Законы и случай в естествознании

15 Янв 2014 | Автор: | Комментариев нет »

Содержание

 Введение 3

1. Понятие закона. Роль законов в естествознании 4

2. Проявление необходимости и случайности 7

3. Необходимость хаоса 14

Заключение 20

Список литературы 21

Введение

 Закономерность и случайность – две разные формы действительности. Их противопоставляют и определяют путём различения двух типов возможностей (реальных и формальных), которые соответственно превращаются в необходимую действительность и в случайную действительность. Возможности подразделяют по степени их вероятности по шкале от нуля (невозможное) до единицы (действительность).

Формальные возможности измеряются малыми степенями вероятности, для их осуществления недостаточно необходимых условий, тем не менее, они иногда превращаются в действительность.

Реальные возможности обладают максимальной жизнеспособностью, высокими степенями вероятности, для своей реализации они обеспечены всеми необходимыми условиями.

Итак, закономерность – это действительность, осуществившаяся из какой-нибудь одной из множества реальных возможностей. Случайность – это действительность, в которую превратилась одна из формальных возможностей.

В данной контрольной работе рассмотрим соотношение законов и случая в естествознании.

1. Понятие закона. Роль законов в естествознании

 Естествознание как наука ищет прежде всего установления законов. В связи с этим встает вопрос: что такое закон? Сущность закона сформулирована на мой взгляд вполне правильно одним из выдающихся политических мыслителей XVIII столетия Монтескье. В его знаменитом сочинении "Дух законов" Монтескье определяет сущность закона таким образом: "Законы в самом обширном значении этого слова суть необходимые отношения, вытекающие из природы вещей, и в этом смысле все существующее имеет свои законы" (8, с. 24).

Открытие и формулировка законов составляет важнейшую цель научного исследования: именно с помощью законов выражаются существенные связи и отношения предметов и явлений объективного мира.

Все предметы и явления реального мира находятся в вечном процессе изменения и движения. Там, где на поверхности эти изменения кажутся случайными, не связанными друг с другом, наука вскрывает глубокие, внутренние связи, в которых отражаются устойчивые, повторяющиеся, инвариантные отношения между явлениями. Опираясь на законы, наука получает возможность не только объяснять существующие факты и события, но и предсказывать новые. Без этого немыслима сознательная, целенаправленная практическая деятельность.

Путь к закону лежит через гипотезу. Действительно, чтобы установить существенные связи между явлениями, мало одних наблюдений и экспериментов. С их помощью мы можем обнаружить лишь зависимости между эмпирически наблюдаемыми свойствами и характеристиками явлений. Таким путем могут быть открыты только сравнительно простые, так называемые эмпирические законы. Более глубокие научные или теоретические законы относятся к ненаблюдаемым объектам. Такие законы содержат в своем составе понятия, которые нельзя ни непосредственно получить из опыта, ни проверить на опыте. Поэтому открытие теоретических законов неизбежно связано с обращением к гипотезе, с помощью которой пытаются нащупать искомую закономерность. Перебрав множество различных гипотез, ученый может найти такую, которая хорошо подтверждается всеми известными ему фактами. Поэтому в самой предварительной форме закон можно охарактеризовать как хорошо подтвержденную гипотезу (8).

В своих поисках закона исследователь руководствуется определенной стратегией. Он стремится найти такую теоретическую схему или идеализированную ситуацию, с помощью которой он смог бы в чистом виде представить найденную им закономерность. Иными словами, чтобы сформулировать закон науки, необходимо абстрагироваться от всех несущественных связей и отношений изучаемой объективной действительности и выделить лишь связи существенные, повторяющиеся, необходимые.

Процесс постижения закона, как и процесс познания в целом, идет от истин неполных, относительных, ограниченных к истинам все более полным, конкретным, абсолютным. Это означает, что в процессе научного познания ученые выделяют все более глубокие и существенные связи реальной действительности.

Второй существенный момент, который связан с пониманием законов науки, относится к определению их места в общей системе теоретического знания. Законы составляют ядро любой научной теории. Правильно понять роль и значение закона можно лишь в рамках определенной научной теории или системы, где ясно видна логическая связь между различными законами, их применение в построении дальнейших выводов теории, характер связи с эмпирическими данными. Как правило, всякий вновь открытый закон ученые стремятся включить в некоторую систему теоретического знания, связать его с другими, известными уже законами. Это заставляет исследователя постоянно анализировать законы в контексте более широкой теоретической системы (2, с. 97).

Поиски отдельных, изолированных законов в лучшем случае характеризуют неразвитую, дотеоретическую стадию формирования науки. В современной, развитой науке закон выступает как составной элемент научной теории, отображающей с помощью системы понятий, принципов, гипотез и законов более широкий фрагмент действительности, чем отдельный закон. В свою очередь система научных теорий и дисциплин стремится отобразить единство и связь, существующую в реальной картине мира.

В области естествознания никем в настоящее время не оспаривается, что существуют объективные законы, вытекающие из природы вещей и выражающие постоянство взаимоотношений этих последних. Возьмем закон притяжения. Мы знаем, что каждое тело, падающее с известной высоты, притягивается центром земли. Этот закон выведен на основании бесконечного количества повторных явлений. Нам хорошо известен всеобъемлющий закон сохранения вещества или материи. Этот закон гласит, что материя во время реакции не исчезает и не творится, а лишь только видоизменяется, всегда и неизменно оставаясь материей. Или, другими словами, при всех химических превращениях вес веществ, вступающих в реакцию, всегда равен весу полученных в результате реакций. Еще иначе общий вес изменяющихся качественно веществ, а, следовательно, их общая масса или материя сохраняется. Или другой всеобъемлющий закон о сохранении энергии. Этот закон сводится к следующему: какое бы явление или процесс, происходящий в природе, мы ни взяли, каким бы превращениям ни подвергалась в нем энергия, всегда оказывается, что сумма ее во всех телах, участвовавших в этих превращениях до процесса, после процесса и в любой момент процесса остается всегда постоянной. Иначе говоря, нельзя ни создать энергию, ни уничтожить ее. На всякое количество возникающей энергии одновременно исчезает соответствующее, или, выражаясь химическим термином, эквивалентное, количество другого вида энергии, и, наоборот, никакое количество энергии не исчезает без того, чтобы одновременно не возникло эквивалентного количества какой-нибудь другой ее формы. Это обобщение является одним из основных законов современного естествознания. Оба закона выведены на основании строго проверенного опыта при различных условиях, но вот встает вопрос, возможно ли найти и установить такие общие и общепризнанные законы в исторической области?

Существует целый ряд ученых, которые вообще отрицают такую возможность. Основания, ими высказываемые, в общем и главном следующие. Во-первых, явления природы отличаются несравненно меньшей степенью сложности, нежели явления общественно-исторической жизни. Во-вторых, в области наблюдения над процессами природы мы замечаем постоянное повторение одних и тех же явлений. В-третьих, естествознание пользуется экспериментом, то есть искусственным воспроизведением явлений. Мы имеем возможность в физической и химической лабораториях воспроизвести некоторые из тех явлений, которые мы подсмотрели и подслушали в жизни природы.

2. Проявление необходимости и случайности

 Закон это, прежде всего, форма знания. Это высказывание или формула, утверждающие, что некоторая связь или отношение вещей, событий, состояний реализуется всегда (при некоторых условиях), то есть является необходимой в смысле жесткой необходимости по Аристотелю. Например, закон Ома есть утверждение, что всегда при протекании электрического тока имеет место отношение I=U/R. Идея необходимости органически входит в идею закона. Записать этот закон можно различным способом, например, R=I/U, или "при увеличении напряжения в цепи сила тока с необходимостью увеличивается" и т.д. Это обстоятельство не случайно, а выражает тот факт, что закон описывает не какую-то одну вещь, а многообразие возможных событий. Закон природы /объективный закон/ не есть некое статическое образование, существующее вне происходящих событий или внутри них как их сторона, момент или тому подобное. Закон есть потенция событий, реализующихся с необходимостью. Так, закон Ома не означает, что в мире, в природе актуально есть соотношение I=U/R. Он означает, что во всех возможных случаях протекающего тока при изменении одного из параметров, написанных справа, сила тока меняется с необходимостью (8, с. 16).

При таком понимании закона легко эксплицировать закономерность. Закономерность связана с мягкой необходимостью по Аристотелю. Например, теплая погода летом - закономерность. Неизбежная смерть живого существа - закон, а возможность болезни - закономерность.

Особая проблема - вероятностные, статистические законы. Это законы массовых событий, каждое из которых - случайно. Это форма знания о таких событиях, как, например, поведении покупателя на рынке или микрочастиц в излучениях.

С понятием закон связана другая категория естествознания – необходимость.

Необходимость может быть понята, по крайней мере, двояко:

А. Положение вещей необходимо, когда его невозможно избежать.

В. Положение вещей необходимо, когда его невозможно заменить другим положением вещей.

Не являются ли положения А и В по своему содержанию тождественными? Чтобы ответить на поставленный вопрос, проанализируем подробнее необходимость В.

Суждение «сумма внутренних углов треугольника равна двум прямым», необходимо истинное при принятии всех нужных аксиом и определений евклидовой геометрии. Оно имеет смысл (или, как говорят математики - оно нетривиально) так как вопрос о значении внутренних углов треугольника заранее не очевиден: может быть сумма внутренних углов различна для разных треугольников, может быть она постоянна, но равна не этому, а другому числу.

Таким образом, необходимость этого суждения понимается по способу В. То есть мы заранее предполагаем различные положения дел, но оказывается, что имеет место единственное положение дел, которое невозможно заменить ни на какое другое из тех, которые мы предполагали раньше.

Точно так же, когда мы говорим, что брошенный камень необходимо упадет в вычисленном месте, нас это интересует постольку, поскольку демонстрирует возможность предсказать место падения реального камня с достаточной точностью. Это предсказываемое место падения выделяется, например, на поверхности Земли, которое, таким образом, представляет собой пространство возможностей, отрицаемых или утверждаемых в качестве необходимых (8).

Если мы теперь возьмем аналитическое (и, следовательно, необходимое) суждение «радиусы круга равны между собой», то ситуация в принципе не изменится. Это суждение можно считать моментом еще не существующего определения круга, которое отнюдь не является тривиальным. Смысл этого определения состоит, в частности, в том, что оно выделяет круг как фигуру с равными радиусами среди всего множества фигур с неравными радиусами. Это множество фигур с неравными радиусами и составляет «ближайшее» поле возможностей для необходимого суждения о равенстве радиусов круга.

Необходимость в приведенных примерах предполагает отрицаемые возможности. Следовательно, во всех приведенных примерах необходимость понимается по способу В. Очевидно, что таким же образом обстоит дело с любым суждением: необходимость суждения отрицает (перечеркивает) предполагаемые возможности. То есть всякое суждение может быть необходимым только в смысле В. Будем, поэтому в дальнейшем называть необходимость в смысле В логической необходимостью.

Опосредованное возможным, отношение необходимого и действительного дополняется в естествознании Нового времени понятиями детерминированного и случайного.

Предположим, что законы механики Ньютона абсолютно точны. Положение тела (в фазовом пространстве координат и скоростей) в момент времени t0 автоматически делает известным его положение в любой другой момент времени в прошлом или будущем. Это можно подтвердить экспериментально: бросить камень под определенным углом к горизонту с заданной начальной скоростью и предсказать место его падения.

Обратим внимание на то, что фиксированный закон открывает поле возможностей для экспериментирования. На этом поле возможного основывается возможность предсказания, составляющая смысл детерминизма: предсказание в данном случае есть именно выбор между рядом возможных мест падения камня. Таким образом, поле возможного выступает здесь двояко (2).

С одной стороны имеется поле возможных начальных условий, предваряющее действительное положение вещей здесь и сейчас. Мы можем бросить камень в другом месте и с другой скоростью, и, соответственно, иным будет предсказанное место падения камня.

С другой стороны, задание начальных условий - либо в эксперименте, либо непосредственным наблюдением действительного положение вещей - согласно установленному закону с необходимостью влечет за собой определенное положение вещей в будущем. Необходимость перечеркивает все возможные состояния дел в будущем кроме единственного положения вещей, которое совпадает с действительным. Это и означает детерминированность, которая, как мы видим, оказывается способом совпадения необходимого и действительного в возможном.

Реальная действительность не совпадает с действительным вообще постольку, поскольку оно предполагает реально возможное, а не возможное вообще. Возможность (и, соответственно, действительность) может быть логической и реальной. Например, при бросании игральной кости выпадает шестерка. Это реальная возможность и реальная действительность (возможность выпадения шестерки и действительное положение дел, при котором выпала шестерка).

Под случайностью мы понимаем не просто то, для чего мы не можем указать причину или что не законосообразно, но то, что произошло так, но могло бы произойти и иначе. Случайное предполагает заданное поле возможностей так же, как и выбор, однако выбирают в поле логических возможностей, а случай выпадает в поле реальных возможностей (в поле случайного). Логически при бросании кости возможны выпадения все тех же шести граней, поскольку мы наверняка знаем, что ничем другим бросание кости закончится не может. Однако в этом нет ничего случайного: если кость не бросать, а просто выставлять ту грань, какая нравится, с логической возможностью останется все по-прежнему. Соответственно, произвольно выставленная грань является только логически, но не реально действительной.

Смысл детерминизма состоит в отождествлении необходимости с реальной, а не логической действительностью. Чтобы отождествлять необходимость с логической действительностью не нужно никаких экспериментов. Мы отождествляем необходимость с логической действительностью, когда строим геометрическую фигуру с заданными свойствами (то есть, решаем проблему), например, равносторонний треугольник. Мы строим этот треугольник (действительное), а затем, опираясь на способ его построения, доказываем, что построенный треугольник необходимым образом является равносторонним (необходимое).

Примерно то же самое происходит при конструировании машин: конструируется действительное устройство, которое необходимо обладает нужными свойствами. Эксперимент, устанавливающий детерминированное положение вещей, означает нечто иное. Эксперимент не просто с необходимостью делает действительным некоторое возможное положение вещей, но с необходимостью производит некоторое случайное положение вещей, производит некоторый случай. Точнее говоря, эксперимент воспроизводит случай, поскольку эксперимент, который не удается повторить, считается негодной попыткой, а не экспериментом.

Иначе говоря, для события детерминированного недостаточно как для события логически необходимого быть единственной и одновременно произвольно выбранной возможностью, то есть недостаточно быть необходимой логической действительностью. Детерминированное должно быть необходимой реальной действительностью, а это значит, что оно должно быть единственным случаем. Перечеркивание всех возможностей кроме единственной необходимой и отождествление ее с действительностью составляет только логическую сторону детерминации, то есть описание детерминации; реальная детерминация состоит в том, что перечеркиваются все случайные исходы эксперимента или наблюдения кроме единственного детерминированного случая. Но это означает, что реально детерминированное предполагает не поле логически возможного, но поле случайного (реально возможного) (1).

Логическая необходимость требует того, чтобы необходимое было произвольно выбрано. Детерминированность требует того, чтобы необходимое случилось, то есть случайно произошло. Если логическая необходимость, таким образом, связана с человеческой способностью разумного выбора, то детерминированность связана со спонтанностью человека и мира.

Случайность может быть понята, по крайней мере, двояко:

Первый тип случайности возникает тогда, когда частиц, степеней свободы, событий или предметов так много, что во всем этом совершенно невозможно разобраться. Например, газ в литровой банке содержит примерно 1022 молекул, и ни одной ЭВМ не под силу рассчитать траектории такого числа сталкивающихся друг с другом частиц. Но даже если бы с помощью какого-нибудь фантастического суперкомпьютера и удалось бы проинтегрировать все «зацепляющиеся» уравнения движения в общем виде, то совершенно невозможно было бы подставить в решение уравнений конкретные начальные условия - координаты и скорости всех 1022 молекул в некоторый выбранный нами момент, хотя бы из-за необходимых для этого времени и бумаги. Именно поэтому для описания «больших» - макроскопических - систем физики используют усредненные статистические или термодинамические характеристики, такие, как температура, давление, свободная энергия, и некоторые другие.

Другой тип случайности сегодня ассоциируется с именем выдающегося французского математика Анри Пуанкаре, который, по-видимому, был первым, кто предвосхитил современный взгляд на хаос, обратив внимание на чрезвычайную «чуткость» неустойчивых динамических систем - сколь угодно малые неопределенности в их состоянии усиливаются со временем, и предсказания будущего становятся невозможными.

Статистические системы преимущественно основаны на классической схеме теории вероятностей, и чтобы найти интересующие нас вероятности, нужно проделать простые комбинаторные вычисления. Скажем, вероятность падения симметричной монеты какой-то одной стороной кверху равно ½ (просто из соображений симметрии). Вероятность рождения мальчика, как показывает опыт, несколько больше ½ и по каким-то загадочным причинам способна претерпевать внезапные скачки, сопряженные с глобальными изменениями условий жизни, например, после войн и эпидемий. А вообще пол человека - лишь один из многих генетических признаков, распределение вероятностей которых изучает математическая генетика.

Вероятность угадать сколько-нибудь видов спорта при игре в «Спортлото» дается так называемым гипергеометрическим распределением (по существу, отношением чисел сочетаний разных номеров на карточке). Например, вероятность угадать все шесть видов спорта равна 7,15•10-8. Математический аппарат молекулярной физики несколько сложнее, он основан на изучении так называемых кинетических уравнений. Интересно, что в 60-х годах кинетическая теория была с успехом применена к описанию коллективного движения автомобилей на автострадах, и сделал эту попытку бельгийский ученый И. Пригожин.

 

Страниц: 1 2
Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

vadimmax1976@mail.ru

8-908-07-32-118

8-902-89-18-220

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!