Динамические и статистические законы

«Динамические и статистические закономерностиот истоков до современности»

Оглавление

Введение. 3

1.Лапласовский детерминизм. 4

2.Динамические законы. 5

2.1.Классическая механика Ньютона. 5

2.2. Уравнения Максвелла. 5

2.3. Уравнения теорииотносительности. 5

3. Статистическиезакономерности. 7

3.1.Вероятностный характер микропроцессов. 8

3.2.Законы статистической физики. 9

Заключение. 12

Литература. 13

Введение

Наука, с каждым годом, все стремительнее идет вперед и общие (классические) концепции существования природы известны уже сейчас. Физикаизучает огромнейшее количество различных процессов в природе. Не все из нихподдаются изучению и объяснению. Конечно, многое человеку еще не известно, аесли известно, то может быть не объяснено сейчас.

Процессы, окружающие нас не всегда поддаются точному объяснению. Как раз на этом этапе перед человеком и встала проблема создания таких моделейи методов познания, которые бы смогли объяснить непознанное. Конечно же врешении этой нелегкой задачи главную роль сыграло не только физическоетолкование и применение физики, а пришлось обращаться к математики, кприкладной математики и ряду других точных наук. Каков же результат? Постепенное постижение истины.

В этой работе речь пойдет о динамических и статистическихзаконах, на которых сегодня и держится современная картина мира. Такое делениезаконов еще раз подтверждает что не познанное, не точно исчисляемое иобъясняемое постепенно становится явью с помощью новых концепций. Появлениестатистических методов в познании, а также развитие теории вероятностей ¾ вот новое оружие современногоученого.

1. Лапласовскийдетерминизм

Причинное объяснение многих физических явлений, т. е. реальное воплощение зародившегося еще в древности принципа причинности вестествознании, привело в конце XVIII — начале XIX вв. к неизбежнойабсолютизации классической механики. Возникло философское учение —механистический детерминизм, классическим представителем которого был ПьерСимон Лаплас (1749—1827), французский математик, физик и философ. Лапласовский детерминизмвыражает идею абсолютного детерминизма — уверенность в том, что всепроисходящее имеет причину в человеческом понятии и есть непознанная разумомнеобходимость. Суть его можно понять из высказывания Лапласа:

Современные события имеют с событиямипредшествующими связь, основанную на очевидном принципе, что никакой предмет неможет начать быть без причины, которая его произвела… Воля, сколь угодносвободная, не может без определенного мотива породить действия, даже такие, которые считаются нейтральными… Мы должны рассматривать современное состояниеВселенной как результат ее предшествующего состояния и причину последующего. Разум, который для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующиев природе, и относительное расположение ее составных частей, если бы он, крометого, был достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, обнял бы вединой формуле движения самых огромных тел во Вселенной и самого легкого атома;для него не было бы ничего неясного, и будущее, как и прошлое, было бы у негоперед глазами… Кривая, описываемая молекулой воздуха или пара, управляетсястоль же строго и определенно, как и планетные орбиты: между ними лишь таразница, что налагается нашим неведением.

Дальнейшее развитие физикипоказало, что в природе могут происходить процессы, причину которых трудно определить. Например, процесс радиоактивного распада происходит случайно. Подобные процессыпроисходят объективно случайно, а не потому, что мы не можем указать их причинуиз-за недостатка наших знаний. И наука при этом не перестала развиваться, аобогатилась новыми законами, принципами и концепциями, которые показываютограниченность классического принципа — лапласовского детерминизма. Абсолютноточное описание всего прошедшего и предсказание будущего для колоссальногомногообразия материальных объектов, явлений и процессов — задача сложная илишенная объективной необходимости. Даже в самом простейшем случае классическоймеханики из-за неустранимой неточности измерительных приборов точноепредсказание состояния даже простого объекта — материальной точки — такженереально.

2. Динамические законы

Многие физические явления в механике, электромагнетизме и теорииотносительности подчиняются, так называемым динамическим закономерностям. Динамические законы отражают однозначные причинно-следственные связи, подчиняющиесядетерминизму Лапласа.

Причина Следствие

Динамические законы — это законы Ньютона, уравнения Максвелла, уравнения теории относительности.

2.1. Классическая механика Ньютона

Основу механики Ньютона составляют закон инерции Галилея, двазакона открытые Ньютоном, и закон Всемирного тяготения, открытый также ИсаакомНьютоном.

1. Согласносформулированному Галилеем закону инерции, тело сохраняет состояние покоя илиравномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороныдругих тел не выведет его из этого состояния.

2. Этотзакон устанавливает связь между массой тела, силой и ускорением.

3. Устанавливаетсвязь между силой действия и силой противодействия.

4. Вкачестве IV закона выступает закон всемирного тяготения.

Два любых тела притягиваются друг кдругу с силой пропорциональной массе сил и обратно пропорциональной квадратурасстояния между центрами тел.

2.2. УравненияМаксвелла

Уравнения Максвелла — наиболее общие уравнения для электрическихи магнитных полей в покоящихся средах. В учении об электромагнетизме они играюттакую же роль, как законы Ньютона в механике. Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическимполем, а переменное электрическое поле связано с порождаемым им магнитным, т. е. электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом — ониобразуют единое электромагнитное поле.

Из уравнений Максвелла следует, что источниками электрическогополя могут быть либо электрические заряды, либо изменяющиеся во временимагнитные поля, а магнитные поля могут возбуждаться либо движущимисяэлектрическими зарядами (электрическими токами), либо переменнымиэлектрическими полями. Уравнения Максвелла не симметричны относительноэлектрического и магнитного полей. Это связано с тем, что в природе существуютэлектрические заряды, но нет зарядов магнитных.

2.3. Уравнениятеории относительности

Специальная теория относительности, принципы которой сформулировал в 1905 г. А. Эйнштейн, представляет собой современную физическую теорию пространства и времени, вкоторой, как и в классической ньютоновской механике, предполагается, что времяоднородно, а пространство однородно и изотропно. Специальная теория частоназывается релятивистской теорией, а специфические явления, описываемые этой теорией — релятивистским эффектом (эффект замедления времени).

В основе специальной теории относительности лежат постулатыЭйнштейна:

принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в данной инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномернои прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от однойинерциальной системы к другой;

принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакуумене зависит от скорости движения света или наблюдателя и одинакова во всехинерциальных системах отсчета.

Первый постулат, являясь обобщением механического принципаотносительности Галилея на любые физические процессы, утверждает таким образом, что физические законы инвариантны по отношению к выбору инерциальной системыотсчета, а уравнения, описывающие эти законы, одинаковы по форме во всехинерциальных системах отсчета. Согласно этому постулату, все инерциальныесистемы отсчета совершенно равноправны, т. е. явления механические, электродинамические, оптические и др. во всех инерциальных системах отсчетапротекают одинаково.

Согласно второму постулату, постоянство скорости света в вакууме- фундаментальное свойство природы.

Общая теория относительности, называемая иногда теориейтяготения — результат развития специальной теории относительности. Из неевытекает, что свойства пространства-времени в данной области определяютсядействующими в ней полями тяготения. При переходе к космическим масштабам геометрияпространства-времени может изменятся от одной области к другой в зависимости отконцентрации масс в этих областях и их движения.

3. Статистическиезакономерности

При попытке использовать однозначные причинно-следственные связии закономерности к некоторым физическим процессам обнаружилась ихнедееспособность. Появились многозначные причинно-следственные связи, подчиняющиеся вероятностному детерминизму.

Следствие

Причина Следствие

Следствие

Причина

Следствие Причина

Причина

Статистические закономерности и законы используют теориювероятностей. Это наукао случайных процессах. В этих рамках следует пояснить следующие понятия:

Достоверные события, невозможные события и промежуточные между достоверными и невозможными случайныесобытия.

Количественно случайные события оцениваются при помощивероятности: