1. Динамические законы и теории. Механический детерминизм.

2. Статистические законы и теории. Вероятностный детерминизм.

3. Соотношение динамических и статистических законов.

Одной из наиболее актуальных проблем современного естествознания является вопрос о природе причинности и причинных отношений в мире. Более конкретно это вопрос в физике формулируется в проблеме соотношения динамических и статистических законов с объективными закономерностями.

В решении этой проблемы возникли два философских направления – детерминизм и индетерминизм, занимающие прямо противоположные позиции.

ДЕТЕРМИНИЗМ – это учение о причинной материальной обусловленности природных, социальных и психических явлений. Сущностью детерминизма является идея о том, что все существующее в мире возникает и уничтожается закономерно, в результате действия определенных причин.

ИНДЕТЕРМИНИЗМ – это учение, отрицающее объективную причинную обусловленность явлений природы, общества и человеческой психики.

В современной физике идея детерминизма выражается в признании существования объективных физических закономерностей и находит отражение в фундаментальных физических теориях.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ (ЗАКОНЫ) представляют собой совокупность наиболее существенных знаний о физических закономерностях. На основе фундаментальных теорий формулируются частные физические законы (типа закона Архимеда, закона Ома и т.д.).

Основу любой физической теории составляют три главных элемента:

1) совокупность физических величин, с помощью которых описываются объекты данной теории (например, в механике Ньютона – координаты, импульсы, энергия, силы);

2) понятие состояния;

3) уравнения движения.

Физические теории и законы подразделяются на динамические и статистические (вероятностные).

1.Динамические законы и теории. Механический детерминизм.

Динамический закон – это физический закон, отображающий объективную закономерность в форме однозначной связи физических величин, выражаемых количественно. Динамической теорией является физическая теория, представляющая совокупность динамических законов. Исторически первой и наиболее простой теорией такого рода явилась классическая механика Ньютона.

В современной физике под классической механикой понимают механику материальной точки или системы материальных точек и механику абсолютно твердого тела.

По заданным значениям координат и импульсов всех частиц системы в начальный момент времени второй закон Ньютона позволяет однозначно определить координаты и импульсы в любой последующий момент времени.

Таким образом, определяются все три элемента фундаментальной теории, какой является классическая механика.

Другим примером фундаментальной физической теории динамического характера может служить электродинамика Максвелла. Здесь объектом исследования является электромагнитное поле.

Уравнения Максвелла позволяют по заданным начальным значениям электрического и магнитного полей внутри некоторого объема определить электромагнитное поле в любой последующий момент времени.

К числу других фундаментальных теорий относятся: механика сплошных сред, термодинамика и общая теория гравитации.

Необходимость отказа от классического детерминизма в физике стала очевидной после того, как выяснилось, что динамические законы не универсальны и не единственны и что более глубокими законами природы являются не динамические, а статистические законы, открытые во второй половине 19 века, особенно после того, как выяснился статистический характер законов микромира.

С утверждением главенствующего значения статистических закономерностей в физике исчезает идея абсолютного детерминизма.

2. Статистические законы и теории и вероятностный детерминизм.

Описанные выше динамические законы имеют универсальный характер, т.е. они относятся ко всем без исключения изучаемым объектам. Отличительная особенность такого рода законов состоит в том, что предсказания, полученные на их основе, имеют достоверный и однозначный характер.

Наряду с ними в естествознании в середине 19-го века были сформулированы законы, предсказания которых являются неопределенными, а только вероятными.

Вероятностными они назывались потому, что заключения, основанные на них, не следуют логически из имеющейся информации, а потому не являются достоверными и однозначными. Поскольку сама информация носит статистический характер, часто такие законы называются также статистическими, и это их название получило в естествознании значительно большее распространение.

Представления о закономерностях особого типа, в которых связи между величинами, входящими в теорию не однозначны, впервые ввел Максвелл в 1859 году. Он первым понял, что при рассмотрении систем, состоящих из огромного числа частиц, нужно ставить задачу совсем иначе, чем это делалось в механике Ньютона. Максвелл ввел в физику понятие вероятности.

Эта вероятность имеет объективный характер. Например, игра в кости. Так для кости вероятность выпадения любого числа очков от 1 до 6 равно 1/6, что не зависит от познания этого процесса и поэтому есть явление объективное.

На фоне множества случайных событий обнаруживается определенная закономерность, выражаемая числом. Это число – вероятность события – позволяет определить статистические средние значения.

Например, так если бросить кость 300 раз, то среднее число выпадения 5 будет равно 300. 1/6 равно 50 раз. Причем совершенно безразлично, бросать одну и ту же кость или одновременно бросить 300 одинаковых костей.

Несомненно, что поведение газовых молекул в сосуде гораздо сложнее брошенной кости. Но и здесь можно обнаружить определенные количественные закономерности, позволяющие вычислить статистические средние значения.

Максвеллу удалось решить эту задачу. Он ясно осознал, что случайное в данных микроскопических условиях поведения отдельных молекул подчинено определенному вероятностному (или статистическому) закону.

Статистические законы и теории имеют следующие характерные черты:

1) в статистических теориях любое состояние представляет собой вероятностную характеристику системы. Это означает, что состояние в статистических теориях определяется не значениями физических величин, а статистическими распределениями этих величин.

2) в статистических теориях по известному начальному состоянию в качестве результата однозначно определяются не сами значения физических величин, а вероятности этих значений внутри заданных интервалов.

Вероятностные характеристики состояния в статистических теориях совершенно отличны от характеристик состояния в динамических теориях. Тем не менее, динамические и статистические теории обнаруживают в самом существенном отношении единство.

Детерминизм в статистических закономерностях представляет более глубокую форму. В отличие от жесткого классического детерминизма он может быть назван вероятностным (или современным) детерминизмом.

Различие между ними в одном – способе фиксации (описания) состояния системы.

Истинное значение вероятностного детерминизма стало очевидным после создания квантовой механики – статистической теории, описывающей явления атомарного масштаба. Другими статистическими теориями являются: статистическая теория неравновесных процессов, электронная теория, квантовая электродинамика.

Основной величиной, характеризующей состояние, является комплексная волновая функция. Зная ее, можно вычислить вероятность обнаружения определенного значения не только координаты, но и любой другой физической величины.