Дипломная работа на тему "История системного подхода в науке и технике"

ГлавнаяФилософия → История системного подхода в науке и технике




Не нашли то, что вам нужно?
Посмотрите вашу тему в базе готовых дипломных и курсовых работ:

(Результаты откроются в новом окне)

Текст дипломной работы "История системного подхода в науке и технике":


Оглавление

1. Введение

2. Определение "системы" и "системного подхода"

2.1 Общее представление о системах и системном подходе

2.2 Возникновение систем

2.3 Системное представление о мире

2.4 Системность живой природы

2.5 Ограничения при системном подходе

3. Развитие системного подхода в науке

3.1 Ранние попытки систематизации физических знаний

3.2 Леонардо да Винчи, его открытие строения человеческого организма

3.3 Становление гелиоцентрического мировоззрения

3.4 Классическая механика и механистическая картина мира< /p>

3.5 Универсальный закон сохранения количества вещества, открытий М.В. Ломоносовым< /p>

3.6 Феномен электричества и его истолкование в классическом естествознании< /p>

3.7 Основные достижения постклассической физики< /p>

3.8 Корпускулярно-волновой дуализм (волны де Бройля)< /p>

3.9 Специальная теория относительности Эйнштейна (теория электромагнитного поля)< /p>

3.10 Теория гравитационного поля (общая теория относительности) Эйнштейна< /p>

3.11 Эквивалентность инертной и гравитационной массы< /p>

3.12 Открытие элементарных частиц< /p>

3.13 Физика и космология< /p>

3.14 Концепции современной химии и их формирование в ходе великих химических открытий< /p>

3.15 Закон сохранения массы Ломоносова< /p>

3.16 Закон постоянства состава веществ Пруста< /p>

3.17 Закон эквивалентов Рихтера< /p>

3.18 Закон кратных отношений Дальтона< /p>

3.19 Закон Авогадро о постоянстве количества молекул в данном объеме< /p>

3.20 Периодический закон и периодическая система химических элементов Менделеева< /p>

3.21 Особенности постклассической химии< /p>

3.22 Эволюционная химия< /p>

3.23 Биологические явления. Формы и уровни жизни< /p>

3.24 Специфика феномена жизни< /p>

3.25 Теория эволюции Дарвина и ее синтез с генетикой< /p>

3.26 Селекция, экология, клонирование, генетический код< /p>

3.27 Цитология, биохимия, физико-химическая биология< /p>

3.28 Возникновение жизни на Земле< /p>

3.29 Проблема возникновения и эволюции человека< /p>

3.30 Исследования поведения животных и человека< /p>

3.31 Междисциплинарный характер современной биологии< /p>

3.32 Взаимосвязь человека и природы< /p>

3.33 Современный уровень знаний в науках о Земле< /p>

3.34 Учение Вернадского о биосфере и ноосфере< /p>

3.35 Понятие ноосферы< /p>

3.36 Неизбежность перехода биосферы в ноосферу< /p>

3.37 Рациональное использование природных ресурсов и охрана биосферы< /p>

3.38 Нелинейная динамика< /p>

4. Развитие системного подхода в технике< /p>

4.1 Техническая деятельность в эпоху Древнего мира и античности< /p>

4.2 Техническая деятельность в Европе Х-XII в.< /p>

4.3 Становление инженерной деятельности< /p>

4.4 Инженерная деятельность в эпоху машинного производства< /p>

4.5 Инженерная деятельность и проблемы возникающие перед ней на современном этапе ее развития< /p>

5. Заключение< /p>

Литература

288477214">1. Введение

К IV в. до н.э. наука и цивилизация созрели в достаточной мере для того, чтобы возникла потребность в придании знаниям о природе связанного и дифференцированного по отраслям характера; в том, чтобы систематизировать эти знания, а также применить к ним математические и экспериментальные методы. Вся история человечества говорит о том, что для человека всегда было свойственно стремление понять мир и законы, им управляющие, причем, не только исходя из обеспечения потребностей обеспечения безопасности и обеспечения продовольствием.< /p>

Известно, что системность - одна из важнейших характеристик научного знания. Ее идеи были высказаны еще в работах античных авторов (греков и римлян) на основе анализа огромного эмпирического материала. И с тех пор продолжалось стихийное, неосознанное использование элементов системности, и то лишь в отдельных отраслях познания. Это составило первый этап исторического развития системного подхода.< /p>

Однако с середины ХХ в. при появлении сложных и больших технических систем (ТС) потребовалось специальное теоретическое обоснование методологического характера. Резко возросли комплексность и сложность проблем, некоторые из них стали глобальными (например, связь с помощью спутников). Усилилась зависимость между отдельными вопросами, которые раньше казались не связанными между собой. Актуальность решения проблем значительно возросла. Затраты на реализацию того или иного решения стали достигать многих десятков, сотен миллионов и даже миллиардов долларов, а риск неудачи становился все ощутимее. Потребовался учет все большего числа взаимосвязанных обстоятельств, а времени на решение становилось все меньше. Особенно это касалось разработки новой военной техники. Если раньше относительные затраты на вооружение были невелики, возможностей для выбора было мало, то фактически использовался принцип "ничего, кроме самого лучшего". Но с началом "атомного века" расходы на создание оружия возросли во много раз, и этот подход стал неприемлемым. Его постепенно заменял другой: "только то, что необходимо и за минимальную стоимость". Однако для реализации нового принципа нужно было уметь находить, оценивать и сравнивать альтернативы оружия. Потребовались методы, которые позволили бы анализировать сложные проблемы как целое, обеспечивали рассмотрение многих альтернатив, каждая из которых описывалась большим числом переменных; методы, обеспечивающие полноту каждой альтернативы, помогающие вносить измеримость, имеющие возможность отражать объективные и субъективные неопределенности. Получившаяся в результате развития и обобщения широкая и универсальная методология решения проблем была названа ее авторами "системный анализ". Новая методология, созданная для решения военных проблем, была прежде всего использована в этой области. Однако очень скоро выяснилось, что не только проблемы необоронной промышленности, но и проблемы организационного развития и управления фирмами, проблемы маркетинга, аудита и пр. не только допускают, но и требуют обязательного применения этой методологии. Системный подход довольно быстро превратился в важный метод познания, в отличие от специальных приемов, характерных для разработки техники XVI-XIX в. Это составило второй этап исторического развития системного подхода в технике.< /p>

Если при стихийном использовании системного подхода главной целью было изучение конечных результатов, то для второго этапа характерно переключение внимания на начальные стадии, связанные с выбором и обоснованием целей, их полезности, условий осуществления, связей с предыдущими процессами. Это потребовало знаний о структуре и функциях ТС, что обусловило возрастание роли теоретических знаний. Если теоретическая деятельность первого этапа была направлена на описание и классификацию изучаемых объектов, то главным моментом второго этапа стало выявление механизмов функционирования ТС, а также знание условий, нарушающих их нормальную деятельность. Механизм функционирования включает исследования функций системы, определение связей функции со множеством взаимодействующих элементов, рассмотрение структуры ТС не как отношения (взаимосвязь, взаимодействие), а как определенным образом упорядоченного расположения одних элементов ТС относительно других (отношения между отношениями). Но хотя знание структуры и функций ТС является важным, но в дальнейшем и оно стало недостаточным условием для эффективного решения современных проблем. Надо обязательно соотнести цели субъекта с целями системы и выяснить, как скажется их реализация на функционировании ТС.< /p>

Сначала системный анализ базировался главным образом на применении сложных математических приемов. Спустя некоторое время ученые пришли к выводу, что математика неэффективна при анализе широких проблем со множеством неопределенностей, которые характерны для исследования и разработки техники как единого целого. Поэтому стала вырабатываться концепция такого системного анализа, в котором упор делается преимущественно на разработку новых диалектических принципов научного мышления, логического анализа ТС с учетом их взаимосвязей и противоречивых тенденций.< /p>

Пристальный анализ показывает, что множество рассматриваемых в системном движении вопросов принадлежит не только науке, типа общей теории систем, но охватывают обширную область научного познания как такового. Системное движение затронуло все аспекты научной деятельности, а в его защиту выдвигается все большее число аргументов [1].< /p>

В основе системного подхода, как методологии научного познания, лежит исследование объектов как систем. Системный подход способствует адекватному и эффективному раскрытию сущности проблем и успешному их решению в различных областях науки и техники.< /p>

Системный подход направлен на выявление многообразных типов связи сложного объекта и сведения их в единую теоретическую картину.< /p>

В различных областях науки центральное место начинают занимать проблемы организации и функционирования сложных объектов, изучение которых без учета всех аспектов их функционирования и взаимодействия с остальными объектами и системами просто немыслимо. Более того, многие из таких объектов представляют сложное объединение различных подсистем, каждая из которых в свою очередь тоже является сложным объектом.< /p>

Системный подход не существует в виде строгих методологических концепций. Он выполняет свои эвристические функции, оставаясь совокупностью познавательных принципов, основной смысл которых состоит в соответственном ориентировании конкретных исследований.< /p>

Несколько лет назад Илья Пригожин, лауреат Нобелевской премии и глава так называемой "брюссельской школы", объединяющей представителей различных естественнонаучных направлений, был одним из самых почетных иностранных гостей на международном симпозиуме в Центре биологических исследований в Пущине под Москвой. Темой встречи были достижения нового междисциплинарного направления, получившего название "синергетика", или теория самоорганизации. В интервью, которое дал тогда бельгийский ученый [2], он говорил, что, с его точки зрения, создание теории самоорганизации, описывающей новые, недавно открытые свойства материи, - самая актуальная проблема современной науки.< /p>

Самый простой и наглядный пример радикального изменения научных взглядов - это отношение к обратимости природных процессов. Динамика Ньютона утверждала, что мир построен по обратимым законам, и не задавалась вопросом, отчего, к примеру, можно развести спирт водой, но нельзя проделать обратную операцию. Законы Ньютона независимы от времени, для них не существует понятие "до" и "после". Но сегодня вполне ясно, что обратимость и жесткий детерминизм - это частные случаи. Напротив, необратимость и случайность не отдельные исключения, а общее правило. "Бог играет в кости", если использовать крылатое выражение Эйнштейна, который сам-то как раз и отказывался в это верить, полемизируя с создателями квантовой механики.< /p>

Предыстория инженерной деятельности разворачивается в недрах технической деятельности длительного периода ремесленного творчества (первобытного, античного рабовладельческого, средневекового феодального обществ). Но только в условиях раннего капиталистического общества создаются условия для того, чтобы она постепенно стала особой профессией, имеющую ориентацию на научную картину мира и целенаправленное применение в технической практике научных знаний.

288477215">2. Определение "системы" и "системного подхода" 288477216">2.1 Общее представление о системах и системном подходе

Существенное место в современной науке занимает системный метод исследования или (как часто говорят) системный подход.< /p>

Этот метод и стар и нов. Он достаточно стар, поскольку такие его формы и составляющие, как подход к объектам под углом зрения взаимодействия части и целого, становления единства и целостности, рассмотрения системы как закона структуры данной совокупности компонентов существовали, что называется от века, но они были разрозненны. Специальная разработка системного подхода, инициированная Л. Фон Берталанфи, началась с середины ХХ века с переходом к изучению и использованию на практике сложных многокомпонентных систем.< /p>

Системный подход - это способ теоретического представления и воспроизведения объектов как систем. В центре внимания при системном подходе находится изучение не элементов как таковых, а прежде всего структуры объекта и места элементов в ней.< /p>

Так вот, в "Трактате о системах" Кондильяк обсуждал проблему системности знания. Он показал, что знание всегда образует систему. Мы не можем указать на какое-то знание и сказать: вот оно, вот его границы; мы не можем трактовать его как вещь. И следовательно, он утверждал в этом трактате, что знания суть не вещи, а системы. Если нам кажется, что мы сталкиваемся с каким-то определенным знанием, как бы одиночным, отдельным, вырванным из контекста, то это ошибочное представление, потому что реально в каждом таком случае нам приходится восстанавливать его многочисленные связи с другими знаниями.< /p>

Вообще первоначально, когда говорили о системах, то никогда не говорили о вещах или объектах, а говорили только о знаниях.< /p>

наука техника системный подход< /p>

Позже, скажем, когда Бернулли рассматривал определенное количество газа под поршнем как множество частичек, он никогда не рассматривал такую совокупность как систему, потому что не было понятия связи. Множество не есть система. И механика того времени была механикой точки - кинематикой точки, динамикой точки. Правда, позднее, где-то на рубеже XVIII-XIX веков, в механике перешли к обсуждению систем точек, заимствовав это понятие у Кондильяка. Начали представление о системах знаний переносить на объекты.< /p>

Что же понимается под “системным” познанием материи и ее свойств? Известно, что человек осваивает мир различными способами, Прежде всего он осваивает его чувственно, т.е. непосредственно воспринимая его через органы чувств. Характер такого познания, заключающийся в памяти и определяемый эмоциональным состоянием субъекта, является нам как целостным так и дробным - представляющим картину целиком или дробно, выделяя какие либо моменты. На основе эмоциональных состояний в человеке складывается представление об окружающем мире. Но чувственное восприятие есть свойство так же всех животных, а не только человека. Спецификой человека является более высокая ступень познания - рациональное познание, позволяющее обнаруживать и закреплять в памяти законы движения материи.< /p>

Рациональное познание системно. Оно состоит из последовательных мыслительных операций и формирует мыслительную систему, более или менее адекватную системе объективной реальности. Системна и практическая деятельность человека, причем уровень системности практики повышается с ростом знания и накопления опыта. Системность различных видов отражения и преобразования действительности человеком есть в конечном счете проявление всеобщей системности материи и ее свойств [3].< /p>

Системное познание и преобразование мира предполагает:< /p>

Рассмотрение объекта деятельности (теоретической и практической) как системы, т.е. как ограниченного множества взаимодействующих элементов.< /p>

Определение состава, структуры и организации элементов и частей системы, обнаружения главных связей между ними.< /p>

Выявление внешних связей системы, выделения из них главных.< /p>

Определение функции системы и ее роли среди других систем.< /p>

Анализ диалектики структуры и функции системы.< /p>

Обнаружение на этой основе закономерностей и тенденций развития системы.< /p>

Познание мира, а “научное познание” в частности, не может осуществляться хаотически, беспорядочно; оно имеет определенную систему и подчиняется определенным закономерностям [4]. Эти закономерности познания определяются закономерностями развития и функционирования объективного мира.< /p>

С современной точки зрения системы классифицируются на целостные, в которых связи между составляющими элементами прочнее, чем связи элементов со средой, и суммативные, у которых связи между элементами одного и того же порядка, что и связи элементов со средой; органические и механические; динамические и статические; “открытые" и “закрытые”; “самоорганизующиеся" и “неорганизованные" и т.д. Отсюда может возникнуть вопрос о неорганизованных системах, например - куча камней, правильнее сказать - совокупностях - являются ли они системами? Да, и этому можно привести доказательства исходя из следующих посылок:< /p>

1) неорганизованные совокупности состоят из элементов;< /p>

2) эти элементы определенным образом между собой связаны;< /p>

3) эта связь объединяет элементы в совокупность определенной формы (куча, толпа и т.п.);< /p>

4) поскольку в такой совокупности существует связь между элементами, значит неизбежно проявление определенных закономерностей и, следовательно, наличие временного или пространственного порядка. Таким образом все совокупности являются системами, более того материя вообще проявляется в форме “систем”. Т.е. система есть форма существования материи [5].

288477217">2.2 Возникновение систем

С материалистической точки зрения существующий мир в целом не возникает и не исчезает, он существует вечно, представляя собой взаимосвязь, взаимодействие конкретных материальных систем. Возникновение - есть одна из форм движения материи. Это понятие отражает процессы присущие всем конкретным явлениям органической и неорганической природы, общества и мышления [4]. Эта универсальность дает полное право считать “возникновение” философской категорией.< /p>

Возникновение невозможно без разрушения. Эти два процесса органически связаны друг с другом и не имеют преимущества перед друг другом.< /p>

Причины возникновения как и причины разрушения кроются в вечном взаимодействии взаимосвязанных противоречивых сторон, явлений, процессов. Существует представление [3] о возникновении как акте слияния, соединения двух и более качеств в одно, или разделения одного качества на два (или более) новых. Кроме того образование системы может происходить путем обмена элементов, но это не третий путь, а сочетание соединения и разъединения взаимодействующих объектов.< /p>

Возникновение системы есть одновременно и возникновение новой формы движения или нового вида определенной формы движения и связано с тем, что прежняя форма движения исчерпала себя. Это выражается в том, что любая дальнейшая организационная перестройка элементов системы в рамках данной формы движения ведет не к укреплению и совершенствованию этой системы, а к ее преобразованию.< /p>

Система считается возникшей, когда между элементарными носителями новой формы движения образуется взаимосвязь, однако в начале связь носит неустойчивый характер, т.е. новая система находится на грани перехода из возможности в действительность. Иначе говоря, новое качество должно еще утвердиться, проявиться, обрести устойчивость, т.е. новая система, возникнув, должна стать.< /p>

Из природных примеров можно сделать вывод о непрерывном возникновении нового, но не каждое возникшее оказывается соответствующим внешним условиям [6].

288477218">2.3 Системное представление о мире

Сегодня специальные науки убедительно доказывают системность познаваемых ими частей мира. Вселенная предстает перед нами как система систем. Конечно понятие “система” как бы подчеркивает ограниченность, конечность и можно прийти к выводу, что поскольку Вселенная это “система”, то она имеет границу, т.е. конечна. Но с диалектической точки зрения как бы ни представлять себе самую большую из систем, она всегда будет элементом другой, более обширной системы. Это справедливо и в обратном направлении, т.е. Вселенная бесконечна не только “вширь”, но и “вглубь”.< /p>

До сих пор все имеющиеся в распоряжении науки факты свидетельствуют о системной организации материи.< /p>

Системность неорганической природы< /p>

Согласно современным физическим представлениям, неорганическая природа в общем виде делится на две системы - поле и вещество. Материальная сущность физического поля в настоящее время еще четко не определена, но что бы из себя не представляло поле, общепризнанно, что оно проявляется в различных сосуществующих, взаимодействующих и взаимопроникающих видах. Физическое поле, как обобщающее понятие, включает в себя физический “вакуум”, электронно-позитронное, мезонное, ядерное, электромагнитное, гравитационное и другие поля. Иначе говоря, представляет собой систему конкретных материальных полей.< /p>

Каждое конкретное поле в свою очередь тоже системно. Но сейчас нельзя с уверенностью сказать о том, что является элементом конкретного поля. Очевидно, каждое конкретное поле имеет свои определенные уровни, иначе говоря, оно как система развивается, например, от “вакуума” до четко выраженного квантового состояния. Сам же квант поля представляет собой элементарную частицу. Поэтому квант вряд ли может быть элементом конкретного поля. Скорее всего такими элементами являются узловые “точки” структуры элементарных частиц [3]. Существуют ясные экспериментальные доказательства существования такой структуры и масса различных способов ее изучения [7]. Но что представляет собой структура элементарной частицы, а тем более ее узловые “точки”, остается пока неясным.< /p>

Если допустить мысль о частице как высшей форме развития материи поля, то естественно предположить существование определенных “кирпичиков" которые образуют такую частицу, и являются тем, из чего состоит физическое поле вообще, т.е. элементами системы физического поля. Их взаимодействие (полевая форма движения) и приводит к образованию элементарной частицы того или иного типа.< /p>

Такая идея о сложности элементарных частиц, о том, что каждая из них это система, состоящая из различного количества разнообразно взаимодействующих и по разному пространственно расположенных элементарных частиц, но тождественных по своей сущности “кирпичиков" материи, позволяет объяснить взаимопревращаемость частиц и открывает путь к проникновению вглубь материи. Элементарная частица - это не только квант поля, но и то, что может лежать в основе качественно иной системы - вещества.< /p>

Вещество - чрезвычайно сложная, глубоко дифференцированная многоуровневая система. Если элементарная частица выступает и как элемент качественно иной, вещественной системы, то две и более взаимодействующие элементарные частицы представляют собой систему, которая может быть названа частичкой вещества [3].< /p>

Так, взаимодействие протона и электрона образует простейший атом легкого водорода, внутренне динамическую систему, элементы которой подчинены целому ряду параметров, и вследствие этого отличающиеся от свободных частиц. Атом как система развивается усложняясь по составу и структуре вплоть до такого состояния, когда начинается самопроизвольный распад атомного ядра.< /p>

Взаимодействующие атомы образуют различные системы: молекулы, макромолекулы, ионы радикалы, кристаллы.< /p>

Молекула представляет собой материальную систему, состоящую из определенным образом расположенных в пространстве и взаимосвязанных атомов одного или нескольких химических элементов. Связь атомов в молекуле прочнее связи атомов со средой, что обеспечивает целостность системы. Молекула является качественно новым материальным образованием по отношению к составляющим ее атомам. Молекулы могут быть простыми и сложными, содержащими один, два и тысячи атомов. Гигантские группы атомов образуют макромолекулы, качественно отличающиеся от других молекул. [5]< /p>

Однако не все вещества состоят из систем типа молекул. Ряд химических соединений, например хлорид натрия (поваренная соль), не имеют молекул в обычном понимании этого слова, и являются открытыми системами в которых ионы относительно независимы друг от друга. Такой тип вещественной системы называют кристаллом. Ионами называют как отдельные заряженные атомы, так и группы химически связанных атомов с избытком или недостатком электронов. Группа атомов, переходящая без изменения из одного химического соединения в другое, определяется как радикал. Все эти группы являются системами.< /p>

Взаимодействие атомов одного типа образует химический элемент. Из химических элементов слагаются минералы, из минералов - породы, из пород - геологические формации, из геологических формаций - ряды формаций - геосферы, из геосфер - планета Земля [8]. Каждая система, слагающая Землю, в свою очередь сложена по своей структуре. Так, например, атмосфера представляет собой систему, состоящую из пяти подсистем: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера.< /p>

Земля, как планета, выступает наряду с другими планетами элементом Солнечной системы. В свою очередь, Солнечная система входит в такую грандиозную космическую систему как Галактика. Взаимодействующие галактики образуют системы галактик, входящие в Метагалактику и т.д. При этом на каждом уровне развития неживой природы, наряду с общими, имеются и свои системообразующие факторы, свои особые связи и взаимодействия. Вместе с тем, принцип организации множества в единство остается одним и тем же. Не меняется он и при переходе к системам живой природы [3].< /p>

367350077">

288477219">2.4 Системность живой природы

Как и все в природе, живые организмы состоят из молекул и атомов, но где граница между живым и неживым? Существует предел, после которого теряют силу имеющиеся системообразующие факторы и неживое переходит в разряд живого. Так, например, молекула состоящая из 5000000 атомов представляет собой вирус табачной мозаики - самое малое известное живое образование, способное к самостоятельному существованию [3].< /p>

В целом вопрос о системности живой природы не вызывает сомнений. Более того, именно изучение живых материальных образований в значительной мере способствовало формированию системных представлений о мире.< /p>

Основными системами живого, образующими различные уровни организации, в настоящее время признаются:< /p>

1) вирусы - системы, состоящие в основном из двух взаимодействующих компонентов: молекул нуклеиновой кислоты и молекул белка;< /p>

2) клетки - системы, состоящие из ядра, цитоплазмы и оболочки; каждая из этих подсистем, в свою очередь, состоит из особенных элементов;< /p>

3) многоклеточные системы (организмы, популяции одноклеточных);< /p>

4) виды, популяции - системы организмов одного типа;< /p>

5) биоценозы - системы, объединяющие организмы различных видов;< /p>

6) биогеоценоз - система, объединяющая организмы поверхности Земли;< /p>

7) биосфера - система живой материи на Земле.< /p>

Система каждого уровня отличается от других уровней и по структуре, и по степени организации (биологическая классификация). Но взаимодействие элементов системы не обязательно предполагает жесткую, постоянную связь. Эта связь может носить временный, случайный, генетический, целевой характер [3].< /p>

В целом живая природа, также как и неживая, представляет собой систему систем, причем она дает удивительные примеры разнообразия систем, которые нередко оказываются объединением элементов различных уровней. Например, ландшафт как система включает в себя:< /p>

1) абиотические геосистемы (земная кора с рельефами, атмосфера, гидросфера и криосфера);< /p>

2) геосистемы почвенной сферы;< /p>

3) биотические геосистемы, образующие биосферу;< /p>

4) социально-экономические геосистемы, возникшие в результате общественно-исторической деятельности человека. Все эти системы связаны между собой и воздействуют друг на друга, образуя единую саморегулирующуюся систему. Изменение любой составной части ландшафта ведет, в конечном счете, к изменению его в целом. Вместе с тем, каждая система живой природы, являясь ее элементом и определяясь ею, в то же время имеет достаточную самостоятельность саморазвития, чтобы выйти на другой уровень организации материи [3].

288477220">2.5 Ограничения при системном подходе

Конечно, при этом не стоит забывать о том, что все это не более, чем наши научные представления об окружающем мире. Но человек при осуществлении деятельности по формированию системы этих представлений в процессе своей научной деятельности - в науке, а также системы приемов и средств, используемых им в преобразовании окружающего мира - в технике, а к таковым можно отнести и создание нового образца техники, вынужден от несвязанных действий в познании и преобразовании окружающего мира перейти к использованию системности. Точнее, к систематизации информации о том, что есть, учету системности изучаемого, преобразуемого или создаваемого объекта, в т. ч. объекта и как некоторой совокупности знаний, информации, системности его взаимодействия с окружающей средой и системности учета последствий результатов научной и технической деятельности.< /p>

При этом, как можно видеть из истории и характера достижений науки и техники, наиболее показательные из которых приведены в двух последующих главах, и системный подход не приводит к однозначному для всех исследователей и инженеров подходу к решению одной и той же научной или технической проблемы. Очень многое зависит от "весомости" одних и тех же факторов для разных ученых или инженеров, а она часто в основном определяется соображениями, далеко выходящими за границы чисто научного или инженерного подхода, и даже общепринятой человеческой этики, Примером может служить ситуация с соглашением по ограничению выбросов в атмосферу, ведущих к увеличению озоновых дыр, что может привести к серьезным проблемам для всего человечества. Страна, объявляющая себя оплотом гуманного отношения к человеку США, до сих пор не желает присоединиться к этому соглашению, так называемому Киотскому протоколу.< /p>

Основная цель данной работы - показать, что ученому и инженеру в своей деятельности необходимо не только уметь проводить системный анализ объекта деятельности, но и уметь выделить и "принять во расчет" минимум только тех факторов, которые обеспечат успешное решение задачи, и отбросить те, которые хоть и влияют на результат, но степенью их влияния можно пренебречь. И в случае успеха не торопиться объявлять свое решение универсальным или оптимальным, т.к. завтра все это может оказаться теорией, справедливой для весьма ограниченного числа явлений: механика Ньютона, или далеко не оптимальным или совершенным творением техники: лайнер "Титаник", самолеты Ту-144, "Конкорд", Чернобыльская АЭС, космические корабли серии " Шаттл" и многое-многое другое.

288477221">3. Развитие системного подхода в науке 288477222">3.1 Ранние попытки систематизации физических знаний

Первой действительно успешной попыткой систематизации знаний о природе были труды Аристотеля (384-322 до н.э.), ставшие благодаря своей натурфилософской продуманности и всеобъемлющему характеру основой физики, биологии и других естественнонаучных областей знания в Европе и на Ближнем Востоке в течение более чем двух тысячелетий. В качестве наиболее общих принципов бытия Аристотель выдвигал форму и материю, которые образуют соответственно активное и пассивное начало мироздания. Каждое явление имеет четвероякую причину: материальную (“из чего состоит”), формальную (“по какому плану, вообще: как происходит”), действующую (приблизительно соответствует “силе”) и целостную (“для чего”). Целевые причины особенно важны в аристотелевской системе и ее средневековых вариантах: все в живой и неживой природе целесообразно, тела стремятся к своим “естественным местам” (так Аристотель объяснял падение тел на землю и развитие организмов от зародышевого состояния к взрослому).< /p>

Согласно системе Аристотеля Земля - центр Вселенной, а так как все тяжелые частицы стремятся к центру, то именно здесь и образовалось твердое тело нашей планеты. Легкие элементы - воздух и огонь - поднимаются в высокие слои, там они загораются, и тогда люди видят кометы и падающие звезды. Вечно движение небесных тел по сферам, окружающим неподвижную Землю, а Вселенная сферична и конечна.< /p>

Стоит заметить, что за несколько столетий до Аристотеля знаменитый математик Пифагор Самосский высказал мысль о том, что Земля имеет шарообразную форму и обращается вокруг собственной оси. Более того, он считал, что и Солнце, и Земля, и Луна вращаются вокруг некоторого общего гипотетического центра, который он назвал центральным огнем. Это движение планет и Солнца создает гармонию небесных сфер. Ученики Пифагора утверждали, что только их великий учитель был способен ощущать эту гармонию.< /p>

Нетрудно заметить, что в мироощущении Пифагора просматриваются основные принципы гелиоцентрической системы мира. И все же созданная легендарным Пифагором картина мира просуществовала недолго. На смену ей пришла геоцентрическая система Аристотеля.< /p>

Параллельно с систематизацией эмпирических знаний о природе наметилась тенденция к математизации естествознания, прежде всего в древнеиталийской школе пифагорейцев (VI-IV вв. до н.э.), открывших ряд важных факторов математической акустики и движения небесных тел. С IV в. до н.э. почти на тысячелетие центром естественнонаучных исследований становится Мусейон (“Музей”, храм Муз) в Александрии, где были сделаны крупные открытия: построена целостная система планиметрии и стереометрии по основе аксиом (Евклид), выведены законы перспективы (им же), довольно точно вычислены размеры земного шара (Эратосфен), начато изучение анатомии нервной системы. Эрасистрат (III в. до н.э.) подразделил нервы на двигательные и чувствительные, обратил внимание на извилины головного мозга и на различие между большим головным мозгом и мозжечком.< /p>

Большое влияние на естествознание оказала в эту же эпоху математики в особенности построенные по четко аксиоматическому методу “Начала" Евклида. До сих пор этот труд лежит в основе всех курсов элементарной геометрии в средней и высшей шкале, Евклид подробно изучил свойства прямой линии и окружности, фигур на плоскости и тел в пространстве. Труд Евклида более чем на два тысячелетия предопределил философов и естествоиспытателей, в особенности физиков и астрономов, о пространстве и о роли аксиоматического метода в науке.< /p>

Не следует думать, что у древних идея Аристотеля не вызывала никаких возражений. Она, к примеру, не могла объяснить очевидных изменений яркости планет при движении их по небесному своду. А ведь как легко это можно было сделать, предположив, что планеты то приближаются к Земле, то удаляются от нее.< /p>

Самый смелый шаг был сделан греческим математиком Аристархом Самосским вскоре после смерти Аристотеля. Он первым из греческих мыслителей расположил Солнце в центре мира, а Землю заставил вращаться вокруг Солнца. Этот факт доподлинно установлен, поскольку Архимед упоминает о нем в своем труде “Исчисление песчинок”. Гипотеза Аристарха Самосского не нашла единомышленников, поскольку астрономия в то время обладала небольшим количеством наблюдательных фактов. Потребовалось более полутора тысяч лет, чтобы она возродилась в знаменитой книге Коперника “О вращениях небесных сфер”.

288477223">3.2 Леонардо да Винчи, его открытие строения человеческого организма

Однако в целом для ранних (античных и почти не ушедших вперед по сравнению с ними средневековых) попыток разработки естественнонаучных знаний связь с практикой была исключением. Развитию естествознания в позднеантичный и средневековой период препятствовало также догматизация физики Аристотеля с ее учением о “естественных местах”, целевых причинах и т.д. и господство геоцентризма, законная форма которому была придана александрийским ученым Птолемеем.< /p>

Ситуация стала меняться в сторону нового (если первым считать античный) витка прогресса науки только в эпоху Возрождения, раньше всего (XIV-XV вв.) наступившую в Италии. Леонардо да Винчи (1452-1519) воплощает в своей деятельности единство искусства и науки, опыта и математики. Ему принадлежит первое в новое время связное описание анатомии человеческого тела, притом в сопоставлении с другими млекопитающими. Леонардо рассматривал органы в их движении, функционировании, приблизился к открытию кровообращения (но само открытие было сделано лишь в 1628 г.У. Гарвеем). Он описывал и зарисовывал органы чувств, нервную систему.

288477224">3.3 Становление гелиоцентрического мировоззрения

По всей видимости, начиная с 1515 года Коперник систематически разрабатывал новую систему мира и одновременно наблюдал движение небесных светил. Очень кратко основные положения, тезисы новой теории он изложил на двенадцати страницах рукописи, которую сейчас принято называть “Малым комментарием”. Сам Коперник называл эти тезисы аксиомами. Первые аксиомы гласили, что “не существует одного центра для всех небесных орбит или сфер,. центр Земли не является центром мира. Все сферы движутся вокруг Солнца. Так что около Солнца находится центр мира”. В “Малом комментарии" нет каких-либо математических выкладок. Это была философская квинтэссенция последующего гениального произведения “О вращении небесных сфер”.< /p>

Продолжатели дела Коперника уделяли больше внимания, чем он, методологии исследований и установили важнейший для классического естествознания принцип: наука абсолютно объективна и ее идеалом является описание мира так, как если бы человека-наблюдателя или какого-либо еще субъекта во Вселенной (например, Бога) не было вовсе. На первых порах последователи Коперника вели свою работу в трудных условиях, поскольку инквизиция преследовала их за взгляды, казавшиеся ей несовместимыми с Библией и в особенности с Аристотелем. В 1600 г. был сожжен Дж. Бруно за поддержку гелиоцентризма.< /p>

Джордано Бруно свои взгляды изложил в трех книгах, написанных в форме диалогов: “Пир на пепле”, “О причине начала и едином” и “О бесконечности вселенной и мирах”. Именно здесь он и сформулировал новое научное миропонимание. Нельзя считать, что Бруно лишь развил учение Коперника или обосновал его философски. Бруно - творец нового научного мировоззрения. Гениальное предвидение о бесконечности миров, “которые носятся в эфирном океане, подобно нашему миру”, возрождение атомистической теории, создание новой картины космоса выдвигают Джордано Бруно в первые ряды величайших мыслителей. Казнь Бруно была пирровой победой церкви. Учение Аристотеля агонизировало, и эта агония была необратимой. Но триумф идей Коперника бесспорно не состоялся бы еще многие годы, если бы вскоре после гибели Бруно в Европе не появились телескопы. Именно наблюдательные данные великого Галилея, его точная и последовательная интерпретация этих данных с позиций коперникианства, несмотря на драму отречения, нанесли окончательный удар по системе мира Аристотеля. Одним из творцов астрономии нового времени был также И. Кеплер, открывший законы движения планет по эллиптическим орбитам. Только благодаря работам Галилея и Кеплера система мира Коперника стала одним из краеугольных камней фундамента науки.< /p>

Одним из первых Галилей выдвинул как императив для ученого не следствие авторитетам, но “изучение великой книги природы”. В этом отношении с ним солидаризовался его английский современник Ф. Бэкон (1561-1626), разработавший методологические основы эмпирического (индуктивного) естествознания.< /p>

Одновременно с Галилеем исследования, обосновавшие гелиоцентрическую систему, проводил немецкий астроном И. Кеплер (1571-1630). Благодаря законам Кеплера гелиоцентрическая система впервые получила значительное количественное выражение. Законы Кеплера послужили исходным пунктом для построения механической картины мира, лежавшей в основе естественнонаучного мировоззрения в период XVII-XIX вв., когда основанная на них классическая механика оставалась наиболее развитой и “образцовой" для всех отраслей науки о природе.

288477225">3.4 Классическая механика и механистическая картина мира

Вскоре после открытия Кеплером его законов ряд физиков высказали предположение, что в основе этих законов лежит действие силы, притягивающей планеты к Солнцу и убывающей пропорционально квадрату их расстояния до Солнца. Однако только в 1687 г. это предположение было строго доказано английским физиком и математиком И. Ньютоном (1643-1727), опиравшимся при этом на многочисленные эмпирические измерения, а также на сформулированные им общие законы механики (см.2.2.4) и на открытое им (и одновременно Г.В. Лейбницем в Германии) дифференциальное и интегральное исчисление. Сущность Ньютонова закона всемирного тяготения заключается в том, что любые два тела с массами m1 и m2 притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной этим массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния r между этими телами:

Рисунок убран из работы и доступен только в оригинальном файле.

где Y - коэффициент пропорциональности (“гравитационная постоянная”).< /p>

С помощью закона тяготения Ньютону и его преемникам удалось с большой точностью объяснить все наблюдаемые движения небесных тел, а также такие явления, как приливы и отливы, сплюснутость Земли у полюсов и т.д. Впоследствии предположения о всеобщем и абсолютном характере ньютоновской формулировки данного закона столкнулось с трудностями, прежде всего в плане объяснения движения небесных тел вблизи огромных тяготеющих масс (например, движение Меркурия вблизи Солнца), и эти трудности были преодолены лишь в XX в. благодаря созданию А. Эйнштейном общей теории относительности.< /p>

Сила, согласно механике Ньютона, есть количественная характеристика взаимодействия тел. Это взаимодействие мыслилось как осуществляемое непосредственно и мгновенно (через пустое пространство, заполненное какой-либо средой пространство могло замедлить взаимодействие). Такое представление основывалось на “концепции дальнодействия”. После открытия электромагнитного поля и изучения его свойств это представление было заменено идеей взаимодействия тел через посредство полей, со скоростью распространения света в пустоте, т.е. около 300 тыс. км/сек< /p>

Долгое время (приблизительно с конца XVII в. по конец XIX в.) в естествознании господствовало механистическое воззрение на природу, основанное на вере в правомерность экстраполяции на все явления картины мира, впервые в целостном виде сформулированной Ньютоном в 1687 г. в его труде “Математические начала натуральной философии”. Такая экстраполяция основывалась на двух допущениях: на абсолютной верности ньютоновской механики и на возможности сведения к ней закономерностей всех форм движения материи. Оба допущения были в конечном счете неверны, однако с определенной степенью приближения эффективно работали долгое время и подтверждались важными открытиями. Так, на основании расхождений между реально наблюдаемыми и вытекающими из ньютоновской небесной механики данными в течение XVIII - первой трети XX в. были открыты три последние из больших планет Солнечной системы: Уран (1781), Нептун (1846) и Плутон (1930). Открытие Нептуна произвело особенно сильное впечатление в связи с тем, что за год до визуального обнаружения планеты ее наличия было предвычислено (впервые примененными для такой цели математическими приемами) на основании неправильностей в движении Урана. Это был яркий пример предсказательной силы науки, руководствовавшейся классическими принципами “Математических начал”.< /p>

Естествознание XVIII-XIX вв. в целом вслед за механикой Ньютона исходило из принципа тождества законов явлений на Земле и в космосе. XVIII столетие ознаменовалось быстрым, но в основном экстенсивным прогрессом физических и химических наук на основе ньютоновской механики и других достижений XVIII столетия. Объяснение той или иной формы движения приравнивалось к ее редукции к механическому перемещению. Ньютон интерпретировал таким образом свет, создав корпускулярную теорию света (в XIX в. она уступила место волновой теории). В XIX в. классическое естествознание обогатилось новой областью, связанной с изучением электромагнитных явлений, что однако не разрушило механистической картины мира, а лишь внесло в нее некоторые дополнения.< /p>

Неотъемлемой чертой механистической картины мира было также признание абсолютной детерминированности механистического типа для всех явлений. Такие крупные мыслители, как Г.В. Лейбниц или П.С. Лаплас столетием спустя, отстаивали возможность полного описания и даже предсказания всех явлений, включая биологические и социальные, если бы в достаточной мере были известны начальные условия - координаты и скорости всех материальных частиц для определенного момента времени. Мир, таким образом, мыслился как гигантский механизм, полное описание которого в терминах ньютоновской механики не сталкивается ни с какими сложностями, кроме чисто технических (наличие большого числа переменных).< /p>

С современной точки зрения недостатком классического естествознания было отсутствие посредствующих звеньев для объяснения взаимодействий, в силу чего воздействие одного тела на другое могло пониматься как влияние, минующее пространство: тело могло действовать там, где его нет. Ярким примером может служить ньютоновская трактовка действия одного тела на другое на любом расстоянии при явлениях тяготения.< /p>

Ньютон дедуцировал закон всемирного тяготения, рассматривая последнее в плане концепции дальнодействия, т.е. передачи силы или влияния без какой-либо посредствующей среды мгновенно на сколь угодно большие расстояния. Эта концепция в течение XVIII-XIX вв. не раз подвергалась критике, в отличие от трех основных законов, сформированных Ньютоном в “Математических началах натуральной философии" (законы инерции, связи силы с ускорением F=ma и равенства действия противодействию) и получивших всеобщее признание как основа классической физики, а в значительной мере и как образец для естествознания в целом. Современное естествознание отказалось от концепции дальнодействия, заменив ее представлением о действии полей, в свою очередь опосредованном воздействием частиц (квантов поля). Однако как раз применительно к гравитационным воздействиям механизм “близкодействия" остается еще не вполне проясненными экспериментально.< /p>

Опять можно отметить, что выбираются основные (для ученого) элементы окружающей действительности. Остальное, как опять же, первопричина всего сущего и причины возникновения силы притяжения, не принимаются в рассмотрение.

288477226">3.5 Универсальный закон сохранения количества вещества, открытий М.В. Ломоносовым

Законы механики Ньютона касались тяготения, движения и равновесия тел и оставляли в здании классического естествознания важный пробел, связанный с закономерностями сохранения в природе в целом и в замкнутых системах постоянного количества вещества. Этот пробел в 1756 г. восполнил пробел русский ученый-энциклопедист М.В. Ломоносов (1711-1765). Исходя из своих представлений о всеобщей взаимосвязи в природе, Ломоносов сделал вывод о том, что изменения массы вещества в одном месте обязательно влекут за собой изменения в другом, причем ничто не возникает из ничего. Этот вывод он подтвердил экспериментально, прокалывая металл в сосуде без доступа воздуха и измеряя вес сосуда до и после нагревания (вес оказался неизменным).< /p> 288477227">3.6 Феномен электричества и его истолкование в классическом естествознании

Одной из заслуг Ломоносова является, помимо всего перечисленного, разработка теории образования атмосферного электричества под действием восходящих и нисходящих токов воздуха. Исследования русского ученого по этой проблематике лежали в русле одной из важнейших тенденций науки эпохи Просвещения, стремившейся вписать обширный круг уже известных тогда феноменов статического электричества в механистическую картину мира. Отдельные сведения об электричестве накоплялись уже в древнем мире; у римского ученого Плиния Старшего (I в. н.э.) имеется даже сближение по свойствам янтаря и магнита, т.е. зачаток представления об общности электрических и магнитных явлений. К XVIII в. накопилось уже немало сведений об электростатических явлениях: о наличии положительных и отрицательных зарядов, о конденсаторах (“лейденская банка”), о возникновении электричества при трении и о его участии в физиологических процессах. Ломоносов совместно с Г.В. Рихманом количественно исследовали электричество, используя изобретенный Рихманом первый электрический измерительный прибор (“электрический указатель”). Рихман открыл явления электростатической индукции, затем проводил опыты по усовершенствованию молнеотвода, изобретенного незадолго перед тем в США Б. Франклином. Во время этих опытов Рихман трагически погиб от удара молнии (6 августа 1753 г.). В конце XVIII в.Ш. Кулон заложил основы электро- и магнитостатики.< /p>

Все эти исследования вряд ли были бы возможны без радикального прорыва в области учения об электричестве и магнетизме, осуществленного на рубеже XVII и XVIII вв. английским физиком У. Гилбертом (1544-1603 гг.).< /p>

Свое сочинение “О магните, магнитных телах и большом магните - Земле”, где описаны результаты более 600 опытов, Гилберт опубликовал в 1600 г. Здесь он впервые подробно описал поведение магнитной стрелки, установил нераздельность северного и южного полюсов магнита и невозможность получить магнит с одним лишь полюсом. Путем изучения с помощью магнитной стрелки свойств намагниченного шара, Гилберт открыл их соответствие магнитным свойствам Земли, установив таким образом, что последнюю можно рассматривать как “большой магнит”. Он открыл также несоответствие магнитных полюсов Земли географическим северному и южному полюсов.< /p>

В течение XIX в. к первичным сведениям относительно статического электричества, накопленным со времен Гилберта, Ломоносова и Кулона, добавился ряд разделов научного и технического знания, выросших на основе понятия электрического тока. Английский физик М. Фарадей (1791-1867) показал взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями, а также между светом и магнетизмом (на примере вращения скорости поляризации света в магнитном поле). Он ввел в 1852 г. и самое понятие поля, в том числе электромагнитного, и усовершенствовал существовавшую и ранее, но не всеми признаваемую теорию волновой природы света, высказав идею об электромагнитной природе света. Эта идея хорошо согласовалась с волновой концепцией света О.Ж. Френеля - Т. Юнга, но противоречила более традиционной корпускулярной концепции света как потока частиц (И. Ньютон). Волновая концепция, хорошо объяснявшая дифракцию и интерференцию, а также электромагнитная концепция света Фарадея послужили для другого английского физика, Дж.К. Максвелла (1831-1879), стимулом к созданию в 1860-1865 гг. теории электромагнитного поля, которая придала завершенный характер классической физике: область электрических явлений благодаря этой теории стала частью предмета физики и оказалось вписанной в механистическую картину мира в таком же смысле, как ранее это можно было сказать о собственно механических явлениях. Свою теорию электромагнитного поля Максвелл сформулировал в виде системы дифференциальных уравнений; убедительно подтвердил то, что у Фарадея оставалось догадкой - что свет есть один из видов электромагнитного излучения; вычислил, что таковое должно распространяться в пустоте со скоростью света. Экспериментальное доказательство существования электромагнитных волн было дано в 1888 г. немецким физиком Г.Р. Герцем (1857-1894), наблюдавшим их интерференцию, поляризацию, преломление и т.д. Отметим, что в том же году (1888) опыты Герца повторил А.С. Попов (1859-1906) и затем высказал идею о возможности их использования для передачи сигналов на расстоянии - мысль, легшая в основу изобретенного им же в 1895 г. радиоприемника и его же открытия эффекта радиолокации (1897).< /p>

Математически углубив электродинамику, Герц придал ей форму, полностью демонстрировавшую симметрию между электрическими и магнитными явлениями (“электродинамика Максвелла - Герца”).< /p>

Синтезу классического естествознания способствовала точка зрения Максвелла на электрическую и на любой вид энергии как на эквивалент механической. Объединению теории электрического поля с ньютоновской механикой содействовало также признание Максвеллом существования эфира - абсолютно однородной среды, заполняющей все мировое пространство и служащей субстратом для распространения электромагнитных волн всех диапазонов. Гипотеза эфира впоследствии оказалась ложной, но на данном этапе только с ее помощью можно было обойтись без концепции дальнодействия. Теория электромагнитного поля, разработанная Максвеллом и ставшая затем общепризнанной, в конечном счете не нуждалась в допущении эфира.< /p>

Управления Максвелла, позволившие определять основные параметры электромагнитного поля в зависимости от пространственного распространения зарядов и токов, легли в основу классической электродинамики. Однако они оказали неприложимыми к электромагнитным волнам малой длины и большой частоты: для этого случая оказалось необходимым разработать иные закономерности, относящиеся уже к области квантовой электродинамики.< /p> 288477228">3.7 Основные достижения постклассической физики

Квантовая электродинамика возникла в рамках квантовой теории поля и до настоящего времени остается наиболее разработанной частью этой теории, основе которой лежит тезис, что поле (в частности электромагнитное) обладает не только непрерывными свойствами, как это предполагалось классической максвелловской электродинамикой, но и прерывными (дискретными) свойствами. Носителями последних являются кванты поля, точнее, соответствующих ему излучений. В случае света и других электромагнитных излучений эти кванты называются фотонами.< /p>

Начало XX столетия совпало с началом квантовой механики - теории, ставящей целью объяснить свойства и движение элементарных микрочастиц - дискретных частиц чрезвычайно малой (вплоть до нулевой) массы, к которым относятся как элементарные частицы, так и более сложные объекты микромира, например, атомные ядра и атомы в целом. Первыми экспериментальными предвестниками нового подхода были открытие рентгеновских лучей и радиоактивности, а также первой из ставших известными элементарных частиц - электрона. Все эти события произошли в 1895-1897 гг. Однако непосредственно начало квантовой механике положила лишь в 1900 г. работа немецкого физика Планка (1856-1947). В 1900 г. он выдвинул предположение, что атом изучает световую или вообще электромагнитную энергию лишь определенными порциями - квантами.< /p>

Гипотеза Планка на новом уровне возродила корпускулярную теорию светаПредпосылками квантовой концепции Планка-Эйнштейна было открытие фотоэффекта Герцем в 1887 г., электрона Дж. Дж. Томсоном в 1898 г. и объяснение фотоэффекта как испускания электронов Ф. Ленардом в 1899 г. На этом примере видна тесная преемственность классического естествознания с современным, постклассическим: переход от первого ко второму в ряде случаев совершается с такой непрерывностью, что граница не всегда сразу видна. В данном случае ее образуют публикации Планка и Эйнштейна 1900-1905 гг., знаменовавшие переход к новому, квантовому образу мышления.< /p>

Исходя их этого образа мышления, датский физик Н. Х.Д. Бор (1885-1962) усовершенствовал созданную в 1911 г.Э. Резерфордом (1871-1937) планетарную модель атома, согласно которой почти вся масса атома сосредоточена в ядре, а вокруг ядра по круговым орбитам вращаются электроны. Однако по законам классической механики такая система не могла быть устойчивой: все электроны давно должны были упасть на ядра. Согласно внесенному в 1913 г. Бором уточнению, электроны, вращаясь вокруг ядра атома по орбитам стационарным орбитам, не излучают энергии, но переходя с одной из своих “допустимых" орбит на другую, излучают в каждом случае квант энергии. Позже Бором была разработана “копенгагенская интерпретация" квантовой механики, исходящая из того, что о самом существовании микрочастиц, тем более об их свойствах и движениях, можно судить только в контексте наблюдения.< /p>

Квантовая механика совершенно по-новому осветила микромир и его закономерности, о которых ранее имелись лишь смутные догадки. Эйнштейн в 1905 г., развивая идею Планка о квантованности электромагнитного излучения, предположил, что это излучение и в том числе видимый свет не только испускается порциями, но и вообще состоит из таковых, т.е. из квантов света (фотонов), энергия которых пропорциональна частоте световых волн. Фотон может превращаться в электрон и позитрон - под последним имеется в виду положительно заряженный “двойник” электрона. Позитрон был открыт сначала теоретически, затем уже экспериментально, в космических лучах, и это открытие вызвало к жизни идею, что и у других элементарных частиц есть двойники-античастицы; каждая частица при становлении со своей античастицей аннигилирует. Помимо позитронов, были затем обнаружены антипротоны, антинейтроны и многие другие античастицы. Массы и спины частиц и соответствующих им античастиц равны, что же касается электрических зарядов и магнитных моментов, то и те и другие у частиц и их античастиц равны по величине и противоположны по знаку. Однако нет точных данных, насколько античастицы распространены во Вселенной: нет ли, в частности, таких крупных областей, которые были бы заполнены состоящим из одних античастиц “антивеществом” (проблема антимиров).< /p>

Сейчас известно уже довольно много видов элементарных частиц. Многое в классификации элементарных частиц остается пока гипотетическим и условным; например, не дали еще общезначимых результатов поиска гравитона - частицы, соответствующей гравитационному полю, как фотоны соответствуют электромагнитному.< /p> 288477229">3.8 Корпускулярно-волновой дуализм (волны де Бройля)

В основе квантовой механики лежит парадоксальное с точки зрения классической (неквантовой) физики положение о том, что в поведении микрочастиц проявляются как корпускулярные, так и волновые черты. Это положение не является чисто теоретическим тезисом с целью построить законченную картину мира, но получило прежде всего экспериментальным путем. Показано, например, что пучок электронов, падающих на кристалл, дает дифракционную картину, объясняемую только при волновой трактовке электронов, в то время как в других случаях они ведут себя явно как частицы.< /p>

Концепция Планка - Эйнштейна основывалась на том, что свет представляет собой поток частиц - фотонов. Но это противоречило важной предпосылке самой этой концепции, идее Максвелла о свете как электромагнитных волнах. Эйнштейн предположил, что противоречие это является реальным: свет является в одно и то же время и волнами и потоком частиц. Например, при соударении с металлами фотоны, действуя как частицы, выбирают (при определенной частоте света и следователь, энергии фотонов) из металла электроны; в других случаях, например, при интерференции и дифракции, свет ведет себя как волна. В 1924 г.Л. де Бройль распространил этот корпускулярно-волновой дуализм, т.е. концепцию двоякой (корпускулярной и волновой) природы одного и того же объекта, на вещество, предположив, что вообще поток материальных частиц должен обладать и волновыми свойствами, однозначно соответствующими массе и энергии частиц. При всей непривычности для сознания физики того времени идеи тождества на микроуровне таких разных объектов, как частица и волна, принятие корпускулярно-волнового дуализма в конечном счете оказалось единственным разумным выходом из противоречия между в равной мере обоснованными волновой и корпускулярной природой света. Обобщение дуализма на всю материю явилось одним из первых и наиболее резких признаков совершившегося перехода к неклассическому мышлению в естествознании. Уже в 20-е годы гипотеза де Бройля получила широкое признание, в том числе и тот ее момент, что количественное соотношение между волновыми и корпускулярными свойствами для всех частиц то же, что было ранее предположено Планком для фотонов.< /p>

Э. Шредингер, используя бройлевское обобщение, создал в 1926 г. волновую механику - теорию движения микрочастиц, в которой для описания состояния микрочастиц введена волновая функция. Опыт подтвердил, что все микрочастицы обладают также и волновыми свойствами, а волновым процессам и следовательно, полям присуща дискретность. Таким образом, благодаря корпускулярно-волновому дуализму, вопреки буквальному смыслу слова “дуализм”, была преодолена противоположность между двумя ранее признававшимися формами существования материи: веществом и полем.< /p>

Ярким примером проявления корпускулярно-волнового дуализма служат опыты с электронами, в которых у последних наблюдаются, с одной стороны, типичные корпускулярные свойства (электроны) обнаруживают при столкновениях определенную энергию и импульс, имеют траекторию движения и сместе с тем волновые свойства (подтверждаются диффракции; дают интерференционную картину). В отличие от движения классических (более крупных) частиц для движения, микрочастицы не могут быть одновременно определены координата и импульс: это так называемый “принцип неопределенности”. Он тесно связан с другим, более широким принципом: с принципом дополнительности, согласно которому для познания явлений в их целостности необходимо применение взаимоисключающих (взаимно “дополнительных”) классов понятий. Для микрочастиц такими дополнительными понятиями как раз и являются понятия импульса и координаты, или понятия волны и частицы. Идея дополнительности далеко выходит за пределы физики: например, в концепции естественного отбора дополнительны друг другу внутренние (изменчивость генома) и внешние (влияние среды) факторы, в психологии - детерминизм и свобода.

Если у вас нет возможности самостоятельно написать дипломную - закажите её написание опытному автору»


Просмотров: 511

Другие дипломные работы по специальности "Философия":

Русские революционеры-демократы о человеке

Смотреть работу >>

Наука в духовной культуре общества

Смотреть работу >>

Сущность времени и его величины

Смотреть работу >>

О первичных основаниях нравственности

Смотреть работу >>

Социальная направленность проповеди

Смотреть работу >>