25. Причинність і необхідність в класичній фізиці: лапласівський детермінізм і динамічні закони.

Лапласівський детермінізм

Причинне пояснення багатьох фізичних явищ, тобто реальне втілення принципу причинності, що зародився ще в старовині, в природознавстві, привело в кінці XVIII — початку XIX вв. до неминучої абсолютизації класичної механіки. Виникло філософське учення — механістичний детермінізм, класичним представником якого був Пьер Симон Лаплас (1749—1827), французький математик, фізик і філософ. Лапласівський детермінізм виражає ідею абсолютного детермінізму — упевненість в тому, що те, що все відбувається має причину в людському понятті і є непізнана розумом необхідність. Суть його можна зрозуміти з вислову Лапласа:

Сучасні події мають з подіями передуючими зв'язок, заснований на очевидному принципі, що ніякий предмет не може почати бути без причини, яка його провела... Воля, скільки завгодно вільна, не може без певного мотиву породити дії, навіть такі, які вважаються нейтральними... Ми повинні розглядати сучасний стан Всесвіту як результат її попереднього стану і причину подальшого. Розум, який для якого-небудь даного моменту знав би всі сили, що діють в природі, і відносне розташування її складових частин, якби він, крім того, був достатньо обширний, щоб піддати ці дані аналізу, обійняв би в єдиній формулі рухи найвеличезніших тіл у Всесвіту і найлегшого атома; для нього не було б нічого неясного, і майбутнє, як і минуле, було б у нього перед очима... Крива, що описується молекулою повітря або пари, управляється так же строго і безумовно, як і планетні орбіти: між ними лише та різниця, що накладається нашим невіданням.

Подальший розвиток фізики показав, що в природі можуть відбуватися процеси, причину яких важко визначити. Наприклад, процес радіоактивного розпаду відбувається випадково. Подібні процеси відбуваються об'єктивно випадково, а не тому, що ми не можемо вказати їх причину через нестачу наших знань. І наука при цьому не перестала розвиватися, а збагатилася новими законами, принципами і концепціями, які показують обмеженість класичного принципу, — лапласовского детермінізму. Абсолютно точний опис того, що всього пройшло і прогноз майбутнього для колосального різноманіття матеріальних об'єктів, явищ і процесів — завдання складне і позбавлене об'єктивній необхідності. Навіть у найпростішому випадку класичної механіки із-за неусувної неточності вимірювальних приладів точний прогноз стану навіть простого об'єкту — матеріальної крапки — також нереально.

2. Динамічні закон

Багато фізичних явищ в механіці, електромагнетизмі і теорії відносності підкоряються, так званим динамічним закономірностям. Динамічні закони відображають однозначні причинно-наслідкові зв'язки, що підкоряються детермінізму Лапласа.

Причина Слідство

Динамічні закони – це закони Ньютона, рівняння Максвела, рівняння теорії відносності.

2.1. Класична механіка Ньютона

Основу механіки Ньютона складають закон інерції Галілея, два закони відкриті Ньютоном, і закон Усесвітнього тяжіння, відкритий також Ісааком Ньютоном.

1. Згідно сформульованому Галілеєм закону інерції, тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху до тих пір, поки дія з боку інших тіл не виведе його з цього стану.

2. Цей закон встановлює зв'язок між масою тіла, силою і прискоренням.

3. Встановлює зв'язок між силою дії і силою протидії.

4. Як IV закон виступає закон усесвітнього тяжіння.

Два будь-яких тіла притягуються один до одного з силою пропорційній масі сил і обернено пропорційною квадрату відстані між центрами тіл.

2.2. Рівняння Максвела

Рівняння Максвела – найбільш загальні рівняння для електричних і магнітних полів в середовищах, що покояться. У вченні про електромагнетизм вони грають таку ж роль, як закони Ньютона в механіці. З рівнянь Максвела виходить, що змінне магнітне поле завжди пов'язане з породжуваним ним електричним полем, а змінне електричне поле пов'язане з породжуваним ним магнітним, тобто електричне і магнітне поля нерозривно пов'язані один з одним – вони утворюють єдине електромагнітне поле.

З рівнянь Максвела виходить, що джерелами електричного поля можуть бути або електричні заряди, або магнітні поля, що змінюються в часі, а магнітні поля можуть збуджуватися або рухомими електричними зарядами (електричними струмами), або змінними електричними полями. Рівняння Максвела не симетричні щодо електричного і магнітного полий. Це пов'язано з тим, що в природі існують електричні заряди, але немає зарядів магнітних.

2.3. Рівняння теорії відносності

Спеціальна теорія відносності, принципи якої сформулював в 1905 р. А.Эйнштейн, є сучасною фізичною теорією простору і часу, в якій, як і в класичній ньютонівській механіці, передбачається, що час однорідний, а простір однорідний і ізотропно. Спеціальна теорія часто називається релятивістською теорією, а специфічні явища, що описуються цією теорією - релятивістським ефектом (ефект уповільнення часу)

У основі спеціальної теорії відносності лежать постулати Ейнштейна

принцип відносності: ніякі досліди (механічні, електричні, оптичні), проведені в даній інерціальній системі відліку, не дають можливості виявити, чи покоїться ця система або рухається рівномірно і прямолінійно; всі закони природи інваріантні по відношенню до переходу від однієї інерціальної системи до іншої;

принцип інваріантності швидкості світла: швидкість світла у вакуумі не залежить від швидкості руху світла або спостерігача і однакова у всіх інерціальних системах відліку.

Перший постулат, будучи узагальненням механічного принципу відносності Галілея на будь-які фізичні процеси, затверджує таким чином, що фізичні закони інваріантні по відношенню до вибору інерціальної системи відліку, а рівняння, що описують ці закони, однакові формою у всіх інерціальних системах відліку. Згідно цьому постулату, всі інерціальні системи відліку абсолютно равноправны, тобто явища механічні, електродинамічні, оптичні і ін. у всіх інерціальних системах відліку протікають однаково.

Згідно другому постулату, постійність швидкості світла у вакуумі – фундаментальна властивість природи.

Загальна теорія відносності, звана іноді теорією тяжіння, – результат розвитку спеціальної теорії відносності. З неї витікає, що властивості простору-часу в даній області визначаються полями тяжіння, що діють в ній. При переході до космічних масштабів геометрія простору-часу може зміняться від однієї області до іншої залежно від концентрації мас в цих областях і їх руху.