Динамические и статистические закономерности (теории) в познании природы

План лекции.

Лекция 5. Порядок и беспорядок в природе

1. Динамические и статистические закономерности (теории) в познании природы.

2. Основные характеристики (макропараметры) равновесного теплового макросостояния и его термодинамическое и статистическое описание.

3. Элементы неравновесной термодинамики диссипативных систем. Закономерности самоорганизации в природе.

Терминологические определения порядка и хаоса мы привели в лекции №3 (3.4).

Повторим эти определения и на их основе дадим определение беспорядку.

Хаос – состояние, в котором не образуется устойчивых во времени структур, отсутствуют согласованные направленные процессы. В общем смысле – «полный беспорядок», нарушение последовательности, стройности. В физику, как обобщенное учение о явлениях природы, понятие хаоса ввели Л. Больцман и Дж. Гиббс.

Порядок – состояние, в котором имеются согласованные (устойчивые) направленные процессы и «запоминаемость» определенных конфигураций; правила, по которым совершается что-нибудь; числовая характеристика той или иной величины.

Беспорядок – состояние, промежуточное между порядком и хаосом, в котором развивается «склероз» в «запоминаемости» определенных конфигураций и (или) хаотизация согласованных (устойчивых) направленных движений, т.е. беспорядок обычно связывают с наличием направленных процессов, хотя и хаотического характера, от порядка к хаосу. Важно помнить и о возможности направленных процессов от хаоса к порядку (упорядочивание, самоорганизация состояния, как системы).

При этом промежуточное состояние можно также характеризовать как беспорядок, но с направленным движением от хаоса к порядку.

Естественно, что порядок и беспорядок в природе предопределили динамические и статистические закономерности (теории) в познании природы.

Динамическими закономерностями (или теориями) называются закономерности (или теории), в которых однозначно связаны физические

(естественнонаучные) величины, выражаемые количественно.

Статистическими закономерностями (или теориями) называются закономерности (или теории), в которых однозначно связаны только вероятности определенных значений тех или иных физических (естественнонаучных) величин, связи между самими этими величинами неоднозначны.

Два способа описания природы ярко проявляются уже на макроуровне в общем естествознании. Стремление к порядку и детерминированному упорядочиванию классического состояния объектов обеспечило доминирование в классике фундаментальных теорий динамического характера. К их числу относятся классическая механика Ньютона, электродинамика Максвелла, механика сплошных сред, термодинамика, специальная и общая теории относительности.

Абсолютизация динамических закономерностей была характерной не только для физики, но и для других естественных наук и случайному, как объективной категории, не было места в классической стратегии естественнонаучного мышления.

Однако необратимость многих природных процессов и прежде всего тепловых процессов явно нарушила универсальный характер динамических закономерностей в природе.

Максвелл указал на принципиальное отличие механики отдельной частицы от механики большой совокупности частиц, подчеркнув, что большие системы характеризуются параметрами (давление, температура и др.), не применимыми к отдельной частице. Так он положил начало новой науке – статистической механике. На основе статистического подхода удалось совместить обратимость отдельных механических явлений (движений отдельных молекул) и необратимый характер движения их совокупности (рост энтропии в замкнутой системе).

В дальнейшем оказалось, что идеи хаоса характерны не только для тепловых явлений, а более фундаментальны. Планк, изучая хаотичность теплового излучения, связанную с дискретностью, нашел выход в введении кванта, который должен был примирить прежние и новые представления, но на самом деле сокрушил классическую физику. Интерес к невозможности однозначных предсказаний возник в связи с появлением принципиально иных статистических законов движения микрообъектов, составляющих квантовую механику.

При этом, как мы отмечали выше, квантовое микросостояние вводится не только для системы тождественных микрочастиц, но и для одной микрочастицы.

Именно квантовая физика придала статистическим закономерностям (теориям) особую эпистемологическую фундаментальность в неклассическом и постнеклассическом естествознании.

Дата добавления: 2014-10-15