В классической физике система понимается как совокупность каких-то частей, связанных между собой определенным образом. Эти части (элементы) системы могут воздействовать друг на друга, и предполагается, что их взаимовоздействие всегда может оцениваться с позиций причинно-следственных отношений между взаимодействующими элементами системы.
Философское учение об объективности закономерной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений материального и духовного мира называют детерминизмом. Центральным понятием детерминизма является положение о существовании причинности; причинность имеет место, когда одно явление порождает другое явление (следствие).
Классическая физика стоит на позициях жесткого детерминизма, который называют лапласовским, – именно Пьер Симон Лаплас провозгласил принцип причинности как фундаментальный закон природы. Лаплас считал, что если известно расположение элементов (каких-то тел) системы и действующие в ней силы, то можно с полной достоверностью предсказать, как будет двигаться каждое тело этой системы сейчас и в будущем. Он писал: «Мы должны рассматривать существующее состояние Вселенной как следствие предыдущего состояния и как причину последующего. Ум, который в данный момент знал бы все силы, действующие в природе, и относительное положение всех составляющих ее сущностей, если бы он еще был столь обширен, чтобы ввести в расчет все эти данные, охватил бы одной и той же формулой движения крупнейших тел Вселенной и легчайших атомов. Ничто не было бы для него недостоверным, и будущее, как и прошедшее, стояло бы перед его глазами». Традиционно это гипотетическое существо, которое могло бы (по Лапласу) предсказать развитие Вселенной, в науке называют «демоном Лапласа».
В классический период развития естествознания утверждается представление о том, что только динамические законы полностью характеризуют причинность в природе.
Лаплас пытался объяснить весь мир, в том числе физиологические, психологические, социальные явления с точки зрения механистического детерминизма, который он рассматривал как методологический принцип построения всякой науки. Образец формы научного познания Лаплас видел в небесной механике. Таким образом, лапласовский детерминизм отрицает объективную природу случайности, понятие вероятности события.
Дальнейшее развитие естествознания привело к новым представлениям причинности и следствия. Для некоторых природных процессов трудно определить причину – например, радиоактивный распад происходит случайно. Нельзя однозначно связать время «вылета» α– или β-частицы из ядра и значение ее энергии. Подобные процессы объективно случайны. Особенно много таких примеров в биологии. В нынешнем естествознании современный детерминизм предлагает разнообразные, объективно существующие формы взаимосвязи процессов и явлений, многие из которых выражаются в виде соотношений, не имеющих выраженных причинных связей, то есть не содержащих в себе моментов порождения одного другим. Это и пространственно-временные связи, отношения симметрии и определенных функциональных зависимостей, вероятностные соотношения и т. д. Однако все формы реальных взаимодействий явлений образуются на основе всеобщей действующей причинности, вне которой не существует ни одного явления действительности, в том числе и так называемых случайных явлений, в совокупности которых проявляются статические законы.
Наука продолжает развиваться, обогащается новыми концепциями, законами, принципами, что свидетельствует об ограниченности лапласовского детерминизма. Однако классическая физика, в частности классическая механика, имеет и сегодня свою нишу применения. Ее законы вполне применимы для относительно медленных движений, скорость которых значительно меньше скорости света. Значение классической физики в современный период хорошо определил один из создателей квантовой механики Нильс Бор: «Как бы далеко ни выходили явления за рамки классического физического объяснения, все опытные данные должны описываться при помощи классических понятий. Обоснование этого состоит просто в констатации точного значения слова «эксперимент». Словом «эксперимент» мы указываем на такую ситуацию, когда мы можем сообщать другим, что именно мы сделали и что именно мы узнали. Поэтому экспериментальная установка и результаты наблюдений должны описываться однозначным образом на языке классической физики».
Что же дают законы классической механики? Если мы будем знать все силы, действующие между частицами, из которых состоит наш мир, и каким-то образом сумеем узнать состояние мира (всех частиц) в настоящее время, то, пользуясь математикой, сможем предсказать будущее в любой последующий момент времени и восстановить прошлое, как бы далеко назад мы ни обратились.
Конечно, задача эта непосильна для человека. Во-первых, число частиц в мире огромно. По существующим оценкам, только число частиц в наблюдаемой нами части Вселенной превосходит по крайней мере значение 10 75 (число действительно астрономическое). Во-вторых, мы еще недостаточно точно знаем силы, действующие между различными частицами. Важно, однако, что возможность точного предсказания будущего и изучения прошлого принципиально существует и может быть реализована если не человеческим, то, возможно, более высшим разумом.
Такая постановка задачи характерна для механистического , или лапласовского , детерминизма (по имени французского ученого Пьера Симона Лапласа, сформулировавшего этот принцип в начале XIX в.). Лаплас писал: «Мы должны рассматривать современное состояние Вселенной как результат ее предшествующего состояния и причину последующего. Разум, который для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное расположение ее составных частей, если бы он, кроме того, был достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, обнял бы в единой формуле движения самых огромных тел во Вселенной и самого легкого атома; для него не было бы ничего неясного, и будущее, как и прошлое, было бы у него перед глазами». Этот гипотетический разум иногда называют «Демоном Лапласа».
Концепция лапласовского детерминизма могла служить (и, возможно, служила) для естественно-научного оправдания философской концепции фатализма. Фатализм утверждает, что все будущее любого человека полностью предопределено и не зависит от его действий. Согласно ей свободы выбора у человека нет, он идет по заранее предначертанной для него дороге. Фатализм фактически оправдывает любые действия или бездействие человека, от человека как индивидуума ничего не зависит. Как бы нелепо это ни выглядело, но это логически следовало из законов классической механики.
Последующее развитие физики привело к тому, что наряду с частицами необходимо рассматривать в качестве одной из составляющих материи фундаментальные поля. К концу XIX в. было известно два таких поля - гравитационное и электромагнитное . Однако уравнения для этих полей были столь же детерминистичны, как и уравнения, следующие из законов Ньютона. Это означает, что знание полей в некоторый момент времени позволяло в принципе определить, какими были поля в прошлом, и предсказать, какими они будут в будущем. Таким образом, лапласовский детерминизм оставался справедливым и с учетом существования полей.
Классическая физика, включающая механику и электродинамику, приводит к уравнениям, дающим принципиальную возможность по существующему состоянию мира сколь угодно точно определить, каким было прошлое нашего мира, и сколь угодно точно предсказать, каким будет будущее нашего мира в любой последующий момент времени. Это положение носит название «концепция лапласовского детерминизма».
Пьер-Симон Лаплас изучая уравнения, описывающие движения планет, пришёл к выводу, чтоесли заданы начальные условия (координаты и импульсы всех частиц системы), действующие на систему и в системе силы, то теоретически можно описать движение системы неограниченно, в прошлое и будущее.
До этого, и после открытие первого закона движения Исааком Ньютоном … ещё казалось, что Бог необходим, чтобы пустить в ход весь механизм; планеты, согласно Ньютону, первоначально были приведены в движение рукой Бога. Но когда Бог привёл в движение планеты и установил закон тяготения, всё пошло само собой, без дальнейшей необходимости в божественном вмешательстве. Когда же Лаплас предположил, что те же самые силы, которые действуют сейчас, возможно, явились причиной возникновения планет, которые выделились под действием этих сил из Солнца, роль Бога в развитии природы уменьшилась ещё больше. Он мог оставаться творцом, но даже это было сомнительно, поскольку не было ясно, имел ли мир начало во времени. Хотя большинство учёных являли собой пример набожности, однако воззрение, которое складывалось под влиянием их научной деятельности, представляло собой угрозу для религии, и совершенно естественно, что теологи были встревожены.
Бертран Рассел, История западной философии и ее связи с политическими и социальными условиями от Античности до наших дней, М., Академический Проект, 2006 г., с. 649-650.
Сам учёный выразил это так:
Мы должны рассматривать современное состояние вселенной, как результат её предшествовавшего состояния и причину последующего. Разум, который для какого-то данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное расположение её составных частей, если бы он, кроме того, был достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, обнял бы в единой формуле движения самых огромных тел во Вселенной и самого лёгкого атома; для него не было бы ничего неясного, и будущее, как и прошлое, было бы у него перед глазами... Кривая, описываемая молекулой воздуха или пара, управляется столь же строго и определённо, как и планетные орбиты: между ними лишь та разница, что налагается нашим неведением.
МГТУ им. Баумана
Доклад по философии:
Студента группы XX-XX Рулина
Преподаватель: Седов Анатолий Борисович
Москва 2003
I. Введение………………………………………………..3
II. Лаплас и его терория полного детерминизма……3
1. Краткая биография П.С. Лапласа………………..3
2. Физическая основа идей лапласовского
детерминизма………………………………………….6
3. Астрономическая основа идей
лапласовского детерминизма……………………….7
4. Философская основа идей лапласовского
детерминизма…………………………………………. 8
детерминизма…………………………………………..9
6. Следствия из теории полного детерминизма
Лапласа…………………………………………………10
7. Критика теории полного детерминизма
Лапласа…………………………………………………12
III. Заключение………………………………………….14
IV. Литература………………………………………….16
Введение
Лаплас был физиком и практически не занимался философией и тем не менее его вклад в философию очень существенен, может быть даже более существенен, чем некоторых философов и вот почему. В философии существует такая категория вопросов, которые, будучи один раз поставленными, в дальнейшем, не смотря на то, что на них не был дан ясный и окончательный ответ, который притом бы признавался всеми философскими течениями, служат краеугольными камнями всего последующего развития философской мысли. Таким вопросом был, например, вопрос о том, что первично: материя или дух. Таким же важным вопросом философии является и такой вопрос, который поставил французский физик Пьер Симон Лаплас, о том, всё ли в мире предопределенно предыдущим состоянием мира, либо же причина может вызвать несколько следствий. Как и предполагается философской традицией сам Лаплас в своей книге «Изложение системы мира» не задавал никаких вопросов, а сказал уже готовый ответ о том, что да, всё в мире предопределенно, однако как часто и случается в философии предложенная Лапласом картина мира не убедила всех и тем самым его ответ породил дискуссию вокруг того вопроса, которая продолжается и по сей день.
Несмотря на мнение некоторых философов от том, что квантовая механика разрешила данный вопрос в пользу вероятностного подхода, тем не менее, теория Лапласа о полной предопределенности или как её иначе называют теория лапласовского детерминизма обсуждаема и сегодня. Достаточно ввести в поисковую машину интернета слова «детерминизм Лапласа», чтобы убедится в этом. Ещё одним примечательным фактом я столкнулся во время поисков первоисточника, то есть той части трудов Лапласа, где он затрагивал данную проблему. Однако везде попадались лишь цитаты его высказываний размером в полстраницы. Когда же источник был найден, оказалось что у самого Лапласа на эту тему написано немногим больше. Однако, тем не менее на одной странице он смог раскрыть всю суть проблемы лучше, чем это сделали бы философы в своих многостраничных трактатах. Хотя если быть справедливым философы часто бывают многословные из за того что им необходимо показать, что свои измышления они взяли не из воздуха, а из строгих логических выводов из постулатов которые базируются на работах предыдущих философов или, в крайнем случае, сами по себе являются достаточно очевидными и никем не оспариваются. Но что непростительно философу, что простительно физику, поэтому в данной работе, прежде чем рассмотреть суть и анализ теории Лапласа мы постараемся рассмотреть те исходные посылки, которыми руководствовался Лаплас для вывода своей теории.
Краткая биография П.С. Лапласа
Понимание того, как Лаплас пришёл к своим выводам невозможно без знания его жизненного пути и обстановки, в которой формировались его взгляды.
Родился Пьер Симон Лаплас 23 марта 1749 г. в семье небогатого фермера в местечке Бомон-ан-Ож в Нижней Нормандии.О детстве и юности Лапласа известно мало. Помещик, у которого его отец арендовал землю, покровительствовал смышлёному мальчику и дал ему возможность учиться в колледже монахов-бенедиктинцев в Бомон-ан-Ож, получив светское образование.Лаплас проявил блестящие способности к языкам, математике, литературе, богословию. Ещё учась в колледже, он получил место преподавателя в военной школе Бомона, где преподавал элементарную математику.
Окончив колледж, Лаплас поступил в университет в городе Кан и готовился там к карьере священника. Лаплас самостоятельно изучал труды Исаака Ньютона и математические работы Леонарда Эйлера, Алексиса Клеро, Жозефа Луи Лагранжа и Жана Лерона Д"Аламбера. Уже тогда Лапласа увлекала, с одной стороны строгая и определённая физика Ньютона, а с другой стороны теория вероятностей, изучающая все проблемы вроде бы с противоположной позиции позиции неопределённости. Поэтому не случайно первая научная работа Лапласа была связана с математической теорией азартных игр. Для нахождения средних значений случайных величин он предложил “метод наименьших квадратов” (ищется величина, сумма квадратов отклонений от которой минимальна). Метод этот стал одним из важнейших инструментов теоретического естествознания.
Лаплас стал убеждённым последователем Ньютона и поставил перед собой задачу объяснить движение планет, их спутников, комет, океанские приливы на Земле и сложное движение Луны, пользуясь только принципом тяготения Ньютона. Своё убеждение он хотел подтвердить конкретными расчётами. Лаплас отказался от карьеры священника и решил посвятить свою жизнь теоретической астрономии. Осенью 1770 г. Лаплас переехал в Париж. Благодаря поддержке известного ученого Д.Аламбера, Лаплас стал профессором математики в Королевской военной школе в Париже. В 1773 году Лаплас был избран в Парижскую академию наук как адъюнкт-механик. В том же году была опубликована его фундаментальная работа “О принципе всемирного тяготения и о вековых неравенствах планет, которые от него зависят”.Лаплас, усовершенствовав теорию Лагранжа, показал, что неравенства планет должны быть периодическими. Последующие работы Лагранжа и самого Лапласа подтвердили их расчёты. Периоды всех планет почти соизмеримы с периодом обращения Юпитера, поэтому их движения сложны и только в первом приближении могут быть описаны законами Кеплера. Лаплас же обнаружил, что сложное движение планет и комет вызвано именно близостью Солнечной системы к гармоничному состоянию.
В работах 17781785 гг. Лаплас продолжал совершенствовать теорию возмущений. Её он использовал для анализа движения комет. В 1789 г. Лаплас построил теорию движения спутников Юпитера. Она очень хорошо согласовалась с наблюдениями, и её использовали для предсказания движения этих спутников.
В 1796 году Пьер Симон написал замечательную книгу “Изложение системы мира”. В ней он собрал все основные астрономические знания XVIII столетия, не используя ни одной формулы. В ней Лаплас кроме своего теории детерминизма, о которой речь пойдёт ниже, представил также свою гипотезу происхождения Солнечной системы, которая вскоре стала знаменитой.
Лаплас предположил, что Солнечная система рождена из горячей газовой туманности, окружавшей молодое Солнце. Постепенно туманность остыла и под действием тяготения начала сжиматься. С уменьшением её размеров она вращалась всё быстрее. Из-за быстрого вращения центробежные силы стали сравнимыми с силой тяготения, и туманность сплющилась, превратилась в околосолнечный диск, который начал разбиваться на кольца. Чем ближе к Солнцу было кольцо, тем быстрее оно вращалось. Вещество каждого кольца постепенно остыло. Так как вещество в кольце не было распределено однородно, отдельные его сгустки благодаря тяготению начали сжиматься и собираться вместе. В конце концов кольцо из сгустков превратилось в протопланету. Каждая протопланета вращалась вокруг оси, и в результате этого могли образоваться её спутники.
Гипотеза Лапласа просуществовала более ста лет. Физические эффекты “остывания” и “гравитационного сжатия”, которыми пользовался Лаплас, являются главными и в современных моделях образования Солнечной системы. В своей книге Лаплас, обсуждая свойства тяготения, приходит к выводу о том, что во Вселенной, возможно, есть настолько массивные тела, что свет не может их покинуть. Такие тела сейчас называют чёрными дырами.
В 1790 г. была учреждена Палата мер и весов. Президентом стал Лаплас. Здесь под его руководством создана современная метрическая система всех физических величин.В августе 1795 г. был учреждён Институт Франции, заменивший Академию. Лагранж избран председателем, а Лаплас вице-председателем физико-математической секции института. Лаплас начал работу над большим научным трактатом о движении тел в Солнечной системе. Он назвал его “Трактатом о небесной
Методы эмпирического и теоретического познания схематично представлены на рис.4.
Рис.4. Методы эмпирического и теоретического познания
Наблюдение - целенаправленное, организованное восприятие предметов и явлений. Научные наблюдения проводятся для сбора фактов, укрепляющих или опровергающих ту или иную гипотезу и являющихся основой для определенных теоретических обобщений.
Эксперимент - способ исследования, отличающийся от наблюдения активным характером. Это наблюдение в специальных контролируемых условиях.
Измерение - это материальный процесс сравнения какой-либо величины с эталоном, единицей измерения. Число, выражающее отношение измеряемой величины к эталону, называется числовым значением этой величины.
4. Механика ньютона. Детерминизм лапласа
Классическая механика Ньютона сыграла и играет до сих пор огромную роль в развитии естествознания. Она объясняет множество физических явлений и процессов в земных и внеземных условиях, составляет основу многих технических достижений. На ее фундаменте формировались естественнонаучные методы исследований в различных отраслях естествознания.
В 1667 г. Ньютон сформулировал три закона динамики - фундаментальные законы классической механики.
Первый закон Ньютона: всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит ее изменить это состояние.
Для количественной формулировки второго закона динамики вводятся понятия ускорения а, массы тела т и силыF.Ускорение характеризует быстроту изменения скорости движения тела.Масса - одна из основных характеристик материальных объектов, определяющая их инерционные(инертная масса) и гравитационные(тяжелая, илигравитационная, масса) свойства.Сила - это векторная величина, мера механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры.
Второй закон Ньютона:
ускорение,
приобретаемое материальной точкой
(телом), пропорционально вызывающей его
силе и обратно пропорционально массе
материальной точки (тела):
.
Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета. Первый закон Ньютона можно получить из второго. Действительно, в случае равенства нулю равнодействующих сил (при отсутствии воздействия на тело со стороны других тел) ускорение также равно нулю. Однако первый закон Ньютона рассматривается как самостоятельный закон, а не как следствие второго закона, поскольку именно он утверждает существование инерциальных систем отсчета.
Взаимодействие между материальными
точками (телами) определяется третьим
законом Ньютона:
всякое действие
материальных точек (тел) друг на друга
носит характер взаимодействия; силы, с
которыми действуют друг на друга
материальные точки, всегда равны по
модулю, противоположно направлены и
действуют вдоль прямой, соединяющей
эти точки:
.
Здесь F 12 - сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй;F 21 - сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой. Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы. Третий закон Ньютона позволяет осуществить переход от динамики отдельной материальной точки к динамике системы материальных точек, характеризующихся парным взаимодействием.
Четвертый закон , сформулированный Ньютоном – это закон всемирного тяготения.
Логическая цепочка этого открытия может быть выстроена следующим образом. Размышляя о движении Луны, Ньютон сделал вывод, что она на орбите удерживается той же силой, под действием которой камень падает на землю, т.е. силой тяготения: «Луна тяготеет к Земле и силою тяготения постоянно отклоняется от прямолинейного движения и удерживается на своей орбите». Используя формулу своего современника Гюйгенса для центростремительного ускорения и астрономические данные, он нашел, что центростремительное ускорение Луны в 3600 раз меньше ускорения падения камня на Землю. Поскольку расстояние от центра Земли до центра Луны в 60 раз больше радиуса Земли, то можно предположить, что сила тяготения убывает пропорционально квадрату расстояния. Затем, на основе законов Кеплера, описывающих движение планет, Ньютон распространяет этот вывод на все планеты. («Силы, которыми главные планеты отклоняются от прямолинейного движения и удерживаются на своих орбитах, направлены к Солнцу и обратно пропорциональны квадратам расстояний до центра его »).
Наконец, высказав положение о всеобщем характере сил тяготения и одинаковой их природе на всех планетах, показав, что «вес тела на всякой планете пропорционален массе этой планеты», установив экспериментально пропорциональность массы тела и его веса (силы тяжести), Ньютон делает вывод, что сила тяготения между телами пропорциональна массе этих тел. Так был установлен знаменитый закон всемирного тяготения, который записывается в виде:
,
где γ - гравитационная постоянная, впервые определенная экспериментально в 1798 г. Г. Кавендишем. По современным данным γ = 6,67*10 -11 Н×м 2 /кг 2 .
Важно отметить, что в законе всемирного тяготения масса выступает в качестве меры гравитации , т.е. определяет силу тяготения между материальными телами.
Законы Ньютона позволяют решить многие задачи механики - от простых до сложных. Спектр таких задач значительно расширился после разработки Ньютоном и его последователями нового для того времени математического аппарата - дифференциального и интегрального исчисления, широко применяемого в настоящее время для решения различных задач естествознания.
Классическая механика и лапласовский детерминизм. Причинное объяснение многих физических явлений в концеXVIII- началеXIXв. привело к абсолютизации классической механики. Возникло философское учение -механистический детерминизм, - основанное П. Лапласом, французским математиком, физиком и философом.Лапласовский детерминизм выражает идеюабсолютного детерминизма - уверенность в том, что все происходящее имеет причину в человеческом понятии и есть познанная и еще непознанная разумом необходимость. Суть его можно понять из высказывания Лапласа: «Современные события имеют с событиями предшествующими связь, основанную на очевидном принципе, что никакой предмет не может начать быть без причины, которая его произвела... Воля, сколь угодно свободная, не может без определенного мотива породить действия, даже такие, которые считаются нейтральными... Мы должны рассматривать современное состояние Вселенной как результат ее предшествующего состояния и причину последующего. Разум, который для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное расположение ее составных частей, если бы он, кроме того, был достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, обнял бы в единой формуле движения самых огромных тел во Вселенной и самого легкого атома; для него не было бы ничего неясного, и будущее, как и прошлое, было бы у него перед глазами... Кривая, описываемая молекулой воздуха или пара, управляется столь же строго и определенно, как и планетные орбиты: между ними лишь та разница, что налагается нашим неведением». С этими словами перекликается убеждение А. Пуанкаре: «Наука детерминистична, она является таковойapriori[изначально], она постулирует детерминизм, так как она без него не могла бы существовать. Она является таковой и аposteriori[из опыта]: если она постулировала его с самого начала как необходимое условие своего существования, то она затем строго доказывает его своим существованием, и каждая из ее побед является победой детерминизма».
Дальнейшее развитие физики показало, что для некоторых природных процессов трудно определить причину. Например, радиоактивный распад происходит случайно. Подобные процессы объективно случайны, а не потому, что мы не можем указать их причину из-за недостатка наших знаний. И наука при этом не перестала развиваться, а обогатилась новыми законами, принципами и концепциями, что свидетельствует об ограниченности классического принципа - лапласовского детерминизма. Абсолютно точное описание всего прошедшего и предсказание будущего для колоссального разнообразия материальных объектов, явлений и процессов - задача сложная и лишенная объективной необходимости. Даже для самого простейшего объекта - материальной точки - из-за конечной точности измерительных приборов абсолютно точное предсказание также нереально.
