Классическая стратегия естественнонаучного мышления

Министерство Образования Российской Федерации

РЕФЕРАТ

на тему

Классическая стратегия естественнонаучного мышления

классическая физика лапласовский детерминизм

Выполнила: Дубровская

Елена Сергеевна

КубГТУ 01-ЭК-51

Краснодар 2001

Введение

Многие авторы, говоря о развитии науки, подчеркивают, что “она в своем развитии проходит три этапа: классический, неклассический и постнеклассический (современный). Соответственно этому различают и три исторических типа научной рациональности, сменявшие друг друга в истории техногенной цивилизации. Между ними, как этапами развития науки, существуют своеобразные “перекрытия”, причем появление каждого нового типа рациональности не отбрасывало предшествующего, а только ограничивало сферу его деятельности, определяя его применимость только к определенным типам проблем и задач”.

Рассмотрение классического типа естественнонаучной рациональности в ней ограничено рамками классической физики.

Практически все крупные философские течения мысли в XX веке (и экзистенционализм, и феноменализм, и постпозитивизм, и русская религиозная философия), а также ряд крупных, философски мыслящих учёных пересматривают смысл и значение логики естественнонаучного мышления нового времени. Пересмотр обычно завершается или поисками нового типа рациональности, или же выводами о неизбежности отказа от всякой логики и переходу к иррационализму, религии, мистике.

Новый тип мышления свидетельствует о пересмотре столь важного для науки нового времени понятия как объективность в смысле независимости предмета изучения и знания, получаемого о нём, от субъектных характеристик учёного и от всех случайных моментов процесса познания, другими словами, от контекста получения знания. Такая зависимость ставит под сомнение возможность воспроизведения научных результатов, а отсюда трансформируется понятие истины. Вот эти-то, действительно достаточно серьёзные, повороты в развитии науки XX в. заставляют серьёзно задуматься о судьбах логики научного мышления.

КЛАССИЧЕСКИЙ ТИП ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОЙ РАЦИОНАЛЬНОСТИ

Рациональность - это определенный тип вписывания человека в мир. Человек может вписываться в мир через любовь к богу, может вписываться в него через любовь к природе. Рациональность - это такое вписывание в мир, когда оно опосредовано работой в идеальном плане. Еще в эпоху Парменида стало ясно, что проникнуть в сущность вещей нельзя путем простого наблюдения, обобщения фактов. Необходимы специальные процедуры трансформации реальных объектов в идеальные, существующие только в мысли. Мир идеальных объектов - это теоретический мир. Его преобразовывают, с ним работают только в мыслях и при помощи мысли. Например, можно мысленно представить, что существует мир, в котором сопротивление, возникающее при трении поверхности одного тела о поверхность другого, стало бесконечно малым. Сконструировав такой мир, затем можно установить законы, которые будут в нем действовать. Именно теоретически, т.е. мысленно сконструировав такой мир, Г. Галилей открыл закон инерции.

Открыв способность мышления работать с идеальными объектами, античность тем самим открыла рациональность. Наука использовала это открытие, но внесла в него существенные изменения и дополнения.

Античность не запрещала мысли конструировать любые идеальные объекты. Никто и ничто не контролировали деятельность мышления по созданию идеальных миров. Наука на такую свободу мысли согласиться не могла, ибо она искала знания, пригодные для практического использования. Наука признает правомерной работу мысли только с такими идеальными объектами, которые проверяемы на практике (непосредственно или опосредованно). Что же это за идеальные объекты, откуда они берутся, как конструируются?

Ядром классической физики является классическая механика Ньютона, которая изучает механическое движение тел. Как известно, механическим движением тела называется изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.

Итак, чтобы вскрыть сущность механического движения тел, нужно любое материальное тело представить в идеальной форме. Как известно, в классической механике тело задается идеализацией “материальная точка”. Тело, размерами которого в данных условиях движения можно пренебречь, называется материальной точкой. Решить основную механическую задачу означает найти траекторию, по которой движется тело. Весьма существенно, что эта траектория определяется в механике единственным образом. Если же траектория движения макротела не определена однозначно или значения ее некоторых характеристик строго не определены, то с точки зрения механики Галилея-Ньютона задача считается некорректно поставленной. Классическая материальная точка, или классическая частица, - это маленький, локализованный в ограниченной области пространства комочек материи, движущийся по законам механики Ньютона. Классические материальные точки движутся по определенным траекториям, так что в любой момент времени точно фиксированы их координаты и импульсы. В классической механике Ньютона состояние системы полностью определяется значениями координат и импульсов всех частиц систем.

Итак, сама механическая задача, необходимость ее решения породила идеализацию “материальная точка”. Четко просматривается и метод образования этой идеализации - абстрагирование, т.е. отбрасывание определенных реальных свойств реальных объектов. (Идеализация - образование абстрактных объектов посредством мысли в результате отвлечения от принципиальной невозможности осуществить их практически. Реальные прототипы идеализаций могут быть указаны лишь с той или иной степенью приближения).

Чем наука теоретически более развита, тем большее число идеализаций она использует. И действительно, развитие классической физики связано с тем, что в ней растет число идеализаций, причем появляются не только идеализации тел, но и процессов (представление волны как плоской, абсолютно упругий удар, идеальный цикл Карно и т.д.), и условий (адиабатическая оболочка, замкнутая система и т.д.). Расширяются и способы образования идеализаций. Например, начинают строиться идеализации путем мысленного перехода к предельному случаю в развитии какого-либо свойства. Так, располагая реальные тела в ряд соответственно увеличению их твердости, можно мысленно продолжить этот ряд и в конце его представить такое тело, которое не деформируется под действием любых тел. Это и будет “абсолютно твердое тело”.

Идеализации строились так, чтобы относительно тех сторон идеализаций, которые для исследователя несущественны, можно было делать любые предположения. Например, идеальным газом может быть в принципе газ любого типа (кислород, азот, смесь газов т.д.). Это следует из сути данной идеализации: статистическая система, частицы которой взаимодействуют друг с другом только в процессе столкновений, а все остальное время движутся как свободные, называется идеальным газом.

Идеализации строились и так, чтобы “схватить” определенные стороны сущности реальных объектов или процессов. Это позволяло переходить от них к изучению реальных объектов. Работа с идеализациями в классической физике сделала ясным, что если теория описывает идеализированный объект или процесс, то ее непосредственно к действительности применять нельзя. А поэтому идеализированные теории классической физики стали обрастать разделами знания, которое можно было применять к решению непосредственно практических задач (например, баллистика).

Развитие эксперимента и математики, накопление теоретических знаний приводят к тому, что в классической физике появляется другая форма идеального задания объекта - идеальная модель. Абстрактные объекты, которые воспроизводят в мыслях лишь некоторые черты реальных объектов, называются идеальными моделями объектов, например, модель атома Резерфорда.

Идеальные модели физических объектов в классической физике строились на основании экспериментальных данных и теоретических представлений о данной области физических объектов. Однако идеальные модели формально-логически из этих данных не выводятся. Они как бы “навеиваются” этими данными. Это “навеивание” носит очень сложный характер. Механизм его на сегодняшний день не раскрыт.

Работа ученых-физиков с идеальными моделями реальных объектов приучила их к пониманию того, что:

1. Поскольку модель воспроизводит не все, а лишь некоторые свойства оригинала и так как ученый-теоретик задает вопросы реально существующим объектам, а ответы на них ищет на их идеальных моделях, так как у него просто нет иного представления об объекте, то всегда можно поставить такой вопрос, на который нельзя получить ответа на существующей идеальной модели изучаемого объекта. Так модель атома Резерфорда в принципе не могла ответить на вопрос: почему атом устойчив? Стал понятен и выход из таких ситуаций - переходить к новым моделям изучаемых объектов. Тем самым физическая рациональность указала магистральный путь развития физического знания.

2. Никакое физическое явление не может быть полностью объяснено какой-либо одной моделью. Реальный объект в теоретическом естествознании может быть представлен не одной, а несколькими моделями. Это приводит к тому, что одна и та же конкретная задача может решаться разными способами. Это требует выяснения соотношения старой теории с новой, которая описывает и объясняет более широкий круг фактов.

Итак, первое направление развития естественнонаучной рациональности в рамках классической физики связано с наработкой разных способов представления реальных физических объектов в идеальной форме.

Второе направление развития естественнонаучной рациональности в рамках классической физики было связано с требованиями выполнения корректности постановки задач механики.

Выше мы подчеркивали, что, если траектория движения макротела не определена однозначно или значения ее некоторых характеристик строго не определены, то с точки зрения механики Галилея-Ньютона задача считается некорректно поставленной. Сформулированная так корректность постановки механических задач выделила определенный тип закономерностей. Получил он название “динамическая закономерность”. Суть динамической закономерности в рамках классической механики сводится к следующему: если мы знаем состояние механической системы и воздействие на нее, то совершенно однозначно можно определить состояние этой системы в любой наперед заданный момент времени.

Развитие всей классической физики, начиная от механики твердого тела и сплошных сред и кончая классической электродинамикой, происходило под определяющим воздействием классической механики. Само логическое строение последующих теорий классической физики в принципе аналогично схеме классической механики. Такой тип закономерностей, как уже подчеркивалось, получил название динамических.

В качестве определяющей черты класса динамических закономерностей обычно рассматривается строго однозначный характер всех без исключения связей и зависимостей, отображаемых в рамках соответствующих представлений и теорий на основе этих законов. В негативной формулировке это означает: там, где нет строгой однозначности в связях, нельзя говорить и о соответствующих закономерностях. Из однозначного характера связей вытекает их равноценность: любая рассматриваемая связь, независимо от природы соответствующих свойств или параметров, в равной мере признается необходимой.

На основе развития классической физики и ее успехов схема жестокой детерминации была в известной мере абсолютизирована. Философская концепция, выразившая это, получила название “лапласовский детерминизм”. Он в рамках классической физики развивался. И к началу двадцатого века его основные положения были следующими:

1. Хаос - сугубо деструктивное начало мира, он ведет в никуда. Для такого вывода были весьма веские основания. Действительно, в соответствии с фундаментальными законами статистической механики, образование организованных структур в изолированных системах с большим числом частиц может носить только характер флуктуаций, имеющих чрезвычайно малую вероятность появления. Чем значительнее масштаб флуктуаций, тем менее возможна ее реализация. Гораздо более вероятны процессы разрушения, дезорганизации правильных структур, которые, как правило, и имеют место, когда система не взаимодействует с другими объектами или взаимодействует с термостатом.

Развитие изолированных систем приводит к тому, что система стремится к равновесному состоянию, что означает, что ее энтропия достигает максимального значения. Равновесное состояние является состоянием наибольшей разупорядоченности, так как именно его реализации отвечает наибольшая вероятность. Состояние термодинамического равновесия и соответствует поднятию “максимальный хаос системы”. Чем большее число микросостояний реализует данное макросостояние, тем больше хаос в системе. Второе начало термодинамики гласит, что любая замкнутая система стремится перейти в состояние с большим хаосом, что означает, что энтропия системы будет расти.

С другой стороны, для замкнутой динамической системы произвольной сложности А. Пуанкаре доказана следующая теорема: за достаточно большое время фазовая траектория в Г-пространстве вернется в область, сколь угодно близкую к начальной точке этой траектории. Таким образом, любое неравновесное макроскопическое состояние рано или поздно должно повториться, как бы ни было велико отклонение от равновесия. Однако расчеты показывают, что время возврата порядка 10единиц времени. В то же время, возраст Вселенной оценивается как Т ~ 5 109 лет.

Таким образом, имеет место практическая необратимость макроскопических процессов, если речь идет о сколько-нибудь существенных отклонениях от термодинамического равновесия.

2.Случайность тщательно изгонялась из научных теорий. Существовало убеждение, что случайности не сказываются, забываются, стираются, не оставляя следа в общем течении событий природы.

Мир, в котором мы живем, рассматривался как не зависящий ни от микрофлуктуаций на нижележащих уровнях бытия, ни от малых влияний космоса. Неравновесность и неустойчивость рассматривались как досадные неприятности, которые должны быть преодолены. Это нечто негативное.

3. Развитие понималось как поступательное, без альтернатив. Пройденное имеет лишь историческое значение.

4. Мир связан причинно-следственными связями жестко. Причинные цепи имеют линейный характер. Следствие пропорционально причине. По причинным цепям ход развития может быть просчитан неограниченно в прошлое и будущее.

Настоящее определяется прошлым, а будущее - настоящим и прошлым.

5. Подход к управлению сложными системами основывался на представлении, согласно которому результат внешнего управляющего воздействия есть однозначное и линейное, предсказуемое следствие приложенных усилий, что соответствует схеме: управляющее воздействие - желаемый результат. Чем больше вкладываешь энергии, тем больше будто бы и отдача.

Требования лапласовского детерминизма приводили в рамках классической физики к постановке определенных задач. Особенно это сказалось в области применения вероятностных методов. Привлечение вероятностных методов описания хорошо известно в классической физике. Такие методы, в частности, типичны для молекулярно-кинетической теории, позволяющей находить вероятности различных скоростей молекул, длин свободного пробега, плотностей и т.д. При этом, однако, подразумевается, что движение каждой молекулы подчиняется детерминистическим законам классической механики. Они позволяют точно и однозначно предсказать при заданных начальных условиях состояние в будущем, если известны действующие со стороны остальных молекул силы. Лишь из-за того, что количество молекул слишком велико, такое детерминистическое описание в действительности оказывается недостижимым.

Для систем с большим числом частиц более употребителен сокращенный способ описания - язык вероятностей. Он позволяет говорить не об индивидуальной динамической характеристике частицы, а о вероятности реализации данного значения динамической переменной для произвольной, наугад выбранной частицы.

Попытки сочленения детерминистского и вероятностного подходов привели к появлению наглядного приема описания эволюции системы с произвольным числом частиц.

Полный набор динамических переменных в этом случае составляют 6N чисел - 3N координат и 3N импульсов. Тогда состояние системы в целом в данный момент времени можно задать одной точкой в некотором абстрактном пространстве 6 измерений. Такое пространство получило название фазового Г-пространства (в отличие от фазового мю - пространства для одной частицы системы), или просто фазового пространства системы. В ходе эволюции системы изображающая точка в фазовом пространстве перемещается, описывая фазовую траекторию. Так, статистическая система была описана динамически в фазовом Г - пространстве. Требование лапласовского детерминизма было выполнено.

Определенное понимание корректности постановки механической задачи порождает объектный стиль мышления классической естественнонаучной рациональности, т.е. стремление познать предмет сам по себе, безотносительно к условиям его познания. Исследуя свои объекты, классическая физика стремилась при их описании и теоретическом объяснении изъять все, что относится к субъекту, средствам, приемам и операциям его деятельности.

Объективные основания для такого утверждения находились в недрах самой классической механики.

Напомним, что физические свойства объекта характеризуются качественно и количественно. Качественная характеристика свойства - это его сущность (например, масса, скорость, энергия и т.д.). Классическая механика исходила из того, что условия познания на изучаемые объекты не влияют. Для различных типов механических задач условиями познания являются системы отчета. Без их введения нельзя корректно ни сформулировать, ни решить механическую задачу. Если свойства объекта ни по качественной, ни по количественной характеристике не зависят от системы отсчета, то они называются абсолютными. Так, какую бы систему отчета для решения конкретной механической задачи мы ни взяли, в каждой из них будут проявляться качественно и количественно масса объекта, сила, действующая на объект, ускорение, скорость.

Если же свойства объекта зависят от системы отсчета, то их принято считать относительными. Классическая физика знала лишь одну такую величину - скорость объекта по количественной характеристике. Это означало, что бессмысленно говорить, что объект движется с такой-то скоростью, не указывая систему отсчета; в разных системах отсчета количественное значение механической скорости объекта будет различное. Все же остальные свойства были абсолютными и по качественным, и по количественным характеристикам.

Классическая естественнонаучная рациональность имеет прямой выход на определенное представление о мире. И, опять же, во многом эти представления определялись специфическим пониманием корректности постановки механических задач. Действительно, само понимание траектории движения тела требовало определенного представление о пространстве и времени. И Ньютон дает такое представление. Дается и общее представление о физической реальности.

В классической физике считалось, что мир можно разложить на множество независимых элементов экспериментальными методами. Этот метод в принципе неограничен, так как весь мир - это совокупность огромного числа неделимых частиц. Основа мира - атомы, т.е. мельчайшие, неделимые, бесструктурные частицы. Атомы перемещаются в абсолютном пространстве и времени. Время рассматривается как самостоятельная субстанция, свойства которой определяются ею самой.

Пространство в классической физике абсолютно, что означает, что оно не зависит от материи и времени. Можно убрать из пространства все материальные объекты, а абсолютное пространство остается. Пространство однородно, т.е. все его точки эквивалентны. Пространство изотропно, т.е. эквивалентны все его направления. Время тоже однородно, т.е. эквивалентны все его моменты. Основные свойства симметрии макроскопического пространства и времени обусловлены физическими законами сохранения. Стимулом для такого предположения служит теорема, доказанная немецким ученым Эмми Нетер в 1918 году.

Согласно теореме Нетер, каждое свойство симметрии пространства и времени можно сопоставить с каким-либо законом сохранения. Так, из однородности пространства следует закон сохранения импульса, из изотропности пространства - закон сохранения момента количества движения, а из однородности времени - закон сохранения энергии.

Пространство описывается геометрией Эвклида, согласно которой кратчайшим расстоянием между двумя точками является прямая.

Пространство и время бесконечны. Понимание их бесконечности было позаимствовано из математического анализа, что в какой-то мере удовлетворило требование наглядности физических представлений.

Бесконечность пространства означает, что какую бы большую систему мы не взяли, в мире всегда можно указать на такую, которая еще больше. Бесконечность времени означает, что как бы долго не длился данный процесс, всегда в мире можно указать на такой, который будет длиться дольше.

Для классической естественнонаучной рациональности было характерно совпадение объяснения явления с его пониманием. Объяснение явления означало создание его наглядной механической модели. Понимание представлялось как интуитивная очевидность.

Общие выводы данной работы можно свести к следующим положениям:

1. Тип естественнонаучной рациональности задается классом решаемых наукой задач, пониманием корректности их постановки и решения.

2. Каждый тип естественнонаучной рациональности развивается, а не формулируется сразу; лишь потом происходит смена самих типов естественнонаучной рациональности.

3. Каждый тип естественнонаучной рациональности приводит к постановке специфических задач, которые являются результатом требований сформировавшегося типа естественнонаучной рациональности.

Заключение

Научное знание двуполюсно, так как создаётся деятельностью субъекта, направленной на предмет. Как результат деятельности научное знание обладает самостоятельностью, независимостью как от субъекта, так и от предмета, с которыми он не совпадает, не совмещается. Не будем сейчас говорить о соотношении идеализаций науки с природной действительностью, но специально подчеркнём, что эти идеализации, рассмотренные с точки зрения неизбежности присутствия в них субъектных характеристик, никогда не включают в себя всего многообразия контекста их создания.

Углубляется понятие объекта – определение микрообъекта как частицы или волны наталкивает на мысль о возможности разной актуализации объективного мира. Микрообъект – не волна и не частица. Он – возможность быть или волной, или частицей. Объект – не предмет, а событие. В классическом естествознании объект всегда противостоял субъекту, находился на переднем крае логического мышления. Сегодня объект оказывается как бы между логическими формами деятельности нескольких субъектов. Разные формы актуализированной действительности предполагают разные способы логического мышления (физический мир со скоростями, далёкими от световой, подчиняется законам классической механики; мир со скоростями, приближающимися к световой, принадлежит квантовой механике.

Список использованной литературы

1. Гейзенберг В. Шаги за горизонт. М., 1987. С. 331.

2. Физика микромира. - М., 1980, с.318.

3. Рюмен Ю.Б., Рывкин М.Ш. Термодинамика. Статистическая физика и кинетика. - М., с.498.

4. Кучеренко М.Г. Эволюционно-синергетическая парадигма // Единство естественнонаучного и гуманитарного компонентов культуры личности. Оренбургский гос. ун-т. Оренбург, 1997, с. 27-28