6.1. Моделирование

Моделирование - исследование каких-либо явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей. Моделирование - одна из основных категорий теорий познания. На идее моделирования по существу базируется любой метод научного исследования - как теоретический. В зависимости от характера используемых в научном исследовании моделей различают несколько видов моделирования:

1. Мысленное (идеальное) моделирование: К этому виду моделирования относятся самые различные мысленные представления в форме тех или иных воображаемых моделей.

2. Физическое моделирование. Оно характеризуется физическим подобием между моделью и оригиналом и имеет целью воспроизведение в модели процессов, свойственных оригиналу. По результатам исследования тех или иных физических свойств модели судят о явлениях, происходящих (или могущих произойти) в так называемых «натуральных условиях». Пренебрежение результатами таких модельных исследований может иметь тяжелые последствия.

3. Символическое (знаковое) моделирование. Оно связано с условно-знаковым представлением каких-то свойств, отношений объекта-оригинала. К символическим (знаковым) моделям относятся разнообразные топологические и графовые представления (в виде графиков, номограмм, схем и т. п.) исследуемых объектов. важной разновидностью символического (знакового) моделирования является математическое моделирование. Символический язык математики позволяет выражать свойства, стороны, отношения объектов и явлений самой различной природы. Взаимосвязи между различными величинами, описывающими функционирование такого объекта или явления, могут быть представлены соответствующими уравнениями (дифференциальными, интегральными, интегро-дифференциальными, алгебраическими) и их системами.

4. Численное моделирование на компьютере. Эта разновидность моделирования основывается на ранее созданной математической модели изучаемого объекта или явления и применяется в случаях больших объемов вычислений, необходимых для исследования данной модели.

6.2. Традиции атомизма и непрерывности в естествознании.

В истории изучения природы можно выделить два этапа: донаучный и научный.

Донаучный, или натурфилософский, охватывает период от античности до становления экспериментального естествознания в XVI-ХVII вв. В этот период учения о природе носили чисто натурфилософский характер: наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительных философских принципов. Наиболее значимой для последующего развития естественных наук была концепция дискретного строения материи – атомизм, согласно которому все тела состоят из атомов – мельчайших в мире частиц.

Исходными началами в атомизме выступали атомы и пустота. Механическая программа описания природы, впервые выдвинутая в античном атомизме, наиболее полно реализовалась в классической механике, со становления которой начинается научный этап изучения природы.

Формирование научных взглядов на строение материи относится к XVI в., когда Г. Галилеем была заложена основа первой в истории науки физической картины мира – механической. Он не просто обосновал гелиоцентрическую систему Н. Коперника и открыл закон инерции, а разработал методологию нового способа описания природы – научно-теоретического. Суть его заключалась в том, что выделялись только некоторые физические и геометрические характеристики, которые становились предметом научного исследования.

В рамках механической картины мира, разработанной И. Ньютоном и его последователями, сложилась дискретная (корпускулярная) модель реальности. Материя рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных частиц – атомов или корпускул. Атомы очень прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса.

В основу механической картины мира был положен ряд принципов. Во-первых, мир в этой картине строился по законам механики Ньютона, применимой к любым телам, мелким и крупным. Во-вторых, неявно допускалось, что между объектами микро- и макромира нет принципиальной разницы. В-третьих, предполагалось, что какое-то развитие, качественное изменение в природе отсутствует. В-четвертых, все причинно – следственные связи считались однозначными, предопределенными.

К началу XX века многим физикам стало ясно, что реальная природа не может быть всесторонне описана в рамках односторонних либо механической, либо электродинамической картин мира. Необходимо было выдвинуть принципиально новые идеи, которые позволили бы объединить две системы столь противоположных взглядов на природу в некой общей теории. Важную роль в подготовке новых идей сыграл А. Пуанкаре, первым высказавший идею относительности всех явлений природы. На заключительном этапе решающий вклад в создание целостной теории внес А. Эйнштейн, сформулировавший в 1905г. фундаментальную теорию релятивистской классической физики.

В рамках этой теории материя существует в двух видах: дискретного вещества и непрерывного поля.

1. Вещество и поле различаются как корпускулярные и волновые сущности: вещество дискретно и состоит из атомов, а поле непрерывно.

2. Вещество и поле различаются по своим физическим характеристикам: частицы вещества обладают массой покоя, а поле – нет.

3. Вещество и поле различаются по степени проницаемости: вещество мало проницаемо, а поле, наоборот, полностью проницаемо.

4. Скорость распространения поля равна скорости света, а скорость движения частиц вещества меньше ее на много порядков.

Наконец, в этой теории было достигнуто объективное описание природы, а свойства пространства и времени удалось связать со свойствами материи. Установленные в ней законы природы не зависят от выбора системы отсчета, а движение материальных объектов происходит в целостном пространстве – времени.