5. Закономерности в природе. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы.

Представления о строении материи находят свое выражение в борьбе 2 концепций:

--прерывности или дискретности – корпускулярная концепция (неизменность атомов; все явления природы - результат движения частиц образованных из единой материи, все на Земле состоит из корпускул – мини частиц, т.е. прерывность и дискретность материи).

--непрерывности – континуальная концепция (существует 2 вида материи: вещество и поле, различия между которыми фиксируется на уровне явлений микромира, материя состоит из непрерывных волн, т.е. постоянство материи).

Эти две противоположные концепции описания природы пришли к компромиссу в теории корпускулярно-волнового дуализма (свет обладает и свойствами непрерывных электромагнитных волн и свойствами дискретных фотонов).

Частицы неотделимы от создаваемых ими полей и каждое поле вносит свой вклад в структуру частиц, обуславливая их свойства; единство корпускулярных и волновых свойств всех частиц и фотонов. В этом проявляется единство прерывности и непрерывности в структуре материи.

10. Понятие пространственно-временных моделей.

Ради простоты мы рассматривали прежде только движение вдоль прямой. Нашей координатной системой был твердый стержень с началом, но без конца. Сохраним это ограничение. Отмстим на стержне различные точки; положение каждой из них может быть охарактеризовано только одним числом — координатной точки. Сказать, что координата точки равна 7,586 метра, означает, что се расстояние от начала стержня равно 7,586 метра. Наоборот, если кто-то задает мне любое число и единицу измерения, я всегда могу найти точку на стержне, соответствующую этому числу. Мы ви­дим, что каждому числу соответствует определенная точка на стерж­не, а каждой точке соответствует определенное число. Этот факт выражается математиками и следующем предложении: все точки стержня образуют одномерный континуум. Тогда существует точ­ка, сколь угодно близкая к данной точке стержня. Мы можем свя­зать две отдаленные точки на стержне рядом отрезков, располо­женных один за другим, каждый из которых сколь угодно мал. Таким образом, тот факт, что отрезки, связывающие отдаленные точки, произвольно малы, является характеристикой континуума. Возьмем другой пример. Пусть мы имеем плоскость или, если вы предпочитаете что-либо более конкретное, поверхность прямо­угольного стола (рис. 59). Положение точки на этом столе можно '•характеризовать двумя числами, а не одним, как раньше. Два числа суть расстояния от двух перпенди­кулярных краев стола. Не одно число, а пара чисел соответствует каждой точке плоскости; каждой парс чисел соответ­ствует определенная точка. Другими сло­нами: плоскость есть двухмерный конти­нуум. Тогда существуют точки, сколь угодно близкие к данной точке плоско­сти. Две отдаленные точки могут быть связаны кривой, разделенной на отрезки, сколь угодно малые. Таким образом, произвольная малость-отрезков, последовательно укладывающихся на кривой, связывающей две отдаленные точки, каждая из которых может быть определена двумя числами, снова является характеристикой двухмерного континуума.

Еще один пример. Представим себе, что вы хотите в качестве системы координат рассматривать свою комнату. Это означает, что вы хотите любое положение тела определить относительно стен комнаты. Положение кончика лампы, если она в покое, может быть описано тремя числами; два из них определяют расстояние от двух перпендикулярных стен, а третье -- расстояние от пола или потолка. Каждой точке прост­ранства соответствуют три оп­ределенных числа; каждым трем числам соответствует оп­ределенная точка в простран­стве (рис. 60). Это выражается предложением: наше простран­ство есть трехмерный конти­нуум. Существуют точки, весьма близкие к каждой дан­ной точке пространства. И опять произвольная малость отрезков линии, связываю­щей отдаленные точки, каж­дая из которых представлена тремя числами, есть характерис­тика трехмерного континуума.

В самом деле, для описания событий в природе нужно применить не два, а четыре чис­ла. Физическое пространство, постигаемое через объекты и их дви­жения, имеет три измерения, и положения объектов характеризуют­ся тремя числами. Момент события есть четвертое число. Каждому событию соответствует четыре определенных числа; каким-либо че­тырем числам соответствует определенное событие. Поэтому: мир событий образует четырехмерный континуум. В этом нет ничего мис­тического, и последнее предложение одинаково справедливо и для классической физики, и для теории относительности. И опять раз­личие обнаруживается лишь тогда, когда рассматриваются две систе­мы координат, движущиеся друг относительно друга. Пусть движет­ся комната, а наблюдатели внутри и вне ее определяют пространствен­но-временные координаты одних и тех же событий. Сторонник клас­сической физики разобъет четырехмерный континуум на трехмерное пространство и одномерный временной континуум. Старый физик заботится только о преобразовании пространства, так как время для него абсолютно. Он находит разбиение четырехмерного мирового континуума на пространство и время естественным и удобным. Но с точки зрения теории относительности время, так же как и простран­ство, изменяется при переходе от одной системы координат к дру­гой, и преобразования Лоренца рассматривают трансформационные свойства четырехмерного пространственно-временного континуума — нашего четырехмерного мира событий.

Мир событий может быть описан динамически с помощью карти­ны, изменяющейся во времени и набросанной на фоне трехмерного пространства. Но он может быть также описан посредством статичес­кой картины, набросанной на фоне четырехмерного пространствен­но-временного континуума С точки зрения классической физики обе картины, динамическая и статическая, — равноценны. Но с точки зрения теории относительности статическая картина более удобна и более объективна.

Даже в теории относительности мы можем еще употреблять динамическую картину, если мы ее предпочитаем. Но мы долж­ны помнить, что это деление на время и пространство не имеет объективного смысла, так как время больше не является «абсо­лютным». Дальше мы еще будем пользоваться «динамическим», а не «статическим» языком, но при этом всегда будем учитывать его ограниченность.

11.Понятие детерминизма в природе. Моделирование природных процессов в рамках этого подхода.

Причинное объяснение многих физических явлений, т. е. ре­альное воплощение зародившегося еще в древности принципа причинности в естествознании, привело в конце XVIII — начале XIX вв. к неизбежной абсолютизации, классической механики. Возникло философское учение — механистический детерми­низм, классическим представителем которого был Пьер Симон Лаплас (1749—1827), французский математик, физик и философ. Лапласовский детерминизм выражает идею абсолютного детерми­низма — уверенность в том, что все происходящее имеет причи­ну в человеческом понятии и есть непознанная разумом необхо­димость. 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... Воля, сколь угодно свободная, не мо­жет без определенного мотива породить действия, даже такие, которые счи­таются нейтральными... Мы должны рассматривать современное состояние Вселенной как результат ее предшествующего состояния и причину после­дующего. Разум, который для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное расположение ее составных частей, если бы он, кроме того, был достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, обнял бы в единой формуле движения самых огромных тел во Вселенной и самого легкого атома; для него не было бы ничего неяс­ного, и будущее, как и прошлое, было бы у него перед глазами... Кривая, описываемая молекулой воздуха или пара, управляется столь же строго и определенно, как и планетные орбиты: между ними лишь та разница, что на­лагается нашим неведением.

С этими словами перекликается убеждение А. Пуанкаре:

Наука детерминистична, она является таковой а priori (изначально), она по­стулирует детерминизм, так как она без него не могла бы существовать. Она является таковой и а postpriori (из опыта); если она постулировала его с само­го начала как необходимое условие своего существования, то она затем стро­го доказывает его своим существованием, и каждая из ее побед является по­бедой детерминизма.

Дальнейшее развитие физики показало, что в природе могут происходить процессы, причину которых трудно определить. Например, процесс радиоактивного распада происходит случай но. Подобные процессы происходят объективно случайно, а не потому, что мы не можем указать их причину из-за недостатка наших знаний. И наука при этом не перестала развиваться, а обогатилась новыми законами, принципами и концепциями, которые показывают ограниченность классического принципа — лапласовского детерминизма. Абсолютно точное описание всего прошедшего и предсказание будущего для колоссального много­образия материальных объектов, явлений и процессов — задача сложная и лишенная объективной необходимости. Даже в самом простейшем случае классической механики из-за неустранимой неточности измерительных приборов точное предсказание со­стояния даже простого объекта — материальной точки — также нереально.

Согласно современным представлениям, классическая меха­ника имеет свою область применения: ее законы выполняются для относительно медленных движений тел, скорость которых много меньше скорости света. В то же время практика показы­вает: классическая механика — безусловно истинная теория и таковой останется, пока будет существовать наука. Вместе с ней останутся и те общие и абстрактные "классические" образы природы — пространство, время, масса, сила и т.д., которые ле­жат в ее основе. По крайней мере эти образы сохраняются в со­временной физике и во всем естествознании, только они стали четче и объемнее.

Непреходящее значение классической физики заключается в том, что эта отрасль науки всегда останется совершенно необхо­димым "мостом", соединяющим человека как макросубъекта познания со все более глубокими уровнями в микро- и мегами-ре. Эту роль классической физики неоднократно подчеркивал один из создателей квантовой механики Н. Бор:

Как бы далеко ни выходили явления за рамки классического физического объяснения, все опытные данные должны описываться при помощи класси­ческих понятий. Обоснование этого состоит просто в констатации точного значения слова "эксперимент". Словом "эксперимент" мы указываем на такую ситуацию, когда мы можем сообщить другим, что именно мы сделали и что и именно мы узнали. Поэтому экспериментальная установка и результаты на­блюдений должны описываться однозначным образом на языке классической физики.

13Ха́ос (греч. χάος от греч. χαίνω, «раскрываться, разверзаться») — категория космогонии, первичное состояние Вселенной, бесформенная совокупность материи и пространства (в противоположность порядку). В обыденном смысле хаос понимают как беспорядок, неразбериху, смешение. На самом деле такое понимание является неверным. Понятие возникло от названия в древнегреческой мифологии изначального состояния мира, некой «разверзшейся бездны» (а не беспорядочного состояния), из которой возникли первые божества. Лишь в раннехристианские времена этому слову стали приписывать значение беспорядка.

В математике хаос означает апериодическое детерминированное поведение динамической системы, очень чувствительное к начальным условиям. Бесконечно малое возмущение граничных условий для хаотической динамической системы приводит к конечному изменению траектории в фазовом пространстве.

Хаос есть форма постоянно действующего режима дисбалансирующих структур. Функционально хаос зависит от целенаправленности оснований построительных структур. Инструментальная функция хаоса — разрушение связей между элементами системы. Хаос разлагает деградирующие структуры, до уровня с которого начался процесс деградации.

Суть хаоса в обратной функции разложения относительно гармонично сформированных противоположностей. Грубо говоря, разрушение гармонии - цель хаоса.[источник не указан 45 дней]

Хаос — часть механизма балансировки, обеспечивающего оптимальное, в данный момент, соотношение между прогрессией развития и прогрессией деградации системы. Полюс противоположный хаосу — интеграция. Это единоцелостный механизм — баланса

14?13 Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом. Под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра.

В физике свет изучается в разделе Оптика, может рассматриваться либо как электромагнитная волна, скорость распространения в вакууме которой постоянна, либо как поток фотонов: частиц, обладающих определённой энергией и нулевой массой.

Элемента́рная части́ца — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить (или пока это не доказано) на составные части. Их строение и поведение изучается физикой элементарных частиц. Понятие элементарных частиц основывается на факте дискретного строения вещества. Ряд элементарных частиц имеет сложную внутреннюю структуру, однако разделить их на части невозможно. Другие элементарные частицы являются бесструктурными и могут считаться первичными фундаментальными частицами.