На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


контрольная работа Концепция детерминизма в классическом естествознании

Информация:

Тип работы: контрольная работа. Добавлен: 18.11.2012. Сдан: 2011. Страниц: 15. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Государственное образовательное учреждение высшего 
профессионального образования
Псковский государственный политехнический  институт 
 
 

Контрольная работа 

Дисциплина: Концепции современного естествознания 

Тема: №5
«Концепция  детерминизма в классическом естествознании» 
 
 
 
 
 

Выполнил студент  гр. 613 – 1405С                                                О. В.Демидова
Шифр: №  0761075    

Руководитель                                                                                 В.В. Однобоков       
 
 
 
 
 

Псков
2010 
Содержание 

     Введение                                                                                                      3
    Концепция детерминизма в классическом естествознании         5
      Триумф небесной механики и становление
    концепции детерминизма                                                                          8
      Механика Ньютона как динамическая теория: основные
    идеи, структура, методология                                                                  15
      Детерминизм как фундамент классического мировоззрения     23
     Заключение                                                                                               26
     Список  использованной литературы                                                      29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Понятие «физика» уходит своими корнями в  глубокое прошлое, в переводе с греческого оно означает «природа». Основной задачей  этой науки является установление «законов»  окружающего мира. Одно из основных сочинений Платона, ученика Аристотеля, называлось «Физика».
     Наука тех лет имела натурфилософский характер, т.е. исходила из того, что  непосредственно наблюдаемые перемещения  небесных светил есть их действительные перемещения. Отсюда был сделан вывод  о центральном положении Земли  во Вселенной. Эта система верно  отражала некоторые особенности  Земли как небесного тела: то, что Земля - шар, что все тяготеет к ее центру. Таким образом, это  учение было собственно о Земле. На уровне своего времени оно отвечало основным требованиям, которые предъявлялись  к научному знанию.
     Такая система просуществовала вплоть до XVI столетия, до появления учения Коперника, получившее свое дальнейшее обоснование в экспериментальной  физике Галилея, завершившееся созданием  ньютоновской механики, объединившей едиными законами движения  перемещение  небесных тел и земных объектов. Оно явилось величайшей революцией в естествознании, положившей начало развитию науки в ее современном  понимании.
     Галилео Галилей считал, что мир бесконечен, а материя вечна. Во всех процессах  ничто не уничтожается и не порождается  – происходит лишь изменение взаимного  расположения тел или их частей. Материя состоит из абсолютно  неделимых атомов, ее движение –  единственное, универсальное механическое перемещение. Небесные светила подобны  Земле и подчиняются  единым законам  механики.
     Для Ньютона было важно однозначно выяснить с помощью экспериментов и  наблюдений свойства изучаемого объекта  и строить теорию на основе индукции без использования гипотез. Он исходил  из того, что в физике как экспериментальной науке нет места для гипотез. Признавая не безупречность индуктивного метода, он считал его среди прочих наиболее предпочтительным.
     И в эпоху античности, и в XVII веке признавалась важность изучения движения небесных светил. Но если для древних  греков данная проблема имела больше философское значение, то для XVII века, преобладающим был аспект практический. Развитие мореплавания обусловливало  необходимость выработки более  точных астрономических таблиц для  целей навигации по сравнению  с теми, которые требовались для  астрологических целей. Основной задачей  было определение долготы, столь  нужной астрономам и мореплавателям. Для решения этой важной практической проблемы и создавались первые государственные  обсерватории (в 1672 г.  Парижская, в 1675 г. Гринвичская). По сути своей это была задача определения абсолютного времени, дававшего при сравнении с местным временем интервал времени, который и можно было перевести в долготу. Определить это время можно было с помощью наблюдения движений Луны среди звезд, а также с помощью точных часов, поставленных по абсолютному времени и находящихся у наблюдателя. Для первого случая были необходимы очень точные таблицы для предсказания положения небесных светил, а для второго – абсолютно точные и надежные часовые механизмы. Работы в этих направлениях не были успешными. Найти решение удалось лишь Ньютону, который, благодаря открытию закона всемирного тяготения и трех основных законов механики, а также дифференциального и интегрального исчисления, предал механике характер цельной научной теории.
     Концепция Ньютона  явилась основой для многих технических  достижений в течение длительного  времени. На ее фундаменте сформировались многие методы научных исследований в различных областях естествознания.  
 

    Концепция детерминизма в классическом естествознании
 
       Своим авторитетом классическая наука обязана, прежде всего, ньютоновской механике, которая не только «навела порядок» в огромном эмпирическом материале, накопленном многими поколениями ученых, но и дала в руки людей мощный инструмент однозначного предсказания будущего в широкой области объектов и явлений природы. Чтобы разобраться в истоках детерминизма ньютоновской механики, понять причину ее эффективности и выяснить возможные ограничения области ее применения, проанализируем исходные положения этой теории и используемые в ней методы анализа.
       Прежде  всего, следует отметить, что законы классической механики формулируются  не для реальных, а для идеальных  объектов и ситуаций, которые разворачиваются  в абсолютно пустом пространстве и в абсолютно независимом  от этого пространства времени. Однако самой важной идеализацией в механике является материальная точка – объект, не имеющий геометрических размеров, но, тем не менее, обладающий инертностью (массой). Положение в пространстве таких объектов можно описать радиус–вектором r, конец которого описывает непрерывную линию, называемую траекторией.
       Именно  для анализа траекторий движения материальных точек Ньютоном и независимо от него Лейбницем был разработан специальный математический аппарат – дифференциальное и интегральное исчисление, краеугольным понятием которого является производная, представляющая собой скорость изменения функции. Так, производная радиус–вектора r называется в механике вектором скорости v = r?. Этот вектор направлен по касательной к траектории и характеризует изменение радиус–вектора как по длине (модулю), так и по направлению. Аналогично, ускорение a = v? = r?? описывает изменение вектора скорости по модулю и по направлению.
       Фундаментом классической механики является утверждение  о том, что в инерциальных системах отсчета ускорение а материальной точки с массой m определяется силой F, характеризующей ее взаимодействие с другими материальными объектами ma = F
       В уравнении  заключена вся классическая механика. С помощью этого уравнения  решается основная динамическая задача – определение траектории r(t) по заданным силам F. Фактически речь идет о математической задаче, так как уравнение является обыкновенным дифференциальным уравнением 2–го порядка. Рассмотрим простейший частный случай решения такого уравнения, когда F = const (движение в однородном силовом поле). Обозначим g = F /m и тогда после первого интегрирования уравнения получаем
v(t) = gt + C1, (показать как провела интегрирование)
где C1 – произвольный постоянный вектор. Еще одно интегрирование приводит к формуле для радиус–вектора
r(t) = gt2 / 2 + C1t + C2,
где С2 - другой произвольный вектор. Мы видим, что с помощью только первого уравнения можно получить целое «семейство» траекторий, соответствующих различным векторам С1 и С2. Таким образом, чтобы определить, по какой конкретно траектории будет двигаться материальная точка, одного этого уравнения недостаточно.
       Легко видеть, что векторы С1 и С2 на самом деле являются скоростью и радиус-вектором материальной точки в начальный момент времени t = 0: С2 = r(0), С1 = v(0). Значит, для определения траектории r(t) необходимо знать не только первое уравнение, но также начальное положение и начальную скорость материальной точки:
       1 Инерциальными называются такие  системы отсчета, в которых  свободное тело движется равномерно  и прямолинейно или покоится. Так же как и материальная  точка, понятие инерциальной системы  отсчета является идеализацией. В природе таких систем отсчета не существует, хотя некоторые системы отсчета приближаются по свойствам к инерциальным. r(t) = gt2 / 2 + v(0)t + r(0).
       Очевидно, начальный момент времени может  быть выбран произвольно. Поэтому мгновенное положение и мгновенная скорость полностью и однозначно определяет траекторию движения материальной точки. В связи с этим говорят, что  состояние материальной точки полностью  определяется ее положением и скоростью.
       Положение + скорость = состояние.  (объяснить) 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
      Триумф  небесной механики и становление  концепции детерминизма
 
     В каждую эпоху практическая и познавательная деятельность людей определяется присущей только ей системой основополагающих понятий, принципов, категорий, взглядов, норм и методологических установок  мировоззренческого характера. Это  и есть то самое, что мы называем парадигмой. Можно сказать еще определенней: любая эпоха имеет характерную систему мировоззрения, которая неявно регулирует всю человеческую деятельность.
     И обязательно какая–либо наука задает общие познавательные «координаты» и «точки отсчета»: математика, химия или физика. Господствующий в ней стиль мышления накладывает отпечаток на стиль мышления всей эпохи.
     Во  всех научных занятиях людей стиль  мышления формирует и распространяет общепринятость научного познания, обеспечивает его устойчивость и целостность. Он позволяет временно соединять различные смыслы, несовместимые постулаты разных наук посредством метафор, аналогий и другими способами. Он обеспечивает сосуществование различных языков науки, он – средство понимания и взаимоперевода. При осознании людьми неадекватности этой парадигмы с реалиями бытия происходит перестройка стиля мышления, или научная революция.
     К счастью, произошло не так много  смен различных стилей мышления. Мы рассмотрим, так называемый, детерминизм, который был основой стиля мышления от древних греков до ХХ века, да и сейчас не забыт. Название произошло от латинского determino – определяю. Это философское учение о закономерной взаимосвязи и причинной обусловленности всех явлений природы. Из однозначного характера связей вытекает их равноценность: любая рассматриваемая связь в равной мере признается необходимой. Детерминизм требует существования некоторых первоэлементов, число которых крайне мало, и из которых построен весь мир.
     Из–за несомненных и впечатляющих успехов классической физики схема жесткой детерминации была в известной мере абсолютизирована. В XVIII веке философская концепция, выразившая это, получила название лапласовского, или классического детерминизма и длительное время выступала как обоснование экспансии механики в новые области исследований.
     Триумф  ньютоновской механики, самым впечатляющим моментом которого было детерминистское  описание движения небесных тел солнечной  системы, позволило Лапласу (1749–1827) предположить, что подобное описание может быть распространено на самый широкий круг явлений, или вообще на все явления. Его приверженность к детерминизму, как это ни парадоксально звучит, позволила ему получить фундаментальные достижения в области теории вероятностей и ее приложений.
     Именно  в работе «Опыт философии теории вероятности» он развил принципы механического детерминизма:
     «Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу и относительное положение всех ее составных частей, если бы он вдобавок оказался достаточно обширным, чтобы подчинить эти 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».
     В это время механика не только определяла стиль мышления ученых–естественников, но и влияла на представления об обществе. Более того, в период между XVI и XVIII веками появилось стремление к непосредственному выведению социальных законов из законов механики. Это было связано с общим мнением, что должен существовать единый универсальный закон, охватывающий всю совокупность явлений природы и общества, что может быть создана единая, строго дедуктивная, универсальная наука, в которой слились бы все существовавшие области знания.
     Академик  Л.И. Абалкин говорил: «…Существующая до сих пор парадигма общественной мысли была основана на нескольких постулатах, сформулированных еще в XVIII в. И все школы и направления, от буржуазных до марксистских, развивались в рамках одной парадигмы теоретических представлений. Именно в XVIII в. были сформированы по крайней мере три крупнейших идейных позиции. Это прежде всего небесная механика Ньютона как представление о некой идеальной модели, идеальной самоуправляющейся системе, абсолютно совершенной. Поэтому все устремления общественной мысли были направлены на поиски подобной модели и для общества. Предлагались разные ее (модели) варианты, решения, но расхождений в характере конечной цели не существовало.
     Затем надо назвать концепцию Адама Смита с ее «невидимой рукой» рынка, которая моделировала идеальное устройство общества, где все сбалансировано и где обеспечивается его самодвижение и совершенствование.
     И наконец, эту парадигму завершала  концепция общественного договора Жан-Жака Руссо.
     Менялись  школы, направления, но парадигма, т.е. тип мышления, ориентированный на поиск идеальной модели, рассмотрение истории как линейного, поступательного  развития, при котором каждая последующая  ступень является более высокой  и прогрессивной, чем предыдущая, как этап движения к некоему идеальному устройству, своего рода земному раю, оставалась неизменной.
     Тот перелом в общественном развитии, который произошел примерно во второй половине прошлого столетия и продолжается до сих пор, подрывает основы большинства из этих представлений. Прежде всего, поставлена под сомнение концепция оптимистического развития общества как постоянного движения от худшего к лучшему. Поставлена под сомнение вообще идея линейности общественного развития, и возможность предсказать с ее помощью дальнейшее направление развития цивилизации».
     Действительно, схема жесткой детерминации оказалась  несостоятельной при соприкосновении  науки с более сложными явлениями, что выявилось при анализе  биологических и социальных явлений. Критика концепции жесткой детерминации усиливалась одновременно с развитием  вероятностных методов исследования; наконец, естествознание овладело новым  классом закономерностей – статистическими закономерностями.
     Идея  вероятности приобрела огромное значение в физике ХХ века, и прежде всего в физике микропроцессов, что  было наиболее полно выражено в квантовой  теории, которая является принципиально  статистической, то есть существенным образом включает в себя идею вероятности.
     В социальной области статистические закономерности действуют как законы массовых явлений, возникая на базе «закона больших чисел»: при очень большом числе случайных явлений средний их результат практически перестает быть случайным и может быть предсказан с большой степенью определенности. Кстати интересно, что вероятностный стиль был присущ социальным исследованиям раньше, чем в естествознании, – с XVII века. А в своей практической деятельности люди знали о статистических закономерностях вообще всегда. Например, для предварительного определения урожайности крестьяне проводили массовые выборочные намолоты.
     Однако, несмотря на величайшую силу и глубину  воздействия вероятностно–статистического стиля мышления на развитие современной науки, он не был должным образом востребован. На трактовку вероятности чрезмерное влияние оказали соображения, навеянные концепцией жесткой детерминации: сложилось мнение, что вероятностный метод приходится использовать из–за того, что нам неизвестны все связи, что он – частный случай детерминизма.
     По  мере усложнения производственно–технических процессов, роста взаимодействия масс людей, участвующих в хозяйственной, политической и военной деятельности, вовлечения в нее большого количества материальных средств и энергетических ресурсов проявлялась потребность в новом стиле мышления. Она реализовалась в 40-х годах ХХ века, когда появилась новая наука кибернетика, которая попыталась применить точный научный анализ к решению проблемы целесообразного использования современных технических средств для повышения качества управления.
     Слово кибернетика происходит от греческого kybernetike – искусство управления. Под этим термином понимается наука об общих принципах управления в сложных динамических системах. Одновременно это наука о способах восприятия, передачи, хранения, переработки и использования информации в машинах, живых организмах и их объединениях.
     Основоположником  кибернетики по праву считается  американский математик Н. Винер (1894–1964). Ее основные идеи были сформулированы им в 1948 году в книге «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине».
     Однако  в отличие от предыдущих случаев, когда стили мышления сформировались внутри наук раньше, чем они были осознаны и оформлены в некую  философию, и прежде, чем были сформулировали лозунги, развитие кибернетики началось с лозунгов, а до создания философии, по сути, дело и не дошло. Поэтому  следующий стиль мышления, после  детерминистского и вероятностного, оказался вовсе не кибернетическим, а нелинейным, или синергетическим.
     В 1978 году вышла книга Германа Хакена «Синергетика», в которой говорилось о подобии процессов самоорганизации, протекающих в объектах, изучаемых физикой, химией, биологией. Так же, как и «Кибернетика» Винера, это была программная книга, причем опять речь в ней шла о создании некоего единого подхода. Но если кибернетику можно было назвать наукой об организации, то синергетику – о самоорганизации.
     Название  происходит от греческого sinergeia – совместный, или согласованно действующий. Научное направление, понимаемое под этим термином, изучает связи между элементами разных структур, которые образуются в открытых системах разной природы благодаря интенсивному (потоковому) обмену веществом и энергией с окружающей средой в неравновесных условиях.
     Синергетика, как и кибернетика, существует в  трех ипостасях: лозунг, стиль мышления и наука. Ныне это скорее термин, говорящий об общности интересов  и методов исследования родственных  нелинейных явлений в разных областях науки, чем отдельная, самостоятельная  наука. Она на многих примерах показала единство основных понятий теории самоорганизации: нелинейности, сложности, принципа подчинения, параметров порядка, открытости системы, неравновесности диссипативных структур и фазовых переходов, когерентности, бифуркации, аттрактора, странных аттракторов, солитонов, хаоса и порядка и их взаимопревращений и ряда других. Общими оказались и описание эволюционных явлений, то есть путей, ведущих к самоорганизации в различных областях применения науки, а ведь это и есть главное обоснование правомерности существования синергетики.
     Синергетика дает единый принцип описания процессов  самоорганизации и процесса разрушения динамических систем или, говоря иначе, объясняет переход от структур к  хаосу и обратно. Так она показывает границы применимости динамических законов детерминизма и методов  статистики для описания поведения  системы. Так в единых рамках объединились динамические и статистические закономерности. Это обстоятельство позволяет утверждать, что именно синергетика имеет  право претендовать на новый стиль  мышления.
     Однако  к XXI веку назрела необходимость  осмыслить проблемы не только естественных, но и общественных наук на основе достижений современного естествознания; теперь становится понятным, что синергетический подход к явлениям мира должен быть расширен, чтобы учесть специфику гуманитарного знания, то есть включить в объект исследования общество и человека. Мы предложили название хронотроника для такой новой науки. Это искусственное слово можно перевести как «воссоздание, генерация времени».
     Хронотроника, как стиль мышления, выдвигает  идею целостности мира и научного знания о нем, идею общности закономерностей развития объектов всех уровней организации материи в природе, социуме, духовном мире. На протяжении всей истории человечества люди пытались свести сложные явления и объекты к более простым, и найти минимальное количество первокирпичиков, из которых можно было бы построить все остальное. Теперь пора понять: единство мира не в том, что он построен из одних и тех же «кирпичиков», – таковых просто нет, – а в том, что он построен по единому проекту (сценарию) на разных структурных уровнях. А значит, важен не конкретный вид уравнения, описывающего тот или иной эволюционный процесс, а типы решений, которые могут в нем содержаться. Важна типология, то есть классификация решений.
     В отличие от синергетики, уделяющей  гораздо больше внимания процессам  и механизмам образования сложных  структур и переходам к хаосу, хронотроника делает упор намеханизмы  активного сохранения сложности, позволяет  познать эволюционные истоки таких  процессов, как целенаправленность изменений (управление), оптимальность  развития и другие понятия, которые  характеризуют высокоорганизованные системы. В отношении истории  как науки это означает, как  минимум, переход к многомерности.
     Между тем, в общественных науках сегодня подавляющее большинство историков работает исключительно в рамках детерминистского стиля мышления. (это отношения к вашей теме не иметь) 
 

     1.2. Механика Ньютона как динамическая теория: основные идеи, структура, методология
 
     Современная физика представляет собой чрезвычайно  разветвленную отрасль знания. На основе тех или иных критериев  она делится на ряд дисциплин  или разделов. Так, по объектам исследования физику делят на физику элементарных частиц, атомного ядра, атомную физику, молекулярную физику, физику твердых  тел, жидкостей и газов, физику плазмы и физику космических тел.      С другой стороны, подразделение физики можно производить по изучаемым  процессам или формам движения материи: механическое движение; тепловое движение; электромагнитные процессы; гравитационные явления; процессы, вызванные сильными и слабыми взаимодействиями. Большинство  процессов рассматривается на разных уровнях - макро- и микроскопическом.
     Между обоими подразделениями физики существуют связи, так как выделение объекта  исследования предопределяет характер процессов, подлежащих изучению, и характер используемых закономерностей. Так, например, в атомной физике основную роль играют законы механики (квантовой механики) и законы электромагнитных взаимодействий. 
Подразделение физики по изучаемым процессам с очевидностью показывает, что в современной физике имеют дело не с разрозненной совокупностью множества не связанных или почти не связанных друг с другом законов, а с немногим числом фундаментальных законов или фундаментальных физических теорий, охватывающих огромные области явлений. В этих теориях в наиболее полной и общей форме отражаются объективные процессы в природе.

     В фундаментальных физических теориях  наше знание закономерностей природы  предстает в настолько обобщенной форме, что отдельные аспекты  этих теорий приобретают философский характер. Нам представляется бесспорным, что при исследовании методологических вопросов в физике целесообразно в первую очередь опираться на анализ фундаментальных физических теорий. В частности, при анализе соотношения между динамическими и статистическими закономерностями в физике следует прежде всего обратить внимание на фундаментальные теории динамического и статистического характера. Здесь сразу обнаруживается как то общее, что присуще тем и другим теориям, так и основное различие между ними. Это позволяет избежать сомнительных или неправомерных утверждений в самом начале исследования проблемы, сконцентрировать внимание на главном и не запутаться в частностях.
     Само  же выделение фундаментальных физических теорий в современной физике довольно однозначно и вряд ли может вызвать  серьезные разногласия.
     К числу фундаментальных теорий динамического  типа можно отнести: классическую механику Ньютона, механику сплошных сред, термодинамику, макроскопическую электродинамику  Максвелла, теорию гравитации. Классическая релятивистская (не квантовая) механика также представляет собой фундаментальную  теорию, но в интересующем нас отношении структуры – фундаментальных теорий и роли понятия состояния она очень мало отличается от механики Ньютона. 

     Открытие  понятия состояния в механики Ньютона 

     Понятие состояния в физике было впервые  отчетливо выявлено при построении классической механики. Очень выразительно это подчеркнуто в лекции Е. Вигнера, прочитанной им в 1964 г. при вручении Нобелевской премии. Законы физики, говорит Вигнер, «определяют поведение изучаемых в ней объектов лишь при некоторых вполне определенных условиях, но в других условиях оставляют большой произвол. Те элементы поведения, которые не определяются законами природы, называются начальными условиями. Последние вместе с законами природы определяют поведение объекта в той степени, в какой это вообще возможно». И далее: «Удивительным открытием эпохи Ньютона было как раз ясное отделение законов природы от начальных условий. Первые невообразимо точны, о вторых же мы, в сущности, ничего не знаем».
     Начальные условия не подчинены определенным закономерностям, между ними не существует связи, т. е. они могут быть произвольными  в той мере, какую позволяют  наложенные на систему извне связи. Значения начальных условий, можно  сказать, зависят от предшествующей эволюции системы, являющейся частью Вселенной. Для решения той или иной задачи они должны быть определены экспериментально или же заданы с помощью тех или иных соображений, учитывающих реальные обстоятельства постановки рассматриваемой задачи.
     В классической механике Ньютона – механике системы материальных точек (частиц) – начальные условия задаются совокупностью координат r(i) и импульсов р(i), (или скоростей v(i)) всех частиц. Эти величины могут принимать произвольные значения: положение и импульс любой частицы не зависят от положений и импульсов всех других частиц.
     Начальные условия вместе с законом движения (вторым законом Ньютона) полностью  определяют поведение объектов, рассматриваемых  в классической механике. Это обстоятельство является решающим для того, чтобы  совокупность координат и импульсов  всех частиц рассматривать как характеристику состояния системы. Уравнения движения однозначно описывают эволюцию этого  состояния. Они определяют ускорения  частиц в зависимости от сил. Силы являются однозначными функциями расстояний между частицами и их относительных скоростей.
     Координаты  и импульсы (или скорости) – основные физические величины в механике Ньютона, так как определяют состояние системы. Кроме того, все остальные механические величины (наблюдаемые), представляющие интерес для механики (энергия, момент импульса, действие и др.), выражаются в виде функций координат и импульсов. 

     Общая структура фундаментальных динамических теорий 

     Общими  структурными элементами механики Ньютона  можно считать следующие три  элемента: совокупность физических величин (наблюдаемых), с помощью которых  описываются объекты данной теории; характеристика состояний системы; уравнения движения, описывающие эволюцию состояния.
     Выделив эти основные элементы в механике, мы убедимся в дальнейшем, что все  фундаментальные динамические теории имеют такую же структуру. В самом общем плане они построены одинаково.
     Центральным элементом фундаментальной динамической теории является понятие состояния. Главное и определяющее при формировании понятия состояния заключается в следующем: начальное состояние однозначно определяет конечное состояние в зависимости от взаимодействий внутри системы, а также в зависимости от внешних воздействий на систему. Система не обязательно должна быть замкнутой. Необходимо лишь, чтобы было точно известно, как внешние воздействия меняются с течением времени. Уравнения движения позволяют рассчитать конечное состояние системы по известному начальному.
     Если  состояние системы фиксировано, то в любой фундаментальной теории, так же как и в классической механике, можно определить все физические величины, представляющие интерес в данной теории. Замечательно, что фундаментальные динамические теории существенно отличаются от фундаментальных статистических теорий только в одном отношении – в способе определения состояния.
     Довольно  часто анализируется понятие  состояния в различных динамических теориях и обращается внимание на общую структуру этих теорий. Нередко  отмечают, что во многих отношениях аналогично обстоит дело и в квантовой  механике. По этой причине ряд авторов  не причисляет даже квантовую механику к чисто статистическим теориям. В действительности же и классические статистические теории имеют такую  же общую структуру, как и динамические.  

     Понятие состояния в фундаментальных  динамических теориях 

     Вопрос  о состоянии систем в различных  динамических теориях относительно прост и трактуется большинством авторов приблизительно одинаковым образом. Мы останавливаемся на нем  главным образом для полноты  изложения. О характеристике состояния  в классической механике уже было сказано. Отметим лишь дополнительно, что в этой теории переменными, характеризующими состояния системы, являются наблюдаемые  теории – координаты и импульсы. При более абстрактных характеристиках состояния такое простое соотношение между наблюдаемыми и понятием состояния уже отсутствует.
     Перейдем  теперь к другим динамическим теориям. Механика сплошных сред. В механике сплошных сред все вещества рассматриваются  как непрерывные. Их атомно–молекулярная структура не принимается во внимание. Соответственно вместо набора координат и импульсов состояние системы характеризуется функциями, описывающими распределение определенных физических величин в пространстве: плотностью r (r, t), давлением p(r, t) и скоростью v (r, t).
     Уравнения гидродинамики идеальной жидкости, т. е. жидкости (или газа), сжимаемостью, вязкостью и теплопроводностью  которых можно пренебречь, позволяют установить значения функций r , р и v в любой момент времени по начальным значениям этих функций и граничным условиям.
     В вязкой, неидеальной жидкости происходит диссипация механической энергии за счет действия сил трения. Существенным становится теплообмен между отдельными участками движущейся среды. Механика сплошных сред перестает быть чистой механикой. Замкнутая система уравнений, однозначно описывающих эволюцию системы, должна включать термодинамические соотношения.
     Термодинамика. В термодинамике тепловые процессы рассматриваются без учета молекулярного  строения тел. Поэтому состояние  термодинамической системы описывается  совсем иначе, чем в механике. В  простейшем случае газа основными величинами, задающими состояние системы, являются давление, объем и температура. Эти  величины называются термодинамическими параметрами. Между ними существует связь, даваемая уравнением состояния. Состояние системы полностью  характеризуется значениями независимых  параметров. Число таких параметров называют числом степеней свободы термодинамической системы.
     Первое  и второе начала термодинамики вводят две однозначные функции состояния: внутреннюю энергию и энтропию. В  классической термодинамике рассматриваются  лишь состояния равновесия и равновесные  обратимые (бесконечно медленные) процессы. Эволюция реальных систем во времени  фактически не рассматривается. С помощью  термодинамики можно лишь установить однозначные связи между термодинамическими параметрами различных равновесных состояний.
     Неравновесные процессы изучаются в термодинамике  необратимых процессов. В этой теории состояние системы характеризуется  локальными термодинамическими функциями  координат и времени. К их числу  относятся: плотность массы, плотность импульса, температура, давление, плотность внутренней энергии или энтропии. Для локальных термодинамических функций записываются уравнения переноса, выражающие сохранение массы, импульса и энергии в движущейся среде. Эти уравнения совместно с уравнением состояния и калорическим уравнением, дающим зависимость энергии от давления и температуры, позволяют по начальным значениям локальных термодинамических функций проследить их эволюцию во времени.
     Электродинамика. В электродинамике Максвелла  объектом исследования является электромагнитное поле. Состояние электромагнитного  поля характеризуется напряженностями  электрического поля E(r, t) и магнитного поля Н(r, t). По известным электрическим  и магнитным свойствам вещества, задаваемым диэлектрической проницаемостью е и магнитной проницаемостью m определяются две другие характеристики поля: электрическая индукция D(r, t) и магнитная индукция B(r, t).
     Уравнения Максвелла для этих четырех векторов позволяют по заданным начальным  значениям полей E и H внутри некоторого объема и по граничным условиям для тангенциальной составляющей либо E, либо Н однозначно определить величину электромагнитного поля в любой последующий момент времени.
     Аналогично  характеризуется состояние электромагнитного  поля в теории Лоренца, описывающей  микроскопические электромагнитные процессы. Основные уравнения этой теории – уравнения Максвелла – Лоренца, связывающие движение отдельных заряженных частиц с созданным ими электромагнитным полем, подобны уравнениям Максвелла 
Классическая релятивистская, механика. Возникшая в процессе развития электродинамики специальная теория относительности не принадлежит к числу фундаментальных теорий в указанном выше смысле. Она не вводит нового понятия состояния, характеризующего какие–либо специфические объекты. Специальная теория относительности принадлежит к числу принципов симметрии или инвариантности, которым удовлетворяют различные фундаментальные теории.

     Релятивистская  же динамика, обобщающая механику Ньютона  на случай движения тел со скоростями, близкими к скорости света, отличается от механики Ньютона только формой уравнений движения. Состояние в  классической релятивистской теории по–прежнему характеризуется координатами и импульсами всех частиц системы.
     Теория  гравитации. Современная теория гравитации дается общей теорией относительности  Эйнштейна. Несмотря на всю новизну  и необычность новой теории гравитации сравнительно со старой ньютоновской теорией тяготения, общая структура, присущая всем другим фундаментальным  теориям динамического характера, остается без изменений. Состояние  гравитационного поля характеризуется  компонентами метрического тензора. Эволюция гравитационного поля описывается  нелинейным уравнением поля Эйнштейна. Это уравнение позволяет в  принципе определить метрический тензор в любой последующий момент времени  по начальному значению этой величины и заданным компонентам тензора  материи, описывающим ее распределение в пространстве. (это не ваша тема)
     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
     1.3. Детерминизм как фундамент классического мировоззрения 

     Начало  первого – классического – периода в истории науки обычно связывают с именем И. Ньютона. Велик вклад Ньютона и в математику, и в оптику, однако, фундаментом классического естествознания стала созданная им механика, которая не только навела порядок в огромном эмпирическом материале, накопленном многими поколениями ученых, но и дала в руки людей мощный инструмент однозначного предсказания будущего в широкой области объектов и явлений природы. Причины перемещения тел в пространстве, закономерности этих перемещений, способы их адекватного описания всегда были в центре внимания человека, так как непосредственно касались наиболее близкой религиозному сознанию области естествознания, а именно – движения небесных тел. Поиск закономерностей этих движений был для человека не столько связан с удовлетворением научной любознательности, сколько преследовал глубокую религиозно–философскую цель: познать смысл бытия. Поэтому такое значение во все времена уделялось астрономическим наблюдениям, тщательной фиксации мельчайших подробностей в поведении небесных тел, интерпретации повторяющихся событий. 
     Одним из величайших достижений на этом поприще стали эмпирические законы И.Кеплера, которые убедительно показали существование порядка в движении планет Солнечной системы. Решающий же шаг в понимании причин этого порядка был сделан И.Ньютоном. Созданная им классическая механика в чрезвычайно лаконичной форме обобщила весь предшествующий опыт человечества в изучении движений. Оказалось, что все многообразие перемещений макроскопических тел в пространстве может быть описано всего лишь двумя законами: законом инерции (F = ma) и законом всемирного тяготения (F = Gm1m2 / r2). И не только законы Кеплера, относящиеся к Солнечной системе, оказались следствием законов Ньютона, но и все наблюдаемые человеком в естественных условиях перемещения тел стали доступными аналитическому расчету. Точность, с которой такие расчеты позволяли делать предсказания, удовлетворяли любые запросы. Сильнейшее впечатление на людей произвело обнаружение в 1846 году ранее неизвестной планеты Нептун, положение которой было рассчитано заранее на основании уравнений Ньютона (Адамс и Леверье).
     К середине XIX века авторитет классической механики возрос настолько, что она  стала считаться эталоном научного подхода в естествознании. Широта охвата явлений природы, однозначная  определенность (детерминизм) выводов, характерные для механики Ньютона, были настолько убедительны, что  сформировалось своеобразное мировоззрение, в соответствии с которым механистический  подход следует применять ко всем явлениям природы, включая физиологические  и социальные, и что надо только определить начальные условия, чтобы  проследить эволюцию природы во всем ее многообразии. Это мировоззрение часто называют «детерминизмом Лапласа», в память о великом французском ученом Лапласе, внесшем большой вклад в небесную механику, физику и математику.
     Очень образно об этом сказал сам Лаплас: «Ум, которому были бы известны для какого–либо момента времени все силы, одушевляющие природу, обнял бы в одной формуле движение величайших тел Вселенной наравне с движением атомов. И будущее, также как и прошедшее предстало бы перед его взором».
     Однако, эта программа – сведение всех природных явлений к механическому движению под действием сил – оказалась не реализованной, прежде всего, из–за проблем с описанием световых, электрических и магнитных явлений. Во второй половине XIX века стало ясно, что материальный мир не сводится только к механическим перемещениям вещества. Еще одной формой существования материи было признано электромагнитное поле, наиболее полную теорию которого создал Дж.К. Максвелл.
     После этого, в конце XIX в., большинство  ученых считало, что создание полной и окончательной естественнонаучной картины мира практически завершено. Все явления природы, в соответствии с этой картиной мира, являются следствием электромагнитных и гравитационных взаимодействий между зарядами и  массами, которые приводят к однозначному, полностью определенному начальными условиями поведению тел (концепция  детерминизма). Критериями истинности в такой картине мира являются, с одной стороны, эксперимент («практика – критерий истины»), а с другой стороны – однозначный логический вывод (с XVII века, как правило, математический) из более общих посылок (дедукция). Отметим здесь также, что одним из главных методологических принципов классического естествознания являлась независимость объективных процессов в природе от субъекта познания, отделенность объекта от средств познания. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.