Содержание 

 

Введение

 

     Современная физика изучает огромнейшее количество различных процессов в природе. Не все из них поддаются изучению и объяснению. Безусловно многое человеку еще не известно, а если известно то может быть не объяснено сейчас. Тем не менее наука идет вперед и общие (классические) концепции существования природы известны уже сейчас.

     Процессы  протекающие вокруг нас не всегда поддаются точному объяснению. Как  раз на этом этапе перед человеком  и встала проблема создания таких  моделей и методов познания, которые  бы смогли объяснить непознанное. Несомненно в решении этой нелегкой задачи главную роль сыграло не только физическое толкование и применение физики, а пришлось обращаться к математики, к прикладной математики и ряду других точных наук. Результат? Постепенное постижение истины

     Целью контрольной работы исследовать динамические и статистические закономерности в природе

     Задачами  исследования является раскрытие и  рассмотрение следующих вопросов:

     -  охарактеризовать состояния физической системы;

     - рассмотреть динамические закономерности в природе;

     - раскрыть статистические закономерности в природе;

     - дать сравнительную характеристику  данных закономерностей.

     В написании работы использованы труды  таких авторов как Самыгин  С.И., Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. и других, а так же материалы сети интернет.

 

1 Состояния физической системы

 

     Понятие состояния физической системы является центральным элементом физической теории. Казалось бы, в науке речь должна идти только о закономерностях в поведении различных явлений природы. Открытие этих закономерностей, установление законов природы, отражающих устойчивые, необходимые связи между различными сторонами явления, — вот истинная цель науки. Однако имеются, по крайней мере, два возражения по поводу того, как достичь этой цели. Первое из них указывает на то, что все законы природы всегда носят приближенный характер и действуют в определенных рамках, называемых границами применимости физических законов. Мы уже убедились в существовании трех ограничений в применимости законов Ньютона: во-первых, если скорость рассматриваемых тел близка к скорости света, то нужно применять релятивистскую кинематику и релятивистскую динамику специальной теории относительности. Во-вторых, в случае сильных гравитационных полей следует пользоваться теорией тяготения Эйнштейна, то есть общей теорией относительности. Проявление гравитации как искривления пространства-времени приводит к неадекватности описания поведения частицы в искривленном пространстве с помощью теории Ньютона. В-третьих, классическая ньютоновская механика не работает в микромире; аппаратом, описывающим движение микрообъектов, является квантовая теория.¹

     Второе  возражение состоит в том, что  при установлении законов всегда пытаются абстрагироваться от случайностей, множества факторов, всегда сопровождающих любое явление. На это обстоятельство особенно указывает величайший математик Е. Вигнер в своей книге «Этюды о симметрии», подчеркивая, что для описания поведения какого-либо объекта одних только законов природы недостаточно, важно знать также начальные условия, описывающие состояние данного объекта в начальный момент времени. «Именно в четком разделении законов природы и начальных условий и состоит удивительное открытие ньютоновского века», — пишет Е. Вигнер.

     Состояние физической системы — это конкретная определенность системы, однозначно детерминирующая ее эволюцию во времени. Для задания состояния системы необходимо: 1) определить совокупность физических величин, описывающих данное явление и характеризующих состояние системы, — параметры состояния системы; 2) выделить начальные условия рассматриваемой системы (зафиксировать значения параметров состояния в начальный момент времени); 3) применить законы движения, описывающие эволюцию системы.

     Разделим физические теории на динамические и статистические и, используя понятия состояния, попытаемся провести сравнение между ними и выяснить, в каком отношении друг к другу находятся динамические и статистические закономерности в природе.

2 Динамические закономерности в  природе

 

     Детерминизм в современной науке определяется как учение о всеобщей, закономерной связи явлений и процесс окружающего мира. Наличие таких связей является доказательством материального единства мира и существования мире общих закономерностей. Очень часто детерминизм отождествляется с причинностью, но такой взгляд нельзя считать правильным хотя бы потому, что причинность выступает как одна из форм проявления детерминизма.²

     Детерминизм — это учение об объективной закономерной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений материального и духовного миров. Центральным ядром детерминизма является положение о существовании причинности.

     Причинность — это генетическая связь между  отдельными состояниями видов и форм материи в процессе ее движения и развития.

     Понятие причинности возникло в связи  с практической деятельностью людей. Для него характерно три признака:

     1. Временное предшествие причин  следствию («нет дыма без огня»).

     2. Одна и та же причина всегда  обуславливает одно и то же  следствие (яблоко одинаково падает, так как причина — притяжение  Земли).

     3. Причина — это активный агент, производящий действие.

     Идея  детерминизма, таким образом, состоит  в том, что все явления и  события в мире не произвольны, а  подчиняются объективным закономерностям, существующим вне и независимо от их познания.

     Проявление  детерминизма связано с существованием объективных физических законов и находит отражение в фундаментальных физических теориях.³

     Фундаментальные физические законы — это наиболее полное на сегодняшний день, но приближенное отражение объективных процессов в природе. Различные формы движения материи описываются различными фундаментальными теориями. Каждая из этих теорий описывает вполне определенные явления: механическое или тепловое движение, электромагнитные явления.

     Законы, с которыми имеет дело классическая механика, имеют универсальный характер, т. е. они относятся ко без исключения изучаемым объектам природы. Отличительная особенность такого рода законов состоит в том, что предсказания, полученные на их основе, имеют достоверный и однозначный характер. Наиболее ярко они проявились после того, как на основе закона всемирного тяготения, изложенного И. Ньютоном в 1671 г. в «Математических началах натуральной философии», и законов механики возникла небесная механика. На основе законов небесной механики были вычислены отклонения в движении Урана, вызванные возмущающим влиянием неизвестной тогда планеты. Определив величину возмущения, независимо друг от друга по законам механики положение неизвестной планеты рассчитали Д. Адамс и У. Леверье. Всего на угловом расстоянии в 1° от рассчитанного ими положения И. Галле обнаружил планету Нептун. Открытие Нептуна блестяще подтвердило справедливость законов небесной механики и наличие в природе однозначных причинных связей.⁴ Это позволило французскому механику П. Лапласу сказать: дайте мне начальные условия и я, с помощью законов механики, предскажу дальнейшее развитие событий. Это вошло в историю как лапласовый, или механистический детерминизм, который допускает однозначные причинные связи в явлениях природы.

3 Статистические закономерности в природе

 

     Наряду  с ними в науке с середины XIX в. стали все шире применяться  законы другого типа. Их предсказания не являются однозначными, а только вероятностными. Вероятностными они  называются потому, что заключения, основанные на них, не следуют логически из имеющейся информации, а потому не являются достоверными и однозначными. Информация при этом носит статистический характер, законы, выражающие эти процессы, называются статистическими законами, и этот термин получил в науке большое распространение.

     В классической науке статистические законы не признавали подлинными законами, так как ученые в прошлом предполагали, что за ними должны стоять такие  же универсальные законы, как закон  всемирного тяготения Ньютона, который  считался образцом детерминистического закона, поскольку он обеспечивает точные и достоверные предсказания приливов и отливов, солнечных и лунных затмений и других явлений природы. Статистические же законы признавались в качестве удобных вспомогательных средств исследования, дающих возможность представить в компактной и удобной форме всю имеющуюся информацию о каком-либо предмете исследования. Подлинными законами считались именно детерминистические законы, обеспечивающие точные и достоверные предсказания. Эта терминология сохранилась до настоящего времени, когда статистические, или вероятностные, законы квалифицируются как индетерминистические, с чем вряд ли можно согласиться.

     Отношение к статистическим законам принципиально  изменилось после открытия законов  квантовой механики, предсказания которых имеют существенно вероятностный характер.

4.Сравнительная характеристика динамических и статистических закономерностей природы

 

     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.⁵ 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

     Исторически детерминизм выступает в двух следующих формах

     1) лапласовый, или механистический,  детерминизм, в ос-нове которого  лежат универсальные законы классической  физики;

     2) вероятностный детерминизм, опирающийся  на статистические законы и  законы квантовой физики.⁶

     В динамических теориях явления природы подчиняются однозначным (динамическим) закономерностям, а статистические теории основаны на объяснении процессов вероятностными (статистическими) закономерностями. К динамическим теориям относятся классическая механика (создана в XVII-XVIII вв.), механика сплошных сред, т. е. гидродинамика (XVIII в.), теория упругости (начало XIX в.), классическая термодинамика (XIX в.), электродинамика (XIX в.), специальная и общая теория относительности (начало ХХ в). К статистическим теориям относятся статистическая механика (вто-рая половина XIX в.), микроскопическая электродинамика -(начало ХХ в.), квантовая механика (первая треть ХХ в.) -Таким образом, XIX столетие получается столетием динамических теорий; ХХ столетие - столетием статистических теорий. Значит, динамические теории соответствовали первому этапу в процессе познания природы человеком, тогда как на следующем этапе главную роль стали играть статистические теории.

     В современной концепции детерминизма органически сочетаются необходимость и случайность. Признание самостоятельности статистических, или вероятностных, законов, отображающих существование случайных событий в мире, дополняет прежнюю картину строго детерминистического мира. В результате в новой современной картине мира необходимость и случайность выступают как взаимосвязанные и дополняющие друг друга аспекты объяснения окружающего мира.

     Рассматривая  проблему соотношения между динамическими  и статистическими закономерностями, современная наука исходит из концепции примата статистических закономерностей.⁷ Не только динамические, но и статистические законы выражают объективные причинно-следственные связи. Более того, именно статистические закономерности явля-ются фундаментальными, более глубокими по сравнению с динамическими закономерностями, они ярче выражают указанные связи.

     Современную концепцию детерминизма можно сформулировать следующим образом: динамические законы представляют собой первый, низший этап в процессе познания окружающего мира; статистические же законы более совершенно отображают объективные связи в природе: они являются следующим, более высоким этапом познания.