Реферат: Детерминизм и индетерминизм в физике

Детерминизм и индетерминизм в физике

Содержание

1.      Введение.

.        Методологические основы проблемы отношения детерминизма и индетерминизма.

.1      Разнообразие детерминистических концепций.

.2      Возможность изменения физического детерминизма.

.3      Изменение и нарушение данной детерминистической концепции.

.4      Проблема детерминизма в квантовой механике.

.        Разновидности физического детерминизма. Детерминистский характер физических теорий.

.1      Описание движения.

.2      Информация о состоянии.

.3      Набор концепций физического детерминизма.

.4      Сопоставление с некоторыми из существующих концепций.

.        Детерминизм и концепция причинности в физике.

.1      Детерминизм и причинность.

.2      Проблема причинного объяснения результатов измерения канонических переменных в квантовых объектах.

.        Заключение.

.        Список литературы.

1. Введение

Представления о детерминизме плотно входят в структуру научного метода. Они нацелены на анализ, понимание и обоснования исследуемых процессов в природе, обществе и мышлении. Детерминизм нашел свое проявление в естественных науках, в частности в физике. Большинство формулировок физических законов и их математических интерпретаций развивались и существуют в согласии с утверждениями детерминизма.

Учение о детерминизме соотносится с принципом причинности. Научные представления о причинности базируются па классической механике, на ее идеях и методах.

С появлением квантовой механики мнения физиков по вопросу о детерминизме резко разошлись. В новой ситуации некоторые физики (Гейзенберг, Борн, Нейман, Дирак, Йордан) считали, что детерминизм опровергнул. Другие же (Эйнштейн, Планк, Шредингер, де Бройль), наоборот, опровергали индетерминизм и продолжали придерживаться принципа детерминизма. Как объяснить существование столь разных концепций при одних и тех же эмпирических данных и одной и той же теории? Очевидно, что речь идет о разных толкованиях, имеются в виду (явно или неявно) разные концепции детерминизма (пока не делается разницы между детерминизмом и концепцией причинности) - [см.: 1, с. 148- 149]. Вместе с тем используются разные аргументы - преимущественно эмпирические или преимущественно теоретические, в том числе и философские. В отношении последних речь идет не только о конфронтации между материалистической и идеалистической постановкой вопроса, ибо в рамках этих основных философских направлений существует контроверсия детерминизма и индетерминизма. Проблема состоит в переходе от явления к сущности, или в субординации фактов: означает ли детерминизм частный случай индетерминизма. Приблизительное (мнимое) отражение действительности соответственно ограниченной сфере действительности или же, наоборот, индетерминизм есть только проявление более глубокого детерминизма. Эта проблема связана с вопросом о том, чему следует отдать приоритет - эмпирическим данным или теории, непосредственно известному или исследовательской программе. Согласно схеме П. Феврие, различаются два типа детерминизма и два - индетерминизма (фактический и в принципе), которые сведены к трем разновидностям: кажущийся детерминизм, скрытый детерминизм и индетерминизм по существу - [см.: 2, с. 10].

Уже в древности против концепции (нашедшей отражение в произведениях Гомера) произвольного вмешательства богов в судьбу людей (крайний индетерминизм) сформировался детерминистический взгляд (Гераклит, Демокрит). В противовес строгой детерминированности у Демокрита, Эпикур допускает и придает большое значение первичным (на современном языке «статистическим») отклонениям «атомов». Аналогичным образом осуществляется переход от учения Аристотеля о причинности к учению классической механики (Галилей, Ньютон), который означает сужение мнимой области значимости старой концепции и фактическое расширение действительной значимости новой концепции. Впоследствии за произвольными на первый взгляд отклонениями определенного класса явлений были установлены статистические закономерности. Если случайность отрицает необходимость, то законы случайности, как утверждает Ф. Казель, выступают, в свою очередь, отрицанием отрицания - [см.: 3, с. 40-42].

2. Методологические основы проблемы отношения детерминизма и индетерминизма

Обычно считают, что определенная концепция детерминизма формируется в рамках классической физики (механики). В дальнейшем при возникновении новых физических дисциплин (статистической физики, квантовой механики, квантовой теории поля) концепция подвергается проверке, т. е. либо подтверждается, либо опровергается в этих новых областях (в данном случае предполагается эмпирический характер концепции). Опровержение ее означает переход к противоположной, или индетерминистической, концепции и ограничение значимости первоначальной концепции. Основная проблема состоит в том, является ли значимость детерминизма всеобщей или ограниченной. Всеобщая значимость детерминизма означает, что данная его формулировка (назовем ее D) находит подтверждение во всех областях (теориях) физики и применима к любой новой области, т. е. в теории поля, статистической физике, квантовой физике й т. д. имеет место та же детерминистическая структура, что и в области классической динамики. Мы, однако, не можем быть уверены в подобном, так как не существует гарантий, что во всякой новой области детерминизм (в своем первоначальном виде) обязательно будет подтвержден. Вот почему особенно интересен случай, когда некоторая теоретическая система не входит в принятую детерминистическую схему.

2.1    Разнообразие детерминистических концепций

На самом деле в рамках такого общего понятия, как детерминизм, неизбежно существует несколько различных его понятий. В классической физике мы отметим следующие:

- интуитивное (рабочее) понятие о строгой или однозначной определенности протекания явлений данными факторами, соответственно зависимость одних величин от других, обладающих при этом широкой значимостью (для целого класса явлений). Детерминизм в физике проявляется на уровне: а) эмпирических исследований, когда устанавливается зависимость, по которой изменяются определенные величины (характеризующие данное явление) во времени (эмпирические законы); б) теоретических исследований, когда устанавливаются общие законы или уравнениядвижения в данной области и, в более общемвиде, детерминистическая структура физическихтеорий;

кинематическое понятие, дающее описание данного движения таким обратом, что устанавливается связь между его последовательными состояниями, и позволяющее предвидеть будущее состояние Тела или системы - [см.: 4, с. 9];

-ньютоновское (динамическое) понятие, при котором в тех же целях используется уравнение динамики, т. е. однозначная последовательность в состоянии движения объясняется действием определенных сил;

- понятие о действии на расстоянии (в рамках динамики Ньютона), тесно примыкающее к детерминизму;

-лапласовское (сингуларистическое, холистическое) понятие, предполагающее предопределенность событий во Вселенной (т. е. их подчинение законам механики, которые познаваемы), - так называемый «лапласовский демон», которому известны коррдинаты и импульсы всех частичек и который в состоянии решить систему всех уравнений;

- максвелловское понятие, согласно которому разница между двумя событиями не зависит от разницы моментов времени или мест, когда и где они происходят, а только от разницы сущности, конфигурации или движения рассматриваемых тел - [см.: 5, с. 11];

- понятие о непосредственном пространственном контакте, или смежности (contiguity), причины и действия, предполагающее непрерывность последовательности событий в данной детерминистической цепи;

 -статистическое понятие как детерминированность статистических средних величин;

- «двунаправленная» детерминированность прошлым и будущим (Уилер, Фейнман).

Следует отметить, что названные (физические) концепции детерминизма не изолированы от философской концепции и в общем являются философско-физическими. Типична в этом отношении концепция Лапласа, в которой механицизм находит свое крайнее выражение. Однако он пронизывает всю классическую механику и относится также (хотя и в неявном виде) к другим концепциям. Кроме того (в философском отношении), эти понятия можно в духе эмпиризма или априоризма, конвенционализма или же, как условно (функционально)априорные. Критика подобного рода концепций происходит опять-таки на философской основе (Юм и др.) - [см.: 6, с. 80].

Разные детерминистические понятия можно рассматривать всоотношении перехода (исторически, логически). Так, охватывает , ,, и есть более общее понятие, чем . Можно полагать, что в общую причину каждого детерминированного события входит прямо или косвенно все прошлое Вселенной. При этом можно отметить неудовлетворительность и а также ограниченную значимость .Если какая-либо концепция()не находит подтверждения, то научная мысль обнаруживает тенденцию к другому, более общему взгляду ().

.2 Возможность изменения физического детерминизма

детерминизм причинность квантовый механика

Существующие концепции () периодически подвергаются изменению или переформулировке ()с тем, чтобы они отвечали новым ситуациям. Так, наряду с упомянутыми уже детерминистическими понятиями можно наметить еще некоторые, а именно:

 - совокупность динамических и количественных законов;

- функция Грина о распространении сигнала из одной точки вдругую;

- плюралистическое (дистрибутивное) понятие, согласно которому есть события, вызванные только ограниченной частью прошлого Вселенной. Нагель, например, определяет детерминизм как зависимость изменения в состоянии систем от их внутренней структуры, внешних условий и начального состояния;

 - задача Коши, или теорема математической теории гиперболических дифференциальных уравнений об однозначной связи значений функции движения и ее производной от их значений в некий начальный момент. Отметим, что, говоря о несостоятельности детерминизма, Гейзенберг имеет в виду это понятие (закон причинности), а именно что будущее состояние может быть вычислено на основе нынешнего;

- однозначная зависимость (в теории поля) величин состояния (обладающих физическим смыслом) от их значений в первоначальный момент при условии использования так называемых собственных координат;

- крайний вариант лапласовского детерминизма - для конечной Вселенной, т.е. при крайнем числе материальных точек (или системе уравнений);

- ослабленная версия детерминизма, в смысле отсутствия жесткой связи последовательных состояний.

Названные до сих пор понятия сформировались независимо (исторически или логически) от квантовой механики. С ее возникновением предлагаются новые понятие и дефиниции или же подчеркиваются некоторые существующие, причем одни из них - с целью ослабления позиций детерминизма (и его опровержения), другие - с противоположной целью. Здесь можно отметить следующие понятия:

 - тезис о существовании (физических) законов, соответственно, как исключение событий, не подчиняющихся каким-нибудь законам (Витгенштейн, Шлик, Рассел) - [см.: 7, с. 555];

 - вероятностный детерминизм;

 - предсказуемость, принципиальная предсказуемость или возможность предсказания (Борн, Бриллюэн, Поппер и др.);

- приблизительное предсказание;

- последовательность конвергентных описаний, которые сходятся к предельному описанию таким образом, что вероятности, соответствующие этим описаниям, стремятся к достоверности;

 - объективная детерминированность (независимо от ее познаваемости);

 -детерминизм, относящийся к потенциально возможному;

- детерминизм в познании.

Во всех этих концепциях подразумевают замкнутые системы. Каждое понятие имеет свою область значимости. Как правило, новые понятия применимы к более широкой области и ведут к ограничению значимости старых. Большинство упомянутых концепций можно систематизировать, с одной стороны, по признакам однозначной или статистической зависимости, кинематического или динамического описания, а с другой - как относящиеся к отдельным системам или физическому миру, допускающие непосредственное действие или действие на расстоянии и т. д. с соответствующими разновидностями - [см.: 6, с. 83 - 84].

Ряд авторов возражают против отождествления детерминизма с предсказуемостью. Дефект понятий, и Dhсостоит в том, что они разрывают действительность и познание.имеет характер общего философского тезиса или постулата в духе априоризма, который не находитчастнонаучного подтверждения.  является весьма общим, и его следует конкретизировать. В результате можно считать, что ,,  отпадают, а в концепции детерминизма предполагаются ,,а также Dgи .В качествеопределения детерминизма можно принять, что в общем случае состояние физических систем зависит (однозначно) от их начального состояния и способа описания процессов. Кроме того, целесообразно различать детерминизм и причинность. Детерминизм следует отнести к определенному типу изменений физических объектов но времени, который, как правило, причинно обусловлен, по может быть и беспричинным (инерциальное движение) или рассматриваться независимо от причин (кинематически). Иначе говоря, существуют случаи детерминированных, но беспричинных процессов (соответственно, описаний) и обратные случаи причинно обусловленных, но недетерминированнных (случайных) явлений, т. е. детерминизм и причинность - это перекрещивающиеся понятия. Тогда концепции, согласно которым детерминизм и причинность совпадают или же одно из них является более общим, можно рассматривать как результат абсолютизации аспектов (частичного) совпадения или (частичного) несовпадения между ними.