3.7. Динамические и статистические закономерности

В науке принято считать, что беспричинных явлений не бывает. Все существующее в мире возникает и уничтожается закономерно, и поиск этих закономерностей – одна из главных задач науки. Однако, как показывает история, никакой научный закон или теория не могут отразить окружающий мир и его отдельные фрагменты полностью, без упрощений и идеализаций. Они могут лишь в большей или меньшей степени приближаться к адекватному отображению действительности, и искажения здесь неизбежны. Поэтому для науки очень важно, в какой форме выражаются ее законы, насколько они соответствуют природным закономерностям.

В физике известны два типа законов (теорий) – динамические и статистические. Исторически первыми появились динамические законы и теории. Динамические законы отображают объективную закономерность в виде однозначной связи между всеми физическими величинами, описывающими исследуемое природное явление. Это – форма причинной связи, при которой данное состояние системы однозначно определяет все ее последующие состояния и позволяет предсказать ее поведение в дальнейшем. Примером динамической теории являются классическая механика Ньютона, а также электродинамика Максвелла, термодинамика, теория относительности.

Долгое время считалось, что никаких других законов, кроме динамических, не существует. Если какие-то явления и процессы не вписывались в предусмотренные динамическими законами рамки, не могли быть описаны абсолютно точно с помощью определенного набора физических величин, делался вывод о недостатке наших познавательных способностей.

В середине XIX в. в физике были сформулированы законы, предсказания которых не являются определенными, а только вероятными. Они получили название статистических. Статистические законы – это форма причинной связи, при которой данное состояние системы определяет все ее последующие состояния не однозначно, а с определенной вероятностью. В статистических законах нет однозначной связи между наблюдаемыми физическими величинами, они позволяют определить лишь спектр их возможных значений и вероятность того, что та или иная величина примет данное конкретное значение, а также рассчитать средние значения величин.

Сегодня любой известный в природе процесс более точно описывается статистическими законами. Но окончательно это стало ясно после создания квантовой механики. Усилиями Н. Бора, В. Гейзенберга и других ученых было установлено, что закономерности поведения объектов микромира невозможно описать с помощью динамических законов, они имеют принципиально статистический характер.

Динамические законы представляют собой первый, низший, этап в познании окружающего мира. Статистические законы более полно отражают объективные связи в природе, являясь более высокой ступенью познания. На протяжении всей истории развития науки мы видим, как первоначально возникшие динамические теории сменяются статистическими, описывающими тот же круг явлений более глубоко и полно. В динамических теориях отображается тот необходимый средний результат, к которому приводит течение процессов, но не учитываются вариации этого результата, которые могут возникнуть под влиянием окружающих условий. В реальных процессах всегда происходят неизбежные отклонения – случайные флуктуации. Когда они не играют существенной роли в мало зависящих от внешних воздействий автономных системах с небольшим числом элементов, их можно не учитывать и использовать динамические законы. Но когда флуктуации значительны, в сложных системах с большим числом элементов, которые зависят от постоянно меняющихся внешних условий, статистические законы глубже и точнее описывают исследуемые процессы.