Использование компьютерного моделирования для представления пространства и детерминированных форм движения частиц

Выполнение лабораторной работы, как Вам известно, включает в себя три этапа:

1) подготовка к эксперименту;

2) проведение эксперимента;

3) оформление результатов эксперимента и формулирование полученного результата в виде выводов.

Важнейшим этапом лабораторной работы, как и любой деятельности студентов в учебном процессе, является подготовительный этап.

Он включает в себя, во - первых, уяснение поставленной задачи. На этом этапе обычно знакомятся с целями, содержанием, планами, алгоритмами предстоящих лабораторных экспериментов и средствами выполнения предстоящих лабораторных заданий.

Во-вторых, на подготовительном этапе изучаются теоретические обоснования возможного моделирования объектов, тех явлений и процессов, взаимосвязей и закономерностей, которые лежат в основе лабораторных экспериментов.

В результате подготовки к лабораторной работе Вы должны составить образ той деятельности, которую предстоит осуществлять при выполнении лабораторных заданий. При этом Вы должны понимать, что результативность выполнения экспериментов определяется глубиной и осознанностью представлений о той работе, которую Вы планируете осуществить во время эксперимента.

Для помощи Вам в овладении методами решения задач, характерными для будущей деятельности, служит данное руководство к выполнению лабораторной работы.

Первую лабораторную работу мы хотели бы начать с вступления, разъясняющего по какой причине Вам, студентам, избравшим родом своей деятельности экономику, необходимо уделять внимание изучению, казалось бы, на первый взгляд, не имеющей отношения к выбранной Вами специализации, основанной на науке дисциплины «Концепции современного естествознания».

Начнем с общего, с того, что концепции, касающиеся понимания основ мироздания, на протяжении многих веков являлись продуктами либо теологии, либо философии, либо науки.

Теология – представление о том, что все, что окружает нас, есть результат чьей-то целенаправленной «высшей» деятельности, представление о том, что все природные объекты существуют и были созданы неким Авторитетом с определенной «целью». Теология базируется на том, что существуют догмы, которые не выходят за пределы определенного знания, в которые надо верить.

Теология вводит догматическую веру в то, что мы обладаем лишь некоторыми знаниями, да и там, где мы фактически невежественны; тем самым она порождает неуверенность и мучительные страхи перед неким Авторитетом.

Наука взывает к человеческому разуму, а не к некому непостижимому Авторитету. «Идею науки» составляют два положения – что в окружающем нас мире существуют определенные законы и что человек своим разумом способен их познать. Наука говорит нам, что мы способны познать, но то, что мы способны познать ограничено.

Философия является чем-то промежуточным между теологией и наукой. Все установленное научным путем знание принадлежит науке. Все догмы, поскольку они выходят за пределы определенного знания, принадлежат теологии. А между теологией и наукой имеется Ничейная Земля, открытая для атак с обеих сторон; эта Ничейная Земля и есть философия.

Поэтому, прежде всего, Вы должны понимать, что в изучаемой дисциплине «главный герой, который выходит на сцену» это наука.

Надо сказать, что и само научное познание, в историческом плане, претерпевало изменение. Древние греки были влюблены в заманчивую игру под названием «дедукция». Они считали, что высший тип научного познания тот, что достигнут работой мозга. «Паря в пространствах, мыслим о судьбе светил» - говаривал, лежа в гамаке Сократ. Создающая лишь идеальный мир умозаключений сосредоточенность древних греков на абстрактном и формальном, в конечном счете, завела их в тупик, позволив достичь успехов лишь в геометрии.

В настоящее время, как Вы уже знаете, научное познание получают не только исходя из умозаключений, а на основании опыта, при опоре на практику, на материальное.

Таким образом, если Вы решили изучить экономику, то Вы должны рассматривать ее с точки зрения науки. Соответственно, как и для любой науки, изучающей какой либо круг явлений, вы должны понимать ряд основных понятий, на которых она базируется и разбираться в том, что в ней происходит, в соответствии с изменяющимися условиями реальной жизни.

Экономика (от др.-греч. οἶκος — дом и νόμος — правило, закон, то есть в целом буквально «правила ведения хозяйства») это прежде не умозрительная, а всегда помогающая удовлетворить потребности человека хозяйственная деятельность общества, главная функция которой состоит в том, чтобы постоянно создавать такие блага, которые необходимы для жизнедеятельности людей и без которых общество не сможет развиваться.

Экономика представляет собой особым образом упорядоченную систему элементов и связей между производителями и потребителями материальных, нематериальных благ и услуг, сложный и всеохватывающий организм, который обеспечивает жизнедеятельность каждого человека и общества в целом. Подобный организм обычно называют экономической системой.

Важнейшими элементами экономической системы являются производительные силы, производственные возможности, экономические ресурсы, результаты хозяйственной деятельности, производственные отношения.

Во всех экономических системах для производства требуются средства производства и экономические ресурсы (производственные мощности, рабочая сила, сбережения), а результаты хозяйственной деятельности распределяются, обмениваются и потребляются. Поэтому в любой экономической системе первичную роль играет производство.

Производство — это процесс создания материальных и иных (интеллектуальных, информационных, духовных и др.) благ, необходимых для существования и развития человека.

Диалектика общественного развития такова, что во все времен люди занимались совершенствованием производительных сил, совершенствовали технологию, занимались проблемами потребления. В силу этого невозможно добиться достижений в экономике, если научным образом не постигнуть те тенденции, которые имеют место в процессе создания материальных и иных благ, необходимых для существования и развития человека, не разобраться в том, что происходит со средствами производства и экономическими ресурсами.

Очень важно, чтобы, планируя свою будущую деятельность, вы осознали, что время вашей учебы, изучения современной экономики попало в особый период развития общества.

Во-первых, это обусловлено с тем, что Вам придется создавать фактически новую, так называемую «умную» экономику на «стыке» нескольких технологических укладов.

Само слово «уклад» означает обустройство, установившийся порядок чего-либо.

Технологический уклад характеризуется единым техническим уровнем составляющих его производств, связанных потоками качественно однородных ресурсов, опирающихся на общий научно-технический потенциал, общие ресурсы квалифицированной рабочей силы.

Использование понятия «технологический уклад» позволяет получить целостное представление об историко-экономическом процессе развития человечества, адекватно отобразить те структурные сдвиги, которые совершаются в современной экономической системе, и, на этой основе, научно обосновать конкретные рекомендации по выработке новой концепции стратегического развития страны с качественно иными технологическими укладами. Понятие «технологический уклад» дает возможность глубже познать суть осуществляющихся технологических преобразований, выявить специфические особенности на каждой ступени данного процесса.

Появлением понятия «технологический уклад» мир обязан, учёному-экономисту Николаю Дмитриевичу Кондратьеву.

 

 

Изучая историю капитализма, Кондратьев пришёл к идее существования больших — протяжённостью в 50—55 лет — экономических циклов (волн), для которых характерен определённый уровень развития производительных сил («технологический уклад»). Как правило, такие циклы (рис. 1) заканчиваются кризисами, за которыми следует этап перехода производительных сил на более высокий уровень развития.

 

 

Рис.1.Распределение оборота 150-ти крупнейших компаний США по дате их основания (млн. долларов на 2008 год).

 

Согласно теории длинных волн Кондратьева, волнообразно, с циклами протяженностью примерно в пятьдесят лет, на рынок внедряется обусловленные творческой интеллектуальной деятельностью человека востребованные рынком новшества или инновации (от англ. innovation), обеспечивающие качественный рост эффективности процессов в экономике, с качественным повышением эффективности производственных систем (рис. 2).

 

 

 

Рис.2.Появление и внедрение инноваций вдоль подъемов циклов экономической активности Кондратьева

 

Известно пять технологических укладов (волн), которые были обусловлены качественным повышением эффективности производственных систем.

Первая волна (1785-1835 гг.) сформировала технологический уклад, основанный на технологиях в текстильной промышленности, использовании энергии воды.

Вторая волна (1830-1890 гг.) - ускоренное развитие транспорта (строительство железных дорог, паровое судоходство), возникновение механического производства во всех отраслях на основе парового двигателя.

Третья волна (1880-1940 гг.) базируется на использовании в промышленном производстве электрической энергии, развитии тяжелого машиностроения и электротехнической промышленности на основе использования стального проката, новых открытий в области химии. Были внедрены радиосвязь, телеграф, автомобили.

Четвертая волна (1930-1990 гг.) сформировала уклад, основанный на дальнейшем развитии энергетики, использующий нефть и нефтепродукты, газ, достижения в области электроники, средств связи, новых химических и синтетических материалов. Это также время массового производства основе конвейерной технологии автомобилей, тракторов, самолетов, различных видов вооружения, товаров народного потребления. Паралельно вследствие развитии электроники появились и широко распространились «большие» компьютеры (электронно-вычислительные машины - ЭВМ) и программные продукты для них. В мирных целях стал использоваться атом (рис.3).

Рис.3. Основные компоненты четвертого технологического уклада

 

Пятая волна (1985-2035 гг.) опирается на достижения в области создания новых видов материалов, электронной промышленности, сильноточной полупроводниковой электроники, микроэлектроники, информатики, биотехнологии, генной инженерии микроорганизмов, малотоннажной химии. К элементам пятого технологического уклада относят следующие отрасли: телекоммуникации, информационные услуги, персональную вычислительную технику малых размеров, программное обеспечение, авиационную промышленность, широкое производство и потребление газа.

 

Рис.4. Основные компоненты пятого технологического уклада

 

Основными преимуществами данного технологического уклада, по сравнению с предыдущим (четвертым) укладом, являются: индивидуализация производства и потребления, преобладание экологических ограничений на энерго- и материалопотребление, что достигается на основе автоматизации производства и использования экономичных технологий. На основе новых транспортных и телекоммуникационных технологий, соединения электронной сетью, на основе Интернета, происходит тесное взаимодействие в области технологий, контроля качества продукции, планирования инноваций.

Надо заметить, что в современной экономической теории со сменой технологических укладов в общественном производстве связывается чередование деловых циклов в экономическом и общественном развитии. В этой связи зарубежные аналитики — ученики и последователи Н. Д. Кондратьева — сходятся во мнении, что мировая экономика сегодня переживает завершение очередного «кондратьевского» цикла, который характеризуется большими экономическими потрясениями и кардинальными изменениями в составе и структуре производительных сил.

К примеру, можно отметить, что научно-технический прогресс уже сегодня создает предпосылки для реализации «кирпичиков» малозатратной цивилизации, «малоэнергозатратного человека». Ядром формирования пятого уклада (рис.5) является малоэнергозатратная техника, которая соединяет в себе механику и электронику (говорят - мехатронику), тонкую химию, микроэлектронные компоненты, биотехнологии микроорганизмов. При этом происходит также конвергенция, слияние наук — физики, биологии и информатики и появляются конвергентные технологии. Конвергентные технологии — это не просто очередной этап научной революции. По последствиям это революция, которой раньше не было.

Заметим, что в США, доля производительных сил пятого технологического уклада составляет примерно 60%, четвёртого — 20%.

 

 

Рис.5. Базовые направления технологических укладов.

 

Сегодня мир стоит на пороге шестого технологического уклада, связанного с переходом от ресурсоемкой к наукоемкой промышленности, с движением к информационному обществу.

Шестой уклад базируется в первую очередь на таких направлениях, как нанонауки и нанотехнологии, глобальные информационные и коммуникационные сети, эффективное использование и сохранение энергии во всех сферах деятельности человека, как создание транспортной системы, не наносящей вред окружающей среде, как формирование биоэкономики, которая производит биологические ресурсы (рис.6).

 

 

Рис.6. Основные компоненты шестого технологического уклада

 

Контуры шестого технологического уклада только начинают складываться в развитых странах мира, в первую очередь в США, Японии и КНР, и характеризуются нацеленностью на развитие и применение наукоёмких, или, как теперь говорят, «высоких технологий». Имеются сведения, что в США, около 5% производительных сил уже приходятся на шестой технологический уклад. У всех на слуху такие, как говорят сейчас инновационные отрасли, как био- и нанотехнологии, генная инженерия, мембранные и квантовые технологии, фотоника, микромеханика, альтернативная энергетика, цифровое управление. Синтез достижений на этих направлениях должен привести к созданию, например, квантового компьютера, искусственного интеллекта и, в конечном счёте, обеспечить выход на принципиально новый уровень в системах управления государством, обществом, экономикой.

Специалисты по прогнозам считают, что при сохранении нынешних темпов технико-экономического развития, шестой технологический уклад начнёт оформляться в 2014—2020 годах, а в фазу зрелости вступит в 2040-е годы. При этом в 2020—2025 годах произойдёт новая научно-техническая и технологическая революция, основой которой станут разработки, синтезирующие достижения названных выше базовых направлений. При этом «локомотивными» отраслями при движении на этом пути станут нанотехнологии, биотехнологии, робототехника, новая медицина и фармакология, полномасштабные технологии виртуальной реальности, новое природопользование. Для подобных прогнозов есть основания.

Итак, после анализа технологических укладов складывается ощущение, что современную экономику, в целом, можно сравнить с огромным и сложным живым организмом, который в очередной раз просыпается после «зимней спячки» и в настоящее время находится в стадии активного потребления и усвоения «свежей пищи». И, как часто бывает в природе, некоторые части такого организма претерпевают серьезные изменения: либо становятся более важными, либо теряют свое значение по сравнению с предыдущей стадией развития. Кроме того, некоторые части, например, старая кожа, могут быть сброшены, или заменены на новые, лучше приспособленные к внешнему миру.

Совершенно ясно, что в новых экономических условиях, не в мертвом и застывшем, а в изменяющемся мире бессмысленно изучать одни лишь твердо установленные азбучные истины, устаревающие проверенные и перепроверенные факты, «загружать голову, как контейнер, учебным материалом». Вы должны научиться мыслить, то есть научиться соединять процесс овладения прочными основами современной науки с мыслительным процессом, самостоятельно эти основы развивать, исправлять, корректировать.

Учить мышлению – значит учить диалектике, умению видеть противоречие, а затем находить ему действительное разрешение путем конкретного рассмотрения действительности. Отношение к противоречиям является очень точным критерием ума. Для современного человека появление противоречия - сигнал для включения мышления.

Великая наука диалектика, рожденная еще древними греками, говорит о том, что в основе всякого общественного развития лежат противоречия, которые существуют в обществе, в экономической сфере. Любой действительный вопрос встает перед человеком в виде противоречия. Люди, занимающиеся бизнесом, рано, а иногда, к сожалению, слишком поздно осознают, что успех и процветание их дела, стойкость в конкурентной борьбе, планирование развития в большой степени связаны с умениями видеть противоречия современности, решать большой пласт самых разнообразных проблем.

Из сказанного ясно, что окружающий нас мир, с происходящими переходными процессами между укладами, «бурлением идей», изобилует противоречиями. Ум, приученный к действиям по штампу, по готовому рецепту типового решения, теряющийся там, где от него требуется самостоятельное творческое решение, не любит противоречий. Он старается их обходить, сворачивая на проторенные, затоптанные и рутинные дорожки.

Итак, во-первых, чтобы разумно осуществлять в будущем инвестиции сбережений в то или иное производство, Вам надо будет научиться диалектике, умению видеть противоречие, понимать, каково возможно противоречивое поведение этого сложного организма, как современная экономика, а затем находить ему действительное разрешение путем конкретного рассмотрения действительности. Мыслящий человек должен научиться видеть противоречия современного мира, не бояться осознавать и формулировать их в виде проблем и задач, искать средства их разрешения. Если Вы четко зафиксировали условия задачи на противоречие, то, то ваша мысль должна быть нацелена на отыскание, фактов, событий действий, посредством которых исходное противоречие может быть разрешено. А для этого Вы должны обладать разнообразной научной информацией и иметь возможность ее быстрого просмотра и научного анализа.

Во-вторых, говоря о том, что Ваше обучение современной экономике попало в особый период развития общества, надо иметь в виду еще одно весьма важное обстоятельство, требующее знания научных концепций.

Наши представления об устройстве и развитии окружающего нас мира, к сожалению, всегда были несовершенны и неполны. Но, сегодня проблема развития представлений об окружающем нас мире встает как никогда остро.

С одной стороны, это связано со следующим. Когда в экономике, в общественном производстве на первый план выдвигаются «высокие технологии», принципиально новые, так называемые «прорывные» виды техники и технологии, информатика, компьютеризация, автоматизация и роботизация всех сфер экономики и управления, то появляется очень много новых знаний. Причем, так складывается, что, к сожалению, по современным так называемым «высоким» направлениям науки теоретики не успевают осмыслить новые факты. Это обусловлено тем, что те слишком быстро накапливаются. Кроме того, многие открытия, несмотря на необычайную скорость освоения информации в современном мире, оказываются неожиданными даже для самих ученных. Для теоретиков сейчас не лучшие времена: никто ведь не собирается ждать, пока они осмыслят полученные знания и разработают оптимальную стратегию дальнейшего поиска. Экспериментаторы мчаться вперед, не оглядываясь, а теоретики ковыляют в хвосте, спотыкаясь о груды добытых фактов и проклиная свою нелегкую долю.

С другой стороны, сегодня почти все теоретические конструкции – рабочие гипотезы, обобщения, правила законы – то и дело приходится пересматривать совершенствовать. Научные представления о новом технологическом укладе это даже не лоскутное одеяло, а скорее, стремительно растущий ворох новых лоскутков, в котором будущее «одеяло» только начинает угадываться - да и то никогда не знаешь наперед, что угадывается правильно, а что придется перешивать. При этом очень важно не заблудиться в новых знаниях и не потеряться в этом новом совершенствующемся мире.

С первого взгляда на современный научный мир даже может создаться впечатление хаоса. И все же нельзя сказать, что мы совсем заблудились и потерялись в лабиринте знаний. Впечатление хаоса обманчиво. Под кажущимся хаосом скрывается закономерный процесс развития науки. Напротив, с каждым годом карта познания мира становится все подробнее, а многие участки уже вполне прояснились. Великие обобщения делать рано, но самое время указать на некоторые тенденции: в какую сторону движется теоретическая мысль, в каком направлении меняются наши представления об окружающем нас мире. Дисциплина «Концепции современного естествознания» как раз Вам и поможет не «заблудиться в хаосе».

Наконец, в - третьих, есть еще одна важная причина, по которой экономистам необходимо постигать концепции современного естествознания. Причина эта состоит в том, что в последнее время имеет место очень опасная тенденция – отрыв фундаментальной науки от массового сознания. Это один из парадоксов современного общества.

С одной стороны, на прорывных направлениях «высоких технологий», таких как биоинженерия, нанотехнологии, роботизация, достигнуты неслыханные успехи. С другой - чем глубже ученые проникают в тайны мира, тем сильнее искажаются их открытия в средствах массовой информации и, как следствие, в общественном сознании. Это опасная тенденция, которая может привести в итоге к тому, что не только общество окончательно перестанет понимать, чем занимаются ученные и зачем они нужны, но и экономисты не смогут ориентироваться в том, куда надо инвестировать деньги.

Беда еще состоит и в том, что современный мир (как выясняется благодаря достижениям науки) устроен гораздо сложнее, чем нам хотелось бы. Поэтому, для того, чтобы понять современную научную картину мира, со стороны обучаемых нужны целенаправленные усилия и притом немалые. В результате среди обычных людей развивается феномен, получивший название «сопротивление науке».

Интересен тот факт, что люди не хотят тратить свои силы на «тяжелое» обучение, а легко «усваивают» самое простое, «легкое», то, что совсем не связано с наукой. Вы по своему опыту знаете, что значительно легче не разбираться в физике явления, а услышав гром, как дикарь, думать о том, что этот звук произведен кем-то, громовержцем на колеснице с вполне определенной целью. Ведь и поэты говорят: «Если звезды зажигают – значит, это кому-нибудь нужно». Еще проще, не вникая в возможность взаимосвязи явлений, поверить в научно неподтвержденную астрологию, в ненаучный календарь событий, обусловленный поведением планет, который опирается на солидный «источник». Или, к примеру, зная по своему опыту, что без поддержки предметы с потолка падают, не разбираясь, руководствуясь не физическими законами, а «здравым смыслом» поверить в шарообразность Земли (ведь тогда все люди, которые «с той стороны» попадали бы вниз).

При этом средства массовой информации, в том числе и Интернет, просто переполнены псевдонаучными измышлениями, мифами и верованиями. Проблема усугубляется полным отсутствием материальной заинтересованности многих средств массовой информации в достоверности сообщаемых ими сведений. Многие статьи или телепередачи это броские блоки рекламы, в которых любые шарлатанские бредни оказываются более ходовым и выгодным товаром, чем серьезная наука.

При этом наука сама своими достижениями как бы роет себе «могилу»: ведь чем успешнее деятельность ученых, тем сложнее научная картина мира и тем ниже конкурентоспособность науки на «свободном рынке информационных услуг и в мультимедиа среде». Очень важно, чтобы в современном мире и экономисты не впали в мистицизм Средневековья.

Таким образом, даже на основании того, что было сказано надо понимать, что когда в современном мире идет смена технологических укладов, когда мир становится все более наукоемким и при этом растет сопротивление науке, дисциплина «Концепции современного естествознания» очень важна для экономиста.

Сразу, единым взглядом охватить все научные концепции, как Вы понимаете, невозможно. Поэтому мы с Вами постепенно будем осваивать весьма трудные научные представления об окружающем нас мире.

Еще давно начальный пункт в естествознании люди видели в пространстве и в простейшей форме движения – в механическом движении. Поэтому мы свой первый шаг сделаем в направлении того, что рассмотрим научные представления о пространстве и движении.

Изначальный замысел этой лабораторной работы состоял в том, чтобы дать как можно более близкий к реальности портрет или мгновенный снимок современных Ньютоновских пространственно –временных представлений и форм движения.