Законы природы. Основные принципы современного естествознания

В наше время стало модой говорить о законах природы и общества. Применительно к природе это, строго говоря, неверно. Природа не знает законов. Это мы придумываем их, пытаясь хотя бы как–то систематизировать происходящее. Термин “закон природы” следует понимать в том смысле, что природные явления повторяемы и, следовательно, предсказуемы. Как бы-то ни было, повторяемость природных явлений дает возможность науке формулировать законы, которые принято называть законами природы. В их исследовании человечество руководствуется некоторыми чрезвычайно общими принципами, облегчающими процесс изучения природных явлений.

Одним из наиболее общих естественнонаучных принципов является принцип причинности, утверждающий, что одно природное явление порождает другое являясь его причиной.

Существование цепочки причинно–следственных связей позволяет иногда сделать выводы весьма общего характера. Так опираясь только на непрерывность цепочки причин и следствий, немецкий судовой врач Роберт Майер сумел сформулировать закон сохранения и превращения энергии, являющийся фундаментальным законом современного естествознания.

Обратите внимание на то, что вопрос “почему” строго говоря неправомерен. Мы не знаем и, по видимому, никогда не узнаем конечной причины ни одного природного явления. Правильнее было бы спрашивать “как”. Какой закономерностью описывается данное явление?

Наука в своем развитии работает над выявлением все более и более глубоких причин природных явлений. Этот процесс дает теологам основание утверждать, что в конечном итоге научный процесс должен привести к определению конечной причины т.е. Бога и в этом пункте наука и религия сольются.

Другим весьма общим принципом является принцип Кюри. Он назван по имени того самого Пьера Кюри, который вместе со своей женой Марией Склодовской–Кюри открыл химический элемент радий. Кроме этого Пьер Кюри за свою недолгую жизнь сделал еще довольно много научных открытий. По-видимому, важнейшим из них является принцип Кюри.

Представьте себе некоторое качество А. Например, электрический заряд или, скажем рыжий цвет волос или еще какое-нибудь качество. Вряд ли оно будет равномерно распределено в пространстве. Вероятнее всего в пространстве будет существовать градиент этого качества, т.е. будет существовать такое направление l, что

.

Принцип Кюри утверждает, что если существует градиент некоторого качества А, то неизбежно возникнет перенос этого качества в сторону его недостачи, причем поток качества А, т.е. его количество переносимое через единичную площадку в единицу времени пропорционален величине этого градиента.

Представьте себе пространственное распределение товара под названием лавровый лист в нашей стране. Максимум его приходится, конечно же, на субтропические зоны Кавказа, а минимум его, что вполне естественно, приходится на районы крайнего севера. Налицо градиент лаврового листа. Согласно принципу Кюри существование такого градиента приведет к возникновению переноса лаврового листа с районов Кавказа на Север.

Существует огромное число эмпирических законов из области физической и химической кинетики от закона Ома и до классического уравнения диффузии, являющихся следствиями принципа Кюри. Мне кажется, что экономистам следует очень внимательно отнестись к этому принципу. Ясное его понимание позволит избежать массы ошибок.

Чрезвычайно продуктивным в научном отношении является принцип двойственности.Он основан на двойственной природе познания. Вы наверное уже обратили внимание на существование парных понятий совместно определяющих взаимоисключающие стороны целого. Выделение таких частей является существенной частью процесса познания.

Описывая что бы то ни было мы прибегаем к абстракции – выделению сторон изучаемого важных в данном отношении. Стороной явления называется то, что может присутствовать, а может и не присутствовать в этом явлении. Несущественные стороны обычно опускаются из рассмотрения. В дальнейшем, если выбранная абстракция оказывается плодотворной она замещает исходное представление о изучаемом явлении. При этом отброшенные стороны явления опускаются из рассмотрения даже если они являются весьма существенными.

Кто из вас скажет, что такое свет? В школе вам объяснили, что это электромагнитная волна. Это представление принято в классической парадигме и, в общем, неплохо описывает свойство света. Однако, как вы знаете, свет состоит из отдельных частиц – фотонов.. Без этого представления невозможно объяснить фотоэффект, эффект Комптона и многое другое. Так свет - это волна или поток частиц?

Принцип двойственностипредписывает нам при описании чего бы то ни было одновременно рассматривать две взаимоисключающие стороны. В зависимости от обстоятельств более существенной может оказаться одна из них. В других обстоятельствах важнее окажется другая. Если пытаясь решить какую-нибудь задачу вы встретились с непреодолимыми трудностями – попробуйте подход, основанный на альтернативных представлениях. Весьма вероятно, что он окажется удачным.

Принцип суперпозицииутверждает, что результат воздействия на материальную систему двух факторов может быть представлен в виде суперпозиции (наложения) воздействия каждого из этих факторов, действующих независимо друг от друга. В этом принципе неявно предполагается, что при наложении факторы не возмущают друг друга. Принцип обладает меньшей степенью общности чем принцип Кюри. Однако во многих случаях оказывается весьма полезным.

Принцип симметрииоснован на изначальных представлениях о однородности и изотропности пространства. Предполагает инвариантность природных процессов к преобразованиям симметрии. Основываясь на принципе симметрии Эмми Нетер показала, что основополагающие физические законы сохранения энергии и импульса (количества движения) являются следствием однородности и изотропности пространства.

Рис.3

Принцип симметрии использует интуитивное представление о полном равноправии правого и левого. Тем более удивительной должна показаться вам “левая” ориентированность живой при­­ро­ды. Вам, по-ви­ди­­мому, из­вестно, что мо­лекулы многих при­­родных соединений закручены наподобие пружины. Такую закрученную структуру имеет, например, сахар или, входящий в ваши организмы холестерин. Спиральную структуру имеют многие ферменты растительного и животного происхождения. Если получать такие соединения путем химического синтеза то в полном соответствии с принципом симметрии получается примерно одинаковое количество молекул, закрученных по правой (рис.3 a) и по левой (рис.3 b) спирали. Так вот, все живое на нашей планете состоит из молекул, закрученных по левой спирали. Обратите внимание, что и сердце у вас смещено влево, а не вправо. Почему это так науке еще предстоит выяснить. Пока же отметим, что принцип симметрии, сколь бы соблазнительно очевидным он ни выглядел, является весьма и весьма ограниченным.

Еще более ограниченным, хотя от того и не менее плодотворным является принцип подобия. Согласно этому принципу после известного преобразования уравнения, описывающие подобные системы, оказываются одинаковыми.

Возьмем к примеру так называемые малые колебания. Оказывается, что после некоторых математических преобразований колебание груза, подвешенного на ниточке и электрического тока в колебательном контуре могут быть описаны одним и тем же уравнением. Принцип подобия удается применить, увы, не всегда. Однако, если в процессе своей практической деятельности вы сумели обнаружить подобие между какими-то группами явлений – считайте, что успех вам обеспечен.

Согласно принципу относительности не существует абсолютного движения. А, следовательно, не существует и абсолютного пространства, абсолютного времени и т.п. Этот принцип подразумевает независимость природных процессов от того какую точку зрения занимает наблюдатель их описывающий. Был выдвинут Альбертом Эйнштейном, в качестве одной из основ частной теории относительности. Оспаривался многими учеными. В настоящее время прочно вошел в инертное ядро современной научной парадигмы.

Прямым следствием принципа относительности является принцип инвариантности законов природы к преобразованиям системы отсчета в которой они были сформулированы. Принцип инвариантности утверждает, что вид основных уравнений, описывающих природные явления, не зависит от преобразования координат и времени входящих в эти уравнения.

Вопросы к теме “Панорама современного естествознания”

1. Почему экономистам полезно знать концепции современного естествознания?

1.1. Они могут использовать концепции, созданные более устоявшимися науками в своей практической деятельности

1.2. Человек, усвоивший концепции современного естествознания становится гармонически развитым

1.3. Использование методов естественных наук, в первую очередь методов математической физики, позволяет решить большинство экономических задач

2.Что такое позитивизм?

2.1. Положительное направление в философии

2.2. Философская концепция, согласно которой задачи любой науки могут быть решены методами математической физики

2.3. Это концепция, согласно которой решение любой проблемы может быть проведено положительными методами

3. Можно ли независимо определить понятие общественного бытия?

3.1. Можно

3.2. Можно если делать это в рамках материалистической парадигмы

3.3. Нельзя

4. Что называется культурой?

4.1. Исторически определенный уровень развития общества, творческих сил и способностей человека, выраженный в типах организации жизни и деятельности людей, а также создаваемых ими материальных и духовных ценностей.

4.2. Способ поведения человека в обществе

4.3. Возделывание, в том числе личности человека

5. Что изучают гуманитарные науки?

5.1. Вопросы, касающиеся производственных отношений

5.2. Вопросы, касающиеся общественного сознания

5.3. Вопросы, касающиеся общественного бытия

6. Что изучают естественные науки?

6.1. Вопросы, касающиеся производственных отношений

6.2. Вопросы, касающиеся общественного сознания

6.3. Вопросы, касающиеся общественного бытия

7. Обладают ли все естественные науки одинаковой степенью общности?

7.1. Нет

7.2. Да

7.3. Да, в случае концептуального подхода

8. Почему математика обладает наибольшей общностью?

8.1. Потому, что любая наука должна считать

8.2. Математика - наука о соотношениях, а они присущи предметам изучения всех наук

8.3. Математика - наука о числах, а числа используют все остальные науки

9. Что является предметом изучения математики?

9.1. Числа и фигуры

9.2. Математические преобразования

9.3. Соотношения

10. Что является предметом изучения физики?

10.1. Движение

10.2. Природные явления

10.3. Физические явления

11. Что является предметом изучения химии?

11.1. Природные явления

11.2. Вещества и их превращения

11.3. Химические процессы

12. Что является предметом изучения биологии?

12.1. Природные явления

12.2. Биологические процессы

12.3. Явления в живой природе

13. Что такое пограничные научные дисциплины?

13.1. Дисциплины, предмет которых относится к нескольким наукам

13.2. Дисциплины, относящиеся к пограничным областям отдельной науки

13.3. Науки, обслуживающие границы

14. Что называется парадигмой?

14.1. Процесс застоя в науке

14.2. Принятая в научном сообществе концептуальная модель решения научных задач

14.3. Устойчивые научные концепции

15. Что называется научно-технической революцией?

15.1. Революция, относящаяся к области науки и техники

15.2. Скачкообразное изменение производственных отношений

15.3. Смена научной парадигмы, происходящая в короткое время

16. Почему в античном обществе отсутствовала научная парадигма?

16.1. Потому, что там не было научного сообщества

16.2. Потому, что там не было ученых

16.3. Потому, что там не решали научных задач

17. Парадигма невесомых существовала в

17.1. Древней Греции

17.2. В средние века

17.3. Только в Северной Ирландии

18. Представление о положительных и отрицательных электрических зарядах породила

18.1. Античная парадигма

18.2. Классическая парадигма

18.3. Парадигма невесомых

19. Понятие о электронном газе порождено

19.1. Классической парадигмой

19.2. Парадигмой невесомых

19.3. Античной парадигмой

20. Последняя научно-техническая революция произошла в

20.1. Юго-Восточной Англии

20.2. Начале нынешнего столетия

20.3. Средние века

21. Что называется опытом?

21.1. Предметная деятельность людей, направленная на решение практических задач

21.2. Проверка научных концепций

21.3. Предметная деятельность людей, направленная на решение научных задач

22. Что называется практикой?

22.1. Предметная деятельность людей, направленная на решение практических задач

21.1. Проверка технических концепций

21.2. Предметная деятельность людей, направленная на решение научных задач

23. Каков критерий истинности научного положения?

23.1. Логическая непротиворечивость

23.2. Подтверждение практикой

23.3. Подтверждение научным экспериментом

24. Феноменологическая теория является

24.1. Результатом обобщения научной гипотезы

24.2. Результатом статистической гипотезы

24.3. Результатом обобщения экспериментальных данных

25. Модельная теория основывается на

25.1. Результатах обобщения научной гипотезы

25.2. Результатах обобщения научных данных

25.3. Результатах статистической обработки экспериментальных данных

26. Опровержение феноменологической теории приводит к

26.1. Ее отрицанию

26.2. Ее усилению

26.3. Никак не отражается на судьбе гипотезы

27. Опровержение модельной теории приводит к

27.1 Ее отрицанию

27.2. Ее усилению

27.3. Никак не отражается на судьбе гипотезы

28. Что называется материальной системой?

28.1. Система, независящая от наших органов чувств

28.2. Объективная реальность данная нам в ощущениях

28.3. Относительно обособленная часть материального мира, имеющая свои внутренние законы существования и развития

29. Что называется движением?

29.1. Изменение положения тела с течением времени

29.2. Перемещение тела по данной траектории

29.3. изменение взаимного расположения частей материальной системы

30. Что называется развитием?

30.1. Изменение формы и размера материальной системы

30.2. Качественные изменения, происходящие в системе с течением времени

30.3. Прогресс или регресс системы

31.Является ли пространство (по Лейбницу) пустым?

31.1. Да

31.2. Да, если оно однородно

31.3. Нет

32. Что такое время (по Лейбницу)?

32.1. Способ упорядочения событий

32.2. Однородная и изотропная протяженность, позволяющая упорядочить события

32.3. Переменная, входящая в уравнения движения

33. Какая система называется однородной?

33.1. Система, состоящая из равноценных частей

33.2. Система, свойства которой не зависят от координат

33.3. Система, свойства которой не зависят от направления

34. Какая система называется изотропной?

34.1 Система, состоящая из равноценных частей

34.2 Система, свойства которой не зависят от координат

34.3. Система, свойства которой не зависят от направления

35. Однородное и изотропное пространство понадобилось Ньютону чтобы

35.1. Иметь возможность использовать геометрию Евклида

35.2. Движение тел можно было считать не встречающим сопротивления

35.3. Не вступать в полемику с Королевским обществом

36. Что называется макромиром?

36.1. Мир атомов. молекул и элементарных частиц

36.2. Мир макроскопических величин (звезд и галактик)

36.3. Мир, в котором мы живем

37. Что называется микромиром?

37.1. Мир частиц, видимых только под микроскопом (бактерий и вирусов)

37.2. Мир атомов. молекул и элементарных частиц

37.3. Мир коллоидных частиц (с размером не более 3 микрометров)

38. Что называется мега миром?

38.1. Мир звезд, планет и галактик

38.2. Мир мегаполисов

38.3. Мир в котором существует мегаплазма

39. Существуют ли законы природы?

39.1. Да

39.2. Нет

39.3. Да, если это неживая природа

40. Принцип причинности?

40.1. Говорят, что между двумя явлениями существует причинно-следственная связь, если существование одного из них. всегда влечет за собой существование второго

40.2. Причина всегда порождает следствие

40.3. Причина и следствие не могут происходить в одной и той же точке пространства-времени

41. Принцип Кюри?

41.1. Радиоактивный распад можно охарактеризовать периодом полураспада

41.2. Градиент какого-либо качества всегда порождает поток, компенсирующий этот градиент

41.3. Активность делящегося изотопа с течением времени убывает

42. Принцип двойственности?

42.1. Законы природы страдают двусмысленностью

42.2. Модельные расчеты требуют проверки как экспериментом, так и практикой

42.3. Всякое явление следует рассматривать исходя из двух альтернативных точек зрения

43. Что называется стороной явления?

43.1. Часть явления, которая может существовать, а может и не существовать

43.2. Одна из пограничных областей явления

43.3. Явление не предмет и сторон не имеет

44. В чем состоит абстракция?

44.1. В применении математических методов к решению данной задачи

44.2. Абстракция есть умение достичь сосредоточения на предмете, достигаемого психотренингом

44.3. В исключении из рассмотрения несущественных сторон рассматриваемого явления

45. В чем состоит принцип суперпозиции?

45.1. В возможности наложения сходных процессов без взаимного влияния этих процессов друг на друга

45.2. Во возможности взаимопроникновения электромагнитных волн, сопровождающейся их интерференцией

45.3. В особой позиции исследователя при рассмотрении особо важных процессов

46. В чем состоит принцип симметрии?

46.1. Симметрия бывает центральной, зеркальной и осевой

46.2. Нет оснований выделять одно из симметричных направлений в пространстве

46.3. Он выражается в виде теоремы Нетер

47. Всегда ли справедлив принцип симметрии?

47.1. Всегда

47.2. Никогда

47.3. Иногда

48. В чем состоит принцип подобия?

48.1. В том что различные процессы могут описываться идентичными уравнениями

48.2. В том что подобные фигуры могут преобразовываться одна в другую при пропорциональном изменении их размеров

48.3. В природе встречаются самоподобные процессы