A tudomány nyelve és a természet nyelvének absztraktja - kivonatok, esszék, beszámolók, tanfolyamok és oklevelek
Arutsev Alexander Artemyevitch, Ermolaev Boris Valerievich, Kutateladze Irakly Otarovich, Slutsky Mikhail Semenovich
Mi az az idő, mindenki tudja, mint minden. De egyetlen ember sem tudja az "idő" koncepcióját egyetlen értékes verbális definíciónak adni, anélkül, hogy olyan formulákhoz folyamodna, mint az "olaj vaj". És ez a mély tudományos jelentés: Gödel híres tétele szerint az axiomatikus leírás hiányos volta, hasonló tautológiai konstrukciók minden véges szókincs elkerülhetetlen jellemzőjévé válnak.
Nem, mindenki, aki megpróbálja megválaszolni ezt a kérdést, hasonló nehézséggel jár? Amikor időre gondolunk, van egy érzésünk, hogy ez egy ellenállhatatlan áramlás, amelyben minden esemény bekapcsolódik. Az ezredéves emberi tapasztalat azt mutatja, hogy az idő áramlása változatlan. Úgy tűnik, hogy nem lehet lelassítani vagy felgyorsítani. És persze, ez nem fordítható meg. Hosszú ideig az idő fogalma csak az emberek intuitív ábrázolása és az absztrakt filozófiai érvelés tárgya maradt.
De Richard Feynman a fizika előadásairól nagyon egyszerű "definíciót adott az időnek:" Az idő óra. "
Kiemelkedő filozófus-tudós, L. V. Shcherba olyan szórakoztató kifejezéssel jött elő, amely hamar tankönyvévé vált: "Glokaya kuzdra megrökönyödött a bokra, és összecsapta az oldalát." Ez a mondat teljesen orosz nyelven hangzik, az összes olyan kifejezés, amelyik teljesen teljesen oroszként hangzik; Ráadásul világosan megértjük a benne rejlített kép jelentését. És ez - annak ellenére, hogy nem egyetlen szó, önmagában vett értelme.
Az mit jelent ez a mondat már volt képes megérteni, mert minden nyelv - nem csak szavak halmazának, amelyek mindegyike egy bizonyos értéket, és egy sor szó, hogy egy bizonyos tervezési és egymással kombinálhatók bizonyos szabályok szerint, hogy adja a nyelv egészének szemantikai struktúrát. „Glock Kuzdra” szó lehetetlen lefordítani bármilyen nyelven a világ; de úgy tűnik, bármilyen nyelven lehet gondolni egy mondat, hogy ugyanaz a jelentése.
A természet a saját nyelvét is beszéli, de benne a szavak szerepét különböző anyagi tárgyak végzik, amelyek kölcsönhatásban állnak egymással a szabályoknak megfelelő törvények szerint. Ezek a törvények lehetővé teszik a tudomány nyelvének, hogy közvetítse azt a jelentést, amit a természet mond, annak ellenére, hogy egyik szavát sem lehet szó szerint lefordítani az emberi nyelvre. Vagyis bármely tudós olyan, mint egy tolmács, aki csak az idegen nyelv nyelvtanának szabályait ismeri, és igyekszik saját nyelvével közvetíteni a természet szavainak (VE Zhvirblis) át nem fordítható játékait.
Az idő a jelenségek és az anyagállapotok egymást követő változásainak egy formája. Az idő és a tér az anyag univerzális tulajdonságai, elválaszthatatlanok, elválaszthatatlanul kapcsolódnak a mozgáshoz és egymáshoz. Ez a maximális, amit mondhatunk az időről, anélkül, hogy egy tautológiába esnénk.
A tapasztalat szerint tudjuk, hogy az idő csak egy irányba áramlik, a múltból a jövőbe, és ezért az "idő-nyílról" beszélünk. Miért nem fordítható meg az idő? És ha lehetséges, akkor mi fog történni egy olyan világban, ahol a múlt és a jövő fordulni fog?
Jellemzően egy hipotetikus világ, amely időben visszafolyik, egy olyan filmhez hasonlít, amelyet visszahúztak. Végül is egy mozgó szalaggal ellátott filmvetítő egyfajta óra, amely képes arra, hogy vizuálisan rögzítse az igazi jelenségek sorrendjét.
Azonban ez vonatkozik nem az összes eseményt, például égő gyertyák, kijelző gyorsított ütemben, először az időben „van”, majd idővel „vissza”. Amikor a kijelző időt folyt az előre irányban a normális irányban folyt időt mérjük égő gyertya - hossza csökken; ha ugyanaz a képernyő előtt töltött idő megfordul, megfordul, és az idő számít gyertya - ő nőtt ki tócsa viasz. És mégis valami nem volt helyes. Végtére is, annak ellenére, hogy az idő fut visszafelé a filmvetítő (a filmet mozog az ellenkező irányba), és a képernyő (nem olvadt gyertya és rózsa), a lángot mindig világít az egész! Egyszerű mechanikai kezelése az idők folyamán nem volt hatással az idők folyamán, az irányt, amely által meghatározott átalakulás folyamatát az energia egyik formából a másikba, és határozza meg a termodinamika.
Tehát ahhoz, hogy a termodinamikus "időzónát" a képernyőre húzzuk, hátrálni kell a film pozitív, de negatív visszajelzését hátrafelé! Aztán a gyertya fekete lángja, mint egy "fekete lyuk", úgy tűnik, hogy szopogatja az összes környező test által kibocsátott elektromágneses hullámokat. De honnan ismerik ezeket a hullámokat, hogy milyen irányba terjedjenek el, és még szigorúan egymásnak is megfeleljenek? Kiderül, hogy a termodinamikus idő egyáltalán nem fordítható meg!
A newtoni mechanika törvényei szigorúan invariánsak, változatlanok az idő jelének megváltoztatásával szemben: a + t helyettesítésével a -t nem változtat meg semmiben. Ezért azt mondják, hogy a mechanika reverzibilis - ha pontosan definiáljuk a részecskék kezdeti koordinátáit és momentumát, akkor kiderítjük a rendszer önkényesen messze elhúzódó és önkényesen távoli jövőjét. Nem számít, hogy ezt gyakorlatilag nem tudjuk elvégezni (egyetlen számítógép sem képes megbirkózni egy ilyen feladattal), a legfontosabb az, hogy elméletileg megtehetjük. Az I. Newton világában minden esemény előre meghatározott egy és mindenkorra, ez a szigorú determinizmus világa, amelyben nincs helye a véletlennek.
De a termodinamika második törvénye szerint, egy elszigetelt rendszerben, minden folyamat csak egy irányban zajlik - az entrópia növekvő erejével, a növekvő káoszhoz, amit diszperzió, energiacsökkenés kísér. Így mindig a gyakorlatban történik: a gyertyaláng sugárzó energiája csak helyreállíthatatlanul szétszóródhat az űrben. De elméletileg igazolható-e ez az elv?
A jelenség igazolása elméletileg azt jelenti, hogy a természet legáltalánosabb természet törvényei alapján fogalmazódnak meg, és elfogadják a világ tudományos képének alapját. Az ilyen törvényeket jogosan tekintik a newtoni mechanika törvényeinek, ezért a probléma a következőképpen fogalmazódik meg: hogyan lehet a termodinamika visszafordíthatatlanságát a mechanika visszafordíthatóságából levezetni?
Ez a probléma először a múlt század második felében, L. Boltzmannal próbálta megoldani. Felhívta a figyelmet arra a tényre, hogy a termodinamikai visszafordíthatatlanság csak a nagyszámú részecskék számára van értelme: ha kevés részecske van, akkor a rendszer valóban reverzibilisnek bizonyul. A mikroszkopikus reverzibilitás és a makroszkopikus irreverzibilitás összehangolása érdekében a Boltzmann egy részecske-rendszer probabilisztikus leírását használták (ez az úgynevezett H-tétel), és megkapták a kívánt eredményt. Azonban hamar kimutatták, hogy önmagában egy valószínűségi leírás implicit módon tartalmaz egy "időbeli nyíl" létezés fogalmát, ezért Boltzmann bizonyítéka nem tekinthető a probléma helyes megoldásának.
Általában a létezését „idő nyila” csak egy független posztulátum, mert azt jelenti, törés a szimmetria oldatok egyenletek a mozgás. De milyen fizikai valóság felel meg egy ilyen posztulátumnak? Kiderült, hogy sem a reverzibilis mechanika húzhatnak csak reverzibilis termodinamika (elismerve a lehetősége, hogy „örökmozgó” A második típusú), vagy irreverzibilis termodinamika húzhatnak csak visszafordíthatatlan mechanika (amely lehetővé tette az „örökmozgó” az első volt).
Érdekes, hogy mindkét lehetőséget ténylegesen kipróbálták. Boltzmann maga is arra a következtetésre jutott, hogy az egész végtelen univerzum egészében reverzibilis, és világunk a kozmikus normák mikroszkopikus ingadozása. És a század közepén a NA Kozyrev pulkovo csillagász megpróbált visszafordíthatatlan mechanikát létrehozni, amelyben az "idõ nyílja" a fizikai valóság karakterével és a csillagok energiaforrásaként szolgál. De Boltzmann nézőpontja lehetővé teszi az okság megsértésének lehetőségét az univerzum meglehetősen nagy területein, és Kozyrev nézőpontja beilleszti a természet leírásába egy bizonyos különleges fizikai egységet, amely hasonló az "életerőhöz".
2. "Rendeljen ki a káoszból"
A klasszikus termodinamika, amelyet Boltzmann a klasszikus mechanika segítségével próbál indokolni, csak a szigorúan elszigetelt rendszerek viselkedését írja le, közel a termodinamikai egyensúly állapotához, és csak a tisztán statisztikai ingadozások határain belül tér el. Ilyen rendszerekben csak romboló folyamatok fordulhatnak elő, amit az entrópia folyamatos növekedése kísér. Azonban mindenütt a természetben vannak olyan folyamatok is, amelyek az anyag önszerveződését, spontán megjelenését az egyenlőtlenség káoszától, az úgynevezett disszipatív struktúráktól. Az ilyen folyamatok legélénkebb példái lehetnek az élet spontán generációjának és a biológiai evolúciónak a jelenségei.
Ez azt jelenti, hogy egyes esetekben megsértheti a termodinamika második törvényét? A témával kapcsolatos éles viták évekig tartottak, végül a természet alapvető törvényeinek szigorú betartása mellett álló szurkolók győzelmével zárultak. De ugyanakkor számos lényeges finomítás történt, nem magára a törvényre, hanem a valóságos rendszerekre való alkalmazhatóságuk határaira. Szóval, nem pedig egy tudományos nyelv szerkezetét, hanem a benne használt szavak jelentését. Például a felülvizsgálatnak a "káosz" fogalmát kellett alávetetnie.
Az egyensúlyi rendszerekben uralkodó káosz tisztán statisztikai jellegű, és csak arról beszélünk, hogy a rendszer eltér az egyensúlyi állapottól. Az ilyen rendszer reakciója egy adott perturbáló hatásra lineáris - közvetlenül arányos a zavaró erővel és hajlamos visszatérni a rendszernek a korábbi állapotába. Tehát, ha egy folyadék kis sebességgel folyik egy sima csőn, kis vortexek véletlenszerűen előfordulnak benne, de ezek a csavarások önmagukban kialszanak, és egészében a patak rendben van, lamináris.
De ha a rendszer erőteljesen nincs egyensúlyban, vagyis jelentős felesleges szabad energiája van, akkor fel lehet merülni egy különleges, a dinamikusnak nevezett káosz; az ilyen rendszer reakciója a perturbáló hatásokhoz nemlineáris, és önkényesen nagy lehet az önkényesen kis elsődleges perturbáció esetén. Tehát, ha a folyadéknak a csövön keresztüli sebessége meghalad egy bizonyos kritikus értéket, akkor az áramlás legkisebb inhomogenitása azonnal a lamináris áramlás katasztrofális átalakulásához vezet egy rendezetlen, turbulens áramlásgá.
Azonban a dinamikus káosz figyelemre méltó, mert a rendszer látszólag kiszámíthatatlan viselkedése mögött szigorú determinizmus áll - az összes folyamatban matematikailag kiszámítható minden szükséges pontosság. A káosz másik jellemzője, hogy szigorúan rendezett struktúrák saját generációjának forrását szolgálhatja. Például turbulens áramlásban stabil görcsökszerű vortexek (az úgynevezett Karman útvonal) jelenhetnek meg, megfigyelhet egy gyors úszó hajót.
3. A rendszer fogalma
A módosításokat a "rendszer" fogalmának kell alávetni. Amikor az egész rendszer olyan állapotban van, messze a valós termodinamikai egyensúly, és ez vonatkozik minden valós rendszerekben, az egyes részek előfordulhatnak spontán önszerveződés folyamatok csökkenése kíséri az entrópia. Ha nem veszi figyelembe azt a tényt, hogy az alrendszer, amelyben a dinamikus káosz samozarozhdayutsya disszipatív struktúrák hajtott a szabad energia, a környezet, ott van a megjelenése sérti a termodinamika második törvénye. De minden a helyére kerül, ha figyelembe vesszük azt a tényt, hogy a helyi területeken zajló önszerveződési folyamatokat az egész rendszer entrópiájának állandó növekedése kísérte.
Tehát, a földi élet eredete erősen egyensúlyi közepes és okozott élőlények élnek és fejlődnek, fogyasztó szabad energia jön nekik kívülről - vagyis végső soron a Nap energiáját. De maga a Nap nem örök (ha természetesen igaz az energia eredetének termonukleáris hipotézise), és ki kell menned, miután a hidrogén héliumgá változik. Kell, úgy tűnik, előbb-utóbb menni, és az összes többi csillag, ami az egész univerzumot sötétségbe borult „hő-halál”, amely előre jelezte a kezdete a múlt század R. Clausius.
De mennyiben lehet a nap és a csillagok elszigetelt rendszereknek tekinteni? Lehet, hogy a valóságban egyes speciális energiaáramlások kapcsolódnak egymáshoz (a létezés lehetősége, amely egyébként engedélyezte NA Kozyrevet)? Ezután a rendszer határainak kiterjesztése tovább növeli a "hőhalál" kezdetét a végtelenségig, és meggyőző következtetésre jut, hogy soha nem fog eljönni. Ilyen érvekkel szokták megcáfolni Clausius pesszimista előrejelzését.
Sajnos a végtelenség szomorú kezelése miatt fizetnie kell. Az örökké fennálló, végtelenül nagy nem-helyi Univerzumban nem lesz többé tér, idő és mozdulat, amellyel hozzászoktunk, következésképpen nincs sem energia, sem anyag. Minden ismert természet törvénye csak helyi, helyi jellegű lehet.
Ez azt jelenti, hogy a gondatlan használata a „végtelen” (és benne van az, ezek a leggyakrabban használt szavakat, mint „instant”, „mindig”, „soha”, és mások) vezethet paradox következtetéseket, és ezáltal annak jelentését (valamint értelmében fogalmak "rendszer", "káosz", amelyet Prigozhin elemez) szintén tisztázni kell.
4. Végtelen: potenciál és áram
A matematika szempontjából egy végtelenül nagy mennyiség olyan mennyiség, amely folyamatosan növekszik, de soha nem ér el bizonyos értéket: n (t)>? t>. Az ilyen végtelenséget potenciálisnak nevezik, mert csak elvben létezik; geometriai képe egy egyenes vonal, korlátlanul meghosszabbítva mindkét irányban. De a matematikusok anélkül is el tudják végezni, hogy a n> szimbólum titokban tartott időt mérje. amely lehetővé teszi számukra, hogy egy végtelen nagy mennyiség meghatározását egyszerűsített megjegyzéssel elutasítsák:. Az ilyen végtelenség nevezik a ténylegesnek, mert olyan, mintha befejezett volna a pillanatig, amikor használtam; geometriai képe a végtelen szegmens egyenes vonalból, amely végtelen számú infinitezimális matematikai pontból áll.
Melyik a végtelenség több "helyes"? Tény, hogy a probléma volt, jelentette a híres paradoxona Zeno (például „Akhilleusz és a teknősbéka”), de a vita matematikusok (valamint a logika és a filozófia) ebben a témában még nem fejeződött be eddig. De a fizikusok gyakran nem teszik különbséget a potenciális és a tényleges végtelenség között, és nagyon bosszantanak, amikor a számítások eredményeképpen végtelenül nagy mennyiségeket kapnak, amelyeket eltéréseknek neveznek. És súlyos hibát követnek el, és nagyon nagy, de véges számokkal helyettesítik őket.
Ugyanakkor nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy a kísérletező végtelenül nagy (és végtelenül kicsi) mennyiségei valóban nem léteznek, mindig véges eredményeket ér el, és a végtelen rejtekét a valószínűségelmélet segítségével elrejti a hiba. Ami a teoretikus által kínált végtelenségeket illeti, akkor kétféle módon kezelhetjük őket: potenciális vagy ténylegesek.
A potenciális végtelenség az úgynevezett kalibrációhoz illeszthető, bármikor nulla lehet, és újra számolható, t0 = 0; a tényleges végtelenség egy ilyen eljárás nem engedhető meg, hiszen általában az időn kívül, és ennek megfelelően a valódi fizikán kívül létezik.
5. Newton törvényei
Newton modell - egy mozgó test abszolút végtelen térben egyenletesen és egyenes vonalban, amíg a szervezet nem befolyásolja az erő (első törvénye mechanika), vagy két eljáró szervek azonos és ellentétes erők egymásra (a harmadik törvénye mechanika) ; maga az erő egyszerűen a mozgó testek felgyorsulásának oka (a mechanika második törvénye), vagyis ahogyan létezik, önmagában és honnan származik. Newton szerint minden kölcsönhatás azonnal megtörténik, vagyis végtelenül nagy sebességgel; A fizikai világ lakói számára azonban nem lehet azonnali interakció, mivel 1 / n (t)> 0 n (t)>? Csak akkor, ha t>.
Ha a testek ütközései valóban pillanatnyilag, vagyis végtelenül kis időintervallumon következnek be, akkor ezek a testek soha nem és soha nem lesznek véges távolságok egymástól,