27 Роль моделирования в естествознании

Физическое (предметное) моделирование проводят в тех случаях, когда невозможно или затруднительно (по технологическим или финансовым причинам) провести эксперимент на оригинальном объекте. Например, для определения трудно поддающегося расчетам аэродинамического сопротивления самолета, автомобиля, поезда или гидродинамического сопротивления корабля на стадии проектирования обычно строят модель уменьшенных размеров и продувают ее в специальных аэродинамических трубах или гидравлических каналах. В известном смысле любой натуральный эксперимент можно рассматривать как физическую модель некоторой более сложной ситуации.

Математическое моделирование является важнейшей разновидностью символического моделирования. (К ним так же относятся разнообразные графовые и топологические представления, символьные записи структуры молекул и химических реакций и много другое). В сущности, математическая модель — это система уравнений, дополненная начальными и граничными условиями и другими данными, взятыми из опыта. Для того, чтобы такое моделирование было результативным, необходимо, во-первых, составить адекватную изучаемому явлению мысленную модель, отражающую все существенные стороны явления, а во-вторых, решить чисто математическую задачу, зачастую имеющую очень высокий уровень сложности.

Наконец, в последние десятилетия большую популярность приобрели компьютерные методы моделирования. Обычно — это численные методы, т.е. не дающие решения задачи в общем виде, как в математическом моделировании. Это означает, что каждый конкретный численный вариант одной и той же задачи требует нового расчета.

Частные и специальные методы представляют интерес для представителей конкретных научных дисциплин, и мы их рассматривать не будем.

Тут немного недоделанно

28 Предпосылки научной революции в естествознании на рубеже 19-20 веков

Предпосылки научной революции

в естествознании на рубеже ХIХ-ХХ вв.

Наука никогда не стоит на месте, постоянно включая в зону анали­за новые факты и явления. Стараясь быть достаточно строгой и ос­новательной, наука не может пройти мимо случаев, не получивших приемлемого истолкования с позиции принятых в ней законов и стан­дартов. Особенно часто это проявляется при выходе научных иссле­дований на принципиально новые объекты, какими стали для науки на рубеже XIX—XX вв. объекты микро- (т.е малые и бесконечно малые) и мегамира (т.е. большие и бесконечно большие объекты космичес­кого уровня). Осмысление объектов такого рода потребовало от науки настоящей научной революции.

Толчком к новым подходам к естественной науке стали работы С. Карно (1796-1832), Р. Клаузиуса (1822-1888) и других ученых в об­ласти термодинамики, показавшие всевозрастающую роль в этой дис­циплине случайностей, неопределенности, необратимости процессов. Тем самым было существенно поколеблено принципиальное поло­жение классического естествознания о безусловном доминировании в мире гармонии над хаосом, закона над случайностью, определенно­сти над неопределенностью. А одним из частных выводов новой тер­модинамики был удивительный и пугающий вывод о неизбежности

тепловой смерти Вселенной. Спокойный и такой предсказуемый мир земной и небесный, каким он выглядел в канонах классического ес­тествознания, вдруг предстал парадоксальным и непредсказуемым, нарушающим привычные и, казалось бы, «на века» установленные за­коны развития природы.

К концу XIX в. было существенно поколеблено также и положе­ние классического естествознания о тождестве материи и вещества. Физики в это время считали, что в мире существуют не только веще­ственные объекты в твердом, жидком и газообразном состоянии, но и электричество, и эфир (невесомая и непрерывная среда, передающая электрическое и магнитное взаимодействие). В то же время сохраня­лось убеждение, что все процессы в природе можно так или иначе свести к механическому взаимодействию мельчайших частиц — ато­мов, частиц эфира и т.п. Однако уже к концу XIX в. гипотезу механи­ческого эфира пришлось отбросить и ее место заняло представле­ние об электромагнитном поле, колебания которого порождают такие столь различные явления, как видимый свет, радиоволны, рентгено­вское излучение.

Предметное изучение проблем электромагнетизма в работах анг­лийских физиков М. Фарадея (1791-1876) и Дж. Максвелла (1831— 1879) в конечном счете привело авторов к изменению представлений о прерывности и непрерывности материи, подорвало основы класси­ческих понятий абсолютного пространства и абсолютного времени. Например, выдающийся ученый, физик-теоретик А. Эйнштейн (1879— 1955) рассмотрел этот вопрос уже в 1905 г. в своей частной теории относительности.

Особенно много споров развернулось вокруг феномена «исчез­новения материи». Обнаружение в опытах эффекта «разделения атог мов» на более мелкие части, открытие электрона, превращаемости атомов и радиоактивного распада четко поставило под сомнение классическую идею о дискретном (прерывном) существовании мате­риальных объектов в неизменном Пространстве. Скажем, радиоактив­ный распад атомов был истолкован в те годы рядом авторов как превращение материи в энергию, т.е. по сути ее прямое «исчезнове­ние». В этом же духе был истолкован феномен исчезновения массы электрона в зависимости от энергии поля. Ведь в классической меха­нике Ньютона считалось, что масса и объем материальных тел неиз­менны и изначально заданы. Исчезновение же массы электрона в зависимости от преобразований структуры поля и скорости движения представало как нонсенс, как существенный подрыв ранее незыбле­мых представлений о мире.

Фактически сложилась кризисная мировоззренческая ситуация, требовавшая глубокого общенаучного и философского осмысле­ния.

Не случайно именно в те годы (1909 г.) появилась концептуаль­ная философская работа В.И. Ленина (1870—1924) «Материализм и эмпириокритицизм», в которой он рассмотрел глубокий кризис в физике и высказал ряд важных идей по его преодолению.

Понимать материю стоит именно диалектически, как некую объек­тивную реальность, данную людям в ощущениях и существующую не­зависимо от людей. Этот вывод В.И. Ленина, сформировавшийся под влиянием марксизма, стал опорным для создания новой модели есте­ственной науки.

Существенным трансформациям подверглось и понимание таких опорных категорий-понятий, которые показывают реальное бытие материи как пространство, время, взаимодействие. Эйнштейновское понятие «пространственно-временного континуума», в котором ре­ально существуют материальные объекты, исходило из того факта, что, во-первых, и пространство и время предстают сложными, измен­чивыми величинами (искривление пространства, изменение хода вре­мени и т.п.), а во-вторых, они выступают тесно связанными друг с; другом, взаимоопределяющими. Гораздо более сложным стало пред­ставлять и материальное взаимодействие, уже не как исключительно гравитационное, но и как электромагнитное. Итак, материальная ос­нова мира представала в новой формирующейся модели науки слож ной, изменчивой, парадоксальной, во многом непредсказуемой