Учебно-методическое пособие для аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук Архангельск 2007



бет1/6
Дата14.11.2017
өлшемі0.99 Mb.
түріУчебно-методическое пособие
  1   2   3   4   5   6


Федеральное агентство по образованию

Архангельский государственный технический университет

А.Г. Деменев

СОВРЕМЕННЫЕ ФИЛОСОФСКИЕ ПРОБЛЕМЫ МАТЕМАТИЧЕСКИХ, ЕСТЕСТВЕННЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК


Учебно-методическое пособие для аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук

Архангельск

2007

Рассмотрено и рекомендовано к изданию учебно-методическим советом Архангельского государственного технического университета 24 октября 2007 г.


Рецензенты:

В.А.КОЛОСОВ, проф., д-р филос. наук;

Н.М. СКОРЮКОВ, доц., канд. филос. наук
УДК 167/168:001

Современные философские проблемы математических, естественных и технических наук. Учебно-методическое пособие для аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук/ Сост. А.Г. Деменев. – Архангельск: Изд-во АГТУ. – с. 78.

Учебно-методическое пособие разработано на кафедре философии АГТУ.

Составлено в соответствии с программой-минимум кандидатского экзамена по курсу «История и философия науки».

Предназначена для аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук по математическим, естественнонаучным и техническим специальностям.
©Архангельский государственный

технический университет, 2007

© Деменев А.Г., 2007

Содержание



  1. Общие методические рекомендации………………………………………4

  2. Философские проблемы математики……………………………………...5

  3. Философские проблемы естественных наук…………………………….12

3.1. Философские проблемы физики…………………………………….12

3.2. Философские проблемы астрономии и космологии……………….28

3.3. Философские проблемы химии……………………………………...34

3.4. Философские проблемы географии…………………………………41

3.5. Философские проблемы геологии…………………………………..46

3.6. Философские проблемы биологии и экологии……………………..50



  1. Философские проблемы техники и технических наук………………….61

    1. Философские проблемы техники………………………………….61

    2. Философские проблемы информатики……………………………68

5. Литература…………………………………………………………………75

1. Общие методические рекомендации
Дисциплина «История и философия науки» состоит из трёх частей: 1) «История науки»; 2) «Общие проблемы философии науки»; 3) «Современные философские проблемы областей научного знания». Экзаменационный билет включает три вопроса, соответствующие трём частям данного курса. Первые две части являются общими для аспирантов всех специальностей. Третья часть состоит из четырёх разделов: 1) философские проблемы математики; 2) философские проблемы естественных наук; 3) философские проблемы технических наук; 4) философские проблемы социально-гуманитарных наук. Каждый аспирант или соискатель должен освоить один из разделов третьей части, соответствующий области его научных исследований. Настоящее пособие содержит учебный материал и методические рекомендации для освоения философских проблем математических, естественных и технических наук. Раздел «Философские проблемы естественных наук» включает в себя вопросы по философским проблемам физики, астрономии и космологии, химии, географии, геологии, биологии и экологии. Раздел «Философские проблемы техники и технических наук» включает вопросы по философским проблемам техники и информатики. Пример: аспирант, специализирующийся в области геоэкологии должен освоить философские проблемы геологии или экологии, в зависимости от темы диссертационного исследования.

В данном пособии сформулированы конкретные вопросы, которые войдут в состав экзаменационных билетов. По каждому вопросу предлагается структура ответа, даются определения важнейших понятий, формулируются общие положения, на которые необходимо ориентироваться в ответе на данный вопрос. Приведённый материал недостаточен для полного ответа, но даёт основу для самостоятельного освоения вопроса с использованием рекомендуемой литературы, а также с привлечением личного опыта научной работы. Список рекомендуемой литературы по каждому разделу приведён в конце пособия.




2. Философские проблемы математики

Основные подходы к определению предмета математики

Непосредственный предмет математики – это изучение систем математических объектов. Сами эти объекты, их свойства и отношения определяются математикой. Но проблема происхождения математических объектов и их соотношения с объективной реальностью выходит за пределы математики, разрешаясь, в том числе, средствами философии. В данном вопросе следует раскрыть основные философские подходы к определению природы математических объектов, а, значит, и предмета математики.

Проблема вызвана тем, что математические объекты не существуют в объективной реальности. Они являются результатом работы человеческого мышления и в чистом виде существуют только в сознании человека. Такая специфичность объектов математики дала повод для идеалистического истолкования этой науки. В ответе на этот вопрос следует охарактеризовать различные подходы к определению природы математики: эмпиризм, априоризм, формализм.

С точки зрения диалектического материализма любая наука, в том числе математика, является отражением действительности. Задача науки – познавать, т.е. отражать те или иные объекты действительности, их взаимосвязи и взаимоотношения. Математические объекты, несмотря на их специфичность, также являются отражением определённой стороны действительности – количественных отношений материальных объектов и процессов. Математические объекты появляются в результате абстрагирования и идеализации. В ответе необходимо дать определение этих мыслительных операций, привести примеры идеализированных математических объектов.

Идеализированные объекты создаются во многих науках, облегчая познание реальности. Но в других науках эти объекты сохраняют сходство с материальными объектами. А в математике идеализация настолько сильно преобразует объекты, что их подобие объективной реальности становится минимальным.

Не все математические понятия и теории являются отражением объективной реальности. Математика также конструирует системы отношений, не существующих в материальном мире. Но главная цель математики состоит в отображении реальных количественных отношений действительности, выделяемых с помощью абстрагирования и идеализации. Этим объясняется и практическая значимость математики.


Место математики в системе наук. Структура математического знания

Математика занимает особое место в системе наук. Выделяя форму и абстрагируясь от содержания, математика не различает объекты природы и общества. Поэтому она не относится к естественным, общественным или техническим наукам. В тоже время, математика изучает формы и количественные отношения, одинаково свойственные природе, обществу и человеческому мышлению. Поэтому она становится универсальным языком науки и формулирует широкоприменимые методы научного познания. В ответе необходимо раскрыть взаимосвязи математики и философии, математики и логики.

Структура математики сформировалась под влиянием как внутренних, так и внешних факторов. Потребности других наук и практики, а также возрастающий поток информации привели к разделению теоретической и прикладной математики. Одним из внутренних факторов дифференциации теоретической математики стало применение аксиоматического метода, что привело к возникновению четырёх типов математических теорий: 1) неасксиоматизированные содержательные теории. 2) содержательные аксиоматические теории. 3) полуформальные аксиоматические теории 4) формальные аксиоматические теории. В данном вопросе следует охарактеризовать вышеназванные разновидности теорий.

Разнообразие форм и количественных отношений, изучаемых математикой, приводит к дифференциации единого математического знания, к выделению относительно самостоятельных разделов и дисциплин, решающих собственные задачи. В тоже время за этим разнообразием сохраняется единство математики. Основанием этого единства является, во-первых, единство материального мира, его количественных и качественных закономерностей, а во-вторых, единство предмета математики, её средств и методов. Т.о. в математике, как и в других науках, наблюдается единство процессов дифференциации и интеграции.


Особенности методов математического познания

Важную роль в построении математических теорий играет аксиоматический метод. В ответе на данный вопрос необходимо раскрыть структуру аксиоматических теорий, сущность дедуктивной логики, отличия формализованной и неформализованной логики. Необходимо показать отличия аксиоматического метода математики от гипотетико-дедуктивного метода естественных наук.

Задача аксиоматических и формальных методов – обеспечение строгости математического доказательства. Но существуют и ограничения в их применении, пределы формализации. Следует показать эти пределы на примере теорем Гёделя.

Важными методами развития математических теорий являются абстрагирование и конкретизация. В теоретической математике общей тенденцией является движение от конкретного к абстрактному. Процесс последовательного обобщения приводит к образованию всё более абстрактных понятий и теорий, в которые старые понятия и теории входят в качестве частных случаев. В прикладной математике, наоборот, познание идёт от абстрактного к конкретному, к поиску всё новых приложений и интерпретаций формальных теорий, применительно к возникающим потребностям других наук и практики.

Несмотря на общее стремление к строгости доказательств, в математике остаётся место и интуиции. Особенно важную роль интуиция играет в решении нестандартных задач. Условиями интуиции являются профессионализм, опыт, глубокие знания. Но сам механизм интуитивного решения случаен, иррационален, т.к. связан с бессознательной частью психики.
Основные закономерности развития математики

В развитии математики проявляются те же закономерности, что и в развитии других наук. Наука как одна из форм общественного сознания является отражением общественного бытия. Это значит, что главной причиной развития науки является развитие материальной жизни общества. В математике выделяются несколько уровней. Особенно тесную связь с материальной жизнью общества всегда имел нижний уровень – практическая математика, которая в XIX веке превратилась в прикладную математику. Ещё одним внешним фактором развития математики, помимо практики, стали потребности других наук.

Наука как форма общественного сознания обладает относительной самостоятельностью в своём развитии. Она имеет собственную логику развития, которая лишь в общих чертах отражает логику развития материальной жизни. Математика по сравнению с другими науками обладает ещё большей самостоятельностью. Это объясняется спецификой предмета математики. Если другие науки непосредственно изучают материальные объекты и процессы, то математика изучает системы математических объектов, ставших результатом абстрагирования и идеализации. Познание таких объектов происходит относительно обособленно от познания материальных объектов и от практики. Поэтому важную роль в развитии математики играют внутренние факторы. Это касается, прежде всего, высшего уровня – теоретической математики. На этом уровне математика решает задачи, напрямую не связанные с практикой и возникшие внутри самой математики. Упорядочиваются накопленные знания, устанавливаются связи между отдельными результатами, обобщаются понятия и теории, совершенствуются методы, преодолеваются возникающие противоречия, парадоксы.

В ответе на данный вопрос следует привести конкретные примеры влияния внешних и внутренних факторов на развитие математики в разные эпохи. Необходимо отметить и другие закономерности в развитии математики: диалектику количественных и качественных изменений, единство процессов дифференциации и интеграции.


Философский анализ возникновения и исторического развития математики

В истории математики выделяют четыре периода. 1) до VI в. до н.э. – период зарождения математики. 2) VI до н.э. – XVI вв. – период элементарной математики, или математики постоянных величин. 3) XVII – XVIII вв. – период математики переменных величин. 4) XIX – XX вв. – становление современной математики.

Отличительной чертой первого периода был прикладной, эмпирический характер математических знаний. Решения многих задач находились эмпирически, а их изложение носило характер предписаний.

Второй период истории математики начинается в VI в. до н.э., когда в Древней Греции началось её становление как теоретической науки. Знаний накопилось много, потребовалось их систематизировать. Главным шагом к становлению математики как теоретической науки стало применение аксиоматического метода. В ответе на данный вопрос далее следует кратко охарактеризовать основные достижения математики античного периода и средневековья.

В третий период математика становится наукой не только о величинах, но и об их изменении. Главными в развитии математики становятся внешние факторы – потребности механики, гидравлики, баллистики, навигации, картографии. Под их влиянием в математику проникает идея движения. Главной задачей становится раскрытие взаимосвязей между изменяющимися величинами. Для этого разрабатывается дифференциальное и интегральное исчисление. Математика создала аппарат для описания многих физических процессов, постепенно расширяя свои приложения. Решающий вклад в становлении новой математики сыграли Декарт, Ньютон, Лейбниц.

В четвёртый период происходит существенное расширение предмета математики. Главную роль в развитии приобретают внутренние факторы. Основная закономерность развития – это обобщение существовавших понятий и теорий, дальнейшая формализация, возрастание абстрактности математического знания. В предмет математики включаются количественные отношения, которые конструируются математиками, но не существуют в объективной реальности.


Философия и проблема обоснования математики

В XIX веке с появлением в математике всё более абстрактных понятий и теорий остро встал вопрос об их обосновании. Стало ясно, что их проверка в естествознании и на практике затруднена, или невозможна. Обоснование математики приняло форму обоснования непротиворечивости математических теорий. Начался критический пересмотр теорий: от системы аксиом, лежащих в их основе, до правил доказательств и конечных выводов. Первым шагом стала попытка обоснования математики с помощью теории множеств. Георг Кантор попытался перевести все математические теории на язык теории множеств (все термины и предложения). Для большинства теорий это удалось. Но в самой теории множеств обнаружились логические противоречия, поставившие под сомнение её как основание математики.

Следующим подходом к обоснованию математики стал логицизм – сведение математики к логике (Рассел, Уайтхед, Фреге). Логицизм ограничивал идеализацию и запрещал введение объектов, приводящих к парадоксам в теории множеств. Но таким образом отбрасывались целые разделы математики, сужался предмет математики.

Ещё один подход к обоснованию математики – формализм (Давид Гильберт). Предлагалось формализовать все содержательные математические теории (выделить их форму) и свести обоснование теорий к доказательству непротиворечивости формы. Недостаток этого подхода в том, что оказалось невозможным полностью формализовать содержательные теории. Курт Гёдель доказал теоремы о невозможности полной формализации математики.

Другой подход к обоснованию математики – интуиционизм – вводит критерий интуитивной ясности для оценки математических суждений (Брауэр, Вейль, Гейтинг). В рамках этого подхода ограничивалась идеализация, исключались объекты, требующие более сильной идеализации (например, актуально бесконечное множество). Это сужало предмет математики.

В настоящее время проблема обоснования математики остаётся открытой. Большинство учёных настроено скептически: «Если математику нельзя обосновать в самой математике, то её нельзя обосновать вообще».

Диалектико-материалистическая философия провозглашает принцип конкретности истины: любая истина остаётся таковой только в конкретных условиях. Различия подходов к обоснованию математики вытекают из различия принимаемых ими абстракций и идеализаций. Каждый из подходов справедлив в тех рамках, в которых применимы его исходные абстракции. Выходя за эти рамки теория приходит к противоречиям. Но парадоксы не опровергают теорию, а лишь указывают на её пределы. Математика в целом – это многогранное, живое, постоянно развивающееся знание, которое невозможно раз и навсегда свести к единственному основанию.


Философский анализ проблемы математизации науки

До XIX века практическая применимость любых математических теорий казалась нормой. Но в XIX в. стали конструироваться всё более абстрактные теории, обнаруживалась относительная автономность математики. Математические объекты создавались на первый взгляд произвольно, в свободном творчестве. Такие объекты воспринимались как плод воображения, игры ума, не имеющие материальных аналогов. Удивительным было то, что многие из этих объектов позднее получали эмпирическую интерпретацию. Например, так было с неевклидовыми геометриями в ОТО.

В других случаях математические теории, созданные на одном эмпирическом материале, неожиданно получали применение в совершенно другой области. Специалисты называют «непостижимой эффективностью математики» её огромные эвристические возможности. С точки зрения философии эта эффективность является ещё одним подтверждением принципа материального единства мира и принципа детерминизма. За многообразием явлений, за кажущейся хаотичностью скрывается единство мира и его закономерная обусловленность. Разные по природе явления подчиняются сходным количественным закономерностям. Содержательно разные системы имеют сходную количественную упорядоченность, оказываются изоморфными. Математические теории фиксируют это сходство, и чем более абстрактными они становятся, тем шире могут применяться. Математическое творчество, на первый взгляд произвольное, на самом деле опирается на исходные положения и правила, ставшие прямыми абстракциями от материальной действительности. Т.о. опираясь на знание действительного, математическое мышление прогнозирует возможное.

В ХХ в. математика сыграла важную роль в становлении неклассического естествознания, в формировании релятивистской и квантовой механики. Велика её роль в современных исследованиях по проблеме единой теории поля и теории струн. Математическая «красота» создаваемых теорий является одним из критериев их истинности.

Не все математические конструкции получают эмпирическую интерпретацию. Во многих случаях математика предлагает несколько одинаково допустимых моделей, из которых естествознание должно выбрать единственную модель, соответствующую объективной реальности. Так, например, происходит с выбором космологической модели Вселенной.

Не только естественные и технические науки, но и социальные науки изучают количественные отношения своих объектов. Поэтому математика является универсальным языком науки. И поэтому математизация науки – одна из важнейших закономерностей развития научного знания. В ответе на данный вопрос следует раскрыть этапы математизации науки, преимущества математического моделирования и компьютерного эксперимента.


3. Философские проблемы естественных наук.

3.1. Философские проблемы физики

Место физики в системе естественных наук. Проблема редукционизма.

Физика является фундаментом естественных наук. Эта фундаментальность имеет как онтологические, так и методологические основания.1) Онтологические основания. Онтология – это философское учение о бытии. Физика с частнонаучных позиций раскрывает такие фундаментальные онтологические категории как «материя», «движение», «пространство», «время». Физическая картина мира является основой естественнонаучной картины мира. Механические и другие физические процессы являются исходными и фундаментальными формами движения. 2) Методологические основания. Методы познания, разработанные в физике, выступают фундаментом методологии естествознания. Они всё больше проникают в другие естественные науки, успешно применяются в исследованиях в астрономии, химии, геологии, медицине.

Проблема фундаментальности физики связана с проблемой редукционизма. Редукционизм – это методологический подход, который заключается в сведении сложного к простому, в сведении свойств целого к сумме свойств частей. В науке не прекращаются споры, в которых сущность редукционизма понимается по-разному и вызывает разные оценки. Это связано с тем, что редукция действительно является эффективным методом познания, но имеет ограниченные возможности. Примером ошибочности редукционизма стало применение этого подхода в науке в XVII-XVIII веках, когда считалось возможным любые процессы, в том числе биологические и социальные, свести к механическому движению и объяснить законами механики. Такой редукционизм является примером метафизического мышления. Его сторонники не различают качественного своеобразия разных форм движения материи. В философии в общем виде сохраняется классификация, предложенная Ф. Энгельсом, согласно которой выделяются пять форм движения: механическое движение, физическое, химическое, биологическое и социальное. Признаком, по которому производится данная классификация, является степень сложности материальных процессов.

Между формами движения существуют закономерные взаимосвязи. 1) Каждая более сложная форма движения материи исторически развилась из менее сложных (кроме механического и физического движения). 2) Более сложные формы движения включают в себя все предшествующие, менее сложные. Поэтому редукция во многих случаях является эффективным методом познания сложных систем и процессов. Доказало свою эффективность познание физической природы химических связей, физико-химической основы биологических процессов. 3) В тоже время, более сложные формы движения материи качественно не сводятся ни к одной из менее сложных форм, ни к их сумме. Ошибочное толкование этого положения привело некоторых учёных к критике диалектического материализма. Чтобы правильно понять утверждение о качественной несводимости форм движения надо применить системный подход. Система – это совокупность взаимодействующих элементов. Благодаря особым взаимосвязям у системы появляются качественно новые свойства, отсутствующие у элементов в отдельности. Это не значит, что новые свойства системы необъяснимы из свойств элементов. Можно объяснить, как свойства элементов и особые связи приводят к появлению новых свойств системы. В тоже время, целостную систему нужно изучать именно как целостность, с учётом связей и взаимодействия элементов. К этому выводу пришёл один из основателей системного подхода Л. Берталанфи. И это же положение лежит в основе диалектико-материалистического учения о качественной несводимости форм движения.

Таким образом, фундаментальность физики не означает возможности сведения сложных материальных процессов, протекающих в биологических и социальных системах, к совокупности физических процессов, свойственных неорганической природе.
Развитие физической картины мира.

Все важнейшие теории физики в совокупности составляют физическую картину мира. Физическая картина мира претерпевает постоянные изменения. Периоды плавного развития сменялись периодами научных революций, когда физическая картина мира полностью перестраивалась. Можно выделить три основных этапа в её развитии: механистическая, электромагнитная и квантово-релятивистская картины мира.

Далее в ответе необходимо назвать и охарактеризовать основные положения механистической картины мира, сохранявшейся в физике с XVII по XIX вв. Создание механистической картины было шагом вперёд в познании человеком мира. Её достоинство в том, что она верно описывает ряд объектов и явлений. В тоже время, механистическая картина мира является упрощённой и во многом ошибочной. Физические и связанные с ними философские учения XVII-XVIII вв. отличаются метафизичностью. Метафизика – это метод познания, который не учитывает в полном объёме все взаимосвязи исследуемого объекта и не учитывает его развитие. Механистическая картина мира не объясняла как появился мир, как он развивается, как в нём возникают качественно новые объекты и процессы. Мир как механизм движется, функционирует на одном качественном уровне, но не развивается. Поэтому большинство физиков и философов XVII – XVIII вв. объясняли происхождение мира с помощью религиозных догматов.

На смену механистической пришла электромагнитная картина мира (70-е годы XIX в. – н. XX в.). В ответе необходимо раскрыть основные идеи физики этого периода. Характерной чертой электромагнитной картины мира было противопоставление вещества и поля. Эти представления просуществовали недолго. Ряд открытий начала XX века привели к формированию новой – квантово релятивистской картины мира, которая с изменениями и дополнениями существует до сих пор. В ответе следует кратко охарактеризовать эти открытия.

Развитие физической картины мира находится в тесной связи с развитием философии. Современные квантово-релятивистские представления подкрепляют конкретнонаучным содержанием философскую диалектико-материалистическую картину мира.
Представления о структуре материи в философии и физике

Под структурой материи могут пониматься, во-первых, уровни структурной организации материи и, во-вторых, взаимосвязь различных видов или форм материи. Философия во взаимодействии с физикой пришла к выводу о принципиальной неисчерпаемости материи. Материя неисчерпаема в своей структуре как количественно, так и качественно. Структура материи проявляется в виде бесконечного многообразия различных систем. Но из этого многообразия современная наука может теоретически и эмпирически установить существование конечного числа видов и уровней материи.

Ответ на данный вопрос следует начать с характеристики таких фундаментальных абстракций современной физики как частицы и поля. Различение вещества и поля как видов материи появилось в физике во второй половине XIX века. В тоже время, противопоставление вещества и поля имеет ограниченный характер. Диалектический материализм утверждает принцип материального единства мира, принцип всеобщих взаимосвязей, взаимопроникновения и взаимопревращения материальных объектов. Эти принципы подтверждаются современной физикой. Между веществом и полем нет непреодолимых барьеров. В ответе необходимо раскрыть научные представления о корпускулярно-волновом дуализме материи.

Далее следует охарактеризовать стандартную модель физики элементарных частиц, её сильные и слабые стороны. В стандартной модели возникают определённые трудности: она не объясняет, почему частиц именно столько и почему они обладают именно такими свойствами? Преодолеть эти трудности физика пытается в рамках других теорий, в том числе, в рамках теории суперструн.

В качестве примера, иллюстрирующего качественную неисчерпаемость материи, следует раскрыть смысл таких понятий как «антиматерия», «виртуальные частицы». Далее необходимо перейти к характеристике четырёх видов взаимодействий.

Особое место в структуре материи занимает такой объект как физический вакуум. Представление о вакууме как о пустоте было свойственно классической механике и метафизической философии XVII –XVIII веков. В XIX веке диалектический материализм изгнал понятие пустоты, т.к. пространство – это форма материи, а форма не может быть без содержания. В ХХ веке развитие квантовой механики привело к новой трактовке вакуума. Реальный, физический вакуум - это не пустота, а особое состояние материи, которое имеет сложную скрытую структуру, и обнаруживает свои свойства во взаимодействии с частицами.

Таким образом, развитие физики подтверждает диалектико-материалистическое представление о материи как объективной реальности, единой, но бесконечно многообразной и неисчерпаемой.

Проблема элементарности в философии и физике.

Важную роль в философском познании мира играют парные категории диалектики «часть и целое». Наряду с ними также употребляются понятия «элемент и система». Классические представления о целостности включают следующие положения: целое состоит из частей, целое сложнее своих частей, масса целого равна сумме масс частей. Философы и естествоиспытатели всегда пытались найти простейшие элементы, из которых возникает всё многообразие природы. В наивном материализме философов Древнего мира такими элементами выступали четыре стихии – огонь, вода, воздух и земля. Со времён Демокрита элементами материи стали считаться атомы. С 1897 г., т.е. с открытия электрона, элементарными стали называть частицы, из которых состоят атомы. В настоящее время употребление понятия «элементарность» для описания микрообъектов становиться всё более условным. Большинство частиц не отвечают признакам элементарности.

Молекулы состоят из атомов, атомы из элементарных частиц. Но далее формула «состоит из…» становится неприменима. Уже при переходе от ядерного уровня к субъядерному нарушается один из принципов системности: система должна быть сложнее своих элементов. Но элементарные частицы обнаруживают большую сложность, чем ядра или атомы. Субъядерный уровень необычайно богат и разнообразен. Частицы обладают множеством необычных свойств, характеристик. Некоторые частицы живут так мало, что успевают пролететь лишь радиус ядра. Другие частицы оказались тяжелее атомов.

В микромире нарушается и другой признак системности: масса системы равна сумме масс всех элементов. Например, частица может распадаться на две другие частицы, которые нельзя считать частями или элементами исходной. Масса дочерних частиц также велика или даже больше массы исходной. Ещё один признак системности: элементы сохраняют в составе системы свою качественную определённость. Но если две частицы соединяются и образуют новую, они не сохраняются в её составе. Исходные частицы исчезают, порождая новую. Трудности в определении иерархии микрообъектов привели к возникновению теории бутстрапа (другие названия – теория «шнуровки» или «ядерной демократии»). Следует кратко охарактеризовать суть этой теории.

Т.о. оказалось необычайно трудным выделить простейшие элементы, из которых бы составилось всё многообразие природы. Уровень элементарных частиц даже более многообразен и сложен, чем уровень атомов. И всё таки стандартная модель физики элементарных частиц выделяет из этого разнообразия несколько объектов, которые на данный момент представляются истинно элементарными, несводимыми к другим объектам: 6 видов лептонов и антилептонов, кварки и антикварки, переносчики взаимодействий (кванты полей). Но проблема элементарности в науке остаётся открытой. Последние четыре десятилетия ведётся работа над теорией струн, в рамках которой все известные частицы могут быть представлены как проявление колебаний ещё более мелких объектов – одномерных струн. Характер колебания струн (амплитуда, частота, натяжение струны) определяет свойства частицы – массу, заряд, спин. Если существование струн будет доказано, станет ли этот уровень пределом делимости материи? Существует ли такой предел? На данный момент перспектива бесконечной делимости материи приводит к противоречию между квантовой механикой и ОТО, согласно которому на сверхмалых расстояниях сверхсильные флуктуации гравитационного поля могут приводить к разрывам пространства и времени.

Ещё в начале ХХ века Ленин высказал идею о неисчерпаемости материи вглубь, о том, что открытый тогда электрон также неисчерпаем как и атом. Эту неисчерпаемость следует понимать не как возможность бесконечного деления материи. Ленин писал о бесконечности процесса познания, о бесконечном углублении знаний, о временности любых вех в этом процессе. Современная физика подтверждает ленинский тезис о неисчерпаемости материи вглубь. Возможность открывать в экспериментах всё новые частицы в настоящее время представляется неисчерпаемой. Открываются новые, всё более удивительные свойства микрообъектов, открывается сложная структура частиц, считавшихся элементарными.


Проблема единства мира и перспективы создания «теории всего»

Во все времена философы и естесвоиспытатели не оставляли попыток создать «теорию всего». Но теории, претендовавшие на такую роль, всегда оказывались ограниченными. Так было с классической механикой, с электродинамикой и другими теориями. Каждый раз оказывалось, что учёные абсолютизировали свои знания, упрощённо представляли материю, принимали часть за целое, сводили бесконечно многообразное к частному и конечному. Вопрос о принципиальной возможности создания единой теории Вселенной остаётся открытым. Такая теория стала бы физическим подтверждением философского принципа материального единства мира. Создание законченной теории мира противоречит диалектико-материалистическому принципу неисчерпаемости материи и бесконечности процесса познания. А создание теории, объединяющей все знания науки на данном этапе развития, не вступает в противоречие с этим принципом. Такая теория стала бы обобщением знаний современной науки, но не исключала бы дальнейшее развитие этих знаний.

Далее в ответе необходимо раскрыть этапы становления единой теории поля. Её суть в том, что все существующие поля и взаимодействия воспринимаются как проявления единой сущности, единого универсального взаимодействия. В философии диалектика сущности и явления состоит в том, что сущность в зависимости от условий обнаруживает себя в различных явлениях, а любое явление существенно, т.к. выступает проявлением некоторой сущности. Эти диалектические взаимосвязи и реализуются в искомой теории поля. Единое, универсальное взаимодействие в различных условиях, т.е. в разных пространственно-временных интервалах и в разных областях энергии проявляет себя то как слабое взаимодействие, то как электромагнитное и т.д. Грандиозность создаваемой теории определяется тем, что она должна охватить не только частицы, переносящие взаимодействия, но и вообще все частицы, а также такой странный физический объект как вакуум. В ответе следует показать вклад Дж. Голдстоуна и П. Хигса в познание природы вакуума.

На пути создания единой теории возникает множество трудностей. Пока не удаётся включить в эту теорию гравитационное взаимодействие, настолько сильно его природа отличается от других взаимодействий. Эту трудность в настоящее время пытаются преодолеть в рамках теории струн. Теория струн предполагает возможность сближения квантовой механики и общей теории относительности и включения гравитации в единую «теорию всего». Впрочем, пока не существует даже единого теоретического подхода к решению этих задач, не говоря уж об экспериментальной проверке.

Поиск единой «теории всего» ведёт к кардинальным изменениям физической картины мира. Эти изменения имеют огромное мировоззренческой значение и поэтому их обсуждение имеет как физическую так и философскую составляющую. Не прекращаются попытки идеалистически истолковать новейшие открытия, представить материальные частицы и взаимодействия лишь математическими абстракциями, проявлением идеальных законов, симметрий, формул. В XIX веке идеалисты утверждали, что материя растворяется в энергии, в начале ХХ века выводили материю из пространства и времени, в конце ХХ века пришли к выводу, что материя выступает проявлением математических формул единой теории поля. Каждый раз идеалисты отрывали свойства материальных объектов и процессов от их материальной основы, не замечали материю за математикой.

Такие теории, отрывающие количественные характеристики предметов от самих предметов, берут начало ещё в философии Пифагора. Но и в наше время они выглядят лишь абстрактными теориями, не находящими подтверждения. Новая онтология, создаваемая современной физикой, является уточнением уже сформировавшейся философской материалистической картины мира. Открытия физики обогащают философскую картину мира, подтверждают принципы диалектического материализма, раскрывают единство, взаимосвязи и развитие природы.


Представления о пространстве и времени в физике и философии

Любой физический процесс разворачивается в пространстве и времени, любое тело имеет пространственные характеристики. Поэтому категории «пространство» и «время» играют важную роль в построении физической картины мира. И это сближает физику с философией. В философии выделяются два подхода к определению онтологического статуса пространства и времени, к определению характера связи между материей, пространством и временем (далее – П-В). Субстанциальная концепция исходит из того, что П-В являются самостоятельными субстанциями, существующими независимо от материи. Следовательно, все свойства П-В носят абсолютный характер. Реляционная концепция утверждает, что П-В являются характеристиками материальных тел и процессов и не существуют без них. Следовательно, свойства П-В носят относительный характер и зависят от выбора системы отсчёта.

В истории философии обе концепции находили своих сторонников. В истории физики до начала ХХ века господствовала субстанциальная концепция, лежавшая в основе классической механики. Далее в ответе следует раскрыть представления о П-В, свойственные классической механике.

Во второй половине XIX века фундаментальные изменения в естествознании нашли отражение в диалектико-материалистической философии. Принципы диалектического материализма подтверждались всё новыми и новыми открытиями. Согласно принципу материального единства мира единственной субстанцией является материя. Ничто не может существовать отдельно и независимо от неё. Следовательно, П-В не могут быть самостоятельными субстанциями, а являются характеристиками материи, всеобщими формами существования материи. Форма – это способ существования содержания. П-В, являясь всеобщими формами, характеризуют упорядоченность материи. Пространство – это порядок одновременного сосуществования материальных объектов. Время – порядок смены событий, последовательность состояний. Следовательно, свойства П-В могут быть разными, в зависимости от характера материальных процессов. Физическим обоснованием диалектико-материалистических представлений о П-В стала теория относительности А. Эйнштейна. В ответе необходимо раскрыть этапы становления теории относительности и её основные положения.

Таким образом, в 20 веке победил диалектико-материалистический подход к П-В. Исчезает представление об абсолютных П-В, единых для всей Вселенной. Взамен появляется представление о бесконечном множестве материальных тел, с каждым из которых связано собственное П-В. Это значит, что П-В не существуют отдельно от материи, а являются характеристиками материальных тел и процессов, формами существования материи.
Проблема детерминизма в философии и физике. Механистический детерминизм.

Детерминизм – это философское учение о всеобщей закономерной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений материального и духовного мира. Физика, раскрывая взаимосвязи в природе, познавая объективные законы природы, подтверждает принцип детерминизма и наполняет его конкретнонаучным содержанием.

Детерминизм характеризуется следующими философскими категориями: причина и следствие, возможность и действительность, случайность и необходимость, вероятность, закон. Ядром детерминизма является принцип причинности: любое событие имеет причину. Причиной называют явление, которое при определённых условиях закономерно порождает другое явление, называемое следствием. В ответе следует охарактеризовать основные философские подходы к пониманию природы причинной связи. С позиции диалектического материализма причинные связи существуют объективно, носят закономерный характер и являются универсальными связями. Причина порождает следствие, передавая ему материю, энергию, информацию. А следствие становится причиной новых изменений.

Кроме причинных существует и множество других связей: структурные (связь между элементами структуры), функциональные (связь между свойствами предмета, выражаемая функцией – математическим уравнением), целевые (связь, при которой развитие системы подчинено определённой цели). Среди многообразных связей выделяются такие, которые являются законами. Закон – это необходимая, существенная, общая, повторяющаяся связь.

Исторически первой формой детерминизма был механистический детерминизм – это философское учение, абсолютизирующее динамические законы. Динамические законы – это физические законы, отображающие объективные закономерности в форме однозначной связи физических величин. Динамические законы описывают функциональную связь, при которой аргументы функции и её значение являются точно определёнными величинами. Например, классическая механика, зная первоначальные координаты и импульсы материальных точек, может точно описать движение, т.е. определить координаты и импульсы точек в последующие моменты времени. Другой пример физической теории динамического типа – электродинамика Максвелла, которая точными величинами описывает изменения электромагнитного поля. Динамическими теориями являются также механика сплошных сред, термодинамика, теория гравитации (ОТО).

Сторонники механистического детерминизма не признавали никаких других видов закономерностей, кроме динамических. А невозможность описать некоторые явления с помощью динамических законов они объясняли ограниченностью знаний. Ещё древнегреческий философ Демокрит утверждал, что всё в мире происходит с необходимостью, а случайностью люди называют то, причину чего не могут объяснить. В начале XIX века механистический детерминизм достиг апогея во взглядах П. Лапласа. В науку вошло понятие «демон Лапласа» - это фантастический сверхразум, который, имея полное описание современного состояния мира и зная законы его движения, смог бы точно предсказать будущее и воссоздать прошлое. Механистический детерминизм не признаёт объективное существование случайности, отождествляет причинность и необходимость, т.е. является примером метафизического, упрощённого представления о мире.


Вероятностный детерминизм. Соотношение динамических и вероятностных законов.

Во второй половине XIX века выявляется ограниченность механистического детерминизма. Максвелл, пытаясь описать движение молекул газа, т.е. систему из огромного числа элементов, пришёл к выводу об ограниченности динамических законов классической механики и ввёл понятие вероятностного (статистического) закона (1859). Вероятностный закон, как и динамический, с помощью уравнений устанавливает жёсткую, однозначную связь состояний системы. Т.е. зная первоначальное состояние системы, вероятностный закон может предсказать её состояние в последующие моменты времени. Отличие вероятностных и динамических законов состоит в способе описания состояния системы. Если динамический закон описывает состояние точными значениями величин, то вероятностный оперирует средними величинами, распределением вероятностей.

В ХХ веке было открыто множество вероятностных законов, и возникла дискуссия об их соотношении с динамическими законами. Эта дискуссия обострилась после создания квантовой механики, описывающей неопределённый и вероятностный характер физических характеристик микрообъектов. Вероятностный закон не может точно предсказать значение той или иной физической величины, а предсказывает её среднее значение; не может точно предсказать событие, а предсказывает его вероятность. Поэтому возникает ощущение неполноты такого знания, его приближённого характера. В частности, возникают вопросы о полноте квантовой механики: является ли статистическое описание микрообъектов единственно возможным? Существуют ли более глубокие динамические законы, описывающие движение микрообъектов, но скрытые за статистическими законами квантовой механики? Такие учёные как Н. Бор, В. Гейзенберг, М. Борн считали вероятностные законы основными законами природы, а квантовое описание микрообъектов полным и единственно возможным (соотношение неопределённостей Гейзенберга, принцип дополнительности Бора). При этом, не имея чёткой философской позиции, они делали вывод об индетерминизме микромира. Индетерминизм – это философское учение, отрицающее всеобщие закономерные взаимосвязи объективных явлений. Ошибка этих учёных в том, что они сводили детерминизм к его первой и ограниченной форме – к механистическому детерминизму и заявляли об отсутствии такой детерминации в микромире.

Учёные, несогласные с такой позицией, объявляли квантовую механику неполной, а её знания промежуточными (Эйнштейн, Планк, Шредингер). Обобщая этот вывод, они переносили его и на все остальные вероятностные законы, считая их результатом неполноты наших знаний. Этот вывод в настоящее время также признаётся ошибочным.

На самом деле, наличие вероятностных законов противоречит только механистическому детерминизму. Современный, вероятностный детерминизм не только признаёт их наличие, но и считает их основным типом законов. Вероятностный закон соответствует всем признакам объективного закона, как существенной, необходимой, общей и повторяющейся связи. А значит, распространённость таких законов доказывает всеобщую и закономерную взаимосвязь явлений, т.е. подтверждает детерминизм.

Динамические законы – это идеализация реальных отношений, выделение из бесконечного множества условий отдельных существенных связей. Они применимы для описания реальных объектов, которые настолько близки к идеализированным объектам, что случайные отклонения величин ничтожно малы, и ими можно пренебречь. Такими объектами являются устойчивые системы из небольшого числа элементов и с ограниченным набором условий, существенно влияющих на систему (например, Солнечная система). Но большинство реальных объектов не отвечают этим признакам (например, погода на Земле). Поэтому применение динамических законов ограниченно.

Вероятностные законы – это более глубокая, более общая и совершенная форма описания объективных связей. Все современные вероятностно-статистические теории содержат в качестве своего приближения соответствующие динамические теории (следует привести примеры). Вероятностные законы раскрывают диалектику случайности и необходимости. Они описывают такие закономерные связи, которые реализуются посредством большого числа событий, каждое из которых в отдельности является случайностью. Т.о. необходимость пробивает себе дорогу через массу случайностей, а случайность выступает формой проявления необходимости.

Открытия физики в ХХ веке заставили многих учёных сомневаться в верности принципа детерминизма. Но если бы мир подчинялся принципу индетерминизма, он был бы хаосом, в котором не было бы никаких законов и возможным было бы любое событие, любое чудо. Такой мир не поддавался бы научному познанию, т.к. наука познаёт законы. Новейшие открытия не опровергают принцип детерминизма, а расширяют его понимание. Дальнейшее развитие получили представления об объективности и всеобщности причинных связей, о наличии непричинных видов связи, об объективном содержании категорий «случайность» и «вероятность», о диалектике случайности и необходимости. Т.о. детерминизм остаётся одним их важнейших принципов философской и физической картины мира.



Проблема объективности в современной физике

В ХХ веке развитие квантовой механики породило дискуссию о проблеме объективности в современной физике. Традиционное представление об объективности научного знания было поставлено под сомнение. Диалектико-материалистическая теория познания предполагает принцип объективности истины: любая истина объективна по содержанию, но субъективна по форме. Объективность истины состоит в том, что ее содержание соответствует отражаемым объектам и не зависит от субъекта, от его воли и сознания. Субъективность формы истины означает, что истина всегда содержится в сознании субъекта, а поэтому может быть по-разному оформлена, выражена в сознании разных людей. Главное в характеристике истины – это ее объективность.

Сомнения в объективности физического знания возникли после того, как квантовая механика открыла странную природу микрообъектов, чьи свойства противоречат здравому смыслу, а точнее, обыденным представлениям человека, касающимся макромира. В качестве иллюстрации в ответе следует раскрыть суть соотношения неопределённостей Гейзенберга и привести пример квантовых эффектов (опыт с двумя щелями, туннельный эффект). Вся необычность поведения микрообъектов связана с их корпускулярно-волновым дуализмом. Наглядно представить эту двойственность и возникающие на её основе эффекты невозможно, потому что в макромире ничего подобного не существует, и любые аналогии будут выглядеть фантастически. Отсюда и возникли сомнения: микрообъекты сами по себе такие странные, или они такими предстают нам в наших экспериментах? В таком же ключе проблему объективности знания ставил И. Кант, разделявший «вещи в себе», т.е. объекты такие, какие они есть сами по себе, и «вещи для нас», т.е. объекты такие, какими они предстают человеку. Н. Бор в духе Канта утверждал, что человек в принципе не может познать микрообъекты такими, какие они есть сами по себе. Изучая микромир, человек неизбежно меняет его. При этом квантовая механика – это единственно возможное и полное описание микромира (следует раскрыть принцип дополнительности Бора). Другую позицию занимал Эйнштейн, который не мог смириться с парадоксальным поведением микрообъектов и вероятностным характером законов квантовой механики. Он объявлял такое описание неполным и считал, что могут быть найдены более точные динамические законы, которые опишут микрообъекты такими, какие они есть сами по себе, и которые устранят все парадоксы и странности (следует пояснить выражение Эйнштейна о том, что «бог не играет в кости»). Дальнейшее развитие квантовой механики показало ошибочность взглядов Эйнштейна, но дискуссия об объективности этой теории не прекратилась. Множество экспериментов с поразительной точностью подтверждают предсказания квантовой механики. Поэтому нет никаких сомнений в истинности этой теории. В тоже время очевидно, что в любом эксперименте человек действительно воздействует на поведение частиц, фиксируя их изменённые характеристики. Для разрешения этого противоречия в современной философии науки стали различать понятия «объектность» и «объективность». Объектность описания микромира, т.е. описание его таким, какой он есть вне экспериментов, не представляется возможным, по крайней мере, на данном этапе развития науки. Но объективность квантовой механики, т.е. её истинность, соответствие теории эксперименту, не вызывает сомнений.
Проблема самоорганизации материи. Синергетика и диалектика.

Сложнейшей проблемой философии и физики является проблема развития. Уже в древних философских учениях появились первые элементы диалектики – философского учения о всеобщих взаимосвязях и развитии. В философии и в естествознании XVII – XVIII веков господствующим методом стала метафизика – метод, противоположный диалектике. Господство метафизики объяснялось недостатком научных знаний. Наибольшее развитие получила механика, с точки зрения которой невозможно было объяснить развитие, появление нового. Механические системы движутся, функционируют, но не развиваются. В XIX веке диалектика начинает вытеснять метафизику, идеи развития всё больше проникают в естествознание. В физике в середине XIX века идеи развития реализовались в термодинамике. В отличие от механики термодинамика описывала системы, в которых происходят необратимые качественные изменения.

Развитие является частным случаем движения. Если движение есть любое изменение вообще, то под развитием понимают качественные, направленные, необратимые изменения. Частным случаем развития является прогресс – это развитие, которое сопровождается усложнением структуры объекта и выполняемых им функций. Связь прогресса и регресса частично описывается вторым началом термодинамики, из которого следует, что любая изолированная система развивается только в одном направлении – от порядка к хаосу. Такая однозначная направленность термодинамических процессов получила название «стрела времени». Будущее такой системы всегда будет отличаться от прошлого большей хаотичностью. Этот процесс необратим, а значит необратимо и время.

Далее в ответе следует рассказать о гипотезе тепловой смерти Вселенной, ставшей результатом экстраполяции второго начала термодинамики на всю Вселенную. Если абсолютизировать второе начало, то становятся необъяснимыми очевидные факты наличия прогресса в природе. В природе борются порядок и хаос. С одной стороны, всё существующее стремится к разрушению и гибели, нет ничего вечного. С другой стороны возникают сложные структуры, способные прогрессировать. Ограниченность второго начала термодинамики состоит в том, что оно описывает процессы, происходящие в изолированных системах. Полностью изолированная система – это идеализированный объект. Реальное существование таких систем, никак не связанных со средой, противоречило бы всем научным принципам и, прежде всего, философскому принципу материального единства мира. Т.о. второе начало термодинамики применимо для описания тех систем, в которых взаимодействие с окружающей средой существенно не влияет на систему, и им можно пренебречь.

Но в мире также распространены системы, интенсивно обменивающиеся материей, энергией и информацией с внешней средой. В таких сильно неравновесных системах возможны процессы, противоположные тем, что описывает второе начало термодинамики. Эти процессы получили название «самоорганизация» и были описаны во второй половине ХХ века в работах И. Пригожина и Г. Хакена. Самоорганизация – это спонтанный переход открытой неравновесной системы от простых, беспорядочных форм к более сложным и упорядоченным. Синергетика – теория самоорганизации – описывает универсальный алгоритм развития неравновесных систем. Механизм самоорганизации является реализацией диалектического закона взаимного перехода количественных и качественных изменений. Далее в ответе необходимо описать этапы развития самоорганизующихся систем, раскрыть понятия «диссипативная система», «бифуркация», «флуктуация», привести примеры самоорганизации.

Синергетика – относительно молодая теория. Первоначально она использовалась для описания ограниченного круга материальных систем. Но в настоящее время многие учёные видят в ней теорию, далеко выходящую за пределы физики. С помощью синергетики объясняют рождение и эволюцию Вселенной, возникновение и эволюцию жизни на Земле, самоорганизацию таких социальных систем как экономика, государство, право и т.д. Синергетика воспринимается как общенаучная теория, описывающая универсальный механизм самоорганизации, инвариантный для систем любой сложности.

Время покажет границы применимости этой теории. Но очевидно, что синергетика не отменяет диалектику и не заменяет её. Диалектика отражает намного более широкий круг отношений действительности, раскрывает многообразные всеобщие взаимосвязи, описывает наиболее общие закономерности развития любых систем. Синергетика должна восприниматься как конкретизация отдельных положений диалектики применительно к неравновесным самоорганизующимся системам. В частности, механизм самоорганизации является ярким примером реализации одного из основных законов диалектики – закона взаимного перехода количественных и качественных изменений. В процессах самоорганизации также реализуется диалектика случайности и необходимости, возможности и действительности. Владение диалектическим методом позволяет эффективно познавать самые разные системы, в том числе, самоорганизующиеся. Т.о. диалектика остаётся всеобщей методологией научного познания.


Каталог: agtu -> www.agtu.ru -> etc
etc -> Биологический ритм
etc -> Материалы для подготовки к интернет-тестированию по философии
etc -> Значение белка в питании здорового человека
etc -> Методическое пособие для проведения лабораторных работ по материаловедению. Архангельск: рио агту, 2005. 12 с
etc -> Курс лекций материаловедение
etc -> Кислотно-основные свойства лигнина в системе вода апротонный растворитель 05. 21. 03 Технология и оборудование химической переработки биомассы дерева; химия древесины
etc -> Сведения о профессии


Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3   4   5   6


©stom.tilimen.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет