Klassisessa fysiikassa järjestelmä ymmärretään kokoelmana joidenkin tietyllä tavalla toisiinsa liittyvien osien joukosta. Nämä järjestelmän osat (elementit) voivat vaikuttaa toisiinsa, ja oletetaan, että niiden vuorovaikutusta voidaan aina arvioida järjestelmän vuorovaikutuksessa olevien elementtien välisten syy-seuraus-suhteiden näkökulmasta.

Filosofinen oppi aineellisen ja henkisen maailman ilmiöiden säännöllisen suhteen ja keskinäisen riippuvuuden objektiivisuudesta on ns. determinismi. Determinismin keskeinen käsite on olemassaolon ehdotus syy-yhteys; kausaalisuus syntyy, kun yksi ilmiö saa aikaan toisen ilmiön (seurauksen).

Klassinen fysiikka seisoo jäykän determinismin kannalla, jota kutsutaan laplacalaiseksi - Pierre Simon Laplace julisti kausaalisuuden periaatteen luonnon peruslaina. Laplace uskoi, että jos järjestelmän elementtien (joidenkin kappaleiden) sijainti ja siinä vaikuttavat voimat tiedetään, on mahdollista ennustaa täysin varmuudella, kuinka tämän järjestelmän jokainen kappale liikkuu nyt ja tulevaisuudessa. Hän kirjoitti: "Meidän on pidettävä universumin olemassa olevaa tilaa edellisen tilan seurauksena ja seuraavan syynä. Mieli, joka tietyllä hetkellä tietäisi kaikki luonnossa vaikuttavat voimat ja kaikkien sen muodostavien entiteettien suhteellisen sijainnin, jos se olisi vielä niin laaja, että se ottaisi huomioon kaikki nämä tiedot, peittäisi samalla kaavalla liikkeet maailmankaikkeuden suurimmista kappaleista ja kevyimmistä atomeista. Mikään ei olisi hänelle epäluotettavaa, ja tulevaisuus, kuten menneisyys, seisoisi hänen silmiensä edessä. Perinteisesti tätä hypoteettista olentoa, joka voisi (Laplacen mukaan) ennustaa maailmankaikkeuden kehitystä, kutsutaan tieteessä "Laplacen demoniksi".

Klassisella luonnontieteen kehityskaudella vahvistetaan ajatus, että vain dynaamiset lait luonnehtivat täysin kausaalisuutta luonnossa.

Laplace yritti selittää koko maailmaa, mukaan lukien fysiologiset, psykologiset ja sosiaaliset ilmiöt, mekanistisen determinismin näkökulmasta, jota hän piti metodologisena periaatteena minkä tahansa tieteen rakentamiselle. Laplace näki esimerkin tieteellisen tiedon muodosta taivaanmekaniikassa. Laplalainen determinismi siis kieltää sattuman objektiivisuuden, tapahtuman todennäköisyyden käsitteen.

Luonnontieteellinen kehitys johti uusiin käsityksiin syy- ja seuraussuhteesta. Joidenkin luonnollisten prosessien syy on vaikea määrittää - esimerkiksi radioaktiivinen hajoaminen tapahtuu sattumalta. On mahdotonta yksiselitteisesti yhdistää α- tai β-hiukkasen "pakoa" ytimestä ja sen energian arvoa. Tällaiset prosessit ovat objektiivisesti satunnaisia. Erityisen paljon tällaisia ​​esimerkkejä on biologiassa. Nykypäivän luonnontieteessä moderni determinismi tarjoaa erilaisia, objektiivisesti olemassa olevia prosessien ja ilmiöiden keskinäisen yhteyden muotoja, joista monet ilmenevät suhteina, joilla ei ole selkeitä kausaalisia suhteita, eli ne eivät sisällä yhden syntymisen hetkiä. toisen toimesta. Näitä ovat aika-avaruusyhteydet, symmetriasuhteet ja tietyt toiminnalliset riippuvuudet, todennäköisyyssuhteet jne. Kaikki ilmiöiden todellisten vuorovaikutusten muodot muodostuvat kuitenkin universaalin tehokkaan kausaliteetin pohjalta, jonka ulkopuolella ei ole ainuttakaan ilmiötä. todellisuus, mukaan lukien niin sanotut satunnaiset ilmiöt, joiden kokonaisuudessa staattiset lait ilmenevät.

Tiede jatkaa kehittymistään uusilla käsitteillä, laeilla, periaatteilla, mikä osoittaa laplalaisen determinismin rajoitukset. Klassisella fysiikalla, erityisesti klassisella mekaniikalla, on kuitenkin edelleen oma sovellusrakonsa. Sen lait ovat melko sovellettavissa suhteellisen hitaisiin liikkeisiin, joiden nopeus on paljon pienempi kuin valon nopeus. Klassisen fysiikan merkityksen nykyaikana määritteli hyvin yksi kvanttimekaniikan perustajista, Niels Bohr: "Riippumatta siitä, kuinka pitkälle ilmiöt ylittävät klassisen fysiikan selityksen puitteet, kaikki kokeellinen data on kuvattava klassisten käsitteiden avulla. Perusteluna tälle on yksinkertaisesti ilmaista sanan "kokeilu" tarkka merkitys. Käytämme sanaa "kokeilu" viittaamaan tilanteeseen, jossa voimme kertoa muille, mitä olemme tehneet ja mitä olemme oppineet. Siksi kokeellinen järjestely ja havaintojen tulokset on kuvattava yksiselitteisesti klassisen fysiikan kielellä.

Newtonin klassisella mekaniikalla on ollut ja on edelleen valtava rooli luonnontieteen kehityksessä. Se selittää monia fysikaalisia ilmiöitä ja prosesseja maanpäällisissä ja maan ulkopuolisissa olosuhteissa ja muodostaa perustan monille teknisille saavutuksille. Sen perustalle muodostui luonnontieteellisiä tutkimusmenetelmiä luonnontieteen eri aloilla.

Vuonna 1667 Newton muotoili kolme dynamiikan lakia - klassisen mekaniikan peruslait.

Newtonin ensimmäinen laki: mikä tahansa aineellinen piste (kappale) säilyttää lepotilan tai tasaisen suoraviivaisen liikkeen, kunnes muiden kappaleiden isku saa sen muuttamaan tätä tilaa.

Dynaamiikan toisen lain kvantitatiiviseen muotoiluun kiihtyvyyden a, kehon massan käsitteet t ja pakottaa F. Kiihtyvyys luonnehtii kehon nopeuden muutosnopeutta. Paino- yksi materiaalisten esineiden pääominaisuuksista, joka määrää niiden inertian (inertiamassa) ja painovoima (raskas, tai painovoima, massa) ominaisuuksia. Pakottaa- Tämä on vektorisuure, mitta muista kappaleista tai kentistä kehoon kohdistuvasta mekaanisesta vaikutuksesta, jonka seurauksena keho saa kiihtyvyyden tai muuttaa muotoaan ja kokoaan.

Newtonin toinen laki: aineellisen pisteen (kappaleen) saavuttama kiihtyvyys on verrannollinen sen aiheuttavaan voimaan ja kääntäen verrannollinen aineellisen pisteen (kappaleen) massaan: .

Newtonin toinen laki pätee vain inertiaalisissa viitekehyksessä. Newtonin ensimmäinen laki voidaan johtaa toisesta. Itse asiassa, jos resultanttivoimat ovat nolla (jos muut kappaleet eivät vaikuta kehoon), kiihtyvyys on myös yhtä suuri kuin nolla. Newtonin ensimmäistä lakia pidetään kuitenkin itsenäisenä laina eikä toisen lain seurauksena, koska juuri hän väittää inertioiden viitekehysten olemassaolon.

Aineellisten pisteiden (kappaleiden) välinen vuorovaikutus määräytyy Newtonin kolmas laki: mikä tahansa aineellisten pisteiden (kappaleiden) toistensa toiminnalla on vuorovaikutuksen luonne; voimat, joilla aineelliset pisteet vaikuttavat toisiinsa, ovat itseisarvoltaan aina yhtä suuret, vastakkaiseen suuntaan ja vaikuttavat näitä pisteitä yhdistävää suoraa pitkin: .

Tässä F 12 - voima, joka vaikuttaa ensimmäiseen materiaalipisteeseen toisesta; F 21 - voima, joka vaikuttaa toiseen materiaalipisteeseen ensimmäisestä. Nämä voimat kohdistuvat eri materiaalipisteisiin (kappaleisiin), ne vaikuttavat aina pareittain ja ovat samanluonteisia voimia. Newtonin kolmas laki sallii siirtymisen yksittäisen materiaalipisteen dynamiikasta materiaalipistejärjestelmän dynamiikkaan, jolle on ominaista parien vuorovaikutus.

Neljäs laki Newtonin muotoilema on universaalin gravitaatiolaki.

Tämän löydön looginen ketju voidaan rakentaa seuraavasti. Newton päätteli Kuun liikettä pohtiessaan, että sitä pitää kiertoradalla sama voima, jolla kivi putoaa maahan, ts. gravitaatiovoima: "Kuu vetoaa Maata kohti ja painovoiman vaikutuksesta poikkeaa jatkuvasti suoraviivaisesta liikkeestä ja pysyy kiertoradalla." Käyttäen nykyaikaisen Huygensin kaavaa keskikiihtyvyydelle ja tähtitieteellisille tiedoille, hän havaitsi, että Kuun keskikiihtyvyys on 3600 kertaa pienempi kuin maan päälle putoavan kiven kiihtyvyys. Koska etäisyys Maan keskustasta Kuun keskustaan ​​on 60 kertaa Maan säde, voimme olettaa, että Painovoima pienenee etäisyyden neliön myötä. Sitten, Keplerin lakien perusteella, jotka kuvaavat planeettojen liikettä, Newton laajentaa tämän päätelmän kaikkiin planeetoihin. ( "Voimat, joilla pääplaneetat poikkeavat suoraviivaisesta liikkeestä ja pysyvät kiertoradoillaan, ovat suunnattu aurinkoa kohti ja ovat kääntäen verrannollisia sen keskustan välisten etäisyyksien neliöihin.»).

Lopuksi, kun on todettu painovoiman yleismaailmallisen luonteen sijainti ja niiden identtisyys kaikilla planeetoilla, osoittaen, että "kehon paino millä tahansa planeetalla on verrannollinen tämän planeetan massaan", vahvistaen kokeellisesti painovoiman suhteellisuuden. kehon massa ja paino (painovoima), Newton päättelee, että kappaleiden välinen painovoima on verrannollinen näiden kappaleiden massaan. Niinpä perustettiin kuuluisa universaalin painovoiman laki, joka on kirjoitettu seuraavasti:

jossa γ on gravitaatiovakio, jonka G. Cavendish määritti ensimmäisen kerran kokeellisesti vuonna 1798. Nykyaikaisten tietojen mukaan γ \u003d 6,67 * 10 -11 N × m 2 / kg 2.

On tärkeää huomata, että universaalin painovoiman laissa massa toimii painovoima mittaa, eli määrittää painovoiman materiaalisten kappaleiden välillä.

Newtonin lait antavat meille mahdollisuuden ratkaista monia mekaniikan ongelmia - yksinkertaisista monimutkaisiin. Tällaisten ongelmien valikoima laajeni merkittävästi sen jälkeen, kun Newton ja hänen seuraajansa kehittivät tuolloin uuden matemaattisen laitteen - differentiaali- ja integraalilaskennan, jota käytetään tällä hetkellä laajalti useiden luonnontieteen ongelmien ratkaisemiseen.

Klassinen mekaniikka ja laplalainen determinismi. Monien fyysisten ilmiöiden syy-selitys 1700-luvun lopulla - 1800-luvun alussa. johti klassisen mekaniikan absolutisointiin. Syntyi filosofinen oppi mekaaninen determinismi,- perusti P. Laplace, ranskalainen matemaatikko, fyysikko ja filosofi. Laplalainen determinismi ilmaisee ajatuksen ehdoton determinismi- luottamus siihen, että kaikella, mitä tapahtuu, on syy ihmiskäsityksessä ja se on tiedossa oleva ja mielelle vielä tuntematon välttämättömyys. Sen olemus voidaan ymmärtää Laplacen lausunnosta: "Nykyajan tapahtumilla on yhteys aikaisempien tapahtumien kanssa, joka perustuu siihen ilmeiseen periaatteeseen, että mikään esine ei voi alkaa olla ilman sen synnyttävää syytä... Tahto, olipa vapaa, ei voi synnyttää teot, jopa ne, joita pidetään neutraaleina... Meidän on pidettävä maailmankaikkeuden nykytilaa sen edellisen tilan seurauksena ja sen myöhemmän tilan syynä. Mieli, joka kulloinkin tietäisi kaikki luonnossa vaikuttavat voimat ja sen osien suhteellisen sijainnin, jos se olisi lisäksi riittävän laaja voidakseen analysoida näitä tietoja, ottaisi liikkeet yhteen kaavaan. maailmankaikkeuden valtavimpia kappaleita ja kevyin atomi; mikään ei olisi hänelle epäselvää, ja tulevaisuus, kuten menneisyys, olisi hänen silmiensä edessä... Ilma- tai höyrymolekyylin kuvaamaa käyrää ohjataan yhtä tiukasti ja varmasti kuin planeetan kiertoradat: niiden välissä on vain tietämättömyytemme määräämä ero." Nämä sanat toistavat A. Poincarén uskoa: "Tiede on determinististä, se on a priori [alkuvaiheessa], se olettaa determinismia, koska se ei voisi olla olemassa ilman sitä. Hän on niin jälkikäteen [kokemuksesta]: jos hän oletti sen alusta alkaen välttämättömäksi edellytykseksi olemassaololleen, niin hän sitten todistaa sen tiukasti olemassaolollaan, ja jokainen hänen voittonsa on voitto determinismille.

Fysiikan jatkokehitys osoitti, että joidenkin luonnollisten prosessien syy on vaikea määrittää. Esimerkiksi radioaktiivinen hajoaminen tapahtuu sattumalta. Tällaiset prosessit ovat objektiivisesti satunnaisia, emmekä siksi, että emme osaa osoittaa niiden syytä tietämyksemme puutteen vuoksi. Samaan aikaan tiede ei pysähtynyt kehittymään, vaan rikastui uusilla laeilla, periaatteilla ja käsitteillä, mikä osoittaa klassisen prinsiipin - laplalaisen determinismin - rajoitukset. Täysin tarkka menneisyyden kuvaus ja tulevaisuuden ennustaminen materiaalisten esineiden, ilmiöiden ja prosessien valtavalle valikoimalle on vaikea tehtävä ja vailla objektiivista tarvetta. Jopa yksinkertaisimmalle esineelle - aineelliselle pisteelle - mittauslaitteiden äärellisen tarkkuuden vuoksi ehdottoman tarkka ennuste on myös epärealistinen.

Empiirisen ja teoreettisen tiedon menetelmät on esitetty kaavamaisesti kuvassa 4.

Kuva 4. Empiirisen ja teoreettisen tiedon menetelmät

Havainnointi on tarkoituksenmukaista, organisoitua esineiden ja ilmiöiden havaitsemista. Tieteellisiä havaintoja tehdään sellaisten tosiasioiden keräämiseksi, jotka vahvistavat tai kumoavat tiettyä hypoteesia ja ovat perustana tietyille teoreettisille yleistyksille.

Kokeilu on tutkimusmenetelmä, joka eroaa havainnosta aktiivisen luonteen perusteella. Tämä havainto tapahtuu erityisissä valvotuissa olosuhteissa.

Mittaus on aineellinen prosessi, jossa suuruutta verrataan standardiin, mittayksikköön. Lukua, joka ilmaisee mitatun suuren suhdetta standardiin, kutsutaan tämän suuren numeeriseksi arvoksi.

4. Newtonin mekaniikka. Laplacen determinismi

Newtonin klassisella mekaniikalla on ollut ja on edelleen valtava rooli luonnontieteen kehityksessä. Se selittää monia fysikaalisia ilmiöitä ja prosesseja maanpäällisissä ja maan ulkopuolisissa olosuhteissa ja muodostaa perustan monille teknisille saavutuksille. Sen perustalle muodostui luonnontieteellisiä tutkimusmenetelmiä luonnontieteen eri aloilla.

Vuonna 1667 Newton muotoili kolme dynamiikan lakia - klassisen mekaniikan peruslait.

Newtonin ensimmäinen laki: mikä tahansa aineellinen piste (kappale) säilyttää lepotilan tai tasaisen suoraviivaisen liikkeen, kunnes muiden kappaleiden isku saa sen muuttamaan tätä tilaa.

Dynaamiikan toisen lain kvantitatiiviseen muotoiluun kiihtyvyyden a, kehon massan käsitteet t ja vahvuus F. Kiihtyvyys luonnehtii kehon nopeuden muutosnopeutta. Paino- yksi materiaalisten esineiden pääominaisuuksista, joka määrää niiden inertian (inertiamassa) ja painovoima (raskas, tai painovoima, massa) ominaisuuksia. Pakottaa- Tämä on vektorisuure, mitta muista kappaleista tai kentistä kehoon kohdistuvasta mekaanisesta vaikutuksesta, jonka seurauksena keho saa kiihtyvyyden tai muuttaa muotoaan ja kokoaan.

Newtonin toinen laki: aineellisen pisteen (kappaleen) saavuttama kiihtyvyys on verrannollinen sen aiheuttavaan voimaan ja kääntäen verrannollinen aineellisen pisteen (kappaleen) massaan:
.

Newtonin toinen laki pätee vain inertiaalisissa viitekehyksessä. Newtonin ensimmäinen laki voidaan johtaa toisesta. Itse asiassa, jos resultanttivoimat ovat nolla (jos muut kappaleet eivät vaikuta kehoon), kiihtyvyys on myös yhtä suuri kuin nolla. Newtonin ensimmäistä lakia pidetään kuitenkin itsenäisenä laina eikä toisen lain seurauksena, koska juuri hän väittää inertioiden viitekehysten olemassaolon.

Aineellisten pisteiden (kappaleiden) välinen vuorovaikutus määräytyy Newtonin kolmas laki: mikä tahansa aineellisten pisteiden (kappaleiden) toistensa toiminnalla on vuorovaikutuksen luonne; voimat, joilla aineelliset pisteet vaikuttavat toisiinsa, ovat aina itseisarvoltaan yhtä suuret, vastakkaiseen suuntaan ja ne vaikuttavat näitä pisteitä yhdistävää suoraa pitkin:
.

Tässä F 12 - voima, joka vaikuttaa ensimmäiseen materiaalipisteeseen toisesta; F 21 - voima, joka vaikuttaa toiseen materiaalipisteeseen ensimmäisestä. Nämä voimat kohdistuvat eri materiaalipisteisiin (kappaleisiin), ne vaikuttavat aina pareittain ja ovat samanluonteisia voimia. Newtonin kolmas laki sallii siirtymisen yksittäisen materiaalipisteen dynamiikasta materiaalipistejärjestelmän dynamiikkaan, jolle on ominaista parien vuorovaikutus.

Neljäs laki Newtonin muotoilema on universaalin gravitaatiolaki.

Tämän löydön looginen ketju voidaan rakentaa seuraavasti. Newton päätteli Kuun liikettä pohtiessaan, että sitä pitää kiertoradalla sama voima, jolla kivi putoaa maahan, ts. gravitaatiovoima: "Kuu vetoaa Maata kohti ja painovoiman vaikutuksesta poikkeaa jatkuvasti suoraviivaisesta liikkeestä ja pysyy kiertoradalla." Käyttäen nykyaikaisen Huygensin kaavaa keskikiihtyvyydelle ja tähtitieteellisille tiedoille, hän havaitsi, että Kuun keskikiihtyvyys on 3600 kertaa pienempi kuin maan päälle putoavan kiven kiihtyvyys. Koska etäisyys Maan keskustasta Kuun keskustaan ​​on 60 kertaa Maan säde, voimme olettaa, että Painovoima pienenee etäisyyden neliön myötä. Sitten, Keplerin lakien perusteella, jotka kuvaavat planeettojen liikettä, Newton laajentaa tämän päätelmän kaikkiin planeetoihin. ( "Voimat, joilla pääplaneetat poikkeavat suoraviivaisesta liikkeestä ja pysyvät kiertoradoillaan, ovat suunnattu aurinkoa kohti ja ovat kääntäen verrannollisia sen keskustan välisten etäisyyksien neliöihin.»).

Lopuksi, kun on todettu painovoiman yleismaailmallisen luonteen sijainti ja niiden identtisyys kaikilla planeetoilla, osoittaen, että "kehon paino millä tahansa planeetalla on verrannollinen tämän planeetan massaan", vahvistaen kokeellisesti painovoiman suhteellisuuden. kehon massa ja paino (painovoima), Newton päättelee, että kappaleiden välinen painovoima on verrannollinen näiden kappaleiden massaan. Niinpä perustettiin kuuluisa universaalin painovoiman laki, joka on kirjoitettu seuraavasti:

,

jossa γ on gravitaatiovakio, jonka G. Cavendish määritti ensimmäisen kerran kokeellisesti vuonna 1798. Nykyaikaisten tietojen mukaan γ \u003d 6,67 * 10 -11 N × m 2 / kg 2.

On tärkeää huomata, että universaalin painovoiman laissa massa toimii painovoima mittaa, eli määrittää painovoiman materiaalisten kappaleiden välillä.

Newtonin lait antavat meille mahdollisuuden ratkaista monia mekaniikan ongelmia - yksinkertaisista monimutkaisiin. Tällaisten ongelmien valikoima laajeni merkittävästi sen jälkeen, kun Newton ja hänen seuraajansa kehittivät tuolloin uuden matemaattisen laitteen - differentiaali- ja integraalilaskennan, jota käytetään tällä hetkellä laajalti useiden luonnontieteen ongelmien ratkaisemiseen.

Klassinen mekaniikka ja laplalainen determinismi. Monien fyysisten ilmiöiden syy-selitys 1700-luvun lopulla - 1800-luvun alussa. johti klassisen mekaniikan absolutisointiin. Syntyi filosofinen oppi mekaaninen determinismi,- perusti P. Laplace, ranskalainen matemaatikko, fyysikko ja filosofi. Laplalainen determinismi ilmaisee ajatuksen ehdoton determinismi- luottamus siihen, että kaikella, mitä tapahtuu, on syy ihmiskäsityksessä ja se on tiedossa oleva ja mielelle vielä tuntematon välttämättömyys. Sen olemus voidaan ymmärtää Laplacen lausunnosta: ”Nykyajan tapahtumilla on yhteys aikaisempiin tapahtumiin, joka perustuu siihen ilmeiseen periaatteeseen, että mikään esine ei voi alkaa olla ilman sen synnyttävää syytä... Tahto, olipa vapaa, ei voi ilman tiettyä motiivi, synnyttää tekoja, jopa sellaisia, joita pidetään neutraaleina... Meidän on pidettävä maailmankaikkeuden nykytilaa sen edellisen tilan seurauksena ja sen myöhemmän tilan syynä. Mieli, joka kulloinkin tietäisi kaikki luonnossa vaikuttavat voimat ja sen osien suhteellisen sijainnin, jos se olisi lisäksi riittävän laaja voidakseen analysoida näitä tietoja, ottaisi liikkeet yhteen kaavaan. maailmankaikkeuden valtavimpia kappaleita ja kevyin atomi; mikään ei olisi hänelle epäselvää, ja tulevaisuus, kuten menneisyys, olisi hänen silmiensä edessä... Ilma- tai höyrymolekyylin kuvaamaa käyrää ohjataan yhtä tiukasti ja varmasti kuin planeetan kiertoradat: niiden välissä on vain tietämättömyytemme määräämä ero." Nämä sanat heijastavat A. Poincarén vakaumusta: "Tiede on determinististä, se on sellaista a priori [alun perin], se postuloi determinismia, koska se ei voisi olla olemassa ilman sitä. Hän on sellainen ja jälkikäteen [kokemuksesta]: jos hän oletti sen alusta alkaen olemassaolonsa välttämättömänä edellytyksenä, niin hän sitten todistaa sen tiukasti olemassaolollaan, ja jokainen hänen voittonsa on determinismin voitto.

Fysiikan jatkokehitys osoitti, että joidenkin luonnollisten prosessien syy on vaikea määrittää. Esimerkiksi radioaktiivinen hajoaminen tapahtuu sattumalta. Tällaiset prosessit ovat objektiivisesti satunnaisia, emmekä siksi, että emme osaa osoittaa niiden syytä tietämyksemme puutteen vuoksi. Samaan aikaan tiede ei pysähtynyt kehittymään, vaan rikastui uusilla laeilla, periaatteilla ja käsitteillä, mikä osoittaa klassisen prinsiipin - laplalaisen determinismin - rajoitukset. Täysin tarkka menneisyyden kuvaus ja tulevaisuuden ennustaminen materiaalisten esineiden, ilmiöiden ja prosessien valtavalle valikoimalle on vaikea tehtävä ja vailla objektiivista tarvetta. Jopa yksinkertaisimmalle esineelle - aineelliselle pisteelle - mittauslaitteiden äärellisen tarkkuuden vuoksi ehdottoman tarkka ennuste on myös epärealistinen.

Luonnontieteilijöiden määrätietoisen työn ansiosta tiede saatettiin sellaiseen kehitysvaiheeseen, ettei mikään voisi vastustaa sen lakien tiukkaa varmuutta. Niinpä 1800-luvulla asunut Pierre Laplace ilmaisi näkemyksensä maailmankaikkeudesta täysin deterministisenä esineenä: "mikään ei ole epävarmaa, ja tulevaisuus, kuten menneisyys, esitetään silmiemme edessä." Jos esimerkiksi tiedämme planeettojen ja Auringon tarkan sijainnin tietyllä hetkellä, voimme vetovoimalakien mukaan laskea tarkasti, missä tilassa aurinkokunta on minä tahansa muuna ajanhetkenä. Mutta Laplace halusi nähdä vielä enemmän maailmankaikkeuden lakien determinismissa: hän väitti, että samanlaiset lait ovat kaikelle, myös ihmisille. Kvanttiteoria on tuhonnut tämän determinismin opin perusteellisesti.

Verrataan kuinka klassinen mekaniikka eroaa kvanttimekaniikasta. Olkoon hiukkasjärjestelmä. Klassisessa mekaniikassa järjestelmän tilan kullakin ajanhetkellä määrää kaikkien hiukkasten koordinaattien ja momenttien arvo. Kaikki muut fysikaaliset parametrit, kuten energia, lämpötila, massa jne., voidaan määrittää järjestelmän hiukkasten koordinaateista ja momenteista. Klassisen mekaniikan determinismi on, että "järjestelmän tuleva tila on täysin ja yksiselitteisesti määrätty, jos sen alkutila annetaan".

Epäilemättä missä tahansa kokeessa mittauksissa voi olla epätarkkuutta, epävarmuutta, ja riippuen tarkasteltavasta fyysisestä järjestelmästä sen tulevaisuus voi osoittautua joko herkäksi tai epäherkäksi tälle epävarmuudelle. "Mutta periaatteessa (korostamme - V.R.) tarkkuudella, jota emme voi saavuttaa, ei ole rajaa", Sam Treiman sanoo. "Siksi periaatteessa ... tulevan kehityksen ennustamiselle ei ole esteitä."

Kvanttimekaniikassa on myös käsite "järjestelmän tila". Kuten klassisessa mekaniikassa, järjestelmä, lakien mukaan, "...kehittyy sellaisiksi tiloiksi, jotka määräytyvät täysin, jos alkutila annetaan jollain alkuhetkellä." Siksi tässä nykyisyys määrittää tulevaisuuden. Mutta "kvanttitilat eivät määritä tarkasti hiukkasten koordinaatteja ja momentteja; ne määrittävät vain todennäköisyyden (korostamme - V.R.)". Satunnaisuus kvanttimekaniikassa, sanoo V. P. Demutsky, on yksi sen oletuksia.

Fysikaalisen järjestelmän todennäköisyyskuvauksen väistämättömyyden kvanttimekaniikassa selittää Johann von Neumann: "... peräkkäisten mittausten toistaminen ei voi luoda kausaalista järjestystä ... koska atomiilmiöt sijaitsevat fyysisen maailman reunalla, missä mikä tahansa mittaus saa aikaan muutoksen, joka on sama kuin itse mitattava kohde, niin että jälkimmäinen muuttuu merkittävästi pääasiassa epävarmuussuhteiden vuoksi.

Kvanttitasolla konjugaattiominaisuuksien ”hämärtyminen”, joka ilmaistaan ​​Heisenbergin epävarmuusperiaatteella, on ratkaisevan tärkeä: järjestelmän koordinaattien ja liikemäärän mittaustarkkuus ei voi olla suurempi kuin Planckin vakio, toiminnan minimikvantti.

Tämän kannan mukaan mikään kokeilu ei voi johtaa samanaikaisesti tarkkoihin hiukkasen koordinaattien ja liikemäärän mittauksiin. Tämä epävarmuus ei liity mittausjärjestelmän epätäydellisyyteen, vaan mikromaailman objektiivisiin ominaisuuksiin. Jos määritämme tarkalleen hiukkasen koordinaatin, niin sen liikemäärän arvo "hämärtyy" ja muuttuu epävarmemmaksi, mitä tarkemmin koordinaatti määritetään. Siksi klassinen ymmärrys hiukkasten liikeradalta katoaa kvanttimekaniikassa. "Kvanttifysiikassa hiukkaset liikkuvat mysteerisiä lentoratoja pitkin, jotka ulottuvat aaltomaisia ​​polkuja pitkin. Yksi elektroni voi olla kaikkialla aaltokuvion sisällä." Esimerkiksi elektroni voi jättää kuvan liikeradastaan, mutta sillä ei välttämättä ole tiukkaa lentorataa. Atomiobjektien liikeratojen tarkastelun yhteydessä Feynmanin ehdottaman liikeradan ymmärtäminen vaikuttaa yllättävältä. Hänen mallinsa mukaan "hiukkasen todennäköisyys siirtyä pisteestä A pisteeseen B on yhtä suuri kuin sen liikkeen todennäköisyyksien summa kaikkia mahdollisia näitä pisteitä yhdistäviä lentoratoja pitkin." Siksi kvanttiteoria sallii hiukkasen olla millä tahansa lentoradalla, joka yhdistää kaksi pistettä, ja siksi on mahdotonta sanoa tarkalleen, missä hiukkanen on tietyllä hetkellä.

Joten, jos klassinen fysiikka katsoi epätarkkuuden olevan seurausta tekniikan epätäydellisyydestä ja ihmisen tiedon epätäydellisyydestä, niin kvanttiteoria puhuu atomitason tarkkojen mittausten perustavanlaatuisesta mahdottomuudesta. Niels Bohr uskoi, että "epävarmuus ei ole seurausta tilapäisestä tietämättömyydestä, joka voidaan ratkaista lisätutkimuksella, vaan ihmisen tiedon perustavanlaatuinen ja väistämätön raja".

Täydentävyysperiaate

Niels Bohr ehdotti täydentävyyden periaatetta, jonka mukaan "emme voi sanoa kvanttimaailmasta mitään, mikä olisi samanlaista kuin todellisuus; vastineeksi tunnustamme vaihtoehtoisten ja toisensa poissulkevien menetelmien pätevyyden." Ajatus atomimaailmasta verrattuna Aristoteleen (maailma organismina) ja klassisen fysiikan (maailma on kone) ajatukseen on sanoinkuvaamaton. Klassinen fysiikka oletti, että on olemassa objektiivinen maailma, jota voimme tutkia ja mitata muuttamatta sitä merkittävästi. Mutta kvanttitasolla on mahdotonta tutkia todellisuutta muuttamatta sitä. Tämä koskee esimerkiksi koordinaattia ja liikemäärää. W. Heisenberg kirjoitti, että "hiukkasen sijainnin tunteminen sen nopeuden tai liikemäärän tuntemisen lisäksi." Emme voi määrittää lisäarvoa (esim. nopeutta) ensimmäisen (koordinaatin) tarkkuudella.

Yleistäen tämän periaatteen eläviin organismeihin, Bohr uskoi, että "tietomme siitä, että solu elää, on kenties jotain lisätietoa sen molekyylirakenteen täydellisestä tuntemisesta." Jos täydellinen tieto solun rakenteesta, joka voidaan saavuttaa vain interventiolla, tuhoaa solun elämän, niin, Bohr päättelee, "on loogisesti mahdollista, että elämä estää taustalla olevien fysikaalis-kemiallisten rakenteiden täydellisen muodostumisen. " Tällä perusteella molekyylien kemialliset sidokset täydentävät fysikaalisia lakeja, biologiset kemiallisia, sosiaaliset biologisia, sosiaaliset mentaalisia lakeja ja niin edelleen.

Siten Bohrin ehdottama komplementaarisuuden periaate tuhoaa determinismin asemat, joita käsitellään tarkemmin jäljempänä.