Par mums Raksti Dzeja Galerija Saites Iespējas Venera Pasākumi Jautājumi

Назад

.DOC Версия для печати

Сомсиков В.М.

Институт ионосферы, Алма-Ата, 480020, Казахстан,E-mail: vmsoms@rambler.ru

Азаренко С.Н.

Академия МВД, Алма-Ата, E-mail:Sveta.azarenko@gmail.com

 

О подходах к построению картины мира и путях ее развития

         

            История человечества неразделима от истории познания мира и создания его научной картины.

            При этом в соответствии с подходами и целями познания, человечество можно условно разделить на две цивилизации: восточную и западную. Характерным является то, что восточная цивилизация развивается в стремлении познать мир, чтобы быть с ним в гармонии.Западная цивилизация в основном стремится использовать знания с целью приспособить мир под себя. В сущности, отсюда берут корни основных отличий двух цивилизаций.

            В настоящее время для человечества преобладающим является технологическое развитие. Т.е. сегодня по пути технического прогресса идет и восточная цивилизация. Но сегодня технический прогресс, несмотря на все его достоинства, привел к катастрофическому росту проблем, угрожающих существованию человечества. Противоречие между человеком и природой является одной из основных таких проблем. Например, в последние десятилетия наблюдается катастрофические изменения климата, сокращение диверсификации животного и растительного мира, и др. Но до сих пор не только не понята природа этих изменений, но и нет ответа на вопрос, в какой степени они обусловлены антропогенной деятельностью, а в какой определяются естественными циклическими процессами в природе [1,2].

            Успешное решение проблем гармонии человека и природы зависит от многих факторов и в значительной степени от успехов построения и развития достаточно точной физической картины мира. В соответствии с этим сегодня на первый план выдвигается задача поиска путей и стимулирование темпов дальнейшего построения и развития физической картины мира.

            В соответствии с современными представлениями, основной чертой картины мира является его иерархический характер. К верхней иерархической ступени можно отнести Вселенную. Она состоит из галактик. Галактики, в свою очередь, также состоят из структурных элементов. На нижних иерархических уровнях находятся молекулы и атомы. Общим для всех иерархических уровней является то, что они представляют собой системы. Сегодня трудно сказать, насколько глубоко вниз уходит эта иерархическая лестница. Предел делимости материи не найден. Поэтому мир – это иерархия систем. Их динамика и взаимодействие приводят к исчезновению старых и возникновению новых структур. Т.е. в основе мира лежат постоянно эволюционирующие системы. Поэтому ключевым элементом картины мира являются системы. Но уже в этом месте мы сталкиваемся с одной из основных проблем современной физики. Поясним ее суть. При построении классической механики, которая лежит в основах практически всех разделов физики, в качестве исходных моделей используются бесструткурные тела или материальные точки (МТ), а не системы, что имеет место в природе. Это привело к тому, что физика оказалась практически неприемлемы для описания процессов возникновения и эволюции систем. В результате по мере развития знаний, в самой физике все глубже обостряются противоречия между физическими моделями и реальностью. Одно из основных таких противоречий заключается в том, что все природные процессы эволюционируют, а канонические формализмы классической механики утверждают об отсутствии так называемой стрелы времени [3]. То есть мы пока не можем с необходимой точностью описывать процессы изменения природы.

            Отсюда можно прийти к выводу, что для интенсификации развития физических знаний требуется не только эффективное использование известных путей развития физики, но и поиск новых подходов.

            Рассмотрим некоторые из основных существующих путей развития физики, которые используются при создании физической картины мира, и попытаемся выявить некоторые перспективные на сегодняшний день пути ее развития.

            До настоящего времени в качестве основных можно выделить два подхода к развитию физики. Первый путь состоит в поиске элементов структуры мира и их изучении.Здесь к наиболее известным исследователям, создавшим основы представлений о структуре мира, относится, пожалуй, Демокрит. Руководящим принципом творческой деятельности приверженцев этого подхода является идея о том, что мир построен из конечного набора кирпичиков - атомов.

            В дальнейшем стало очевидно, что для создания самосогласованной эволюционной картины мира знание его структур без знания их динамики недостаточно. Действительно, движение – способ существования материи. Структуры возникают, существуют и эволюционируют именно в процессе движения и взаимодействия. Поэтому вторым, не менее важным подходом к построению картины мира, является изучение его динамической составляющей. Одним из наиболее известных основателей динамической составляющей картины мира является Ньютон [4].

            Очевидно,что оба этих подхода к построению физической картины мира неразделимы и самосогласованны. Действительно, структуры систем определяются динамикой их элементов, а также окружающим пространством, а динамика систем, в свою очередь,также зависит от их структур и свойства пространства. Это как раз и послужило зарождению одного из важнейших направлений в физике: поиск законов возникновения систем из элементов [11]. Задача этого направления состоит в определении законов возникновения и эволюции систем на основе заданных свойств их элементов и законов их динамики. Эта фактически эквивалентно решению философской проблемы поиска переходов «от простого к сложному» [12].

            Современное представление о мире свидетельствует, что процессы возникновения и эволюции систем обладают большой универсальностью [5]. А поскольку природа представляет собой иерархию систем, то это дает основание предложить еще один путь развития картины мира. Этот относительно новый путь заключается в поиске универсальных законов и принципов, определяющих эволюцию верхней ступени иерархической картины мира, на основе знания элементов и законов, которым подчиняется нижний иерархический уровень. Например, в механике знание законов динамики материальных точек (МТ), при знании внешних ограничениях однозначно определяет законы эволюции их систем [8]. Ясно, что если понять эти законы, то можно будет подняться по иерархической лестнице картины мира от элементарных частиц до структуры Вселенной. Возможен также и обратный путь, позволяющий из знания свойств и законов, определяющих верхнее иерархическое звено, приходить к законам, определяющим свойства элементов и законы их динамики. Кстати, именно единство законов развития систем, вне зависимости от их природы, делает эффективным междисциплинарный путь развития науки.

            В качестве примера,служащим весомым аргументов в пользу целесообразности поиска закономерностей и принципов перехода по иерархической лестнице от законов динамики элементов к законам динамики их систем, можно привести решение проблемы необратимости,которое удалось найти в рамках законов Ньютоновской классической механики [6, 7]. В отличие от устоявшегося в настоящее время объяснения необратимости,опирающегося на свойство перемешивания Гамильтоновых систем и гипотезу о существовании флуктуаций, новое объяснение полностью вытекает из законов Ньютона. Т.е. необратимость в неравновесных системах (НС) следует из законов механики МТ. Поэтому такую необратимость будем называть детерминированной. Суть этой необратимости в том, что поскольку мы всегда имеем дело с системами, а не с МТ, то часть работы, которую мы будем совершать для их перемещения, будет уходить на изменение внутренней энергии системы.

            То что механизм необратимости детерминированный, а не связанный с наличием случайных флуктуаций, убедительно свидетельствует в том, что знания общих принципов перехода между иерархическими звеньями природы позволяют однозначно определять свойства систем при знании свойств их элементов. Т.е. действительно существуют универсальные детерминированные принципы перехода между смежными ступенями иерархической лестницы в природе [8].

            Детерминированный механизм необратимости демонстрирует нам, как в природе может осуществляться переход«количества в качество». Действительно, уравнение движения Ньютона для МТ обратимо. А уравнение движения тела, представляющего собой систему потенциально взаимодействующих МТ, обладает качественно новым свойством. Это свойство тела,которого нет у его элементов, и есть свойство необратимости. Оно строго вытекает из законов сохранения энергии, импульса, а также законов Ньютона. Его удалось получить, опираясь на закон сохранения энергии, исходя только из законов динамики и взаимодействия МТ [8]. Примечательно,что детерминированное решение проблемы необратимости найдено в результате отказа от некоторых упрощающих гипотез и моделей, используемых при создании формализмов механики для систем потенциально взаимодействующих МТ [9,10].

            Как оказалось, упрощающей гипотезой, которая была использована для построения формализмов классической механики, и которая привела к обратимости механики систем, является гипотеза о голономности связей. Ее суть сводится к утверждению того, что если взаимодействия МТ являются потенциальными, то потенциальными будут и взаимодействия систем МТ. В результате использования этой гипотезы исчезли нелинейные члены, определяющие переход энергии движения тел в их внутреннюю энергию. Но на самом деле в неоднородном поле сил в движущихся телах возникает увеличение внутренней энергии, определяемой движением элементов тела. Силы, которые увеличивают энергию движения элементов тела относительно его центра масс, не являются потенциальными, хотя они и вытекают из условия потенциальности сил взаимодействия МТ. Т.е. гипотеза о голономности связей оказалась неприменимой для построения аппарата, описывающего процессы эволюции в природе.

            На примере решения проблемы необратимости в рамках классической механики [7] также четко проявился еще один путь развития физических знаний. Он состоит в расширение основ тех или иных физических дисциплин путем устранения ограничений и гипотез, при которых они были созданы. Действительно,основы современных знаний, включая физические законы, так или иначе, были получены в рамках гипотез и приближений.

            Например, второй закон Ньютона удалось получить путем исключений из рассмотрения трения и структуры тела. Оказалось, что только для МТ ускорение пропорционально действующей на нее силы. И именно поэтому ее движение обратимо. Но реальные тела представляют собой неравновесные системы (НС). Эти системы задаются не совокупность МТ, а совокупность движущихся систем структурированных частиц (СЧ), каждую из которых можно задать в виде равновесной системы потенциально взаимодействующих МТ. Поэтому уравнение движения СЧ применимо для описания процессов эволюции НС [7]. То есть, заменив МТ на СЧ, найдя путь получения уравнения движения СЧ без использования гипотезы о голономности связей, мы приблизили модель тел к реальности, учтя наличие в них внутренней структуры, внутренних движений их элементов. И в результате механика СЧ и ее формализмы оказались применимыми для описания процессов эволюции НС.

            Здесь сработал принцип«Бритвы Оккама». Оказывается при построении механики можно обойтись без гипотезы о потенциальности или голономности всех сил. Более того, эта гипотеза существенно сузила область применения формализмов классической механики, делая их приемлемыми только для описания динамики систем, близких к равновесию. Кроме того оказалось, что использование модели тела в виде МТ исключало возможность описание диссипативных процессов в природе. А ведь именно диссипация лежит в основе всех процессов эволюции. Именно благодаря диссипации возможно образование аттракторов, а значит, и систем в целом. Таким образом, оказалось, что описание динамики тел в рамках классической механики возможно. Но для этого МТ следует заменить на СЧ и построить уравнения динамики, отталкиваясь от идеи дуализма симметрий пространства и тел, и вытекающего отсюда дуализма энергии.

            Приведенный здесь пример расширения основ классической механики путем устранения ограничений и гипотез, при которых они были созданы, показывает, как можно достичь расширения области применения основ современных теоретических дисциплин путем снятия ограничений, при которых они были созданы.

            Как выяснилось, необратимость в механике была потеряна при использовании моделей идеальных тел и упрощающих гипотез,которые используются при этом. А поскольку классическая механика лежит в основах всей современной физики, то расширение области ее использования приводит к качественному скачку в развитии физики в целом, а значит, и физической картины мира.

            Таким образом, можно предложить относительно новые пути, которые на современном этапе будут способствовать ускоренному ее развитию. К одному из них относится поиск универсальных законов, определяющих эволюцию верхней ступени иерархической картины мира, на основе знания элементов и законов, которым подчиняется нижний иерархический уровень. Другой перспективный путь развития физических знаний состоит в поиске и исключении ограничений и упрощенных моделей, используемых при первоначальном построении основ теорий, поскольку эти ограничения и упрощения по мере расширения и углубления знаний, приводят к качественным расхождениям между физической моделью картины мира и реальностью. Иерархичность природных структур обуславливает перспективность предлагаемых путей развития физических знаний.

_______________

В формате pdf вышеприведенная статья опубликована в Научном журнале на Форуме сайта ДЗВОН: http://www.forum.za-nauku.ru/ index.php?action=dlattach;topic=2148.0;attach=852

 

Литература:

1. Tejedor A. More reflectivity for the soil to counteract the global-warming of the Earth. arXiv:0906.2131v1 [physics.ao-ph] 11 Jun 2009.

2. Stainforth D. A., Aina1 T., Christensen C., et. al. Uncertainty in predictions of the climate response to rising levels of greenhouse gases// NATURE, |VOL 433,| 27 JANUARY 20, 2005.

3. Prigogine I. From the being to becoming. М. 343. (1980), 342 p.

4. Newton I. Mathematical principles of natural Philosophy. New York, 1846.

5. Лоскутов А.Ю.,Михайлов А.С.Введение в синергетику.М.: Наука, 1990. 272 с.

6. Somsikov V.M. The equilibration of an hard-disks system// November. V. 14. № 11. IJBC 2004 p. 4027 - 4033.

7. Somsikov V.M. Principles of Creating of the Structured Particles Mechanics// Journal of material Sciences and Engineering A(1). 2011. c.731-740.

8. Сомсиков В.М. О принципах построения механики структурированных частиц на основе механики материальной точки// ПЭОС. Вып.12, Т.2, 2010.c.3-17.

9. Голдстейн Г.Классическая механика. М. Наука. 1975. 416 с.

10. Сомсиков В.М. Об ограничениях классической механики, связанных с условием голономности связей// ПЭОС. 2013, Т.1, Вып.15. с

11. Румер Ю.Б., Рывкин М.Ш. Термодинамика. Статистическая физика и Кинетика. M. 1977.532c.

12. P. W. Anderson. More Is Different. Science, New Series, Vol. 177, No. 4047. (Aug. 4, 1972), pp. 393-396



Baltu klubs | Sociopsiholoģijas asociācija | Lielās Mātes Sapulce | Lāču kopa