- •1)Предмет ксе. Основная терминология.
- •2) Стадии развития естествознания
- •3) Спефицика и взаимосвязь естественно-научной и гуманитарной типов культур
- •4) Проблема определения науки
- •5) Характерные черты науки
- •6) Методы научного познания
- •8) Теория как форма научного познания
- •1) Донаучный период.
- •1.1) Знания древних цивилизаций.
- •1.2) Древнегнеческая натурфилософия
- •1.3) Средневековая наука
- •2) Развитие классического естествознания. Наука Нового Времени
- •2.1) Естествознание эпохи Возрождения. Революции в науке
- •3) Специфика неклассического естествознания
- •4) Особенности современного естествознания
- •1) Понятие естественно-научной картины мира. Физическая картина мира.
- •2) Механистическая картина мира. Механика и. Ньютона
- •4) Становление современной физической картины мира.
- •1. Динамические законы и теории. Механический детерменизм.
- •2) Статистические законы и теории и вероятностный детерминизм
- •3) Соотношение динамических и статистических законов
- •1) Структурные уровни организации материи: микро-,макро-,мегамир.
- •2) Атомистическая концепция строения материи
- •3) Квантово-механическая концепция описания микромира
- •4) Элементарные частицы и кварковая модель атома
- •1) Космологические модели Вселенной
- •2) Происхождение и эволюция Вселенной (космология Большого взрыва)
- •3) Происхождение Солнечной системы и Земли
- •1. Геологическая шкала времени.
- •2) Строение земли.
- •3) История развития геологических концепций.
- •4) Современные концепции развития геосферных концепций.
- •5) Абиотические факторы и экологические функции литосферы
- •1Система химии, логика ее развития и построения
- •2) Открытие основных законов химии
- •3) Закон возрастания энтропии. Первый и второй законы термодинамики.
- •4) Вещества и их свойства
- •5) Энергетические эффекты химических реакций. Скорости химических реакций.
- •6) Равновесие в химических реакциях.
- •1) Предмет биологии и ее структура
- •2) Три «образа» биологии. Традиционная, физико-химическая и эволюционная биология.
- •3) Концепции происхождения жизни
- •4) Эволюционная теория Дарвина. Стэ
- •1) Уровни организации живой материи.
- •2) Специфические признаки живого вещества
- •3) Обмен веществ и энергии в биосистемах
- •4) Клеточное строение живых организмов
- •5) Принципы воспроизводства живых систем
- •5) Генетика. Генная инженерия
- •1) Элементы биологической классификации
- •2.Неклеточные организмы. Царство Вирусы.
- •3. Доядерные организмы. Царство Бактерии.
- •4. Эукариоты. Царство грибов.
- •4) Растения
- •5) Животные
- •1) Биосфера как экологическая система. Структура, характерные особенности
- •2) В.И. Вернадский о «живом веществе». Функции живого вещества в биосфере. Биотический круговорот
- •3) Эволюция понятия «ноосфера»
- •4) Антропогенные изменения в биосфере. Экологические изменения сегодня
- •5) Концепция устойчивого развития
- •1) Естественное происхождение человека
- •2) Основные концепции современной физиологии
- •3) Концепция здоровья. Условия ортобиоза
- •4) Высшая нервная деятельность
- •5) Виды эмоциональных процессов и состояний
- •6) Механизмы творческого процесса
- •7) Физическая и умственная работоспособность
- •1) Космические циклы
- •9) Селено- и гелиобиология
- •10) Искусственный интеллект
2) Статистические законы и теории и вероятностный детерминизм
Наряду достоверными и однозначными динамическими законами в естествознании в середине прошлого века были сформулированы законы, предсказания которых являются не определенными, а только вероятными. Свое название эти законы получили от характера той информации, которая была использована для их формулировки. Вероятностными они назывались потому, что заключения, основанные на них, не следуют логически из имеющейся информации, а потому не являются достоверными и однозначными. Поскольку сама информация при этом носит статистический характер, часто такие законы называются также статистическими, и это их название получило в естествознании значительно большее распространение.
Представления о закономерностях особого типа, в которых связи между величинами, входящими в теорию, неоднозначны, впервые ввел Максвелл в 1859 г. Он первым понял, что при рассмотрении систем, состоящих из огромного числа частиц, нужно ставить задачу совсем иначе, чем это делалось в механике Ньютона. Для этого Максвелл ввел в физику понятие вероятности, выработанное ранее математиками при анализе случайных явлений, в частности азартных игр.
Эта вероятность имеет объективный характер (так как выражает объективные отношения реальности и ее введение не обусловлено лишь незнанием нами деталей течения объективных процессов).
На фоне множества случайных событий обнаруживается определенная закономерность, выражаемая числом. Это число - вероятность события - позволяет определять статистические средние значения (сумма отдельных значений всех величин, деленная на их число).
Несомненно, что поведение газовых молекул в сосуде гораздо сложнее брошенной кости. Но и здесь можно обнаружить определенные количественные закономерности, позволяющие вычислить статистические средние значения если только ставить задачу так же, как в теории игр, а не как в классической механике. Нужно отказаться, например, от неразрешимой задачи определения точного значения импульса молекулы в данный момент, а пытаться найти вероятность определенного значения этого импульса.
Максвеллу удалось решить эту задачу. Статистический закон распределения молекул по импульсам оказался несложным. Но главная заслуга Максвелла состояла не в решении, а в самой постановке новой проблемы. Он ясно осознал, что случайное в данных макроскопических условиях поведение отдельных молекул подчинено определенному вероятностному (или статистическому) закону.
После данного Максвеллом толчка молекулярно-кинетическая теория (или статистическая механика, как стали называть ее в дальнейшем) начала стремительно развиваться.
Статистические законы и теории имеют следующие характерные черты.
1. В статистических теориях любое состояние представляет собой вероятностную характеристику системы. Это означает, что состояние в статистических теориях определяется не значениями физических величин, а статистическими (вероятностными) распределениями этих величин. Это принципиально иная характеристика состояния, чем в динамических теориях, где состояние задается значениями самих физических величин.
2. В статистических теориях по известному начальному состоянию в качестве результата однозначно определяются не сами значения физических величин, а вероятности этих значений внутри заданных интервалов. Тем самым однозначно определяются средние значения физических величин. Эти средние значения в статистических теориях играют ту же роль, что и сами физические величины в динамических теориях. Нахождение средних значений физических величин - главная задача статистических теории.
Вероятностные характеристики состояния в статистических теориях совершенно отличны от характеристик состояния в динамических теориях. Тем не менее динамические и статистические теории обнаруживают в самом существенном отношении замечательное единство. Эволюция состояния в статистических теориях однозначно определяется уравнениями движения, как и в динамических теориях. По заданному статистическому распределению (по заданной вероятности) в начальный момент времени уравнение движения однозначно определяет статистическое распределение (вероятность) в любой последующий момент времени, если известны энергия взаимодействия частиц друг с другом и с внешними телами. Однозначно определяются соответственно и средние значения всех физических величин. Здесь нет никакого отличия от динамических теорий в отношении однозначности результатов. Ведь статистические теории, как и динамические, выражают необходимые связи в природе, а они вообще не могут быть выражены иначе, чем через однозначную связь состояний.
На уровне статистических законов и закономерностей мы также сталкиваемся с причинностью. Но детерминизм в статистических закономерностях представляет более глубокую форму детерминизма в природе. В отличие от жесткого классического детерминизма он может быть назван вероятностным (или современным) детерминизмом.
Статистические законы и теории являются более совершенной формой описания физических закономерностей, любой известный на сегодняшний день процесс в природе более точно описывается статистическими законами, чем динамическими. Однозначная связь состояний в статистических теориях говорит об их общности с динамическими теориями. Различие между ними в одном - способе фиксации (описания) состояния системы.
Истинное, всеобъемлющее значение вероятностного детерминизма стало очевидным после создания квантовой механики - статистической теории, описывающей явления атомарного масштаба, то есть движение элементарных частиц и состоящих из них систем (другими статистическими теориями являются: статистическая теория неравновесных процессов, электронная теория, квантовая электродинамика). Несмотря на то, что квантовая механика значительно отличается от классических теорий, общая для фундаментальных теорий структура сохраняется и здесь. Физические величины (координаты, импульсы, энергия, момент импульса и т.д.) остаются в общем теми же, что и в классической механике. Основной величиной, характеризующей состояние, является комплексная волновая функция. Зная ее, можно вычислить вероятность обнаружения определенного значения не только координаты, но и любой другой физической величины, а также средние значения всех величин. Основное уравнение нерелятивистской квантовой механики - уравнение Шредингера - однозначно определяет эволюцию состояния системы во времени.