Концепция детерминизма в классическом естествознании

Государственное образовательное учреждение высшего 

профессионального образования

Псковский государственный политехнический  институт 
 
 

Контрольная работа 

Дисциплина: Концепции современного естествознания 

Тема: №5

«Концепция  детерминизма в классическом естествознании» 
 
 
 
 
 

Выполнил студент  гр. 613 – 1405С                                                О. В.Демидова

Шифр: №  0761075    

Руководитель                                                                                 В.В. Однобоков       
 
 
 
 
 

Псков

2010 

Содержание 

     Введение                                                                                                      3

1. Концепция детерминизма в классическом естествознании         5
1. Триумф небесной механики и становление

концепции детерминизма                                                                          8

2. Механика Ньютона как динамическая теория: основные

идеи, структура, методология                                                                  15

3. Детерминизм как фундамент классического мировоззрения     23

     Заключение                                                                                               26

     Список  использованной литературы                                                      29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Понятие «физика» уходит своими корнями в  глубокое прошлое, в переводе с греческого оно означает «природа». Основной задачей  этой науки является установление «законов»  окружающего мира. Одно из основных сочинений Платона, ученика Аристотеля, называлось «Физика».

     Наука тех лет имела натурфилософский характер, т.е. исходила из того, что  непосредственно наблюдаемые перемещения  небесных светил есть их действительные перемещения. Отсюда был сделан вывод  о центральном положении Земли  во Вселенной. Эта система верно  отражала некоторые особенности  Земли как небесного тела: то, что Земля - шар, что все тяготеет к ее центру. Таким образом, это  учение было собственно о Земле. На уровне своего времени оно отвечало основным требованиям, которые предъявлялись  к научному знанию.

     Такая система просуществовала вплоть до XVI столетия, до появления учения Коперника, получившее свое дальнейшее обоснование в экспериментальной  физике Галилея, завершившееся созданием  ньютоновской механики, объединившей едиными законами движения  перемещение  небесных тел и земных объектов. Оно явилось величайшей революцией в естествознании, положившей начало развитию науки в ее современном  понимании.

     Галилео Галилей считал, что мир бесконечен, а материя вечна. Во всех процессах  ничто не уничтожается и не порождается  – происходит лишь изменение взаимного  расположения тел или их частей. Материя состоит из абсолютно  неделимых атомов, ее движение –  единственное, универсальное механическое перемещение. Небесные светила подобны  Земле и подчиняются  единым законам  механики.

     Для Ньютона было важно однозначно выяснить с помощью экспериментов и  наблюдений свойства изучаемого объекта  и строить теорию на основе индукции без использования гипотез. Он исходил  из того, что в физике как экспериментальной науке нет места для гипотез. Признавая не безупречность индуктивного метода, он считал его среди прочих наиболее предпочтительным.

     И в эпоху античности, и в XVII веке признавалась важность изучения движения небесных светил. Но если для древних  греков данная проблема имела больше философское значение, то для XVII века, преобладающим был аспект практический. Развитие мореплавания обусловливало  необходимость выработки более  точных астрономических таблиц для  целей навигации по сравнению  с теми, которые требовались для  астрологических целей. Основной задачей  было определение долготы, столь  нужной астрономам и мореплавателям. Для решения этой важной практической проблемы и создавались первые государственные  обсерватории (в 1672 г.  Парижская, в 1675 г. Гринвичская). По сути своей это была задача определения абсолютного времени, дававшего при сравнении с местным временем интервал времени, который и можно было перевести в долготу. Определить это время можно было с помощью наблюдения движений Луны среди звезд, а также с помощью точных часов, поставленных по абсолютному времени и находящихся у наблюдателя. Для первого случая были необходимы очень точные таблицы для предсказания положения небесных светил, а для второго – абсолютно точные и надежные часовые механизмы. Работы в этих направлениях не были успешными. Найти решение удалось лишь Ньютону, который, благодаря открытию закона всемирного тяготения и трех основных законов механики, а также дифференциального и интегрального исчисления, предал механике характер цельной научной теории.

     Концепция Ньютона  явилась основой для многих технических  достижений в течение длительного  времени. На ее фундаменте сформировались многие методы научных исследований в различных областях естествознания.  
 

1. Концепция детерминизма в классическом естествознании

 

       Своим авторитетом классическая наука обязана, прежде всего, ньютоновской механике, которая не только «навела порядок» в огромном эмпирическом материале, накопленном многими поколениями ученых, но и дала в руки людей мощный инструмент однозначного предсказания будущего в широкой области объектов и явлений природы. Чтобы разобраться в истоках детерминизма ньютоновской механики, понять причину ее эффективности и выяснить возможные ограничения области ее применения, проанализируем исходные положения этой теории и используемые в ней методы анализа.

       Прежде  всего, следует отметить, что законы классической механики формулируются  не для реальных, а для идеальных  объектов и ситуаций, которые разворачиваются  в абсолютно пустом пространстве и в абсолютно независимом  от этого пространства времени. Однако самой важной идеализацией в механике является материальная точка – объект, не имеющий геометрических размеров, но, тем не менее, обладающий инертностью (массой). Положение в пространстве таких объектов можно описать радиус–вектором r, конец которого описывает непрерывную линию, называемую траекторией.

       Именно  для анализа траекторий движения материальных точек Ньютоном и независимо от него Лейбницем был разработан специальный математический аппарат – дифференциальное и интегральное исчисление, краеугольным понятием которого является производная, представляющая собой скорость изменения функции. Так, производная радиус–вектора r называется в механике вектором скорости v = r′. Этот вектор направлен по касательной к траектории и характеризует изменение радиус–вектора как по длине (модулю), так и по направлению. Аналогично, ускорение a = v′ = r′′ описывает изменение вектора скорости по модулю и по направлению.

       Фундаментом классической механики является утверждение  о том, что в инерциальных системах отсчета ускорение а материальной точки с массой m определяется силой F, характеризующей ее взаимодействие с другими материальными объектами ma = F

       В уравнении  заключена вся классическая механика. С помощью этого уравнения  решается основная динамическая задача – определение траектории r(t) по заданным силам F. Фактически речь идет о математической задаче, так как уравнение является обыкновенным дифференциальным уравнением 2–го порядка. Рассмотрим простейший частный случай решения такого уравнения, когда F = const (движение в однородном силовом поле). Обозначим g = F /m и тогда после первого интегрирования уравнения получаем

v(t) = gt + C₁, (показать как провела интегрирование)

где C₁ – произвольный постоянный вектор. Еще одно интегрирование приводит к формуле для радиус–вектора

r(t) = gt² / 2 + C₁t + C₂,

где С₂ - другой произвольный вектор. Мы видим, что с помощью только первого уравнения можно получить целое «семейство» траекторий, соответствующих различным векторам С₁ и С₂. Таким образом, чтобы определить, по какой конкретно траектории будет двигаться материальная точка, одного этого уравнения недостаточно.

       Легко видеть, что векторы С₁ и С₂ на самом деле являются скоростью и радиус-вектором материальной точки в начальный момент времени t = 0: С₂ = r(0), С₁ = v(0). Значит, для определения траектории r(t) необходимо знать не только первое уравнение, но также начальное положение и начальную скорость материальной точки:

       1 Инерциальными называются такие  системы отсчета, в которых  свободное тело движется равномерно  и прямолинейно или покоится. Так же как и материальная  точка, понятие инерциальной системы  отсчета является идеализацией. В природе таких систем отсчета не существует, хотя некоторые системы отсчета приближаются по свойствам к инерциальным. r(t) = gt² / 2 + v(0)t + r(0).

       Очевидно, начальный момент времени может  быть выбран произвольно. Поэтому мгновенное положение и мгновенная скорость полностью и однозначно определяет траекторию движения материальной точки. В связи с этим говорят, что  состояние материальной точки полностью  определяется ее положением и скоростью.

       Положение + скорость = состояние.  (объяснить) 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Триумф  небесной механики и становление  концепции детерминизма

 

     В каждую эпоху практическая и познавательная деятельность людей определяется присущей только ей системой основополагающих понятий, принципов, категорий, взглядов, норм и методологических установок  мировоззренческого характера. Это  и есть то самое, что мы называем парадигмой. Можно сказать еще определенней: любая эпоха имеет характерную систему мировоззрения, которая неявно регулирует всю человеческую деятельность.

     И обязательно какая–либо наука задает общие познавательные «координаты» и «точки отсчета»: математика, химия или физика. Господствующий в ней стиль мышления накладывает отпечаток на стиль мышления всей эпохи.

     Во  всех научных занятиях людей стиль  мышления формирует и распространяет общепринятость научного познания, обеспечивает его устойчивость и целостность. Он позволяет временно соединять различные смыслы, несовместимые постулаты разных наук посредством метафор, аналогий и другими способами. Он обеспечивает сосуществование различных языков науки, он – средство понимания и взаимоперевода. При осознании людьми неадекватности этой парадигмы с реалиями бытия происходит перестройка стиля мышления, или научная революция.

     К счастью, произошло не так много  смен различных стилей мышления. Мы рассмотрим, так называемый, детерминизм, который был основой стиля мышления от древних греков до ХХ века, да и сейчас не забыт. Название произошло от латинского determino – определяю. Это философское учение о закономерной взаимосвязи и причинной обусловленности всех явлений природы. Из однозначного характера связей вытекает их равноценность: любая рассматриваемая связь в равной мере признается необходимой. Детерминизм требует существования некоторых первоэлементов, число которых крайне мало, и из которых построен весь мир.

     Из–за несомненных и впечатляющих успехов классической физики схема жесткой детерминации была в известной мере абсолютизирована. В XVIII веке философская концепция, выразившая это, получила название лапласовского, или классического детерминизма и длительное время выступала как обоснование экспансии механики в новые области исследований.

     Триумф  ньютоновской механики, самым впечатляющим моментом которого было детерминистское  описание движения небесных тел солнечной  системы, позволило Лапласу (1749–1827) предположить, что подобное описание может быть распространено на самый широкий круг явлений, или вообще на все явления. Его приверженность к детерминизму, как это ни парадоксально звучит, позволила ему получить фундаментальные достижения в области теории вероятностей и ее приложений.

     Именно  в работе «Опыт философии теории вероятности» он развил принципы механического детерминизма:

     «Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу и относительное положение всех ее составных частей, если бы он вдобавок оказался достаточно обширным, чтобы подчинить эти данные анализу, обнял бы в одной формуле движения величайших тел вселенной наравне с движениями легчайших атомов: не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее, так же как и прошедшее, предстало бы перед его взором».