Концепция детерминизма в классическом естествознании
Содержание
Введение
1.Триумф небесной механики и становление концепции детерминизма. Небесная Механика
2.Становление детерминизма
3.Механика Ньютона как динамическая теория: основные идеализации, структура, методология
4.Детерминизм как фундамент классического мировоззрения
Заключение
Список использованной литературы
концепция детерминизм небесный механика
Введение
Одной из фундаментальных онтологических идей, положенных в основу классического естествознания его создателями (Г. Галилей, И. Ньютон, И. Кеплер и др.), явилась концепция детерминизма.
Термин "детерминация" происходит от латинского "determinare", означающего "определять", "отделять", "отграничивать", и в этом смысле он обозначал операцию определения предмета через выявление и фиксацию его признаков, отделяющих один предмет от другого. Детерминизм — это учение о всеобщей обусловленности объективных явлений. В основе такого представления о мире лежит универсальная взаимосвязь всех явлений, которая, с одной стороны, является проявлением единства мира и способом его реализации, а с другой — следствием и предпосылкой универсального характера развития.
Существование всеобщей универсальной взаимосвязи всех явлений и является исходной предпосылкой принципа детерминизма. Детерминизм есть общее учение, признающее существование универсальной взаимосвязи и отрицающее существование каких-либо явлений и вещей вне этой универсальной взаимосвязи. Однако содержание принципа детерминизма не исчерпывается этим.
Попробуем же разобраться в понятии «детерминизм» и значении его в современном естествознании.
1.
Триумф небесной механики и становление концепции детерминизма
Небе́сная меха́ника
— раздел астрономии, применяющий законы механики для изучения движения небесных тел. Небесная механика занимается предвычислением положения Луны и планет, предсказанием места и времени затмений, в общем, определением реального движения космических тел.
Естественно, что небесная механика в первую очередь изучает поведение тел Солнечной системы — обращение планет вокруг Солнца, спутников вокруг планет, движение комет и других малых набесных тел. Тогда как перемещение далеких звёзд удается заметить, в лучшем случае, за десятилетия и века, движение членов Солнечной системы происходит буквально на глазах — за дни, часы и даже минуты. Поэтому его изучение стало началом современной небесной механики, рождённой трудами И.Кеплера (1571—1630) и И.Ньютона (1643—1727). Кеплер впервые установил законы планетного движения, а Ньютон вывел из законов Кеплера закон всемирного тяготения и использовал законы движения и тяготения для решения небесно-механических проблем, не охваченных законами Кеплера. После Ньютона прогресс в небесной механике в основном заключался в развитии математической техники для решения уравнений, выражающих законы Ньютона. Таким образом, принципы небесной механики — это «классика» в том смысле, что и сегодня они такие же, как во времена Ньютона. Но как же развивалась небесная механика и какой она предстала перед нами.
Исторический очерк.
Небесная механика принадлежит к числу древнейших наук. Уже в 6 век до н. э. народы Древнего Востока обладали глубокими астрономическими знаниями, связанными с движением небесных тел. Но в течение многих веков это была только эмпирическая кинематика Солнечной системы. Основы современной небесной механики были заложены Исааком Ньютоном в "Математических началах натуральной философии" (1687). Закон тяготения Ньютона далеко не сразу получил всеобщее признание. Однако уже к середине 18 века выяснилось, что он хорошо объясняет наиболее характерные особенности движения тел Солнечной системы (Ж. Д'Аламбер, А. Клеро). В работах Ж. Лагранжа и П. Лапласа были разработаны классические методы теории возмущений. Первая современная теория движения больших планет была построена У. Леверье в середине 19 в. Эта теория лежит до сих пор в основе французского национального астрономического ежегодника. В работах Леверье было впервые указано на необъяснимое законом Ньютона вековое смещение перигелия (самая близкая Солнцу точка орбиты) Меркурия, которое оказалось через 70 лет важнейшим наблюдательным подтверждением общей теории относительности.
Дальнейшее развитие теория больших планет получила в конце 19 веке в работах американских астрономов С. Нъюкома и Дж. Хилла (1895-98). Работы Нъюкома открыли новый этап в развитии небесной механики. Он впервые обработал ряды наблюдений, охватывающие длительные интервалы времени и на этой основе получил систему астрономических постоянных, которая только незначительно отличается от системы, принятой в 70-х годов 20 века. Чтобы согласовать теорию с наблюдаемым движением Меркурия, Ньюком решил прибегнуть к гипотезе А. Холла (1895), который для объяснения невязок в движении больших планет предложил изменить показатель степени в законе тяготения Ньютона. Ньюком принял показатель степени равным 2,00000016120. Закон Холла сохранялся в астрономических ежегодниках до 1960 г., когда он был, наконец, заменён релятивистскими поправками, вытекающими из общей теории относительности.
Продолжая традиции Ньюкома и Хилла, Бюро американских эфемерид (Вашингтонская морская обсерватория) под руководством Д. Брауэра и Дж. Клеменса в течение 40-х и 50-х годов 20 века осуществило обширные работы по переработке планетных теорий. В частности, в результате этой работы в 1951 были опубликованы "Координаты пяти внешних планет", что явилось важным шагом в исследовании орбит внешних планет.
Актуальное значение приобрела теория движения спутников больших планет, в первую очередь спутников Марса и Юпитера. Теория движения четырёх спутников Юпитера была разработана ещё Лапласом. В теории, предложенной В. Де’Ситтером (1919) и используемой в астрономических ежегодниках, учитываются сжатие Юпитера, солнечные возмущения и взаимные возмущения спутников. Внешние спутники Юпитера изучались в Институте теоретической астрономии АН СССР. Эфемериды (таблицы предвычисленных небесных координат Солнца, Луны, планет и других астрономических объектов на последовательные моменты времени, например, на полночь каждых суток) этих спутников до 2000 года вычислены американским астрономом П. Хергетом (1968) с помощью численного интегрирования. Теория движения спутников Сатурна, основанная на классических методах, была построена немецким астрономом Г.Струве (1924-33). Устойчивость спутниковых систем рассмотрена в работах японского астронома Ю. Хагихара (1952). Советский математик M. Л. Лидов, анализируя эволюцию орбит искусственных спутников планет, получил интересные результаты и для естественных спутников. Им было впервые показано (1961), что, если бы орбита Луны имела наклон к плоскости эклиптики (от лат. (linea) ecliptica, от греч. έκιειρσις— затмение), большой круг небесной сферы, по которому происходит видимое годичное движение Солнца, точнее — его центра.), равный 90°, то такая Луна уже после 55 оборотов, т. е. примерно через четыре года, упала на поверхность Земли.
Наряду с разработкой теории высокой степени точности, но пригодной только на сравнительно небольших интервалах времени (сотни лет), в небесной механики ведутся также исследования движения тел Солнечной системы в космогонических масштабах времени, т. е. на протяжении сотен тысяч и миллионов лет. Попытки решить эту проблему долгое время не давали удовлетворительных результатов. Только появление быстродействующих вычислит, машин, произведших революцию в небесной механике, позволило снова вернуться к решению этой фундаментальной задачи. В СССР и за рубежом разработаны эффективные методы построения аналитической теории движения больших планет, открывающие возможность изучения движения планет на весьма длительных промежутках времени.
Развитие небесной механики в СССР тесно связано с деятельностью двух научных центров, возникших непосредственно после Великой Октябрьской социалистической революции: Теоретической астрономии института АН СССР в Ленинграде и кафедры небесной механики Московского университета. В этих двух центрах сложились ленинградская и московская школы, которыерые определили развитие небесной механике в СССР. В Ленинграде вопросы небесной механики разрабатывались главным образом в связи с такими практическими задачами, как составление астрономических ежегодников, вычисление эфемерид малых планет и др. В Москве доминирующее влияние на протяжении многих лег имели космогонические проблемы, а также астродинамика.
Среди иностранных научных учреждений, ведущих исследования в области небесной мехенике видное место занимают: Вашингтонская морская обсерватория, Гринвичская астрономическая обсерватория, Бюро долгот в Париже, Астрономический институт в Гейдельберге и др.
Классической задачей небесной механики является задача об устойчивости Солнечной системы. Эта проблема тесно связана с существованием вековых изменений больших полуосей и наклонов планетных орбит. Методами небесной механики вопрос об устойчивости Солнечной системы не может быть полностью решён, так как математические ряды, используемые в задачах небесной механики, пригодны только для ограниченного интервала времени.
Становление детерминизма.
Одной из фундаментальных онтологических идей, положенных в основу классического естествознания его создателями (Г. Галилей, И. Ньютон, И. Кеплер и др.), явилась концепция детерминизма.
ДЕТЕРМИНИЗМ (лат. determino - определяю) - учение классической философии о закономерной универсальной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений. Проще говоря, речь идет о двух значениях этого термина: первоначальная предопределенность всех событий в мире Богом; возможность предсказания траектории движения тела в пространстве и времени.
Понятие "Детерминизм" возникло в средневековье как вид логического определения понятия, противостоящий обобщению. В 17 веке в период выработки элементарных понятий механики происходит сближение понятия детерминизма и причинности, устанавливается тесная связь категории закономерности и причинности, закладываются основы механистического детерминизма.
Успехи механики закрепляют представления об исключительно динамическом характере закономерностей, об универсальности причинной обусловленности. Причинность становится формой выражения законов науки, содержанием детерминистской формы объяснения явлений. Полное и гармоническое слияние механической причинности и детерминизма происходит в работах математика П. Лапласа (1749-1827). Центральной становится идея о том, что всякое состояние Вселенной есть следствие предыдущих и причина последующих ее состояний. Принцип детерминизма в формулировке Лапласа выражает веру создателей классической механики в рациональное устройство Вселенной, в возможность проследить на основе законов механического движения судьбу каждой ее отдельной частицы и состоящих из них тел.
По мнению физикохимика И. Пригожина, вера в вечность и рациональное устройство мира являются характерной чертой классической науки, основанной на принципе детерминизма. Сформированное Пригожиным понятие причинно-следственных цепей, последующее отождествление этого понятия с понятием связи состояний и теоретико-механическим представлением о движении окончательно утверждают универсальный объяснительный статус лапласовского детерминизма. Одновременно с этим процессом в концепции лапласовского детерминизма наметился выход за рамки механистической методологии в силу немеханистического, но статистического, вероятностного характера закономерностей, которые исследовались Лапласом. Он обосновывал эвристическую ценность новых математических вероятностных методов, но в рамках господствующих в то время механистических идеалов и норм научного исследования. Переход науки к исследованию системных природных и социальных объектов обусловил изменение идеалов аналитического, поэлементного характера познания; расхождение принципа причинности и принципа детерминизма; обнаружилась сложная по структуре абстрактно-теоретическая форма принципа в научном исследовании.
Современное философское и методологическое осмысление детерминизма раскрывает взаимосвязь философского и естественно-научного статусов этого принципа. Философский детерминизм фиксирует разнообразные формы взаимосвязей и взаимоотношений явлений объективной реальности: генетические (причинно-следственные) и статистические, пространственные и временные, и т.д. Все они выражаются через систему таких философских детерминистических категорий, как необходимость и случайность, возможность, действительность, закономерность, причинность и прочее. Методологическая природа принципа детерминизма проявляется в том, что он выступает не только как философское учение, но и конкретно-научный норматив описания и объяснения универсальной закономерной связи и обусловленности развития и функционирования определенным образом системно-организованных объектов в процессе их взаимодействия. Принципиальная историчность этого учения обусловлена необходимостью формирования новых естественно-научных форм детерминизма при переходе науки к изучению объектов с новыми системно-структурными характеристик
Переход науки от изучения простых динамических систем к вероятностным, эволюционирующим объектам сопровождался кризисом концепции лапласовского детерминизма и формированием статистического вероятностного детерминизма в учении Дарвина. Соответственно менялся категориальный каркас детерминистических естественно-научных концепций, структура теоретических построений, идеалы и нормы научного исследования. В свою очередь, освоение наукой саморегулирующихся систем кибернетического типа, различного рода социальных систем обусловливает формирование новых категорий - цель, самоорганизация, саморазвитие, прямые и обратные связи, отражение и др., а также соответствующих конкретно-научных форм принципа детерминизма (кибернетических, экологических, социальных).
Принцип детерминизма является одним из наиболее выраженных интенций (направленность сознания, мышления на какой-либо предмет; в основе такой направленности лежит желание, замысел) научного познания, явно или косвенно участвующим в регуляции научного поиска. Фундаментальным идеалом детерминизма в естествознании является объяснение исследуемого предмета (в отличие от гуманитарного познания, ориентированного на такую когнитивную процедуру как понимание).
2. Механика Ньютона как динамическая теория: основные идеализации, структура, методология
Современным своим видом классическая механика обязана Ньютону (1642 – 1727). В своем фундаментальном труде, содержащем в русском переводе на 700 страниц, Ньютон изложил систему законов механики, закон всемирного тяготения, дал общий подход к исследованию различных явлений на основе «метода принципов», т.е. работа имела не только большое научное, но и большое методологическое значение. Для Ньютона было очень важно наследие его предшественников: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов.». Среди этих гигантов в первую очередь следует назвать Галилея и Кеплера.
Вначале интересы молодого Ньютона лежали в области оптики, и особенно экспериментальной оптики, в которой он проявил особый изобретательский дар и технические способности. По мере того как с годами интерес его к экспериментированию ослаблялся и одновременно росло увлечение вопросами теории, Ньютон от оптики постепенно перешел к вопросам механики. Работы Ньютона отличаются обобщением принципа инерции и понятия силы, введением понятия массы и распространением области применимости законов механики на всю Вселенную. Он первый сформулировал законы движения и закон тяготения. Они фигурируют сейчас в любой книге по физике и достаточно известны.
Первый закон Ньютона
гласит: существуют системы отсчёта (называемые инерциальными), в которых замкнутая система продолжает оставаться в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения.
По сути, этот закон постулирует инертность тел. Это может казаться очевидным сейчас, но это не было очевидно на заре исследований природы. Так, например, Аристотель утверждал, что причиной всякого движения является сила, т. е. у него не было движения по инерции.
Инерциальная система отсчёта - это система отсчёта, связанная со свободным невращающимся телом. Свободное тело — тело, не взаимодействующее с другими телами.
Второй закон Ньютона
Второй закон Ньютона — дифференциальный закон движения, описывающий взаимосвязь между приложенной к телу силой и ускорением этого тела.
Второй закон утверждает, что ускорение, которое получает тело, прямо пропорционально приложенной к телу силе и обратно пропорционально массе тела. Этот закон записывается в виде формулы: = , где — ускорение тела, — сила, приложенная к телу, а m — масса тела. Или, в более известном виде: =
Если на тело действуют несколько сил, то во втором законе Ньютона под подразумевается равнодействующая всех сил.
В случае, если масса тела меняется со временем, то второй закон Ньютона записывается в более общем виде: , где — импульс (количество движения) тела, t — время, а — производная по времени. Второй закон Ньютона действителен только для скоростей, много меньших скорости света и в инерциальных системах отсчёта.
В данном законе как частный случай заключен первый закон Ньютона. Это можно видеть если = 0 (т.е. если на тело не действуют силы или равнодействующая сил равна нулю) при этом соответственно получаем что и = 0, а значит, тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Третий закон Ньютона
объясняет, что происходит с двумя взаимодействующими телами. Тела действуют друг на друга с силами, направленными вдоль одной и той же прямой, равными по модулю и противоположными по направлению.
Из законов Ньютона сразу же следуют некоторые интересные выводы. Так, третий закон Ньютона говорит, что, как бы тела ни взаимодействовали, они не могут изменить свой суммарный импульс: возникает закон сохранения импульса
. Далее, надо потребовать, чтобы потенциал взаимодействия двух тел зависел только от модуля разности координат этих тел U(|r
1-r
2|). Тогда возникает закон сохранения суммарной механической энергии
взаимодействующих тел:
Законы Ньютона являются основными законами механики. Из них могут быть выведены все остальные законы механики.
Закон всемирного тяготения
Закон всемирного тяготения Ньютона, один из универсальных законов природы. Согласно ему все материальные тела притягивают друг друга, причём величина силы тяготения не зависит от физических и химических свойств тел, от состояния их движения, от свойств среды, где находятся тела. На Земле тяготение проявляется прежде всего в существовании силы тяжести, являющейся результатом притяжения всякого материального тела Землей. С этим связан термин «гравитация» (от лат. gravitas — тяжесть), эквивалентный термину «тяготение». Проще говоря, если все тела притягиваются к Земле, море притягивается к Луне, а планеты притягиваются к Солнцу, то мы можем заключить, что все тела притягиваются друг к другу.
Провозглашая этот закон, Ньютон не намеревается определять причину притяжения: "Причину этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю (hypotheses non fingo). Довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует согласно изложенным нами законам и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и моря"...
Методология
В работах Ньютона раскрывается его методология и мировоззрение исследований. Свой метод познания сам Ньютон характеризует следующим образом: «Вывести два или три общих принципа движения из явлений и после этого изложить, каким образом свойства и действия всех телесных вещей вытекают из этих явных принципов, было бы очень важным шагом в философии, хотя бы причины этих принципов и не были еще открыты». Под принципами Ньютон подразумевает наиболее общие законы, лежащие в основе физики. Этот метод после был назван методом принципов, требования к исследованию Ньютон изложил в виде четырех правил:
1. Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений.
2. Одинаковым явлениям необходимо приписывать одинаковые причины.
3. Независимые и неизменные при экспериментах свойства тел, подвергнутых исследованию, надо принимать за общие свойства материальных тел.
4. Законы, индуктивно найденные из опыта, нужно считать верными, пока им не противоречат другие наблюдения.
3. Детерминизм как фундамент классического мировоззрения
Термин мировоззрение (миросозерцание), означает систему обобщенных взглядов на мир и место человека в нем, на отношение людей к окружающей их действительности и самим себе, а также обусловленные этими взглядами их убеждения, идеалы, принципы познания и деятельности. Выделяют три основных типа мировоззрения: житейское (обыденное) мировоззрение, в котором отражаются представления здравого смысла, традиционные взгляды о мире и человеке; религиозное мировоззрение, связанное с признанием сверхъестественного мирового начала; философское мировоззрение, в котором обобщается опыт духовного и практического освоения мира. На основе рационального осмысления культуры философии вырабатывает новые мировоззренческие ориентации. Носитель мировоззрения личность и социальная группа, воспринимающие действительность сквозь призму определенной системы взглядов. Имеет огромный практический смысл, влияя на нормы поведения, жизненные стремления, интересы, труд и быт людей.
Вплоть до начала нынешнего столетия в науке господствовала возникшая в Новое время система мышления, основанная на идеях И. Ньютона и Р. Декарта, которая в последствии стала классической. Их учения отбросили один очень важный момент - фигуру Бога. Рационально-механистический образ мира, сформировавшийся в трудах последователей, демонстрирует нам мир как единый и единственный: мир твердой материи, подчиненный жестким законам. Сам по себе он лишен духа, свободы, благодати, он безмолвен и слеп. Понятая действительность - гигантские космические просторы, в которых движутся по четким траекториям массы материи - не несет в себе никакой необходимости появления человека и сознания. Человек в этом мире - ошибка, описка, курьезный случай. Он - побочный продукт звездной эволюции. Лишенная Бога и сознания Вселенная, не живет, а существует без смысла и цели, более того, всякий смысл для нее - ненужная роскошь, разрушающаяся под влиянием закона энтропии.
Механистическая Вселенная состоит из атомов - маленьких неделимых частиц, обладающих постоянной формой и массой и связанных таинственным законом тяготения. Она организована в трехмерное пространство классической эвклидовой геометрии. Это пространство абсолютно, постоянно и всегда находится в покое. Оно представляет собой большое вместилище тел, само по себе нисколько от них не завися, и лишь предоставляя им возможность перемещения под воздействием силы притяжения. Точно так же время являет собой чистую длительность, оно абсолютно, автономно и независимо от материального мира. Однородным и неизменным потоком течет оно из прошлого через настоящее в будущее. В целом Вселенная предстает как огромный, полностью детерминированный часовой механизм, в котором действует непрерывная цепь взаимосвязанных причин и следствий. Если бы можно было получить точную информацию о каждом звене этой цепи, то стало бы вполне возможным совершенно точно реконструировать любую ситуацию прошлого и предсказывать события будущего без всяких погрешностей.
Весь мир представляется в виде комплекса механических систем, развивается без участия какого бы то ни было сознания и разума. Вся его история, начиная от «большого взрыва» до сегодняшнего дня - результат слепого и стихийного движения материальных масс. Жизнь зарождается в первозданном океане случайно, как результат беспорядочных химических реакций, и пойди процесс чуть по-другому, сознание никогда не проявилось бы в бытие. С физикалистской точки зрения появление жизни и сознания - не только загадка, но и явление достаточно странное, абсурдное, так как оно противоречит второму началу термодинамики, утверждающему, что всякая сложная система неуклонно стремится стать простой, но не наоборот.
Заключение
Результатом развития классической механики и принципов детерминизма явилось создание единой механической картины мира, в рамках которой все качественное многообразие мира объяснялось различиями в движении тел, подчиняющемся законам ньютоновской механики. Согласно механической картине мира, если физическое явление мира можно было объяснить на основе законов механики, то такое объяснение признавалось научным. Механика Ньютона, таким образом, стала основой механической картины мира. Эта причинно-механическая картина мира дала представление о мире, согласно которому все явления вызываются причинами и оцениваются в соответствии с законами (классической) механики. Сложившаяся еще в эпоху Просвещения, когда из области естественных наук была изгнана метафизика. Открытая в то время всеобщность причинной связи позволяла сделать предположение, что каузальный закон (закон причинности) является всеобщим законом природы а достижения техники давали основание считать, что все подчинено законам механики. Отсюда и пошел принцип детерминизма, содержащий ответ на вопрос, обусловлены ли явления мира в своем существовании и развитии, имеет ли эта обусловленность регулярный, упорядоченный или произвольный, неупорядоченный характер. Другими словами на вопрос о том, выступает ли мир в своем существовании и развитии как упорядоченный Космос или неупорядоченный хаос.
Список использованной литературы
1. «Большая Советская Энциклопедия» в 30 томах. под ред. Прохорова А.М., 3 издание, том 17: М:., Советская энциклопедия, 1974.
2. Гурский И.П. «Элементарная физика». М.: Наука, 1984.
4. ДорфманЯ.Г. «Всемирная история физики с начала XIX до середины XX вв» М., 1979.
5. Лихин А.Ф. «Концепции современного естествознания»: учеб - М.: изд.Проспект, 2004.
6. «Ньютон и философские проблемы физики XX века». под ред. М.Д. Ахундова, С.В. Илларионова. М.: Наука, 1991.
7. Огородников В.П, "Познание необходимости. Детерминизм как принцип научного мировоззрения". 1985
8. "Философский словарь". Пер. с нем. Ред. Г.Шмидт.