Статистические и динамические закономерности в природе (стр. 1 из 5)

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский Государственный Университет

Кафедра физической химии

Реферат

по курсу: Концепции современного естествознания

на тему:

«Статистические и динамические закономерности в природе»

Челябинск 2007
Аннотация

В первой главе рассмотрен детерминизм процессов природы. Во второй главе рассмотрены фундаментальные физические законы. В третье главе рассмотрены динамические и статистические законы, их взаимосвязь.

Содержание

Введение……………………………………………………………...…4

Глава 1. Детерминизм процессов природы……………………...…6

Глава 2. Фундаментальные физические законы……………………...…8

2.1. Законы сохранения физических величин…………………..…8

2.2. Закон сохранения массы……………………………………..…10

2.3. Закон сохранения импульса……………………………………12

2.4. Закон сохранения заряда…………………………………….…13

2.5. Закон сохранения энергии в механических процессах……...14

Глава 3. Динамические и статистические законы……………...…16

3.1. Особенности описания состояний в статистических теория..…………………………………………………………………17

3.2 Энтропия………………………………………………………..…20

3.3. Взаимосвязь динамических и статистических закономерностей…………………………………………………...…22

Заключение……………………………………………………………26

Список литературы………………………………………………..…28

Введение

В классической науке статистические законы не призна­вали подлинными законами, так как ученые в прошлом пред­полагали, что за ними должны стоять такие же универсаль­ные законы, как закон всемирного тяготения Ньютона, ко­торый считался образцом детерминистического закона, поскольку он обеспечивает точные и достоверные предска­зания приливов и отливов, солнечных и лунных затмений и Других явлений природы. Статистические же законы при­давались в качестве удобных вспомогательных средств исследования, дающих возможность представить в компактной удобной форме всю имеющуюся информацию о каком-либо предмете исследования. Подлинными законами считались именно детерминистические законы, обеспечивающие точ­ные и достоверные предсказания. Эта терминология сохра­нилась до настоящего времени, когда статистические, или вероятностные, законы квалифицируются как индетермини­стические, с чем вряд ли можно согласиться.

Отношение к статистическим законам принципиально изменилось после открытия законов квантовой механики предсказания которых имеют существенно вероятностный характер.

В динамических теориях явления природы подчиняются однозначным (динамическим) закономерностям, а статисти­ческие теории основаны на объяснении процессов вероятнос­тными (статистическими) закономерностями. К динамическим теориям относятся классическая механика (создана в XVII— XVIII вв.), механика сплошных сред, т. е. гидродинамика (XVIII в.), теория упругости (начало XIX в.), классическая термодинамика (XIX в.), электродинамика (XIX в.), специ­альная и общая теория относительности (начало XX в). К ста­тистическим теориям относятся статистическая механика (вто­рая половина XIX в.), микроскопическая электродинамика (начало XX в.), квантовая механика (первая треть XX в.). Таким образом, XIX столетие получается столетием дина­мических теорий; XX столетие — столетием статистичес­ких теорий. Значит, динамические теории соответствовали первому этапу в процессе познания природы человеком, тог­да как на следующем этапе главную роль стали играть ста­тистические теории.

Глава 1. Детерминизм процессов природы

Детерминизм в современной науке определяется как уче­ние о всеобщей, закономерной связи явлений и процессов окружающего мира. Наличие таких связей является доказа­тельством материального единства мира и существования в мире общих закономерностей. Очень часто детерминизм отож­дествляется с причинностью, но такой взгляд нельзя счи­тать правильным хотя бы потому, что причинность выступа­ет как одна из форм проявления детерминизма.

Законы, с которыми имеет дело классическая механика, имеют универсальный характер, т. е. они относятся ко всем без исключения изучаемым объектам природы. Отличитель­ная особенность такого рода законов состоит в том, что пред­сказания, полученные на их основе, имеют достоверный и однозначный характер. Наиболее ярко они проявились после того, как на основе закона всемирного тяготения, изложен­ного И. Ньютоном в 1671 г. в "Математических началах нату­ральной философии", и законов механики возникла небесная механика.

В современной концепции детерминизма органически со­четаются необходимость и случайность. Признание самостоятельности статистических, или вероятностных, законов, ото­бражающих существование случайных событий в мире, до­полняет прежнюю картину строго детерминистического мира. В результате в новой современной картине мира необходи­мость и случайность выступают как взаимосвязанные и до­полняющие друг друга аспекты объяснения окружающего мира.

Рассматривая проблему соотношения между динамичес­кими и статистическими закономерностями, современная на­ука исходит из концепции примата статистических законо­мерностей. Не только динамические, но и статистические законы выражают объективные причинно-следственные связи. Более того, именно статистические закономерности явля­ются фундаментальными, более глубокими по сравнению с динамическими закономерностями, они ярче выражают ука­занные связи.

Современную концепцию детерминизма можно сформу­лировать следующим образом: динамические законы пред­ставляют собой первый, низший этап в процессе познания окружающего мира; статистические же законы более со­вершенно отображают объективные связи в природе: они являются следующим, более высоким этапом познания.

В качестве примера динамических законов можно назвать закон Ома, выражающий зависимость сопротивления от его состава, площади поперечного сечения и длины. Этот закон охватывает множество различных проводников и действует в каждом отдельном проводнике, входящем в это множество.

Статистический характер имеет, например, взаимосвязь изменений давления газа и его объема при постоянной темпе­ратуре, выявленная Бойлем и Мариоттом. Данная закономер­ность имеет место лишь в массе хаотически перемещающих­ся молекул, составляющих тот или иной объем газа. Статисти­ческими являются законы квантовой механики, касающиеся Движения микрочастиц; они не в состоянии, определить дви­жение каждой отдельной частицы, но определяют движе­ние группы, того или иного множества.

В отличие от динамических законов, статистические за­коны не позволяют точно предсказать наступление или не­наступление того или иного конкретного явления, направ­ление и характер изменения тех или иных его характерис­тик. На основе статистических закономерностей можно определить лишь степень вероятности возникновения или изменения соответствующего явления. Динамические теории не противостоят статистическим, а включаются в рамки пос­ледних как предельный случай. Это хорошо видно на приме­ре классической механики, которую можно рассматривать как предельный случай квантовой механики.

Таким образом, согласно современной научной концеп­ции, можно говорить о всеобщности, универсальности веро­ятностного подхода. Это означает, в частности, что деление фундаментальных теорий на динамические и статистичес­кие является, строго говоря, условным. Фактически все фундаментальные теории должны рассматриваться как ста­тистические. Например, классическую механику с полным основанием следует считать статистической теорией, так как лежащий в ее основе принцип наименьшего действия имеет вероятностную природу, потому что, согласно принципу ми­нимума энергии, состояние с наименьшей энергией оказыва­ется наиболее вероятным.

Методологические вопросы современной физики органи­чески связаны с вопросами материалистической диалектики. Развитие современной физики основано на диалектике не­обходимого и случайного, сохранения и изменения, единич­ного и общего и т. д. Современная физика пришла к выводу о фундаментальности вероятностных закономерностей. Наука рассматривает два основных типа причинно-следственных связей и соответственно два типа закономерностей — дина­мические и статистические. Изучение истории возникнове­ния фундаментальных физических теорий позволяет сделать вывод, что динамические теории соответствовали первому этапу в процессе познания природы человеком, тогда как на следующем этапе главную роль стали играть статистически теории. Наиболее ярко сочетание этих концепций детерми­низма в познании природных явлений проявилось при изуче­нии термодинамических процессов и явлений, Рассмотрим основные концепции этих методов в применении к термоди­намике.

Глава 2. Фундаментальные физические законы

2.1. Законы сохранения физических величин

Законы сохранения физических величин — это утвер­ждения, согласно которым численные значения этих ве­личин не меняются со временем в любых процессах или классах процессов. Фактически во многих случаях за­коны сохранения просто вытекают из принципов сим­метрии.

Идея сохранения появилась сначала как чисто фило­софская догадка о наличии неизменного (стабильного) в вечно меняющемся мире. Еще античные философы-ма­териалисты пришли к понятию материи как неуничто­жимой и несотворимой основы всего сущего. С другой стороны, наблюдение постоянных изменений в природе приводило к представлению о вечном движении мате­рии как важном ее свойстве. С появлением математичес­кой формулировки механики на этой основе появились законы сохранения.