Механистическая картина мира

Переход от непосредственного  описания эмпирических объектов к идеальным  их образам, построению их математических моделей и последующему анализу  системы идеальных объектов был  началом становления теоретической  науки в изучении природы. Этот переход имел неоценимое значение для дальнейшего развития естествознания. Замена планет материальными точками в задачах небесной механики крайне упрощало их решение, поскольку уже существовал готовый математический аппарат для вычислений.

Для описания движения материальной точки необходимо было найти прежде всего характеризующее  его уравнение, которое математики называют обыкновенным дифференциальным уравнением. Таким образом, для точного и полного описания механического движения необходимо и достаточно было задать, во-первых, координаты тела и его скорость (или импульс т v) и, во-вторых, уравнение его движения. Все последующие состояния движущегося тела точно и однозначно определялись его начальным состоянием. Следовательно, задав это состояние, можно было определить любое другое его состояние, как в будущем, так и в прошлом. Вследствие этого исчезало всякое различие между настоящим, прошлым и будущим. Отвлечение от качественных различий между состояниями движущихся тел превращало механику в чисто абстрактную, математическую схему, которую посредством соответствующей интерпретации можно было соотнести с объективной реальностью.

Все перечисленные и некоторые другие особенности предопределили успех механики в изучении движений земных и небесных тел, точность ее предсказаний солнечных и лунных затмений, приливов и отливов и т. д. Благодаря этому она превратилась в парадигму точного исследования и предопределила пути развития классической науки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Триумф  ньютоновской картины  мира:

Ясность, убедительность и особенно точность предсказаний теории Ньютона оказали огромное влияние  на его современников. Не зря поэтому  его при жизни считали чуть ли не национальным героем, которому впервые удалось с помощью математики раскрыть законы, которыми управляется природа. Сам Ньютон не сомневался в универсальном характере открытых им законов и, по-видимому, считал возможным применить их для объяснения сил сцепления, горения, тепла, магнетизма и химического сродства. Некоторые его сторонники пытались применить точные количественные методы механики и в других науках. В химии А. Лавуазье стал систематически использовать весы для установления количественных соотношений между реагирующими веществами и тем самым положил начало применению количественных методов в этой науке.

Другие ученые видели преимущество метода Ньютона  в установлении и точной формулировке основных принципов конкретной области  исследования, из которых можно было логически вывести конкретные ее факты. Образцом для подражания для них служил закон всемирного тяготения. Некоторые шли еще дальше, придумывая разного рода силы для объяснения явлений, существенно отличающихся от механических. Виталисты, например, вновь возродили представление о таинственной жизненной силе, с помощью которой пытались по аналогии с механикой объяснить процессы, происходящие в живом организме. Более того, механические категории равновесия, порядка и закона некоторые политики и социологи пытались перенести на общественную жизнь. В связи с этим небезынтересно отметить, что родоначальник социологии О. Конт, недовольный проектами идеального устройства общества, призывал ученых тщательно исследовать конкретные социальные явления и процессы и опираться в своих прогнозах на идеалы теории Ньютона. Если все подобные попытки использования ньютоновской теории оказались безуспешными, тогда в чем состоят действительные ее преимущества?

Во-первых, Ньютону  впервые удалось осуществить грандиозный синтез, объединив в рамках единой теории явления и процессы, происходящие на Земле и во Вселенной. Прежнее противопоставление небесного мира миру земному, свойственное Античности и Средним векам, сменилось признанием взаимосвязи и единства между ними: все они подчиняются общим законам движения. Среди них важнейшую роль играет закон всемирного тяготения, который показывает, что и мельчайшие атомы, и гигантские небесные тела управляются силой гравитации.

Во-вторых, у  Ньютона наука выступает как активное начало процесса взаимодействия человечества с окружающим миром, благодаря которому оно в состоянии более рационально организовать свою жизнь. Знания, которые дает наука, способны предсказывать протекающие в природе явления и процессы, позволяя использовать силы природы на благо человека, облегчая его труд.

В-третьих, ньютоновская теория, точные логические и эмпирические методы стали широко использоваться для критического анализа и обоснования  научных знаний. Дедуктивный и  экспериментальный методы открыли надежный путь для проверки соответствия положений науки объективной реальности. Такой критический и экспериментальный подход к знанию получил дальнейшее развитие в современной науке.

В-четвертых, именно в теории Ньютона впервые количественные, математические методы были применены для исследования природы. Достижения древних греков в области математики общеизвестны, но, за редкими исключениями (например, в трудах Архимеда), они не применялись для изучения природы. Аристотель даже считал, что количественные методы и математика применимы лишь в божественном мире небесных тел, а в подлунном, земном мире, где все подвержено случайности и неопределенности, возможно лишь приближенное описание действительности.

Эти успехи ньютоновской картины мира предопределили широкое распространение ее принципов за пределами механики.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основные  принципы механистической  картины мира:

Открытие, принципов  механики действительно означает подлинно революционный переворот, который  связан с переходом от натурфилософских догадок и гипотез о «скрытых» качествах и подобных спекулятивных измышлений к точному экспериментальному естествознанию, в котором предположения, гипотезы и теоретические построения проверялись наблюдениями и экспериментами. Поэтому возникновение механики было крупным шагом в изучении природы, которое началось с простейшей формы движения материи — законов механического перемещения земных и небесных тел в пространстве с течением времени. Поэтому механику как науку не следует отождествлять с механицизмом, т.е. со стремлением распространить ее понятия и законы на другие процессы и формы движения материи, а тем более на весь мир в целом. Но именно такое стремление 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. вере в фатум, рок, 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. Такую точку зрения наиболее ясно и образно выразил выдающийся французский ученый П. Лаплас (1749—1827):

«Ум, которому были бы известны для какого-либо данного  момента все силы, одушевляющие природу, если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить все данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел Вселенной наравне с движениями легчайших атомов; не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее, так же как и прошедшее, предстало бы перед его взором».

Конечно, сам  Лаплас, придумавший существо, обладающее указанными способностями, которого впоследствии стали называть «демоном Лапласа», хотел показать противоречие между  возможностями теоретических предсказаний классической механики и практической их реализацией в действительности. Такие предсказания в механике опираются только на признание детерминистических законов, заключения из которых имеют достоверный, или строго однозначный, характер. 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.