции (принцип наложения) - это допущение, согласно которому результирующий эффект сложного процесса воздействия представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым эффектом в отдельности, при условии, что эффекты не влияют взаимно друг на друга.

Одним из простых примеров принципа суперпозиции является правило параллелограмма, по которому складываются две силы, воздействующие на тело. Встречный  ветер тормозит движение - принцип  суперпозиции проявляется здесь в полной мере.

Принцип суперпозиции играет большую роль в  теории колебаний, теории цепей, теории полей и других разделах физики и техники. В микромире принцип суперпозиции - фундаментальный принцип, который вместе с принципом неопределенности составляет основу математического аппарата квантовой механики.

3. Концепция детерминизма. Динамические и статистические закономерности