- •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:
Лекция №8.
8. Концепция измерения в неклассическом естествознании. Концепция моделирования состояний. Неклассические представления о характеристиках объектов и состояний. Фундаментальные модели неклассической физики.
8.1. Концепция измерения в неклассическом естествознании
Известно, что эксперимент является неотъемлемой частью естественно-научного познания, но лишь в неклассическом естествознании раскрываются его глубинные особенности. Смысл эксперимента состоит в том, что исследователь целенаправленно наблюдает за определенным объектом природы с помощью специальной аппаратуры. Наблюдение предназначено для сравнения результатов эксперимента с теоретическими умозаключениями.
Для наблюдения нужны приборы, которые поставляют информацию об объекте. Прежде всего, они нужны для подготовки объекта в тот вид, который позволит получить нужную для исследования информацию.
В любом специально поставленном эксперименте прибор является макроскопическим объектом, он отстранен от объекта наблюдения, служит орудием внешнего мира.
Будем считать, что прибор как макроскопический объект ассоциируется с самим исследователем, составляя с ним единое целое. В классической стратегии познания система человек + прибор расположена как бы снаружи, при этом исследователю доступны лишь внешние характеристики объекта в виде тех или иных наблюдаемых величин. Прибор можно рассматривать как канал связи между объектом и исследователем. В этом случае канал оказывается «идеальным» – он как бы абсолютно прозрачен для передачи информации о характеристиках объекта, и она передается без искажений.
В системе человек + прибор исследователю становятся подвластными внутренние характеристики состояния объекта. Они сами по себе столь чувствительны, что реагируют на любой (в том числе и мысленный) акт измерения. Процесс измерения может оказать на объект неконтролируемое воздействие, которое, с одной стороны, невозможно описать в виде точной количественной характеристики, а с другой – необходимо принимать во внимание при изучении поведения объекта. Итак, получается, что за счет прибора происходит искажение состояния объекта. Прибор перестает быть «абсолютно прозрачным» каналом связи между исследователем и объектом, то есть в нем происходит потеря части истинной информации. Поэтому серия повторных измерений дает значительное отличие значений и его появление можно охарактеризовать лишь с определенной степенью вероятности. И только в собственных состояниях можно получить строго повторяющийся результат.
Таким образом, можно сказать, что в неклассическом естествознании, фактически исследуется не объект сам по себе, а особая целостная система, состоящая из объекта и прибора. В этой связи Н. Бор всегда подчеркивал целостность процесса наблюдения в неклассической науке – ведь в ней не имеет смысла говорить о свойствах объекта вне определенного класса приборов. В формулировке В. Гейзенберга сказанное означает следующее: то, что мы экспериментально наблюдаем в неклассическом естествознании – это не сама природа, а природа, открывающаяся нам в том виде, который предусмотрен характером проводимого эксперимента (то есть – используемого прибора). Крупнейший физик-теоретик В.А. Фок сформулировал очень важный принцип, который можно назвать принципом обобщенного релятивизма научного познания: наше познание относительно к средствам измерения. Используя разные приборы, мы можем получить информацию не только о различных характеристиках объекта, но и о его состоянии. При этом, используя неадекватный прибор, можно существенно исказить состояние объекта.
Измеряемые характеристики объекта и его состояния неразрывно связаны с прибором. Понятие состояния системы можно непосредственно связать с условиями эксперимента или, как принято говорить, с той макрообстановкой (окружением), которая как раз и формируется подготавливающим прибором. Это значит, что необходимо задавать определенные начальные условия эксперимента для описания дальнейших событий, происходящих с системой.
В зависимости от условий эксперимента начальные данные относительно некоторых величин могут быть известны точно. В этом случае принято говорить, что мы имеем дело с «чистым» состоянием. Но часто бывают такие экспериментальные ситуации, в которых нет определенной информации о начальных характеристиках. Если они задаются с помощью некоторой функции распределения, то мы имеем дело уже со «смешанным» состоянием.
Чтобы добиться достоверности результатов можно не всегда проводить серию измерений. Можно сразу приготовить много идентичных объектов (как бы «копий» исходного объекта), поставить их всех в одинаковые условия и проводить измерения одновременно над всеми объектами. В этом случае говорят, что измерения проводятся над ансамблем. И полученные для ансамбля данные можно рассматривать как серию последовательных результатов, относящихся к одному объекту.
Каждую экспериментальную ситуацию всегда нужно оценивать с двух позиций: анализа условий приготовления состояния и анализа условий измерения некой физической величины в этом состоянии.
В неклассическом естествознании существует некий принципиальный запрет на одновременное точное измерение некоторых пар величин, то есть измеряя одну величину невозможно одновременно измерить еще какую-либо неизвестную величину. Такие величины называются несоизмеримыми. Это характерная особенность измерений в неклассическом естествознании.
Из выше сказанного следует, что эксперимент всегда проводится не над одной системой, а над совокупностью одинаковых систем.
Итак, прибору в неклассическом естествознании отводится чрезвычайно важная роль. Через него осуществляется связь между исследованием и природой. Однако не следует думать, что прибор – это лишь средство получения конечной информации в виде измеряемых величин. Прибор необходим в познании намного раньше, еще на стадии постановки задачи, даже в теоретической форме. При формулировке задачи исследования определяются величины, которые предполагаются известными, то есть они и являются условием задачи. Получается, что определенное состояние системы можно реализовать, если все для него подготовить, а для этого необходим прибор. Даже когда исследователь теоретически оперирует с еще не обнаруженными в эксперименте наблюдаемыми состояниями, он в первую очередь должен думать о том, чем они могут быть вызваны, а затем уже о том, в чем они себя проявят.
Прибор, который формирует состояние, является не обязательно искусственно созданной экспериментальной установкой, в роли прибора может выступать и естественная среда.
Характеристики объекта и его состояния по-своему отражают принципиальную особенность мышления в естествознании, которое неизменно опирается на эксперимент. Для объекта прибор является средством измерения, а для состояния он выступает в качестве средства приготовления условий задачи. Отсюда следует, что характеристики объекта и его состояния – это не вымысел, их нельзя воспринимать как выдумку теоретиков, эти понятия включают в себя и эксперимент, и естественно-научное мышление.