- •Содержание
- •2.2. Трансдисциплинарная идея моделирования природы
- •2.3. Трансдисциплинарная идея единства объекта и его окружения
- •2.4. Трансдисциплинарная идея пространственно-временных отношений в природе
- •2.5. Трансдисциплинарная идея целостности природы
- •2.6. Трансдисциплинарная идея экспериментальной достоверности
- •2.7. Роль трансдисциплинарных идей в целостном понимании природы
- •3.1.2. Концепция единого пространства-времени.
- •3.1.3. Концепция моделирования объектов
- •3.1.4. Концепция контролируемого воздействия.
- •3.1.5. Специфика классических моделей химии и биологии
- •3.2. Образ природы в неклассическом естествознании
- •3.2.1. Концепция измерения в неклассическом естествознании
- •3.2.2. Концепция моделирования состояний
- •3.2.3. Целостность микросостояний. Особенность микросостояний системы тождественных частиц
- •3.2.4.Концепция макросостояний объектов
- •3.2.5. Концепция флуктуации и их корреляций
- •3.2.6. Флуктуации и альтернативная корреляция между ними в микромире
- •Лекция №4.
- •4. Концепция измерения в классическом естествознании. Классические измерительные системы. Проблема измерения в классическом естествознании. Единицы измерения и системы единиц
- •4.1. Проблема измерения в классическом естествознании
- •4.2. Единицы измерения и системы единиц
- •4.3. Возникновение систем мер.
- •4.4.Возникновение и распространение метрической системы мер.
- •4.5. Эталоны.
- •4.6. Атомные часы.
- •Лекция №5.
- •5.1. Временные отношения в природе
- •5.2. Пространственные отношения в природе
- •5.3. Движение частицы. Взаимосвязь Пространства и времени
- •5.4. Целостное описание пространства-времени
- •Лекция №6.
- •6.1. Моделирование
- •6.2. Традиции атомизма и непрерывности в естествознании.
- •6.3. Фундаментальные физические модели объектов
- •6.4. Масса как универсальная характеристика инертности и гравитаци.
- •6.5. Импульс как фундаментальная характеристика объекта
- •6.6. Полная энергия и полный момент как фундаментальные характеристики объекта
- •6.7. Роль фундаментальных законов сохранения в описании природы
- •Лекция №7.
- •7.1. Воздействие и взаимодействие
- •7.2. Характеристики контролируемого воздействия на частицу
- •7.3. Фундаментальные силы
- •7.4. Механическая энергия и динамика частицы
- •7.5. Энергия взаимодействия в системе частиц
- •Лекция №8.
- •8.1. Концепция измерения в неклассическом естествознании
- •8.2. Концепция моделирования состояний
- •8.2.1. Неклассические представления о характеристиках объектов и состояний
- •8.2.2. Фундаментальные модели неклассической физики
- •Лекция №9.
- •9.1. Ограничение воздействия на микроуровне как фундаментальный закон природы
- •9.2. Микросостояние одной микрочастицы.
- •9.3. Целостность микросостояний. Особенность микросостояний системы тождественных частиц
- •Лекция №10.
- •10.1. Тепловое равновесие как макросостояние.
- •10.2. Детерминированное и стохастическое движения. Ограничение воздействия на макроуровне как фундаментальный закон природы
- •10.3. Макропараметры как характеристики объектов и их макросостояний в тепловом равновесии
- •10.4. Два способа описания природы на макроуровне.
- •Лекция №11.
- •11.1. Флуктуации и их роль в описании природы
- •11.2. Флуктуации и альтернативная корреляция между ними в микромире
- •11.3. Флуктуации и неальтернативная корреляция между ними в макромире
- •11.4. Универсальные корреляции между флуктуациями в неклассической физике.
- •Лекция №12.
- •12. Физические принципы создания современной эталонной базы. Использование явления сверхпроводимости.
- •12.1. Свойство сверхпроводимости
- •12.2. Изотопический эффект
- •12.3. Функциональные устройства на магнитных вихрях в сверхпроводниках второго рода
- •12.4 Высокотемпературная сверхпроводимость
- •Лекция №13.
- •13. Явление Зеемана. Явление Джозефсона.
- •13.2. Явление Джозефсона.
- •Лекция №14.
- •14. Явление Мессбауэра. Другие эффекты квантовой физики
- •14.1. Краткая история жизни знаменитого ученого. Научные достижения
- •14.2. Предыстория вопроса
- •14.3. Открытие Мёссбауэра
- •14.4. Природа эффекта
- •14.5. Мёссбауэровские изотопы
- •14.6. Общие применения метода
- •14.7. Применение эффекта Мессбаура для изучения свойств поверхности и объема кристаллов
- •14.8. Химические применения метода
- •14.9. Выводы
- •Лекция №15.
- •15.1.Общие сведения.
- •15.2. Объяснение эффекта Холла с помощью электронной теории
- •15.3. Эффект Холла в ферромагнетиках.
- •15.4. Эффект Холла в полупроводниках
- •15.5. Эффект Холла на инерционных электронах в полупроводниках
- •15.6. Датчик эдс Холла
- •Лекция №16.
- •16. Измерение абсолютного заряда электрона и его удельного заряда. Опыт Милликена. Метод Томсона. Метод магнитной фокусировки Буша.
- •16.1. Инерционный метод измерения заряда. История открытия электрона
- •16.2. Метод магнитной фокусировки Буша
- •16.3. Опыт Милликена
- •Лекция №17.
- •17.1. Шумы, обусловленные дискретностью вещества. Помехи
- •17.2. Дробовый эффект
- •17.3.Критерий устойчивости Найквиста. Формула Найквиста
- •17.4. Естественные пределы точности измерений
- •17.5. Методы повышения точности средств измерений и выполнения измерений
- •17.6. Фундаментальный источник погрешностей измерений. Основные понятия и виды погрешностей
- •17.7. Броуновское движение
- •Список используемой литературы:
2.3. Трансдисциплинарная идея единства объекта и его окружения
Изложение одной из важнейших трансдисциплинарных идей следует начать с аналогии. В живописных произведениях фон играет немаловажную роль, он помогает лучше понять сущность особенностей изображаемого объекта, которые хочет подчеркнуть художник. Это не локальный прием, а проявление общей методологической идеи, связанной с восприятием объекта. Недаром существует выражение о том, что короля играет свита. Ведь оно относится не только к театру, но имеет более широкий жизненный смысл. Так и в языке слова очень многозначны. И чтобы понять, в каком значении употребляется литературное выражение, необходимо понять контекст. Тогда слово приобретает именно тот оттенок, который соответствует конкретной ситуации.
При восприятии объектов природы также имеет место подобное явление. Объект, его характеристики, специфика поведения и даже сущностные особенности неразрывно связаны с его окружением, со своеобразным природным контекстом. Прежде всего, следует задуматься о том, что любая информация об объекте черпается нами из анализа тех проявлений, которые он производит в окружающем мире. Ведь абсолютно изолированный объект никак не взаимодействует ни с какими другими объектами, а потому мы ничего не можем узнать о нем – он попросту нам не доступен. Такой объект остается для нас «вещью в себе». Чтобы выяснить какие-либо его особенности, с ним следует вступить в контакт – либо прямой, либо косвенный. Ведь даже внешне пассивное визуальное наблюдение с точки зрения физики означает, что объект рассеивает падающее на него электромагнитное излучение (т.е. взаимодействует с ним), а некто воспринимает эти сигналы в виде изображения.
Таким образом, никакие предварительные умозрительные представления не могут характеризовать объект полностью. Для получения информации о нем требуется «нарушить» его изолированность, т.е. начать рассматривать его окружение. Однако в этом кроется лишь один из аспектов, составляющих суть идеи неразрывности объекта и его окружения. Другой аспект состоит в том, что, желая узнать об объекте что-либо, мы явно или неявно задаем этому окружению вопросы. Образно говоря, только расспрашивая окружение об объекте, мы узнаем о том, каков данный объект. В этом заключается глубинный смысл любого эксперимента. По этому поводу можно сослаться даже на этимологическую интерпретацию данного термина. По латыни, эксперимент (экс – периментум) означает «из того, что по периметру», т.е. способ получения информации об объекте из окружения.
При этом наши суждения основываются либо на тех следах (изменениях), которые он производит вокруг себя (когда окружение сопоставимо с объектом), либо. на изменении поведения самого объекта (когда окружение столь массивно, что на нем не заметно слабое влияние объекта). Например, чтобы узнать, имеет ли определенная частица электрический заряд, физики помещают ее либо рядом с другой (пробной) частицей, про которую достоверно известно, что она заряжена, либо в электромагнитное поле. В первом случае исследуемая частица, если она электронейтральна, не изменяет поведения своей соседки. Во втором случае заряженная частица изменяет характер собственного движения или его траекторию.
Очень многие свойства объектов связаны с их окружением. Другими словами, многие явления протекают по-разному в различных ситуациях, т.е. в зависимости от того, в каких условиях они находятся. Например, всем хорошо известно, что в быту объект может восприниматься нами по-разному в зависимости от освещения. Так, даже цвет предметов приобретает разные оттенки в зависимости от состояния атмосферы, не говоря уже о четкости их зрительных образов: водяной пар и частицы пыли, содержащиеся в воздухе, как бы затуманивают наблюдаемые предметы, вследствие чего они кажутся окутанными дымкой.
Эффект воздействия окружения очень значим в природе. Так, траектория движения заряженной пылинки в поле тяжести изменится, если она попадает в область, где дополнительно включено электрическое поле; радуга в небе возникает не всегда, а только при определенном стечении факторов, характеризующих состояние атмосферы и т.д. Очень важно отметить, что воздействие окружения, которое, как правило, более массивно, чем объект, бывает иногда столь тонким и нерегулярным, что не всегда возможно его проконтролировать. В особенности ощутимо подобное неконтролируемое влияние в микромире. Тем не менее оно проявляет себя косвенно, принципиально сказываясь на поведений объекта. Об этом будет сказано в разделе Ш.
Таким образом, идея единства объекта и его окружения состоит в том, что объект не может быть познан в отрыве от других объектов, находящихся в сфере его естественных контактов. Иначе говоря, в процессе познания мы всегда руководствуемся этой идеей.
Вопрос о том, что следует включать в понятие окружения, не может быть решен однозначно. Все зависит от того, какие свойства объекта нас интересуют. Поэтому также условно и само понятие объекта. Например, если рассматривается Земля как небесное тело, то в нее включается и атмосфера как слой окружающего ее пространства, в котором в разных формах может протекать жизнь. А при исследовании тектонической активности в глубине Земли достаточно считать, что Земля – это то, что образует ее толщу (мантия,) и находится на ее поверхности (материки и океаны). Здесь атмосфера уже относится к окружению, в котором могут проявляться лишь отголоски внутриземных процессов.
В силу сказанного становится понятным, какой величайшей абстракцией является модель изолированной системы. В реальной природе таких объектов нет. И чтобы сгладить влияние окружения, во многих случаях приходится вводить в рассмотрение «расширенную» систему, в состав которой включается и окружение исследуемого объекта. Так, например, все объекты на поверхности Земли находятся под действием ее поля тяжести, и поэтому они неизолированы. Однако если в понятие исследуемой системы помимо объекта включить и саму Землю, то в некотором приближении такую «расширенную» систему уже можно будет считать изолированной. Но это делается не бесплатно: как известно, при этом к прежним характеристикам объекта добавляется новая – его потенциальная энергия. Вместе с тем, сама Земля имеет столь большую массу по сравнению с объектом, что ее присутствие в целом мало повлияет на поведение других характеристик, таких как импульс объекта.
Говоря о единстве объекта и его окружения, мы подчеркиваем, что в этой системе есть прямые и обратные связи. Это значит, что они, в принципе, могут влиять друг на друга. Действительно, мы уже говорили о том, что свойства объекта во многом определяются воздействием его окружения. Однако и сам объект оказывает определенное влияние на окружение, иначе объект был бы недоступен для исследования. Так, при достижение определенной скорости тела, движущегося в жидкости, в ней начинаются турбулентные процессы, что внешне проявляется в образовании интенсивных вихрей.
Но этим не исчерпывается все многообразие отношений между объектом и окружением. Строго говоря, всегда следует вести речь о единой системе «объект плюс окружение». Дело в том, что между ними существует не цепь последовательных влияний друг на друга, а согласованные (коррелированные) механизмы взаимных реакций. Поэтому в общем случае следует рассматривать не только причинные (асинхронные), но и синхронные (одновременные) связи внутри системы. Все это дало основание сформулировать получивший сейчас широкое подтверждение принцип коэволюции (от лат. приставки со-, означающей общность, совместность) природы и человека. Он подразумевает признание подобных механизмов в коллективном процессе исторической эволюции, которая одновременно затрагивала и человека и природу. Но если учесть, что природа -это окружение человека, то появляется возможность обобщить этот принцип и на другие процессы. Ведь известно, например, что эволюция суши и океана также взаимосвязаны. Ряд примеров можно продолжить и отнести принцип коэволюции к любой системе «объект плюс окружение». Тогда он воплощает в себе еще одну существенную грань отношений между ними, которую нельзя игнорировать в процессе познания.
Очень важно заметить, что в системе «объект плюс окружение» всегда следует принимать во внимание характер их взаимоотношений. Прежде всего, они могут быть сведены либо к одностороннему воздействию окружения на объект (более строго это означает, что окружение как бы не ощущает присутствия объекта), либо к их равноправному взаимодействию. Характер соответствующих моделей объекта при этом оказывается разным. Во-вторых, воздействие окружения на объект может осуществляться в принципиально различных формах: оно может быть полностью контролируемым и, наоборот, неконтролируемым. Естественно, что возможно и их сочетание. Учет этих особенностей происходит в рамках разных стратегий мышления – классической и неклассической соответственно.
Идея единства объекта и его окружения имеет и еще одну грань. Она проявляется в том, что в природе все взаимосвязано. В процессе познания мы ищем объяснение не только хода того или иного процесса, но и пытаемся установить его причину. В современное естествознание нет нужды привносить те чувства конечной цели, которые играют важную роль в управлении действиями людей, и наделять природу некой исходной направляющей нематериальной силой. Мы твердо убеждены в том, что существуют определенные материальные факторы, которые порождают то, что мы наблюдаем, и то, что происходит в природе вокруг нас. При этом причинно-следственные отношения упорядочены во времени, и причина всегда предшествует результату.
С другой стороны, с полностью изолированным объектом ничего происходить не должно. Следовательно, за процессы, происходящие с объектом, отвечает его окружение. Именно в нем кроются причины тех изменений, которые имеют место. Однако даже бытовой опыт подсказывает, что причина не всегда может быть установлена однозначно. Часто одна и та же причина может повлечь за собой различные следствия.
Все это было понято человечеством давно. В результате сформировалось два предельных типа толкования причинных отношений – жесткий детерминизм и вероятностный прогноз. В первом случае принимается, что ход процесса предопределен фатально некоторыми начальными условиями. Иначе говоря, конкретная причина способна привести только к единственному следствию. Подобные представления возникли из убеждения о том, что мир устроен, как хорошо отлаженный механизм. Особенное распространение такая точка зрения получила благодаря успехам ньютоновской механики.
Вероятностная интерпретация причинности рассматривает начальные данные лишь как условия для того, чтобы реализовался определенный ход процесса. В этом случае причина гарантирует не результат, а лишь тенденцию. И следствие при этом нельзя считать неотвратимым, оно наступает только с определенной долей вероятности. Подобное поведение сначала связывали с тем, что не учитываются в полной мере все необходимые начальные условия, которые могут влиять на развитие процесса.
Так, для нас стали привычными ошибки гидрометеослужбы в предсказаниях погоды (в особенности, долгосрочных). Но мы склонны связывать их с плохой организацией работы, с низким уровнем науки или с недостаточным количеством данных наблюдения. Большинство предполагает, что если покрыть метеостанциями равномерно всю землю, то можно будет избавиться от неточностей. Однако оказалось, что в природе существуют такие объекты, для которых иногда в принципе этого нельзя сделать. К ним принадлежит и погода, хотя в этой сфере еще не исчерпаны все резервы увеличения точности предсказаний. Очень важно подчеркнуть, что подобные свойства проявляются и в макромире и в микромире.
В современном естествознании успешно работают оба типа представлений о характере причинной обусловленности природных явлений, хотя исторически они возникли не одновременно. Каждый из них имеет свою сферу действия. Как выяснилось, она определяется той стратегией мышления, в рамках которой действует исследователь. В зависимости от этого, теория будет носить либо предписывающий характер с жесткой детерминацией результата, либо прогностический характер с предсказанием вероятности наступления определенного события. Методологические функции идеи причинной обусловленности проявляются на тех этапах познания, когда исследователь обнаруживает крушение предписывающих функций теории. Может даже возникнуть мысль: что же это за теория, которая не способна дать четкий ответ на вопрос о том, что произойдет с объектом, если. (и далее следует формулировка некоторых условий). Однако имея установку на то, что знание причины иногда способно подсказать только прогноз, а не однозначное следствие, можно не подвергать сомнению теоретические построения, а искать им экспериментальные доказательства. И тогда не возникает даже малейших сомнений в нарушении причинно-следственных связей. Эти связи существуют неукоснительно, но в одних случаях причина проявляется в строгой заданности некого события, а в других – в вероятности наступления этого события.