Динамические и статистические закономерности в природе кратко

Обновлено: 05.07.2024

Рассмотрим два типа физических явлений: механическое движение тел и тепловые процессы. В первом случае движение тел подчиняется законам Ньютона, законам классической механики.

Законы классической механики называются динамическими законами, тем самым подчеркивается, что движение происходит под действием тех или иных сил. Динамические законы имеют строго однозначный характер всех связей и зависимостей.

Зная начальное состояние механической системы, можно однозначно определить ее последующие состояния. Динамические закономерности не допускают какой-либо неопределенности системы.

Динамические законы действуют во всех автономных малозависимых от внешней среды системах с относительно малым количеством входящих в них элементов (например, характер движения планет Солнечной системы).

Во второй половине XIX в. наряду с динамическими получили широкое развитие так называемые статистические методы исследования в pядe разделов физики.

Классическим примером является статистическое рассмотрение тепловых, термодинамических процессов. В данном случае рассматриваемая система, в отличие от динамической, включает огромное число отдельных элементов.

Например полное число молекул газовой системы. И здесь рассматривается не движение каждой отдельно взятой молекулы, а лишь вероятностные ее характеристики.

Используя теорию вероятностей, теорию случайных событий, можно определить усредненные характеристики всей системы и установить статистические закономерности поведения всей системы.

Примером может служить установление статистической закономерности между температурой газа Т и кинетической энергией совокупности молекул системы в молекулярно-кинетической теории газа.

Статистические закономерности действуют во всех неавтономных, сильно зависящих от внешней среды системах с большим количеством элементов.

При статистических закономерностях данное состояние системы определяет все ее последующие состояния не однозначно, а лишь с определенной вероятностью.

В классической термодинамике в основном рассматриваются изолированные системы, которые не обмениваются с внешней средой энергией. Именно для таких систем установлен закон возрастания энтропии. Этот закон имеет простое статистическое толкование.

Действительно, как было показано выше, энтропия изолированной, то есть предоставленной самой себе, системы, не может убывать. С другой стороны, очевидно, что предоставленная самой себе система будет переходить из менее вероятного состояние в более вероятное.

Таким образом, энтропия и вероятность состояний изолированной системы ведут себя сходным образом: они могут либо возрастать, либо оставаться неизменными.

В последние годы широкое развитие получили исследования в области термодинамики неизолированных, так называемых открытых систем, то есть систем, которые обмениваются энергией и веществом с внешним миром.

Такими системами, в частности, являются биологические системы, например, клетки живых организмов. Для таких систем энтропия может как возрастать, так и убывать.

В изолированных системах естественные процессы идут в направлении от упорядоченных структур к неупорядоченным, то есть от порядка к беспорядку, хаосу. И в этом смысле говорят, что энтропия есть мера хаоса.

Для неизолированных, открытых систем эволюция, например, живых организмов ведет от менее совершенных к более совершенным организмам, от меньшего порядка в природе к большему порядку, и в этих системах энтропия может не увеличиваться, а уменьшаться.

Детерминизм – основополагающая идея научного познания, согласно которой все существующее в мире возникает и уничтожается необходимо и закономерно, в результате действия определенных причин. В естествознании идея Д. выражается в признании существования объективных закономерности природы; цель науки – открыть их и сформулировать в виде законов.

Закономерности природы – объективно существующие (независимо от нашего сознания) необходимые, существенные, повторяющиеся связи между природными явлениями.

Законы (теории) естествознания – отражение в научном познании (научных знаниях, языке) объективно существующих закономерностей в природе. В современном естествознании признано, что все фундаментальные законы (теории) хотя и соответствуют действительности, не являются абсолютно точным ее отображением: любой закон относителен, он лишь в большей или меньшей степени соответствуют закономерностям природы; любая фундаментальная теория имеет определенные границы своей применимости (гносеологические предпосылки). В естествознании известны два типа законов (теорий) – динамические и статистические, которые выделились в свете вопроса о соотношении необходимого и случайного в природе.

Случайность (вероятность) и необходимость в природе – теоретический вопрос естествознания о характере закономерностей происходящего в природе. В одном варианте решался путем абсолютизации роли необходимости и отрицания случайности в природе (классический детерминизм, динамические законы), в другом варианте путем признания существования как необходимости, так и элемента случайности (вероятности) в природе (современный детерминизм, статистические законы).

Механический (жесткий) детерминизм – концепция классической науки (XVII-XIX вв.), согласно которой все происходящее в природе подчиняется "вечным", неизменным, незыблемым динамическим законам, которые выражают однозначную связь физических объектов; все явления в природе предопределены с железной необходимостью, поэтому будущее (и прошлое) полностью предопределено современным состоянием Вселенной и законами механики. В основе МД лежит представление классической механики о единственно возможной траектории движения материальной точки при заданном начальном состоянии. Концепцию МД связывают с именем П.Лапласа, который сформулировал ее в образе "демона Лапласа" – некоего Ума, способного, восприняв в любой данный момент времени положение и скорость каждой частицы во Вселенной, проникнуть как в прошлое, так и в будущее Вселенной. В процессе развития естествознания концепция МД оказалась несостоятельной, потому что: (а) она основана на предположении, что механическое начальное состояние может быть абсолютно точно известно (это невозможно вследствие неизбежной погрешности измерений); (б) она предполагает знание координат и скоростей всех частиц во Вселенной, что на практике неосуществимо; (в) начальные параметры любых механических систем невозможно фиксировать с абсолютной точностью, поэтому точность предсказания со временем уменьшается. МД очень сильно огрубляет реальные природные процессы, в которых есть элемент случайности.

Состояние – совокупность всех измеримых характеристик объекта или системы; так, состояние материальной точки в классической механике задается ее координатами и скоростью в данный момент времени.

Динамические теории – научные теории, состоящие из динамических (строгих) законов, которые отображают объективную закономерность в природе в форме однозначных связей физических величин, выраженных количественно. В основе ДТ лежит концепция классического ("лаплассовского", механического, жесткого) детерминизма, согласно которой в природе не существует случайностей, есть только "железная" необходимость; предсказания динамических законов носят определенный и однозначный характер. В соответствии с этой концепцией, в ДТ считается, что а) все процессы в природе могут быть описаны абсолютно точно посредством определенного набора физических величин; б) можно точно и однозначно рассчитывать средние значения физических величин, характеризующих изучаемую систему, в данный момент времени; в) возможно по начальному состоянию системы однозначно установить значения характеризующих ее физических величин на любой момент времени; г) в расчетах можно пренебрегать случайными отклонениями от нормы. Примеры ДТ: классическая механика Ньютона, механика сплошных сред, равновесная термодинамика, классическая электродинамика Максвелла, общая теория относительности Эйнштейна (теория гравитации), эволюционная теория Ламарка, теория химического строения.

Статистические теории – научные теории, состоящие из статистических законов, которые отображают объективную закономерность в природе в форме вероятных связей значений физических величин внутри заданных интервалов. В основе СТ лежит концепция неклассического (современного) вероятностного детерминизма, согласно которой в природе есть неустранимый элемент случайности происходящего; предсказания статистических законов носят неопределенный, лишь вероятностный характер. Согласно этой концепции в СТ а) состояния системы описывается на языке вероятности, б) возможно рассчитывать и предсказывать лишь вероятность того, что величина, характеризующая систему, примет то или иное значение; в) возможно учитывать случайные отклонения от нормы, т.е. рассчитывать характерную величину флуктуаций — случайных отклонений системы от ее наивероятнейшего состояния; е) по заданному состоянию системы возможно рассчитать лишь вероятность того или иного значения физических величин, ее характеризующих. Примеры СТ: молекулярно-кинетическая теория газов (исторически первая СТ), квантовая механика, квантовая электродинамика (и другие квантовые теории); эволюционная теория Дарвина; молекулярная генетика, статистическая механика Максвелла, статистическая теория неравновесных процессов, электронная теория Лоренца и др.

Распределение Максвелла – статистический закон распределения молекул газа в сосуде по скоростям (или импульсам), открытие которого впервые обнаружило вероятностный характер обусловленности поведения природных объектов. Данный закон отражает зависимость средней скорости теплового движения молекул от температуры: чем ниже температура системы, тем большее число молекул имеют скорости, близкие к наиболее вероятной (v₀).

Динамический хаос – явление в теории динамических систем, при котором поведение нелинейной системы выглядит случайным, несмотря на то, что оно определяется детерминистическими законами. В отличие от беспорядка (при котором поведение системы определяется постоянно действующими на неё неконтролируемыми факторами) хаотическим называется поведение системы, непредсказуемое вследствие слишком сильной чувствительности поведения системы к начальным условиям (поведение системы с ДХ невозможно точно предсказать из-за сильной чувствительности системы к погрешностям в определении ее начального состояния, которое не может быть задано абсолютно точно, к примеру, из-за ограничений измерительных инструментов); поэтому в системе с ДХ близкие в начальный момент траектории движения с течением времени быстро разбегаются (любая допущенная в измерениях или расчётах погрешность очень быстро нарастает с течением времени). Примеры систем с ДХ: погода и климат, турбулентность, фондовые рынки, жидкость в миксере.

Соотношение между динамическими и статистическими теориями в современном естествознании решается в пользу последних, поскольку статистические законы отображают реальные природные процессы глубже, чем динамические, в которых необходимость в природе выступает в форме, огрубляющей (упрощающей) ее связь со случайностью. Предсказания ДТ и СТ совпадают, когда можно пренебречь флуктуациями; в остальных случаях СТ являются наиболее фундаментальными (первичными), они полнее, глубже и в более общей форме описывают природную реальность, отражают физические закономерности, т.к. они учитывают реально существующую в природе случайность. ДТ (законы) рассматриваются как промежуточный этап, позволяющий описать поведение совокупности макрообъектов, но не дающий возможности точно описать поведение отдельных микрообъектов (элементарных частиц). Поэтому каждой ДТ соответствует более точный статистический аналог, который полнее и глубже описывает реальность. Вместе с тем, можно отметить, что для каждой фундаментальной СТ существует соответствующий приближенный динамический аналог, справедливый, когда можно пренебречь случайностью (флуктуациями); хотя СТ всегда описывает более широкий круг явлений, чем ее динамический аналог. Так, классическая механика Ньютона (ДТ) является приближением квантовой механики (СТ) при описании движения макрообъектов (см. принцип соответствия).

Смена динамических теорий статистическими – происходящий в истории естествознания процесс, свидетельствующий о развитии науки, углубления наших знаний, когда менее точные теории сменяются более точными, описывающими те же самые области природы, что и прежние теории, но охватывающие более широкий круг процессов.

Принцип соответствия – принцип научного познания, утверждающий преемственность теорий (Н.Бор) и гласящий, что новая научная теория (закон) не может полностью отрицать старую теорию для той же группы явлений, справедливость которой была ранее доказана, а должна содержать в себе в качестве приближения старую теорию (к примеру, при описании движения макрообъектов упрощение уравнений квантовой механики приводит к уравнениям классической механики). Согласно ПС все фундаментальные статистические теории содержат в качестве своего приближения соответствующие динамические теории при условии, что можно пренебречь случайностью; и наоборот: каждой динамической теории соответствует более точный статистический аналог, который полнее и глубже описывает реальность (так классическая механика Ньютона является приближением квантовой механики при описании движения макрообъектов).

Микромир – это мир мельчайших частиц (молекул, атомов и т.д.), а макромир – это мир крупных тел, состоящих из множества мельчайших частиц.

В результате изучения движения микро- и макросистем в природе были выявлены многие закономерности протекания этих процессов.

Изучением движения макросистем занимается раздел механики динамика. Классическая динамика базируется на 3-х основных законах ньютоновской механики. Используя эти законы, динамика способна решить задачи по определению силы, под действием которой происходит движение тела, если известен закон движения данного тела, а также определить закон движения тела, если известны силы, действующие на него.

Динамические законы приложимы к исследованию движения всех объектов макромира: твердым, жидким и газообразным телам, упругим и деформируемым, к телам переменной массы.

Движение микрочастиц исследуется в квантовой механике, которая показала, что, в противоположность объектам макромира, к объектам микромира законы динамики неприложимы. Было установлено, что при движении одинаковые частицы в одинаковых условиях могут вести себя по-разному. Для описания движения частиц требуется применение вероятностных представлений.

Так, если мы поставим эксперимент с двумя отверстиями, через которые проходит электрон, то нельзя точно сказать, через какое отверстие он пройдет, но если их много, то можно предположить, что часть пройдет через одно, часть - через другое. Поэтому законы квантовой механики, законы, описывающие движение частиц, – это законы статистического характера.

В микромире господствуют статистические законы, которые можно применять только к большим совокупностям, но не к отдельным индивидуумам. Квантовая механика отказывается от поиска индивидуальных законов элементарных частиц и устанавливает статистические законы.

Свойственные для объектов микромира статистические закономерности, а для объектов макромира динамические закономерности ярко демонстрируют диалектический характер развития природных явлений и процессов. Кроме того, раскрытие статистических и динамических закономерностей демонстрирует диалектическую связь между случайным и необходимым.

В классической динамике фактор случайности не принимается во внимание, ибо не оказывает существенного влияния на ход процессов. Законы классической динамики считались детерминистскими законами, т.е. обеспечивающими точные и достоверные предсказания. В действительности же необходимость возникает как результат взаимодействия многих случайностей, о чем свидетельствуют статистические законы.

Таким образом, можно сказать, что строго детерминистских законов не может существовать, поскольку из-за отвлечения от второстепенных факторов результаты будут лишь в той или иной мере приближаться к истинным, но не полностью им соответствовать. Упрощение и схематизация возможны лишь при изучении простейших форм движения. При переходе к исследованию сложных систем, состоящих из большого числа элементов, индивидуальное поведение которых не поддается описанию, необходимо обращаться к статистическим законам, опирающимся на вероятностные предсказания.

Детерминизм процессов природы, динамические закономерности. Уравнения теории относительности. Статистические закономерности. Вероятностный характер микропроцессов. Закон Ома - пример динамического закона. Статистический характер закона Бойля-Мариотта.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	11.01.2012
Размер файла	21,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Детерминизм процессов природы

Список использованных источников и литературы

Своеобразным отображением диалектичности явлений и процессов природы является раскрытие динамических и статистических закономерностей в природе.

В рамках достижения поставленной цели автором были поставлены и решения следующие задачи:

2. Рассмотреть динамические закономерности;

3. Исследовать статистические закономерности.

Процессы, протекающие вокруг нас не всегда поддаются точному объяснению. Перед человеком всегда стояла проблема создания таких моделей и методов познания, которые бы смогли объяснить непознанное.

Микромир - это мир мельчайших частиц (молекул, атомов и т.д.), а макромир - это мир крупных тел, состоящих из множества мельчайших частиц.

В результате изучения движения микро- и макросистем в природе были выявлены многие закономерности протекания этих процессов. Изучением движения макросистем занимается раздел механики динамика. Классическая динамика базируется на 3-х основных законах ньютоновской механики. Используя эти законы, динамика способна решить задачи по определению силы, под действием которой происходит движение тела, если известен закон движения данного тела, а также определить закон движения тела, если известны силы, действующие на него.

В динамических теориях явления природы подчиняются однозначным (динамическим) закономерностям, а статистические теории основаны на объяснении процессов вероятностными (статистическими) закономерностями.

Детерминизм процессов природы

динамический статистический закономерность микропроцесс

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 в 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.

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. 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.

Суть его можно понять из высказывания Лапласа: Современные события имеют с событиями предшествующими связь, основанную на очевидном принципе, что никакой предмет не может начать быть без причины, которая его произвела.

Наряду с ними в науке с середины XIX века 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.

Таким образом, исторически детерминизм выступает в двух следующих формах:

1) лапласовый, или механистический, детерминизм, в основе которого лежат универсальные законы классической физики;

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

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.

К динамическим теориям относятся классическая механика (создана в XVII-XVIII веках), механика сплошных сред, т. е. гидродинамика (XVIII век), теория упругости (начало XIX века), классическая термодинамика (XIX век), электродинамика (XIX век), специальная и общая теория относительности (начало ХХ века).

Динамические законы приложимы к исследованию движения всех объектов макромира: твердым, жидким и газообразным телам, упругим и деформируемым, к телам переменной массы. Макромир - это мир крупных тел, состоящих из множества мельчайших частиц.

Физические явления в механике, электромагнетизме и теории относительности в основном подчиняются, так называемым динамическим закономерностям. Динамические законы отражают однозначные причинно-следственные связи, подчиняющиеся детерминизму Лапласа. Причина- Следствие.

Динамические законы - это законы Ньютона, уравнения Максвелла, уравнения теории относительности. Классическая механика Ньютона. Основу механики Ньютона составляют закон инерции Галилея, два закона открытые Ньютоном, и закон Всемирного тяготения, открытый также Исааком Ньютоном.

Согласно сформулированному Галилеем закону инерции, тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не выведет его из этого состояния.

Этот закон устанавливает связь между массой тела, силой и ускорением. Устанавливает связь между силой действия и силой противодействия.

В качестве IV закона выступает закон всемирного тяготения. Два любых тела притягиваются друг к другу с силой пропорциональной массе сил и обратно пропорциональной квадрату расстояния между центрами тел.

Уравнения Максвелла - наиболее общие уравнения для электрических и магнитных полей в покоящихся средах. В учении об электромагнетизме они играют такую же роль, как законы Ньютона в механике. Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле связано с порождаемым им магнитным, то есть электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом - они образуют единое электромагнитное поле.

Из уравнений Максвелла следует, что источниками электрического поля могут быть либо электрические заряды, либо изменяющиеся во времени магнитные поля, а магнитные поля могут возбуждаться либо движущимися электрическими зарядами (электрическими токами), либо переменными электрическими полями. Уравнения Максвелла не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это связано с тем, что в природе существуют электрические заряды, но нет зарядов магнитных.

Уравнения теории относительности

Специальная теория относительности, принципы которой сформулировал в 1905 году А. Эйнштейн, представляет собой современную физическую теорию пространства и времени, в которой, как и в классической ньютоновской механике, предполагается, что время однородно, а пространство однородно и изотропно. Специальная теория часто называется релятивистской теорией, а специфические явления, описываемые этой теорией - релятивистским эффектом (эффект замедления времени).

В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна:

1. принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в данной инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы к другой;

2. принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Первый постулат, являясь обобщением механического принципа относительности Галилея на любые физические процессы, утверждает таким образом, что физические законы инвариантны по отношению к выбору инерциальной системы отсчета, а уравнения, описывающие эти законы, одинаковы по форме во всех инерциальных системах отсчета. Согласно этому постулату, все инерциальные системы отсчета совершенно равноправны, т. е. явления механические, электродинамические, оптические и др. во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаково.

Согласно второму постулату, постоянство скорости света в вакууме - фундаментальное свойство природы.

Общая теория относительности, называемая иногда теорией тяготения - результат развития специальной теории относительности. Из нее вытекает, что свойства пространства-времени в данной области определяются действующими в ней полями тяготения. При переходе к космическим масштабам геометрия пространства-времени может изменяться от одной области к другой в зависимости от концентрации масс в этих областях и их движения.

К статистическим теориям относятся статистическая механика (вторая половина XIX века), микроскопическая электродинамика (начало ХХ века), квантовая механика (первая треть ХХ века).

В микромире господствуют статистические законы, которые можно применять только к большим совокупностям, но не к отдельным индивидуумам. Микромир - это мир мельчайших частиц (молекул, атомов и т.д.) Квантовая механика отказывается от поиска индивидуальных законов элементарных частиц и устанавливает статистические законы.

При попытке использовать однозначные причинно-следственные связи и закономерности к некоторым физическим процессам обнаружилась их недееспособность. Появились многозначные причинно-следственные связи, подчиняющиеся вероятностному детерминизму. Следствие - причина, следствие - следствие, причина - следствие, причина - причина.

Статистические закономерности и законы используют теорию вероятностей. Это наука о случайных процессах. В этих рамках следует пояснить следующие понятия:

Достоверные события, невозможные события и промежуточные между достоверными и невозможными случайными событиями.

Количественно случайные события оцениваются при помощи вероятности:

1. Статистическая вероятность.

Достоверные и невозможные события можно рассматривать как частные случаи случайных событий:

Вероятность достоверна = 1. Вероятность невозможна = 0.

2. Классическая вероятность.

Этой вероятностью называется отношение числа элементарных событий к общему числу равнозначных событий.

Например, рассмотрим куб. У него 6 граней. 6 - это число равнозначных событий. Появление определенной грани - это элементарное событие (в данном случае 1). Следовательно: P = 5.

Приведем пример статистического закона, который описывает физические явления, наблюдаемые в физических средах, состоящих из большого числа частиц: Закон распределения Максвелла.

Этот закон устанавливает зависимость вероятности в распределении скорости движения молекул газа от скорости движения молекул, причем с вероятной скоростью движется большинство молекул.

Вероятностный характер микропроцессов

Вероятностные процессы также наблюдаются в поведении отдельно взятых микрочастицах: Y - волновая функция ( де Бройля ).

Необходимость вероятностного подхода к описанию микрочастиц -- важная отличительная особенность квантовой теории. Можно ли волны де Бройля истолковывать как волны вероятности, т. е. считать, что вероятность обнаружить микрочастицы в различных точках пространства меняется по волновому закону? Такое толкование волн де Бройля неверно уже хотя бы потому, что тогда вероятность обнаружить частицу в некоторых точках пространства может быть отрицательна, что не имеет смысла.

Чтобы устранить эти трудности, немецкий физик М. Борн (1882--1970 годы) в 1926 году предположил, что по волновому закону меняется не сама вероятность, а амплитуда вероятности, названная волновой функцией. Описание состояния микрообъекта с помощью волновой функции имеет статистический, вероятностный характер: квадрат модуля волновой функции (квадрат модуля амплитуды волн де Бройля) определяет вероятность нахождения частицы в данный момент времени в определенном, ограниченном объеме.

dP / Y / = вероятность обнаружения dV частицы в данной точке пространства.

динамический статистический микропроцесс

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

В настоящее время 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.

В качестве примера динамических законов можно назвать закон Ома, выражающий зависимость сопротивления от его состава, площади поперечного сечения и длины. Этот закон охватывает множество различных проводников и действует в каждом отдельном проводнике, входящем в это множество. Статистический характер имеет, например, взаимосвязь изменений давления газа и его объема при постоянной температуре, выявленная Бойлем и Мариоттом. Данная закономерность имеет место лишь в массе хаотически перемещающихся молекул, составляющих тот или иной объем газа. Статистическими являются законы квантовой механики, касающиеся движения микрочастиц; они не в состоянии определить движение каждой отдельной частицы, но определяют движение группы, того или иного множества. В отличие от динамических законов, статистические законы не позволяют точно предсказать наступление или ненаступление того или иного конкретного явления, направление и характер изменения тех или иных его характеристик. На основе статистических закономерностей можно определить лишь степень вероятности возникновения или изменения соответствующего явления. Динамические теории не противостоят статистическим, а включаются в рамки последних как предельный случай. Это хорошо видно на примере классической механики; которую можно рассматривать как предельный случай квантовой механики.

Таким образом, согласно современной научной концепции, можно говорить о всеобщности, универсальности вероятностного подхода. Это означает, в частности, что деление фундаментальных теорий на динамические и статистические является, строго говоря, условным. Фактически все фундаментальные теории должны рассматриваться как статистические. Например, классическую механику с полным основанием следует считать статистической теорией, так как лежащий в ее основе принцип наименьшего действия имеет вероятностную природу, потому что, согласно принципу минимума энергии, состояние с наименьшей энергией оказывается наиболее вероятным.

Методологические вопросы современной физики органически связаны с вопросами материалистической диалектики. Развитие современной физики основано на диалектике необходимого и случайного, сохранения и изменения, единичного и общего и т. д. Современная физика пришла к выводу о фундаментальности вероятностных закономерностей. Наука рассматривает два основных типа причинно-следственных связей и соответственно два типа закономерностей - динамические и статистические. Изучение истории возникновения фундаментальных физических теорий позволяет сделать вывод, что динамические теории соответствовали первому этапу в процессе познания природы человеком, тогда как на следующем этапе главную роль стали играть статистические теории. Наиболее ярко сочетание этих концепций детерминизма в познании природных явлений проявилось при изучении термодинамических процессов и явлений.

Список использованных источников и литературы

1. Горелов А.А., Концепции современного естествознания. - М.: Центр, 2008. - 208 с;

3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания.- М.: ФЕНИКС, 2008.-304 с.

Читайте также: