15_Garmonia_v_estestvoznanii
.docx15 Гармония в естествознании: принцип целостности; принцип дополнительности; принципы симметрии и законы сохранения.
Гармо́ния (др.-греч. — связь, порядок; строй, лад; слаженность, соразмерность, стройность) – это стройность и соизмеримость частей целого.
ПРИНЦИП ЦЕЛОСТНОСТИ И САМОДОСТАТОЧНОСТИ
Подход к понятию целостности, как к системе, обладающей внешней или внутренней двойственностью, выводит само понятие целостности из категории чисто философской, в категорию естественно - научную. Пока в системе существует двойственность, существует и сама система как целое, в рамках заданной двойственности. Нет целостности - нет системы. При разрушении система распадается на отдельные подсистемы, которые, обретая «независимость», могут снова стать целостными системами. Но могут и не стать. В этом случае они будут зависимыми ("марионетками") от других систем или подсистем, являясь их частью.
Целостность любой системы определяется ее главным звеном - двойственным отношением, развернутым в "4-х мерные весы" закона сохранения симметрии (взаимодополнительности).
Из этого тождества следует, что каждое из 4-х значений в этом тождестве является триединым.
Эти тождества несут в себе сокровенный смысл понятия "самодостаточность", смысл которого сегодня многие люди "заболтали", используя его по поводу и без повода.
Самодостаточность является практически синонимом понятия целостности системы и определяет нижнюю минимальную границу целостности системы. Самодостаточные системы обладают свойствами независимости исполнения своих внутренних функций от внешних воздействий, за исключением одной или нескольких «избранных» системой для этой цели ее оболочек, являющихся ответственными за такое взаимодействие. Если граница целостности будет меньше требуемой для самодостаточности, то система не будет целостной и будет практически представлять собой только часть некоторой самостоятельной подсистемы (системы).
Из приведенных выше тождеств следует вывод, что самодостаточность может иметь и имеет свои количественные характеристики. При этом чаще всего используется пропорция 2/3:1/3, что означает, что любая система будет самодостаточной, если из всей совокупности целевых функций системы 2/3 из них система реализует полностью самостоятельно. Нетрудно осознать, что оценка 2/3 несет в себе отпечаток "золотой пропорции" (0, 618...), в соответствии с которой строится гармония мироздания.
Так в социальных системах, при принятии ответственных решений используется квалифицированное большинство голосов - 2/3. Эта же пропорция характеризует в целом и независимость любого государства от влияния иных культур, иностранных капиталов, материальных и духовных ценностей.
Тенденции развития человечества свидетельствуют о том, что современные страны и государства переплетены между собой сложнейшей системой экономических, политических, социальных и множества других взаимосвязей. Поэтому они взаимозависимы друг от друга. Поэтому они не могут быть полностью независимы друг от друга. Они могут быть только самодостаточными. Эта же пропорция характеризует и деятельность центральной нервной системы, в которой 1/3 приходится на условные рефлексы и 2/3 - на безусловные рефлексы. Cознание человека, характеризующего его самодостаточность, на 2/3 определяется его подсознанием. Физики могут вспомнить, что в кварках также отражается "зарядовая" самодостаточность (кварковая триада "+2/3,-1/3,-1/3).
Для самодостаточности экономических систем необходимо, чтобы потребность в ресурсах на 2/3 реализовывалась за счет внутренних ресурсов (самофинансирование, самоокупаемость,...). Подобные примеры самодостаточности систем можно продолжать до бесконечности.
ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ
Принцип дополнительности был сформулирован датским физиком Н. Бором в 1927 г. Это принципиальное положение квантовой механики, согласно которому получение информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым. Такими взаимно дополнительными величинами являются, например, координата частицы и ее скорость (импульс) (принцип неопределенности — см. ТЕМУ 6.5). В общем случае дополнительными друг к другу являются, например, направление и величина момента количества движения, кинетическая и потенциальная энергия, напряженность электрического поля в данной точке и число фотонов и т.д.
С точки зрения этого принципа, состояния, в которых взаимно дополнительные величины имели бы одновременно точно определенное значение, принципиально невозможны, причем если одна из таких величин определена точно, то значение другой полностью неопределенно.
Таким образом, принцип дополнительности фактически отражает объективные свойства квантовых систем, не связанных с существованием наблюдателя.
ПРИНЦИПЫ СИММЕТРИИ
Принципы симметрии делятся на пространственно-временные (геометрические или внешние) и внутренние, описывающие свойства элементарных частиц.
Основная характерная черта физических законов — то, что они основаны на симметриях. Симметричным является объект, который в результате определенных изменений или преобразований остается неизменным, инвариантным.
Инвариантность — это неизменность какой-либо величины при изменении физических условий или по отношению к некоторым преобразованиям, т.е. способность не изменяться при преобразованиях.
В структуре фундаментальных физических теорий, которые охватывают все процессы, все формы движения материи, существуют более общие законы — законы симметрии и инвариантности и связанные с ними законы сохранения.
Законы сохранения физических величин — это утверждения, согласно которым численные значения некоторых величин не изменяются со временем в любых процессах или определенных классах процессов. Значение: на них можно опираться при построении фундаментальных физических теорий, они демонстрируют единство материального мира.
Законы физики можно преобразовывать так, что при этом их структура остается неизменной, симметричной. Принципы симметрии долгое время существовали в неявном виде.
Лишь после появления теории относительности Эйнштейна и осознания того факта, что она есть не что иное, как теория инвариантов четырехмерного пространственно-временного континуума, или один из аспектов теории симметрии, стали обращать внимание на то, что все физические законы основаны на симметрии.
Пространственно-временные принципы симметрии
Симметрия в физике — это свойство физических законов, детально описывающих поведение системы, оставаться неизменными (инвариантными) при определенных преобразованиях, которым могут быть подвергнуты входящие в них величины.
Изотропность — это одинаковость свойств физических объектов в разных направлениях. Изотропность и однородность пространства как простейшие виды симметрии появились уже на заре человеческого познания.
Среди пространственно-временных принципов симметрии можно выделить следующие:
Сдвиг системы отсчета не меняет физических законов, т.е. все точки пространства равноправны. Это означает однородность пространства.
Поворот системы отсчета пространственных координат оставляет физические законы неизменными, т.е. все свойства пространства одинаковы по всем направлениям, иными словами пространство — изотропно. Например, свойства палки не меняются, если ее переворачивать в воздухе. А вот свойства корабля значительно изменятся, если он перевернется в воде, так как на границе раздела воды и воздуха свойства пространства разные. Таким образом, симметрия пространства означает, что в пространстве действия физических законов нет выделенных точек и направлений или что оно однородно.
Сдвиг во времени не меняет физических законов, т.е. все моменты времени объективно равноправны. Время однородно. Это означает, что можно любой момент времени взять за начало отсчета. Этот принцип означает закон сохранения энергии, который основан на симметрии относительно сдвигов во времени. Период колебаний маятника «ходиков» не изменится, если отсчитать его в полдень или в полночь, т.е. законы физики не зависят от выбора начала отсчета времени.
Законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Этот принцип относительности является основным постулатом специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. В соответствии с принципом симметрии можно произвести переход в другую систему отсчета, движущуюся относительно данной системы с постоянной по величине и направлению скорости. Например, можно перейти из вагона поезда в машину, если уравнять их скорости.
Зеркальная симметрия природы — отражение пространства в зеркале — не меняет физических законов.
Фундаментальные физические законы не меняются при обращении знака времени. Необратимость, сушествующая в макромире, имеет статистическое происхождение и связана с неравновесным состоянием Вселенной.
Замена всех частиц на античастицы не влияет на физические законы, не меняет характера процессов природы.
В современной физике обнаружена определенная иерархия законов симметрии: одни выполняются при любых взаимодействиях, другие же — только при сильных и электромагнитных. Эта иерархия отчетливо проявляется во внутренних симметриях.
Внутренние принципы симметрии
Внутренние принципы симметрии действуют в микромире. В релятивистской квантовой теории предполагается взаимное превращение элементарных частиц:
При всех превращениях элементарных частиц сумма электрических зарядов частиц остается неизменной, т.е. до и после превращения сумма зарядов частиц должна остаться неизменной.
Барионный или ядерный заряд остается постоянным.
Лептонный заряд сохраняется.
Теория взаимодействия элементарных частиц развивается успешно. Начало этому было положено принципами симметрии.