Механический детерминизм. Развитие и кризис

Механический детерминизм. Развитие и кризис.

Механическая картина мира (МКМ) складывалась под влиянием метафизических материалистических представлений о материи и формах ее существования. Основополагающими идеями этой картины Мира являются классический атомизм и механицизм. Ядром МКМ является механика Ньютона, в любой физической теории довольно много понятий, но есть основные, в которых проявляется специфика этой теории, ее базис, ее мировоззренческий аспект. К таким понятиям относятся: материя, движение, пространство, время, взаимодействие.

Материя – это вещество, состоящее из мельчайших, далее неделимых, абсолютно твердых движущихся частиц (атомов), т.е. в МКМ были приняты дискретные представления о материи. И поэтому важнейшими понятиями в механике были понятия материальной точки и абсолютно твердого тела, материальная точка – это тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Абсолютно твердое тело – это система материальных точек, расстояние между которыми остается неизменным.

Пространство. Аристотель отрицал существование пустого пространства, связывая пространство, время и движение. Атомисты же признавали атомы и пустое пространство, в котором атомы движутся. Ньютон рассматривает два вида пространства: относительное, с которым люди знакомятся путем измерения пространственных отношений между телами, и абсолютное – это пустое вместилище тел, оно не связано со временем и его свойства не зависят от наличия или отсутствия в нем материальных объектов.

Оно является трехмерным, непрерывным, бесконечным, однородным, изотропным. Пространственные отношения описываются в МКМ геометрией Евклида. Время. Ньютон рассматривает два вида времени: относительное и абсолютное. Относительное время познают в процессе измерений. «Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему – либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностное». Таким образом, время – пустое вместилище событий, не зависящее ни от чего, оно течет в одном направлении (от прошлого к будущему), оно непрерывно, бесконечно и везде одинаково (однородно). Движение.

В МКМ признавалось только механическое движение, т.е. изменение положения тела в пространстве с течением времени. Считалось, что любое сложное движение можно представить как сумму пространственных перемещений (принцип суперпозиции). Движение любого тела объяснялось на основе трех законов Ньютона. Следует заметить, что в механики вопрос о природе сил не имел принципиального значения.

Для ее законов и методологии было достаточно, что сила – это количественная характеристика механического взаимодействия тел. Просто она стремилась свести все явления природы к действию сил притяжения и отталкивания, встретив на этом пути непреодолимые трудности. Важнейшими принципами МКМ являются принцип относительности Галилея, принцип дальнодействия и принцип причинности. Принцип относительности Галилея утверждает, что все инерциальные системы отсчета (ИСО) с точки зрения механики совершенно равноправны (эквивалентны). Переход от одной инерциальной системы к другой осуществляется на основе преобразований Галилея.

В МКМ было принято, что взаимодействие передается мгновенно и промежуточная среда в передаче взаимодействия участия не принимает. Это положение и носит принцип дальнодействия. Как известно, беспричинных явлений нет, всегда можно выделить причину и следствие, причина и следствие взаимосвязаны, и влияют друг на друга.

Следствие может быть причиной другого явления. «Всякое имеющее место явление связано с предшествующим на основании того очевидного принципа, что оно не может возникнуть без производящей причины». В природе могут быть и более сложные связи: 1.У одного и того же следствия могут быть разные причины, например, превращение насыщенного пара в жидкость за счет повышения давления или за счет понижения температуры. 2.В тепловом движении, например, скорость, кинетическая энергия, импульс отдельной частицы изменяются без изменения макропараметров (температуры, давления, объема), характеризующих систему в целом.

В результате развития термодинамики и статистической физики был открыт ряд важных законов, в том числе сохранения и превращения энергии для тепловых процессов (первое начало термодинамики) и закон возрастания энтропии в изолированных системах (второе начало термодинамики). Термодинамика – это раздел физики, который изучает закономерности перехода энергии из одного вида в другой.

Первый закон термодинамики гласит: Тепло, сообщенной системе, расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил. С точки зрения первого начала термодинамики в системе могут протекать любые процессы, лишь бы не нарушался закон сохранения и превращения энергии. Все реальные процессы являются необратимыми, поскольку наличие сил трения обязательно приводит к переходу упорядоченного движения в неупорядоченное.

Для характеристики состояния системы и направленности протекания процессов и была введена в физике особая функция состояния – энтропия. Оказалось, что энтропия замкнутой системы не может убывать. Замкнутость системы означает, что в ней процессы протекают самопроизвольно, без внешнего влияния. В случае обратимых процессов (а их в реальности нет) энтропия замкнутой системы остается неизменной, в случае необратимых процессов – она возрастает. Таким образом, реально энтропия замкнутой системы может только возрастать, это и есть закон возрастания энтропии (одна из формулировок второго начала термодинамики). Этот закон имеет большое значение для анализа процессов в замкнутых макроскопических системах.

Статистический характер этого закона означает его большую фундаментальность по сравнению с динамическими законами. В современной физике вероятностно-статистические идеи получили широчайшее распространение (статистическая физика, квантовая механика, теория эволюции, генетика, теория информации, теория планирования и т.д.). Несомненно, и их практическая ценность: контроль качества продукции, проверка работы того или иного объекта, оценка надежности агрегата, организация массового обслуживания. Но ни термодинамика, ни статистическая физика не сумели коренным образом изменить представления МКМ, разрушить ее: МКМ видоизменилась и расширила свои границы.

Развитие физики до середины XIX в шло в основном в рамках ньютоновских воззрений, но все больше новых открытий, особенно в области электрических и магнитных явлений, не вписывались в рамки механических представлений, т.е. МКМ становилась тормозом для новых теорий, и назревала необходимость перехода к новым воззрениям на материю и движение.

Несостоятельной оказалась не сама МКМ, а ее исходная философская идея – механицизм. В недрах МКМ стали складываться элементы новой – электромагнитной – картины Мира. Границы применимости ньютоновской механики. Вследствие развития физики в начале XX века определилась область применения классической механики: ее законы выполняются для движений, скорость которых много меньше скорости света.

Было установлено, что с ростом скорости масса тела возрастает. Вообще законы классической механики Ньютона справедливы для случая инерциальных систем отсчета. В случае неинерциальных систем отсчета ситуация иная. При ускоренном движении неинерциальной системы координат относительно инерциальной системы первый закон Ньютона (закон инерции) в этой системе не имеет места, – свободные тела в ней будут с течением времени менять свою скорость движения.

Первое несоответствие в классической механике было выявлено, тогда когда был открыт микромир. В классической механике перемещения в пространстве и определение скорости изучались вне зависимости от того, каким образом эти перемещения реализовывались. Применительно к явлениям микромира подобная ситуация, как выявилось, невозможна принципиально. Здесь пространственно-временная локализация, лежащая в основе кинематики, возможна лишь для некоторых частных случаев, которые зависят от конкретных динамических условий движения.

В макро масштабах использование кинематики вполне допустимо. Для микро масштабов, где главная роль принадлежит квантам, кинематика, изучающая движение вне зависимости от динамических условий, теряет смысл. Для масштабов микромира и второй закон Ньютона оказался несостоятельным – он справедлив лишь для явлений большого масштаба. Выявилось, что попытки измерить какую-либо величину, характеризующую изучаемую систему, влечет за собой неконтролируемое изменение других величин, характеризующих данную систему: если предпринимается попытка установить положение в пространстве и времени, то это приводит к неконтролируемому изменению соответствующей сопряженной величины, которая определяет динамическое состояние системы.

Так, невозможно точно измерить в одно и то же время две взаимно сопряженные величины. Чем точнее определяется значение одной величины, характеризующей систему, тем более неопределенным оказывается значение сопряженной ей величины.

Это обстоятельство повлекло за собой существенное изменение взглядов на понимание природы вещей. Несоответствие в классической механики исходило из того, что будущее в известном смысле полностью содержится в настоящем – этим и определяется возможность точного предвидения поведения системы в любой будущий момент времени. Такая возможность предлагает одновременное определение взаимно сопряженных величин.

В области микромира это оказалось невозможным, что и вносит существенные изменения в понимание возможностей предвидения и взаимосвязи явлений природы: раз значение величин, характеризующих состояние системы в определенный момент времени, можно установить лишь с долей неопределенности, то исключается возможность точного предсказания значений этих величин в последующие моменты времени, т.е. можно лишь предсказать вероятность получения тех или иных величин. Другое открытие, пошатнувшее устои классической механики, было создания теории поля. Классическая механика пыталась свести все явления природы к силам, действующим между частицами вещества, – на этом основывалась концепция электрических жидкостей.

В рамках этой концепции реальными были лишь субстанция и ее изменения – здесь важнейшим признавалось описание действия двух электрических зарядов с помощью относящихся к ним понятий. Описание же поля между этими зарядами, а не самих зарядов было весьма существенным для понимания действия зарядов.

Вот простой пример нарушения третьего закона Ньютона в таких условиях: если заряженная частица удаляется от проводника, по которому течет ток, и соответственно вокруг него создано магнитное поле, то результирующая сила, действующая со стороны заряженной частицы на проводник с током в точности равна нулю. Созданной новой реальности места в механической картине мира не было. В результате физика стала иметь дело с двумя реальностями – веществом и полем. Если классическая физика строилась на понятии вещества, то с выявлением новой реальности физическую картину мира приходилось пересматривать.

Попытки объяснить электромагнитные явления с помощью эфира оказалось несостоятельными. Эфир экспериментально обнаружить не удалось. Это привело к созданию теории относительности, заставившей пересмотреть представления о пространстве и времени, характерные для классической физики. Таким образом, две концепции – теория квантов и теория относительности – стали фундаментом для новых физических концепций.

Учение Дарвина Вместе с физикой естественнонаучное развитие получила и биология, ее успешное развитие стало одной из предпосылок появления дарвинизма. Описания систематических групп живых организмов приводили к мысли о возможности их родства. У многих животных сравнением установили единый план в строении тела и органов. Исследования ранних стадий развития зародышей хордовых выявили их поразительное сходство. Изучение ископаемых растений и животных раскрыло последовательную смену низкоорганизованных форм жизни более высокоорганизованными.

Обширные материалы экспедиций, выведение новых пород животных и сортов растений не согласовывались с метафизическим мировоззрением. В труде Чарльза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (1859) разработано эволюционное учение происхождения видов. В книге «Изменение домашних животных и культурных растений» на огромном материале он показал закономерности эволюции пород домашних животных и сортов культурных растений.

В труде «Происхождение человека и половой отбор» Дарвин применил эволюционную теорию для объяснения происхождения человека от животных. Главная заслуга Дарвина в том, что он раскрыл движущие силы эволюции. Он материалистически объяснил возникновение и относительный характер приспособленности действием только естественных законов, без вмешательства сверхъестественных сил. Учение Дарвина в корне подрывало метафизические представления о постоянстве видов и сотворении их Богом. По мнению Дарвина движущими силами эволюции пород и сортов являются наследственная изменчивость и производимый человеком отбор.

В природе между особями как одного вида, так и разных возникает борьба за существование, под которой ученый понимал сложные и многообразные отношения организмов между собой и с условиями окружающей среды. Он имел в виду «не только жизнь одной особи, но и ее успех в обеспечении себя потомством». Следствием борьбы за существование является естественный отбор. Этим термином Дарвин назвал «сохранение благоприятных индивидуальных различий и изменение и уничтожение вредных». Борьба за существование и естественный отбор на основе наследственной изменчивости являются основными движущими факторами эволюции органического мира. На основе дарвинизма перестраивались все отрасли биологической науки.

Палеонтология стала выяснять пути развития органического мира; систематика – родственные связи и происхождение систематических групп; эмбрионология – устанавливать общее в стадиях индивидуального развития организмов в процессе эволюции; физиология человека и животных – сравнивать их жизнедеятельность и выявлять родственные связи между ними.