Почему применение моделей влияет на границы применимости. Причины, которые обуславливают применение моделей моделирования

Познание причинных связей имеет большое значение для научного предвидения, воздействия на процессы и изменения их в нужном направлении. Не менее важной является проблема взаимосвязи хаоса и порядка. Она является ключевой при объяснении механизмов процессов самоорганизации. К этому вопросу мы будем возвращаться неоднократно и в следующих главах. Попытаемся понять, каким же образом в окружающем нас мире сосуществуют, находясь в самых разнообразных и причудливых сочетаниях, такие фундаментальные категории как причинность , необходимость и случайность .

Взаимосвязь причинности и случайности

С одной стороны, мы интуитивно понимаем, что все явления, с которыми мы сталкиваемся, имеют свои причины, которые, однако, действуют не всегда однозначно. Под необходимостью же понимается еще более высокий уровень детерминации, имея в виду, что определенные причины в определенных условиях должны вызывать определенные следствия. С другой же стороны, и в повседневной жизни и при попытках вскрыть какие-то закономерности, мы убеждаемся в объективном существовании случайности. Каким же образом совместить эти, казалось бы взаимно исключающие процессы? Где же место случайности, если мы допускаем, что все происходит под действием определенных причин? Хотя проблема случайности и вероятности до сих пор не нашла своего философского решения, упрощенно под случайностью будем понимать воздействие большого числа причин, внешних по отношению к данному объекту. То есть можно предположить, что, когда мы говорим об определении необходимости как абсолютной детерминации, то должны не менее четко понимать, что практически чаще всего невозможно жестко зафиксировать все условия, в которых происходят те или иные процессы. Эти условия (причины) являются внешними по отношению к данному объекту, поскольку он всегда является частью объемлющей его системы, а эта система является частью другой более широкой системы и так далее, то есть существует иерархия систем . Поэтому для каждой из систем существует какая-то внешняя система (окружающая среда), часть воздействий которой на внутреннюю (малую) систему не могут быть спрогнозированы или измерены. Любые измерения требуют затрат энергии, и при попытках абсолютно точно измерить все причины (воздействия) эти затраты могут быть столь велики, что мы получим полную информацию о причинах, но производство энтропии будет так велико, что уже нельзя будет совершить полезной работы.

Проблема измерений

Проблема измерения и уровня наблюдаемости системы объективно существует и влияет не только на уровень познаваемости, но в определенной степени и на состояние системы. Причем это имеет место, в том числе, и для термодинамических макросистем.

Проблема измерения температуры

Связь температуры и термодинамического равновесия

Остановимся на проблеме измерения температуры, обратившись при этом к прекрасно написанной (в смысле педагогики) книге академика М.А. Леонтовича. Начнем с определения понятия температуры, которое, в свою очередь, теснейшим образом связано с понятием термодинамического равновесия и, как отмечает М.А. Леонтович, вне этого понятия не имеет смысла. Остановимся на этом вопросе несколько подробнее. По определению, при термодинамическом равновесии все внутренние параметры системы есть функции внешних параметров и температуры, при которой находится система .

Функция внешних параметров и энергии системы. Флуктуации

С другой стороны, можно утверждать, что при термодинамическом равновесии все внутренние параметры системы – функции внешних параметров и энергии системы. В то же время, внутренние параметры есть функция координат и скорости молекул. Естественно, что мы можем как-то оценивать или измерять не индивидуальные, а их средние значения за достаточно длинный промежуток времени (при допущении, например, нормального гаусовского распределения скоростей или энергии молекул). Эти средние мы и считаем значениями внутренних параметров при термодинамическом равновесии. К ним относятся все сделанные утверждения, и вне термодинамического равновесия они теряют смысл, поскольку законы распределения молекул по энергиям при отклонении от термодинамического равновесия будут другие. Отклонения от этих средних, вызываемые тепловым движением, называются флуктуациями. Теорию этих явлений применительно к термодинамическому равновесию дает статистическая термодинамика. При термодинамическом равновесии флуктуации невелики и, в соответствии с принципом порядка Больцмана и законом больших чисел (см. гл. 4 §1), взаимно компенсируются. В сильно же неравновесных условиях (см. гл. 4 §4) ситуация коренным образом меняется.

Распределение энергии системы по ее частям в состоянии равновесия

Теперь мы вплотную подошли к определению понятия температуры, которое выводится из нескольких вытекающих из опыта положений, относящихся к распределению энергии системы по ее частям в состоянии равновесия. Кроме сформированного несколько выше определения состояния термодинамического равновесия постулируются следующие его свойства: транзитивность, единственность распределения энергии по частям системы и тот факт, что при термодинамическом равновесии энергия частей системы растет с ростом ее общей энергии.

Транзитивность

Под транзитивностью понимается следующее. Допустим, что мы имеем система , состоящую из трех частей (1, 2 и 3), находящихся в некоторых состояниях, и мы убедились, что система , состоящая из частей 1 и 2, и система , состоящая из частей 2 и 3, каждая в отдельности находится в состояниях термодинамического равновесия. Тогда можно утверждать, что и система 1 – 3, тоже будет находиться в состоянии термодинамического равновесия. При этом предполагается, что между каждой парой частей в каждом из этих случаев нет адиабатических перегородок (т.е. обеспечивается передача тепла).

Понятие температуры

Энергия каждой части системы есть внутренний параметр всей системы, поэтому при равновесии энергии каждой части , являются функциями внешних параметров , , относящих ко всей системе, и энергия всей системы

(1.1) Разрешив эти уравнения относительно , получим

(1.2) Таким образом, для каждой системы существует определенная функция ее внешних параметров и ее энергии, которая для всех система , находящихся в равновесии, при их соединении имеет одно и то же значение.

Эту функцию и называют температурой. Обозначая температуры системы 1 , 2 через , , и полагая

(1.3) еще раз подчеркнем, что условия (1.1) и (1.2) сводятся к требованию равенства температур частей системы.

Физический смысл понятия “температура”

Пока данное определение температуры позволяет устанавливать только равенство температур, но не позволяет еще приписывать физический смысл тому, какая температура больше, какая меньше. Для этого определение температуры необходимо дополнить следующим образом.

Температура тела увеличивается при росте его энергии при постоянных внешних условиях. Это эквивалентно утверждению, что при получении телом тепла при постоянных внешних параметрах его температура увеличивается.

Такое уточнение определения температуры возможно только в силу того, что из опыта вытекают еще следующие свойства равновесного состояния физических систем .

При равновесии возможно одно совершенно определенное распределение энергии системы по ее частям. При увеличении общей энергии системы (при неизменных внешних параметрах) растут энергии ее частей.

Из единственности распределения энергии следует, что уравнение типа дает одно определенное значение , соответствующее заданному (и заданным , ), т.е. дает одно решение уравнения . Отсюда следует, что функция – монотонная функция . Тот же вывод относится к функции для любой системы. Таким образом, из одновременного роста энергии частей системы вытекает, что все функции , , и т.д. есть либо монотонно возрастающие, либо монотонно убывающие функции , , и т.д. То есть мы всегда можем выбрать температурные функции так, чтобы возрастало с ростом .

Выбор температурной шкалы и измерителя температуры

После изложенного выше определения температуры вопрос сводится к выбору температурной шкалы и тела, которое может быть использовано в качестве измерителя температуры (первичного датчика). Следует подчеркнуть, что данное определение температуры справедливо при использовании термометра (например, ртутного или газового), при этом термометром может служить любое тело, являющееся частью системы, температуру которой требуется измерить. Термометр обменивается теплом с этой системой, внешниепараметры , определяющие состояние термометра, должны быть фиксированы. При этом измеряется величина какого-либо внутреннего параметра, относящегося к термометру при равновесии всей системы, состоящей из термометра и окружающей среды, температура которой должна быть измерена. Этот внутренний параметр, с учетом изложенного выше определения, есть функция энергии термометра (и его внешних параметров, которые фиксированы, и задания которых относятся к градуировке термометра). Таким образом, каждому измеренному значению внутреннего параметра термометра соответствует определенная его энергия, а следовательно, учитывая соотношение (1.3), и определенная температура всей системы.

Естественно, что каждому термометру соответствует своя температурная шкала. Например, для газового термометра расширения, внешний параметр – объем датчика – фиксирован, а измеряемым внутренним параметром является давление. Описанный принцип измерения относится только к термометрам, в которых не используются необратимые процессы. Такие же приборы для измерения температуры, как термопара и термометр сопротивления, основаны на более сложных методах, которые связаны (это очень важно отметить) с теплообменом датчика с окружающей средой (горячие и холодные спаи термопары).

Здесь мы имеем яркий пример, когда введение измерительного прибора в объект (систему), изменяют в той или иной мере сам объект. При этом стремление к повышению точности измерения приводит к увеличению затрат энергии на измерение, к повышению энтропии окружающей среды. При данном уровне развития техники это обстоятельство в ряде случаев может служить объективной границей между детерминистическими и стохастическими методами описания. Еще более наглядно это проявляется, например, при измерении расхода методом дросселирования. Противоречие, связанное со стремлением к более глубокому уровню познания материи и существующими методами измерения, проявляется все отчетливее и в физике элементарных частиц, где, по признанию самих физиков, для проникновения в микромир применяются все более громоздкие средства измерения. Например, для обнаружения нейтрино и некоторых других элементарных частиц в глубокие пещеры в горах помещаются огромные “бочки”, заполненные специальными высокоплотными веществами и т.д.

Границы применимости понятия температуры

В заключение обсуждения проблемы измерений вернемся к вопросу о границах применимости понятия температуры, вытекающих из изложенного выше ее определения, при котором подчеркивалось, что энергия системы есть сумма ее частей. Поэтому можно говорить об определенной температуре частей системы (в том числе и термометра) только тогда, когда энергия этих частей аддитивно складывается. Весь вывод, приведший к введению понятия температуры, относится к термодинамическому равновесию. Для систем , близких к равновесию, температура может рассматриваться лишь как приближенное понятие. Для систем же в состоянии, сильно отличающихся от равновесного, понятие температуры вообще теряет смысл.

Измерение температуры бесконтактными методами

И, наконец, несколько слов об измерении температуры бесконтактными методами, например, пирометрами полного излучения, инфракрасными и цветовыми пирометрами. На первый взгляд кажется, что в этом случае наконец-то удается преодолеть основной парадокс методологии познания, связанный с влиянием средства измерения на измеряемый объект и увеличением энтропии окружающей среды за счет измерения. На самом же деле происходит лишь некоторое смещение уровня познания и энтропийного уровня, но принципиальная постановка проблемы остается.

Во-первых, пирометры этого типа позволяют измерить только температуру поверхности тела, точнее даже не температуру, а тепловой поток , излучаемый поверхностью тел.

Во-вторых, для обеспечения функционирования датчиков этих приборов требуется подвод энергии (а теперь и подключение к ЭВМ), а сами датчики являются достаточно сложными и энергоемкими в изготовлении.

В-третьих, если мы поставим задачу оценки с помощью подобных же параметров температурного поля внутри тела, то нам необходимо будет иметь математическую модель с распределенными параметрами, связывающую измеряемое этими параметрами распределение температур по поверхности с пространственным распределением температур внутри тела. Но чтобы идентифицировать эту модель и проверить ее адекватность, нам опять же потребуется эксперимент, связанный с необходимостью прямого измерения температур внутри тела (например, сверление нагреваемой заготовки и запрессовку термопар). При этом результат, как следует из изложенной выше достаточно строгой формулировки понятия температуры, будет справедлив только при достижении объектом стационарного состояния. Во всех остальных случаях полученные оценки температур следует рассматривать с той или иной степенью приближения и иметь методики для оценки степени приближения.

Таким образом, и в случае применения бесконтактных методов измерения температуры мы в конечном итоге приходим к той же проблеме, в лучшем случае при более низком энтропийном уровне. Что же касается металлургических, да и многих других технологических объектов, то уровень их наблюдаемости (прозрачности) довольно невысок.

Например, поставив большое количество термопар по всей поверхности кладки нагревательной печи, мы получим достаточную информацию о тепловых потерях, но не сможем нагреть металл (рис.1.6).

Рис. 1.6 Потери энергии при измерении температуры

Отвод тепла по термоэлектродам термопар может быть столь велик, что перепад температур и тепловой поток через кладку может превысить полезный тепловой поток от факела к металлу . Таким образом, большая часть энергии будет затрачена на нагрев окружающей среды, то есть на увеличение хаоса во вселенной.

Не менее наглядным примером того же плана является измерения расхода жидкости и газов методом перепада давлений на дроссельном устройстве, когда стремление повысить точность измерений приводит к необходимости уменьшения сечения дроссельного устройства. При этом значительная часть кинетической энергии, предназначенной для полезного использования, будет затрачена на трение и завихрения (рис.1.7).

Рис. 1.7 Потери энергии при измерении расхода

Стремясь к слишком точному измерению, мы значительное количество энергии переводим в хаос. Полагаем, что эти примеры являются достаточно убедительным свидетельством в пользу объективного характера случайности.

Объективная и необъективная случайность

Признавая объективный характер причинности и необходимости, и в то же время объективный характер случайности, последнюю можно, по-видимому, трактовать как результат столкновения (сочетания) большого числа необходимых связей, являющихся внешними по отношению к данному процессу.

Не забывая об относительном характере случайности, весьма важно различать действительно объективную случайность и “необъективную случайность”, т. е. обусловленную недостатком знаний об изучаемом объекте или процессе и сравнительно легко устранимую при вполне разумных затратах времени и средств.

Хотя четкой грани между объективной и необъективной случайностью провести нельзя, такое разграничение все же принципиально необходимо, особенно в связи с распространившимся в последние годы подходом с позиции “черного ящика”, при котором, по словам У.Эшби, вместо исследования каждой индивидуальной причины в связи с ее индивидуальным следствием, что является классическим элементом научного познания, смешивают в общую массу все причины и все следствия и связывают лишь два итога. Детали образования причинно-следственных пар теряются в этом процессе.

Такой подход, при всей его кажущейся универсальности, без сочетания с причинно-следственным анализом является ограниченным.

Однако, в связи с тем, что в настоящее время разработан ряд вероятностных методов, основанных на этом подходе, многие исследователи предпочитают пользоваться ими, надеясь на более быстрое достижение поставленной цели, чем при последовательном, аналитическом, причинно-следственном подходе.

Использование чисто вероятностного подхода без достаточного осмысливания получаемых результатов с учетом физики процессов, внутреннего содержания объектов приводит к тому, что некоторые исследователи вольно или невольно становятся на позиции абсолютизации случайности, так как при этом все явления считаются случайными, даже те, причинно-следственные связи которых могут быть раскрыты со сравнительно небольшими затратами времени и средств.

Объективный характер случайности, безусловно, имеет место в том смысле, что познание всегда идет от явления к сущности, от внешней стороны вещей к глубоким закономерным связям, причем сущность неисчерпаема. Эта неисчерпаемая сущность и определяет уровень объективной случайности, который, конечно, является относительным для определенных конкретных условий.

Случайность объективна: полное раскрытие причинно-следственных связей невозможно, хотя бы потому, что для их раскрытия необходима информация о причинах, т. е. необходимо измерение, а, как правило, утверждает Л. Бриллюэн, ошибки нельзя сделать “бесконечно малыми”, они всегда остаются конечными, так как возрастает расход энергии на их уменьшение, сопровождающийся ростом энтропии.

В связи с этим, под объективной случайностью следует понимать лишь тот уровень переплетений причинно-следственных связей, раскрытие которого при данном уровне знаний о процессе и развития техники сопровождается непомерными затратами энергии и становится экономически нецелесообразным.

Для успешного построения содержательных моделей необходимо оптимальное сочетание макро- и микроподходов, т. е. функциональных методов и методов раскрытия внутреннего содержания.

При функциональном подходе абстрагируются от конкретного механизма осуществления внутренних причинных связей и рассматривают лишь поведение системы, т.е. ее реакцию на возмущения того или иного вида.

Однако, функциональный подход и, особенно, его упрощенная разновидность – метод “черного ящика” не является универсальным и почти всегда сочетается с другими методами.

Функциональный подход можно рассматривать как первую ступень процесса познания. При первых рассмотрениях системы обычно применяется макроподход, затем переходят на микроуровень, где происходит выделение “кирпичей”, из которых строятся системы, проникновение во внутреннюю структуру, расчленение сложной системы на более простые, элементарные системы, выявление их функций и взаимодействия между собой и системой в целом.

Функциональный подход не исключает причинно-следственного подхода. Наоборот, именно при правильном сочетании этих методов получается наибольший эффект.

Цель урока

Продолжить обсуждение дифракции волн, рассмотреть проблему границ применимости геометрической оптики, сформировать умения по качественному и количественному описанию дифракционной картины, рассмотреть практические применения дифракции света.

Данный материал обычно рассматривается вскользь в рамках изучения темы «Дифракция света» в связи с нехваткой времени. Но, на наш взгляд, его необходимо рассматривать для более глубокого понимания явления дифракции, понимания, что любая теория, описывающая физические процессы, имеет границы применимости. Поэтому этот урок можно провести в базовых классах вместо урока решения задач, так как математический аппарат для решения задач по этой теме достаточно сложен.

№ п/п	Этапы урока	Время, мин	Приемы и методы
1	Организационный момент	2
2	Повторение изученного материала	6	Фронтальный опрос
3	Объяснение нового материала по теме «Границы применимости геометрической оптики»	15	Лекция
4	Закрепление изученного материала с помощью компьютерной модели	15	Работа на компьютере с рабочими листами. Модель «Дифракционный предел разрешения»
5	Анализ проделанной работы	5	Фронтальная беседа
6	Объяснение домашнего задания	2

Повторение изученного материла

Фронтально повторить вопросы по теме «Дифракция света».

Объяснение нового материла

Границы применимости геометрической оптики

Все физические теории отражают происходящие в природе процессы приближенно. Для любой теории могут быть указаны определенные границы ее применимости. Можно ли применять в конкретном случае данную теорию или нет, зависит не только от той точности, которую обеспечивает теория, но и от того, какая точность требуется при решении той или иной практической задачи. Границы теории можно установить лишь после того, как построена более общая теория, охватывающая те же явления.

Все эти общие положения относятся и к геометрической оптике. Эта теория является приближенной. Она неспособна объяснить явления интерференции и дифракции света. Более общей и более точной теорией является волновая оптика. Закон прямолинейного распространения света и другие законы геометрической оптики выполняются достаточно точно лишь в том случае, если размеры препятствий на пути распространения света много больше длины световой волны. Но совершенно точно они не выполняются никогда.

Действие оптических приборов описывается законами геометрической оптики. Согласно этим законам, мы можем различать с помощью микроскопа сколь угодно малые детали объекта; с помощью телескопа можно установить существование двух звезд при любых, как угодно малых угловых расстояниях между ними. Однако в действительности это не так, и лишь волновая теория света позволяет разобраться в причинах предела разрешающей способности оптических приборов.

Разрешающая способность микроскопа и телескопа.

Волновая природа света ограничивает возможность различения деталей предмета или очень мелких предметов при наблюдении с помощью микроскопа. Дифракция не позволяет получить отчетливые изображения мелких предметов, так как свет распространяется не строго прямолинейно, а огибает предметы. Из-за этого изображения получаются «размытыми». Это происходит, когда линейные размеры предметов сравнимы с длиной световой волны.

Дифракция налагает также предел на разрешающую способность телескопа. Вследствие дифракции волн изображением звезды будет не точка, а система светлых и темных колец. Если две звезды находятся на малом угловом расстоянии друг от друга, то эти кольца налагаются друг на друга и глаз не в состоянии различить, имеются ли две светящиеся точки или одна. Предельное угловое расстояние между светящимися точками, при котором их можно различать, определяется отношением длины волны к диаметру объектива.

Этот пример показывает, что дифракция происходит всегда, на любых препятствиях. Ею при очень тонких наблюдениях нельзя пренебрегать и для препятствий, по размеру значительно больших, чем длина волны.

Дифракция света определяет границы применимости геометрической оптики. Огибание светом препятствий налагает предел на разрешающую способность важнейших оптических инструментов – телескопа и микроскопа.

«Дифракционный предел разрешения»

Рабочий лист к уроку

Примерные ответы
«Дифракция света»

Фамилия, имя, класс ______________________________________________

Выставьте диаметр отверстия 2 см, угловое расстояние между источниками света 4,5 ∙ 10 –5 рад . Изменяя длину волны, определите, начиная с какой длины волны изображение двух источников света будет невозможно различить, и они будут восприниматься как один.

Ответ: примерно с 720 нм и длиннее .

Как зависит предел разрешения оптического прибора от длины волны наблюдаемых объектов?

Ответ: чем длиннее волна, тем меньше предел разрешения .

Какие двойные звезды – голубые или красные – мы можем обнаружить на большем расстоянии современными оптическими телескопами?

Ответ: голубые .

Выставьте минимальную длину волны, не меняя расстояния между источниками света. При каком диаметре отверстия изображение двух источников света будет невозможно различить, и они будут восприниматься как один?

Ответ: 1,0 см и меньше .

Повторите опыт с максимальной длиной волны.

Ответ: примерно 2 см и меньше .

Как зависит предел разрешения оптических приборов от диаметра отверстия, через которое проходит свет?

Ответ: чем меньше диаметр отверстия, тем меньше предел разрешения .

Какой телескоп – с линзой большего диаметра или меньшего – позволит рассмотреть две близкие звезды?

Ответ: с линзой большего диаметра .

Найдите экспериментально, на каком минимальном расстоянии друг от друга (в угловой величине – радианах) можно различить изображение двух источников света в данной компьютерной модели?

Ответ: 1,4∙10 –5 рад .

Почему в оптический микроскоп нельзя увидеть молекулы или атомы вещества?

Ответ: если линейные размеры наблюдаемых предметов сравнимы с длиной световой волны, то дифракция не позволит получить их отчетливые изображения в микроскопе, так как свет распространяется не строго прямолинейно, а огибает предметы. Из-за этого изображения получаются «размытыми» .

Приведите примеры, когда необходимо учитывать дифракционный характер изображений.

Ответ: при всех наблюдениях в микроскоп или телескоп, когда размеры наблюдаемых предметов сравнимы с длиной световой волны, при малых размерах входного отверстия телескопов, при наблюдениях в диапазоне длинных красных волн объектов, расположенных на малых угловых расстояниях друг от друга .

Виктор Кулигин

Раскрытие содержания и конкретизация понятий должны опираться на ту или иную конкретную модель взаимной связи понятий. Модель, объективно отражая определенную сторону связи, имеет границы применимости, за пределами которых ее использование ведет к ложным выводам, но в границах своей применимости она должна обладать не только образностью, наглядностью и конкретностью, но и иметь эвристическую ценность.

Многообразие проявлений причинно-следственных связей в материальном мире обусловило существование нескольких моделей причинно-следственных отношений. Исторически сложилось так, что любая модель этих отношений может быть сведена к одному из двух основных типов моделей или их сочетанию.

а) Модели, опирающиеся на временной подход (эволюционные модели). Здесь главное внимание акцентируется на временной стороне причинно-следственных отношений. Одно событие – «причина» – порождает другое событие – «следствие», которое во времени отстает от причины (запаздывает). Запаздывание – отличительный признак эволюционного подхода. Причина и следствие взаимообусловлены. Однако ссылка на порождение следствия причиной (генезис), хотя и законна, но привносится в определение причинно-следственной связи как бы со стороны, извне. Она фиксирует внешнюю сторону этой связи, не захватывая глубоко сущности.

Эволюционный подход развивался Ф. Бэконом, Дж. Миллем и др. Крайней полярной точкой эволюционного подхода явилась позиция Юма. Юм игнорировал генезис, отрицая объективный характер причинности, и сводил причинную связь к простой регулярности событий.

б) Модели, опирающиеся на понятие «взаимодействие» (структурные или диалектические модели). Смысл названий мы выясним позже. Главное внимание здесь уделяется взаимодействию как источнику причинно-следственных отношений. В роли причины выступает само взаимодействие. Большое внимание этому подходу уделял Кант, но наиболее четкую форму диалектический подход к причинности приобрел в работах Гегеля. Из современных советских философов этот подход развивал Г.А. Свечников , который стремился дать материалистическую трактовку одной из структурных моделей причинно-следственной связи.

Существующие и использующиеся в настоящее время модели различным образом вскрывают механизм причинно-следственных отношений, что приводит к разногласиям и создает основу для философских дискуссий. Острота обсуждения и полярный характер точек зрения свидетельствуют об их актуальности .

Выделим некоторые из дискутируемых проблем.

а) Проблема одновременности причины и следствия. Это основная проблема. Одновременны ли причина и следствие или разделены интервалом времени? Если причина и следствие одновременны, то почему причина порождает следствие, а не наоборот? Если же причина и следствие неодновременны, может ли существовать «чистая» причина, т.е. причина без следствия, которое еще не наступило, и «чистое» следствие, когда действие причины кончилось, а следствие еще продолжается? Что происходит в интервале между причиной и следствием, если они разделены во времени, и т.д.?

б) Проблема однозначности причинно-следственных отношений. Порождает ли одна и та же причина одно и то же следствие или же одна причина может порождать любое следствие из нескольких потенциально возможных? Может ли одно и то же следствие быть порожденным любой из нескольких причин?

в) Проблема обратного воздействия следствия на свою причину.

г) Проблема связи причины, повода и условий. Могут ли при определенных обстоятельствах причина и условие меняться ролями: причина стать условием, а условие – причиной? Какова объективная взаимосвязь и отличительные признаки причины, повода и условия?

Решение этих проблем зависит от выбранной модели, т.е. в значительной степени от того, какое содержание будет заложено в исходные категории «причина» и «следствие». Дефиниционный характер многих трудностей проявляется, например, уже в том, что нет единого ответа на вопрос, что следует понимать под «причиной». Одни исследователи под причиной мыслят материальный объект, другие – явление, третьи – изменение состояния, четвертые – взаимодействие и т.д.

К решению проблемы не ведут попытки выйти за рамки модельного представления и дать общее, универсальное определение причинно-следственной связи. В качестве примера можно привести следующее определение: «Причинность – это такая генетическая связь явлений, в которой одно явление, называемое причиной, при наличии определенных условий неизбежно порождает, вызывает, приводит к жизни другое явление, называемое следствием» . Это определение формально справедливо для большинства моделей, но, не опираясь на модель, оно не может разрешить поставленных проблем (например, проблему одновременности) и потому имеет ограниченную теоретико-познавательную ценность.

Решая упомянутые выше проблемы, большинство авторов стремятся исходить из современной физической картины мира и, как правило, несколько меньше внимания уделяют гносеологии. Между тем, на наш взгляд, здесь существуют две проблемы, имеющие важное значение: проблема удаления элементов антропоморфизма из понятия причинности и проблема непричинных связей в естествознании. Суть первой проблемы в том, что причинность как объективная философская категория должна иметь объективный характер, не зависящий от познающего субъекта и его активности. Суть второй проблемы: признавать ли причинные связи в естествознании всеобщими и универсальными или считать, что такие связи имеют ограниченный характер и существуют связи непричинного типа, отрицающие причинность и ограничивающие пределы применимости принципа причинности? Мы считаем, что принцип причинности имеет всеобщий и объективный характер и его применение не знает ограничений.

Итак, два типа моделей, объективно отражая некоторые важные стороны и черты причинно-следственных связей, находятся в известной степени в противоречии, поскольку различным образом решают проблемы одновременности, однозначности и др., но вместе с тем, объективно отражая некоторые стороны причинно-следственных отношений, они должны находиться во взаимной связи. Наша первая задача – выявить эту связь и уточнить модели.

Граница применимости моделей

Попытаемся установить границу применимости моделей эволюционного типа. Причинно-следственные цепи, удовлетворяющие эволюционным моделям, как правило, обладают свойством транзитивности . Если событие А есть причина события В (В – следствие А), если, в свою очередь, событие В есть причина события С, то событие А есть причина события С. Если А → В и В → С, то А → С. Таким способом составляются простейшие причинно-следственные цепи. Событие В может выступать в одном случае причиной, в другом – следствием. Эту закономерность отмечал Ф. Энгельс: «... причина и следствие суть представления, которые имеют значение, как таковые, только в применении к данному отдельному случаю: но как только мы будем рассматривать этот отдельный случай в общей связи со всем мировым целым, эти представления сходятся и переплетаются в представлении универсального взаимодействия, в котором причины и следствия постоянно меняются местами; то, что здесь или теперь является причиной, становится там или тогда следствием и наоборот» (т. 20, с. 22).

Свойство транзитивности позволяет провести детальный анализ причинной цепи. Он состоит в расчленении конечной цепи на более простые причинно-следственные звенья. Если А, то А → В1, В1 → В2,..., Вn → C. Но обладает ли конечная причинно-следственная цепь свойством бесконечной делимости? Может ли число звеньев конечной цепи N стремиться к бесконечности?

Опираясь на закон перехода количественных изменений в качественные, можно утверждать, что при расчленении конечной причинно-следственной цепи мы столкнемся с таким содержанием отдельных звеньев цепи, когда дальнейшее деление станет бессмысленным. Заметим, что бесконечную делимость, отрицающую закон перехода количественных изменений в качественные, Гегель именовал «дурной бесконечностью»

Переход количественных изменений в качественные возникает, например, при делении куска графита. При разъединении молекул вплоть до образования одноатомного газа химический состав не меняется. Дальнейшее деление вещества без изменения его химического состава уже невозможно, поскольку следующий этап – расщепление атомов углерода. Здесь с физико-химической точки зрения количественные изменения приводят к качественным.

В приведенном выше высказывании Ф. Энгельса отчетливо прослеживается мысль о том, что в основе причинно-следственных связей лежит не самопроизвольное волеизъявление, не прихоть случая и не божественный перст, а универсальное взаимодействие. В природе нет самопроизвольного возникновения и уничтожения движения, есть взаимные переходы одних форм движения материи в другие, от одних материальных объектов к другим, и эти переходы не могут происходить иначе, чем через посредство взаимодействия материальных объектов. Такие переходы, обусловленные взаимодействием, порождают новые явления, изменяя состояние взаимодействующих объектов.

Взаимодействие универсально и составляет основу причинности. Как справедливо отмечал Гегель, «взаимодействие есть причинное отношение, положенное в его полном развитии» . Еще более четко сформулировал эту мысль Ф. Энгельс: «Взаимодействие – вот первое, что выступает перед нами, когда мы рассматриваем движущуюся материю в целом с точки, зрения теперешнего естествознания... Так естествознанием подтверждается то... что взаимодействие является истинной causa finalis вещей. Мы не можем пойти дальше познания этого взаимодействия именно потому, что позади его нечего больше познавать» (т. 20, с. 546).

Поскольку взаимодействие составляет основу причинности, рассмотрим взаимодействие двух материальных объектов, схема которого приведена на рис. 1. Данный пример не нарушает общности рассуждений, поскольку взаимодействие нескольких объектов сводится к парным взаимодействиям и может быть рассмотрено аналогичным способом.

Нетрудно видеть, что при взаимодействии оба объекта одновременно воздействуют друг на друга (взаимность действия). При этом происходит изменение состояния каждого из.взаимодействующих объектов. Нет взаимодействия – нет изменения состояния . Поэтому изменение состояния какого-либо одного из взаимодействующих объектов можно рассматривать как частное следствие причины – взаимодействия. Изменение состояний всех объектов в их совокупности составит полное следствие.

Очевидно, что такая причинно-следственная модель элементарного звена эволюционной модели принадлежит классу структурных (диалектических). Следует подчеркнуть, что данная модель не сводится к подходу, развивавшемуся Г.А. Свечниковым, поскольку под следствием Г.А. Свечников, по словам В.Г. Иванова, понимал «...изменение одного или всех взаимодействовавших объектов или изменение характера самого взаимодействия, вплоть до его распада или преобразования» . Что касается изменения состояний, то это изменение Г.А. Свечников относил к непричинному виду связи.

Итак, мы установили, что эволюционные модели в качестве элементарного, первичного звена содержат структурную (диалектическую) модель, опирающуюся на взаимодействие и изменение состояний. Несколько позже мы вернемся к анализу взаимной связи, этих моделей и исследованию свойств эволюционной модели. Здесь нам хотелось бы отметить, что в полном соответствии с точкой зрения Ф. Энгельса смена явлений в эволюционных моделях, отражающих объективную реальность, происходит не в силу простой регулярности событий (как у Д. Юма), а в силу обусловленности, порожденной взаимодействием (генезис). Поэтому хотя ссылки на порождение (генезис) и привносятся в определение причинно-следственных отношений в эволюционных моделях, но они отражают объективную природу этих отношений и имеют законное основание.

Pис. 2. Структурная (диалектическая) модель причинности

Вернемся к структурной модели. По своей структуре и смыслу она превосходно согласуется с первым законом диалектики – законом единства и борьбы противоположностей, если интерпретировать:

– единство – как существование объектов в их взаимной связи (взаимодействии);

– противоположности – как взаимоисключающие тенденции и характеристики состояний, обусловленные взаимодействием;

– борьбу – как взаимодействие;

– развитие – как изменение состояния каждого из взаимодействующих материальных объектов.

Поэтому структурная модель, опирающаяся на взаимодействие как причину, может быть названа также диалектической моделью причинности. Из аналогии структурной модели и первого закона диалектики следует, что причинность выступает как отражение объективных диалектических противоречий в самой природе, в отличие от субъективных диалектических противоречий, возникающих в сознании человека. Структурная модель причинности есть отражение объективной диалектики природы.

Рассмотрим пример, иллюстрирующий применение структурной модели причинно-следственных отношений. Таких примеров, которые объясняются с помощью данной модели, можно найти достаточно много в естественных науках (физике, химии и др.), поскольку понятие «взаимодействие» является основополагающим в естествознании.

Возьмем в качестве примера упругое столкновение двух шаров: движущегося шара А и неподвижного шара В. До столкновения состояние каждого из шаров определялось совокупностью признаков Сa и Сb (импульс, кинетическая энергия и т.д.). После столкновения (взаимодействия) состояния этих шаров изменились. Обозначим новые состояния С"a и С"b. Причиной изменения состояний (Сa → С"a и Сb → С"b) явилось взаимодействие шаров (столкновение); следствием этого столкновения стало изменение состояния каждого шара.

Как уже говорилось, эволюционная модель в данном случае малопригодна, поскольку мы имеем дело не с причинной цепью, а с элементарным причинно-следственным звеном, структура которого не сводится к эволюционной модели. Чтобы показать это, проиллюстрируем данный пример объяснением с позиции эволюционной модели: «До столкновения шар А покоился, поэтому причиной его движения является шар В, который ударил по нему». Здесь шар В выступает причиной, а движение шара А – следствием. Но с тех же самых позиций можно дать и такое объяснение: «До столкновения шар В двигался равномерно по прямолинейной траектории. Если бы не шар А, то характер движения шара В не изменился бы». Здесь причиной уже выступает шар А, а следствием – состояние шара В. Приведенный пример показывает:

а) определенную субъективность, которая возникает при применении эволюционной модели за пределами границ ее применимости: причиной может выступать либо шар А, либо шар В; такое положение связано с тем, что эволюционная модель выхватывает одну частную ветвь следствия и ограничивается ее интерпретацией;

б) типичную гносеологическую ошибку. В приведенных выше объяснениях с позиции эволюционной модели один из однотипных материальных объектов выступает в качестве «активного», а другой – в качестве «страдательного» начала. Получается так, будто один из шаров наделен (по сравнению с другим) «активностью», «волей», «желанием», подобно человеку. Следовательно, только благодаря этой «воле» мы и имеем причинное отношение. Подобная гносеологическая ошибка определяется не только моделью причинности, но и образностью, присущей живой человеческой речи, и типичным психологическим переносом свойств, характерных для сложной причинности (о ней мы будем говорить ниже) на простое причинно-следственное звено. И такие ошибки весьма характерны при использовании эволюционной модели за пределами границ ее применимости. Они встречаются в некоторых определениях причинности. Например: «Итак, причинность определяется как такое воздействие одного объекта на другой, при котором изменение первого объекта (причина) предшествует изменению другого объекта и необходимым, однозначным образом порождает изменение другого объекта (следствие)» . Трудно согласиться с таким определением, поскольку совершенно не ясно, почему при взаимодействии (взаимном действии!) объекты должны деформироваться не одновременно, а друг за другом? Какой из объектов должен деформироваться первым, а какой вторым (проблема приоритета)?

Качества модели

Рассмотрим теперь, какие качества удерживает в себе структурная модель причинности. Отметим среди них следующие: объективность, универсальность, непротиворечивость, однозначность.

Объективность причинности проявляется в том, что взаимодействие выступает как объективная причина, по отношению к которой взаимодействующие объекты являются равноправными. Здесь не остается возможности для антропоморфного истолкования. Универсальность обусловлена тем, что в основе причинности всегда лежит взаимодействие. Причинность универсальна, как универсально само взаимодействие. Непротиворечивость обусловлена тем, что, хотя причина и следствие (взаимодействие и изменение состояний) совпадают во времени, они отражают различные стороны причинно-следственных отношений. Взаимодействие предполагает пространственную связь объектов, изменение состояния – связь состояний каждого из взаимодействующих объектов во времени.

Помимо этого структурная модель устанавливает однозначную связь в причинно-следственных отношениях независимо от способа математического описания взаимодействия. Более того, структурная модель, будучи объективной и универсальной, не предписывает естествознанию ограничений на характер взаимодействий. В рамках данной модели справедливы и мгновенное дально- или близкодействие, и взаимодействие с любыми конечными скоростями. Появление подобного ограничения в определении причинно-следственных отношений явилось бы типичной метафизической догмой, раз и навсегда постулирующей характер взаимодействия любых систем, навязывая физике и другим наукам натурфилософские рамки со стороны философии, либо ограничило пределы применимости модели настолько, что польза от такой модели оказалась бы весьма скромной.

Похожие рефераты:

Время в динамике процессов. Формирование стрелы времени.

Идеальная модель гибкой технологии проектирования (ГТП). Цели исследования в ГТП - принципы диалектического метода познания. Принципы диалектического метода познания. Система модулей ГТП.

Адроны, в отличие от лептонов (например, электрона), фотонов и векторных бозонов (переносчиков слабого взаимодействия), не относятся к истинно элементарным частицам, а состоят из более фундаментальных микроскопических объектов - кварков и глюонов.

Рассмотрена общая схема эволюции материи (от "элементарных" взаимодействий до уровня социальных связей). Обосновывается утверждение об отсутствии как сторонней "направляющей силы", так и универсального критерия направленности развития.

Все беспредельное многообразие явлений природы сведено в современной физике к четырем фундаментальным взаимодействиям. Первым был открыт закон всемирного тяготения, затем – электромагнитные, и наконец –сильные (ядерные) и слабые взаимодействия.

Выделим некоторые из дискутируемых проблем.

в) Проблема обратного воздействия следствия на свою причину.

Граница применимости моделей

Свойство транзитивности позволяет провести детальный анализ причинной цепи. Он состоит в расчленении конечной цепи на более простые причинно-следственные звенья. Если А, то А → В 1 , В 1 → В 2 ,..., В n → C. Но обладает ли конечная причинно-следственная цепь свойством бесконечной делимости? Может ли число звеньев конечной цепи N стремиться к бесконечности?

Pис. 2. Структурная (диалектическая) модель причинности

– единство –как существование объектов в их взаимной связи (взаимодействии);

– противоположности – как взаимоисключающие тенденции и характеристики состояний, обусловленные взаимодействием;

– борьбу – как взаимодействие;

– развитие – как изменение состояния каждого из взаимодействующих материальных объектов.

Качества модели

Рассмотрим теперь, какие качества удерживает в себе структурная модель причинности. Отметим среди них следующие: объективность, универсальность, непротиворечивость, однозначность.

Объективность причинности проявляется в том, что взаимодействие выступает как объективная причина, по отношению к которой взаимодействующие объекты являются равноправными. Здесь не остается возможности для антропоморфного истолкования. Универсальность обусловлена тем, что в основе причинности всегда лежит взаимодействие. Причинность универсальна, как универсально само взаимодействие. Непротиворечивость обусловлена тем, что, хотя причина и следствие (взаимодействие и изменение состояний) совпадают во времени, они отражают различные стороны причинно-следственных отношений. Взаимодействие предполагает пространственную связь объектов, изменение состояния – связь состояний каждого из взаимодействующих объектов во времени.

Помимо этого структурная модель устанавливает однозначную связь в причинно-следственных отношениях независимо от способа математического описания взаимодействия. Более того, структурная модель, будучи объективной и универсальной, не предписывает естествознанию ограничений на характер взаимодействий. В рамках данной модели справедливы и мгновенное дально- или близкодействие, и взаимодействие с любыми конечными скоростями. Появление подобного ограничения в определении причинно-следственных отношений явилось бы типичной метафизической догмой, раз и навсегда постулирующей характер взаимодействия любых систем, навязывая физике и другим наукам натурфилософские рамки со стороны философии, либо ограничило пределы применимости модели настолько, что польза от такой модели оказалась бы весьма скромной.

Здесь уместно было бы остановиться на вопросах, связанных с конечностью скорости распространения взаимодействий. Рассмотрим пример. Пусть имеются два неподвижных заряда. Если один из зарядов начал двигаться с ускорением, то электромагнитная волна подойдет ко второму заряду с запаздыванием. Не противоречит ли данный пример структурной модели и, в частности, свойству взаимности действия, поскольку при таком взаимодействии заряды оказываются в неравноправном положении? Нет, не противоречит. Данный пример описывает не простое взаимодействие, а сложную причинную цепь, в которой можно выделить три различных звена.

1. Взаимодействие первого заряда с объектом, который вызывает его ускорение. Результат этого взаимодействия – изменение состояния источника, воздействовавшего на заряд, и в частности потеря этим источником части энергии, изменение состояния первого заряда (ускорение) и появление электромагнитной волны, которая излучилась первым зарядом при его ускоренном движении.

2. Процесс распространения электромагнитной волны, излученной первым зарядом.

3. Процесс взаимодействия второго заряда с электромагнитной волной. Результат взаимодействия – ускорение второго заряда, рассеяние первичной электромагнитной волны и излучение электромагнитной волны вторым зарядом.

В данном примере мы имеем два различных взаимодействия, каждое из которых укладывается в структурную модель причинности. Таким образом, структурная модель превосходно согласуется как с классическими, так и с релятивистскими теориями, а конечная скорость распространения взаимодействий не является принципиально необходимой для структурной модели причинности.

Касаясь структурной модели причинности, отметим, что ей не противоречат реакции распада и. синтеза объектов. В этом случае между объектами либо разрушается относительно устойчивая связь как особый вид взаимодействия, либо такая связь образуется в результате взаимодействия.

Поскольку квантовые теории (равно как и классические) широко используют категории «взаимодействие» и «состояние», то структурная модель принципиально применима и в этой области естествознания. Встречающиеся иногда трудности обусловлены, на наш взгляд, тем, что, обладая хорошо развитым математическим формализмом, квантовые теории еще недостаточно полно развиты и отточены в плане понятийной интерпретации.

Марио Бунге пишет, например, об интерпретации f-функции:
«Одни относят функцию ψ к некоторой индивидуальной системе, другие – к некоторому действительному или потенциальному статистическому ансамблю тождественных систем, третьи рассматривают ψ-функцию как меру нашей информации, или степень уверенности относительно некоторого индивидуального комплекса, состоящего из макросистемы и прибора, или же, наконец, просто как каталог измерений, производимых над множеством идентично приготовленных микросистем». Такое многообразие вариантов истолкования ψ-функции затрудняет строгую причинную интерпретацию явлений микромира.

Это одно из свидетельств того, что квантовые теории находятся в стадии становления и развития и не достигли уровня внутренней завершенности, свойственной классическим теориям.

Но о проблемах становления квантовых теорий свидетельствует не только интерпретация ψ-функции. Хотя релятивистская механика и электродинамика на первый взгляд представляются законченными теориями, более глубокий анализ показывает, что по ряду причин эти теории также не избежали противоречий и внутренних трудностей. Например, в электродинамике существуют проблема электромагнитной массы, проблема реакции излучения заряда и др. Неудачи в попытках разрешения этих проблем в рамках самих теорий в прошлом и бурное развитие теорий микромира породили надежду, что развитие квантовых теорий поможет ликвидировать трудности. А до тех пор они должны восприниматься как неизбежное «зло», с которым так или иначе приходится мириться и ждать успехов от квантовых теорий.

В то же время квантовые теории сами столкнулись со многими проблемами и противоречиями. Любопытно заметить, что часть этих трудностей имеет «классическую» природу, т.е. досталась «по наследству» от классических теорий и обусловлена их внутренней незавершенностью. Получается «порочный круг»: разрешение противоречий классических теорий мы возлагаем на квантовые теории, а трудности квантовых определяются противоречиями классических.

Со временем надежда на способность квантовых теорий устранить противоречия и трудности в теориях классических стала угасать, но до сих пор интерес к разрешению противоречий классических теорий в рамках их самих все еще остается на втором плане.

Таким образом, трудности, встречающиеся иногда при объяснении явлений микромира с позиции причинности, имеют объективное происхождение и объясняются особенностями становления квантовых теорий, но они не являются принципиальными, запрещающими или ограничивающими применение принципа причинности в микромире, в частности применение структурной модели причинности.

Причинность и взаимодействие всегда взаимосвязаны. Если взаимодействие обладает свойствами всеобщности, универсальности и объективности, то столь же универсальны, всеобщи и объективны причинно-следственные связи и отношения. Поэтому в принципе нельзя согласиться с утверждениями Бома, что при описании явлений микромира можно в одних случаях опираться на философский индетерминизм, в других – придерживаться принципа причинности . Мы считаем глубоко ошибочной мысль В.Я. Перминова о том, что «понятие дополнительности указывает путь примирения (курсив наш – В.К. ) детерминизма и индетерминизма» , независимо от того, относится эта мысль к философии естествознания или к конкретной естественнонаучной теории. Путь примирения материалистической точки зрения с позицией современного агностицизма в данном вопросе есть эклектика, есть отрицание объективной диалектики. В.И. Ленин подчеркивал, что «вопрос о причинности имеет особенно важное значение для определения философской линии того или другого новейшего «изма»...» (т. 18, с. 157). И путь становления квантовых теорий лежит не через отрицание или ограничение, а через утверждение причинности в микромире.

Две стороны научных теорий

Структура научных теорий естествознания и функции научных теорий прямо или косвенно связаны с причинным объяснением явлений материального мира. Если обратиться к структурной модели причинности, то можно выявить два характерных момента, две важные стороны, которые так или иначе связаны с функциями научных теорий.

Первая касается описания причинных связей и отвечает на вопрос: как, в какой последовательности? Ей соответствует любая ветвь частного следствия, связывающая обусловленные состояния. Она дает не только описание перехода объекта из одного состояния в другое, но описывает и охватывает всю причинную цепь как последовательность связанных и обусловленных состояний, не вдаваясь глубоко в сущность, в источник изменения состояний звеньев цепи.

Вторая сторона отвечает на вопрос: почему, по какой причине? Она, напротив, дробит причинно-следственную цепь на отдельные элементарные звенья и дает объяснение изменении состоянии, опираясь на взаимодействие. Это объясняющая сторона.

Две эти стороны прямо связаны с двумя важными функциями научной теории: объясняющей и описательной. Поскольку принцип причинности лежал и будет лежать в основе любой естественнонаучной теории, теория всегда будет выполнять эти две функции: описание и объяснение .

Однако не только в этом проявляется методологическая функция принципа причинности. Внутреннее структурирование самой теории также связано с этим принципом. Возьмем, к примеру, классическую механику с ее тремя традиционными разделами: кинематикой, динамикой и статикой. В кинематике силовые взаимодействия не рассматриваются, а идет описание (физическое и математическое) видов движения материальных точек и материальных объектов. Взаимодействие подразумевается, но оно отходит на второй план, оставляя приоритет описанию сложных связанных движений через характеристики их состояний. Разумеется, этот факт не может служить поводом для классификации кинематики как непричинного способа описания, поскольку кинематика отражает эволюционную сторону причинно-следственных отношений, связывающих различные состояния.

Динамика – теоретический раздел, который включает в себя полное причинно-следственное описание и объяснение, опираясь на структурную модель причинно-следственных отношений. В этом смысле кинематика может считаться подразделом динамики.

Особый интерес с точки зрения причинности представляет статика, в которой следственные цепи вырождены (отсутствуют), и мы имеем дело только со связями и взаимодействиями статического характера. В отличие от явлений объективной реальности, где не существует абсолютно устойчивых систем, статические задачи – идеализация или предельный случай, допустимый в частнонаучных теориях. Но принцип причинности справедлив и здесь, поскольку не только решать статические задачи, но и понять сущность статики без применения «принципа виртуальных перемещений» или родственных ему принципов невозможно. «Виртуальные перемещения» непосредственно связаны с изменением состояний в окрестности состояния равновесия, т.е. в конечном счете с причинно-следственными отношениями.

Рассмотрим теперь электродинамику. Иногда ее отождествляют только с уравнениями Максвелла. Это неверно, поскольку уравнения Максвелла описывают поведение волн (излучение, распространение, дифракцию и т.д.) при заданных граничных и начальных условиях. Они не включают в себя описание взаимодействия как взаимного действия. Принцип причинности привносится вместе с граничными и начальными условиями (запаздывающие потенциалы). Это своеобразная «кинематика» волновых процессов, если подобное сравнение позволительно. «Динамику», а с ней и причинность, вносит уравнение движения Лоренца, учитывающее реакцию излучения заряда. Именно связь уравнений Максвелла и уравнения движения Лоренца обеспечивает достаточно полное причинно-следственное описание явлений электромагнетизма. Подобные примеры можно было бы продолжить. Но и приведенных достаточно, чтобы убедиться, что причинность и ее структурная модель находят отражение в структуре и функциях научных теорий.

Если в начале нашей работы мы шли от эволюционной модели причинности к структурной, то теперь предстоит обратный путь от структурной модели к эволюционной. Это необходимо, чтобы правильно оценить взаимную связь и отличительные особенности эволюционной модели.

Уже в неразветвленной линейной причинно-следственной цепи мы вынуждены отказаться от полного описания всех причинно-следственных отношений, т.е. не учитываем некоторые частные следствия. Структурная модель позволяет неразветвленные линейные причинно-следственные цепи свести к двум основным типам.

а) Объектная причинная цепь. Образуется тогда, когда мы выделяем какой-либо материальный объект и следим за изменением его состояния во времени. Примером могут служить наблюдения за состоянием броуновской частицы, или за эволюциями космического корабля, или за распространением электромагнитной волны от антенны передатчика до антенны приемника.

б) Информационная причинная цепь. Появляется, когда мы следим не за состоянием материального объекта, а за некоторым информирующим явлением, которое в процессе вза-имодействий различных материальных объектов связано последовательно во времени с различными объектами. Примером может служить передача устной информации с помощью эстафеты и т.п.

Все линейные неразветвленные причинные цепи сводятся к одному из этих двух типов или к их комбинации. Такие цепи описывают с помощью эволюционной модели причинности. При эволюционном описании взаимодействие остается на втором плане, а на первый план выходит материальный объект или индикатор его состояния. В силу этого главное внимание сосредоточивается на описании последовательности событий во времени. Поэтому данная модель получила название эволюционной.

Линейная неразветвленная причинная цепь сравнительно легко поддается анализу с помощью сведения ее к совокупности элементарных звеньев и анализа их посредством структурной модели. Но такой анализ не всегда возможен.

Существуют сложные причинные сети, в которых простые причинно-следственные цепочки пересекаются, ветвятся и вновь пересекаются. Это приводит к тому, что применение структурной модели делает анализ громоздким, а иногда и технически невозможным.

Помимо этого нас часто интересует не сам внутренний процесс и описание внутренних причинно-следственных отношений, а начальное воздействие и его конечный результат. Подобное положение часто встречается при анализе поведения сложных систем (биологических, кибернетических и др.). В таких случаях детализация внутренних процессов во всей их совокупности оказывается избыточной, ненужной для практических целей, загромождающей анализ. Все это обусловило ряд особенностей при описании причинно-следственных отношений с помощью эволюционных моделей. Перечислим эти особенности.

1. При эволюционном описании причинно-следственной сети полная причинная сеть огрубляется. Выделяются главные цепи, а несущественные отсекаются, игнорируются. Это значительно упрощает описание, но подобное упрощение достигается ценой потери части информации, ценой утраты однозначности описания.

2. Чтобы сохранить однозначность и приблизить описание к объективной реальности, отсеченные ветви и причинные цепи заменяются совокупностью условий. От того, насколько правильно выделена основная причинная цепь и насколько полно учтены условия, компенсирующие огрубление, зависят полнота, однозначность и объективность причинно-следственного описания и анализа.

3. Выбор той или иной причинно-следственной цепи в качестве главной определяется во многом целевыми установками исследователя, т.е. тем, между какими явлениями он хочет проанализировать связь. Именно целевая установка заставляет выискивать главные причинно-следственные цепи, а отсеченные заменять условиями. Это приводит к тому, что при одних установках главную роль выполняют одни цепи, а другие заменяются условиями. При других установках эти цепи могут стать условиями, а роль главных будут играть те, что раньше были второстепенными. Таким образом, причины и условия меняются ролями.

Условия играют важную роль, связывая объективную причину и следствие. При различных условиях, влияющих на главную причинную цепь, следствия будут различными. Условия как бы создают то русло, по которому течет цепь исторических событий или развитие явлений во времени. Поэтому для выявления глубинных, сущностных причинно-следственных отношений необходим тщательный анализ, учет влияния всех внешних и внутренних факторов, всех условий, влияющих на развитие главной причинной цепи, и оценка степени влияния.

4. Эволюционное описание основное внимание уделяет не взаимодействию, а связи событий или явлений во времени. Поэтому содержание понятий «причина» и «следствие» изменяется, и это весьма важно учитывать. Если в структурной модели взаимодействие выступает истинной causa finalis – конечной причиной, то в эволюционной – действующей причиной (causa activa) становится явление или событие.

Следствие также меняет свое содержание. Вместо связи состояний материального объекта при его взаимодействии с другим в качестве следствия выступает некоторое событие или явление, замыкающее причинно-следственную цепь. В силу этого причина в эволюционной модели всегда предшествует следствию.

5. В указанном выше смысле причина и следствие в эволюционной модели могут выступать как одно-качественные явления, с двух сторон замыкающие причинно-следственную цепь. Следствие одной цепи может явиться причиной и началом другой цепи, следующей за первой во времени. Это обстоятельство обусловливает свойство транзитивности эволюционных моделей причинности.

Мы здесь коснулись только главных особенностей и отличительных признаков эволюционной модели.

Заключение

Структурная модель причинности может успешно использоваться для сравнительно простых причинных цепей и систем. В реальной практике приходится иметь дело и со сложными системами. Вопрос о причинно-следственном описании поведения сложных систем практически всегда опирается на эволюционную модель причинности.

Итак, мы рассмотрели два типа моделей, отражающих причинно-следственные отношения в природе, проанализировали взаимную связь этих моделей, границы их применимости и некоторые особенности. Проявление причинности в природе многообразно и по форме, и по содержанию. Вполне вероятно, что этими моделями не исчерпывается весь арсенал форм причинно-следственных отношений. Но как бы ни были разнообразны эти формы, причинность всегда будет обладать свойствами объективности, всеобщности и универсальности. В силу этого принцип причинности выполнял и всегда будет выполнять важнейшие мировоззренческие и методологические функции в современном естествознании и философии естествознания. Многообразие форм проявления причинно-следственных отношений не может служить поводом для отказа от материалистического принципа причинности или утверждений об ограниченной его применимости.

Источники информации:

Свечников Г.А. Причинность и связь состояний в физике. М., 1971.
Свечников Г.А. Диалектико-материалистическая концепция причинности // Современный детерминизм: Законы природы. М., 1973.
Тюхтин В.С. Отражение, системы, кибернетика. М., 1972
Уемов А.И., Остапенко С.В. Причинность и время // Современный детерминизм: Законы природы.
Оруджев 3.М., Ахундов М.Д. Временная структура причинной связи // Филос. науки. 1969. №6.
Жаров А.М. Временное соотношение причины и следствия и неопределенность. 1984. №3.
Кузнецов И.В. Избранные труды по методологии физики. М., 1975.
Материалистичесская диалектика: В 5 т. Т. 1: Объективная диалектика / Под общ. ред. Ф.В. Константинова и В.Г. Марахова; Отв. ред. Ф.Ф. Вяккерев. М., 1981.
Налетов Н.3. Причинность и теория познания. М., 1975.
Гегель Г.В.Ф. Энциклопедия философских наук: В 3 т. Т. 1: Наука логики. М., 1974.
Старжинский В.П. Понятие «состояние» и его методологическая роль в физике. Минск, 1979.
Иванов В.Г. Причинность и детерминизм. Л., 1974.
Материалистическая диалектика. Т. 1. С. 213.
Бунге М. Философия физики. М., 1975. С. 99.
Бом Д. Причинность и случайность в современной физике. М., 1959.
Перминов В.Я. Проблема причинности в философии и естествознании. М., 1979. С. 209.
Никитин Е.П. Объяснение – функция науки. М., 1970.

Кулигин В.А. Причинность и взаимодействие в физике. Сборник Воронежского госуниверситета: «Детерминизм в современной науке». Воронеж, 1987.

Молекулярная физика. Тепловые явления.

Знать/понимать:

- план, руководствуясь которым они должны характеризовать физическую теорию, а именно:

* теоретическое и экспериментальное обоснование теории (опытное обоснование, модели, величины, методы описания);

* формулировки основных положений (законы, постулаты, принципы, основные положения, фундаментальные постоянные);

* следствия теории и факты их экспериментальной проверки (частные законы, применение к решению задач, техническое

применение);

*границы применимости теории;

* примеры практического значения теории и её применений.

Уметь:

*приводить примеры, показывающие, что

- наблюдения и эксперимент являются основой для выдвижения гипотез и теорий;

- эксперимент позволяет проверить истинность теоретических выводов;

- физическая теория даёт возможность объяснить известные явления природы и научные факты;

- физическая теория позволяет предсказывать ещё неизвестные явления, их особенности;

- один и тот же природный объект или процесс можно описать (исследовать) на основе разных моделей;

- законы физики и физические теории имеют определённые границы применимости;

* раскрывать влияние научных идей и теорий на формирование современного мировоззрения; называть значимые черты современной физической картины мира; приводить примеры физических явлений и процессов, изучаемых в теории; иллюстрировать роль физики в создании и (или) совершенствовании важнейших технологических объектов;

* воспринимать, перерабатывать и предъявлять учебную информацию в различных формах (словесной, образной, символической): излагать суть содержания текста учебника по физике; выделять в тексте учебника важнейшие категории научной информации (описание явления или опыта; постановка проблемы; выдвижение гипотезы; моделирование объектов и процессов; формулировка теоретического вывода и его интерпретация; экспериментальная проверка гипотезы или теоретического предсказания); выдвигать гипотезы для объяснения предъявленной системы научных фактов; делать выводы на основе экспериментальных данных, представленных таблицей, графиком или диаграммой.

Учащимся необходимо владеть:

Основными понятиями и законами физики: соотносить изучаемые понятия с теми свойствами (особенностями) тел и процессов, для характеристики которых эти понятия введены в физику; описывать опыты, оказавшие существенное влияние на развитие физики; раскрывать смысл изучаемых законов и принципов; описывать преобразования энергии в процессах;
Понятиями и представлениями физики, связанными с жизнедеятельностью человека.

Блок - Основы молекулярно-кинетической теории.

При изучении на уровне А (базовый уровень Стандарта, 2 ч/неделю)

В учебнике Мякишева Г.Я., Буховцева Б.Б. теме посвящено 8 параграфов: §56. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Размеры молекул. § 57. Масса молекул. Количество вещества. §58. Броуновское движение. §59. Силы взаимодействия молекул. §60. Строение газообразных, жидких и твердых тел. §61. Идеальный газ в молекулярно-кинетической теории. §62. Среднее значение квадрата скорости молекул. §63. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.

На изучение темы отводится не более 5 часов.
ДЦМ: ознакомить обучающихся с основными положениями молекулярно-кинетической теории.

Блок состоит из четырех модулей: М1 «Основные положения МКТ. Размеры молекул. Масса молекул. Количество вещества.

Броуновское движение. Силы взаимодействия молекул» (2 урока)

М2 «Строение газообразных, жидких и твердых тел. Идеальный газ в МКТ. Скорость молекул.

Основное уравнение МКТ газов»(2 урока)

М3 «Обобщение и контроль знаний по теме»(1 урок)
Обязательный минимум знаний/ умений/навыков.

Знать:

Делимость вещества, парообразование, сублимация, растворимость доказывают, что тело состоит из частиц.(все уровни)
Сжимаемость веществ, диффузия свидетельствует, что между частицами вещества есть промежутки. (все уровни)
Диффузия и броуновское движение доказывают, что частицы движутся. (все уровни)
Зависимость скорости испарений и диффузии от температуры говорит о том, что скорость движения частиц зависит от температуры. (все уровни)
Модель идеального газа, кристаллическая решетка твердых тел, модель строения жидкости. (все уровни)

Макропараметры: давление, объем, температура. (все уровни)
Микропараметры: средний квадрат скорости, концентрация, масса одной молекулы. (все уровни)

Основные положения МКТ: (для всех уровней)

все тела состоят из молекул, между которыми есть промежутки;
масса тел может меняться дискретно; молекулы непрерывно хаотически движутся;

молекулы взаимодействуют (притягиваются или отталкиваются в зависимости от расстояния между частицами)

Фундаментальные постоянные: (для всех уровней)

Уметь определять: (все уровни)

молярную массу вещества;
относительную молекулярную массу;
количество вещества;
число молекул вещества в данном количестве вещества;
среднее значение квадрата скорости;
средний квадрат проекции скорости на оси координат;

выводить:

основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.

m 0

Определять (вычислять ): а) размеры молекул, относительную молекулярную массу по формуле М r = 1/ 12 m 0 C , молярную

массу M = m 0 N A (все уровни); количество вещества по формуле (все уровни); число

молекул вещества по формуле (все уровни);

б) среднее значение квадрата скорости по формуле (все уровни);

в) средний квадрат проекции скорости по формуле (все уровни);

г) давление газа на стенку сосуда по формуле (все уровни);

д) давление идеального газа через концентрацию молекул и среднюю кинетическую энергию поступательного

движения (все уровни)

Описывать: опыт Броуна (все уровни ); опыт Перрена (2,3 уровень); вклад Френкеля (3 уровень)

Раскрывать: суть МКТ,

Объяснять : причину броуновского движения, диффузии; (2,3 уровни); условия возникновения сил отталкивания и сил притяжения, природу этих сил (2,3 уровни); строение газообразных тел, скорость молекул в газообразных телах, свойства газообразных тел (все уровни); строение жидкостей, скорость молекул, свойства жидких веществ (все уровни); строение твердых тел, скорость молекул в твердых телах, свойства твердых тел (все уровни);

Модульная программа

Модуль		М1	М2	М3
	УЭ0 ДЦМ	Осмыслить основные понятия МКТ, конкретизировать понятие о размерах и массе молекул, углубить и систематизировать знания о количестве вещества. Осознание существования сил взаимодействия молекул.	Осмысление строения газообразных, жидких и твердых тел. Освоение понятия «идеальный газ». Определение скорости молекул. Знакомство с основным уравнением МКТ газов.	Самоконтроль учебных достижений, выявление ошибок, их коррекция
	УЭ1	Входной контроль по теме «Основные положения молекулярно-кинетической теории. Размеры и масса молекул. Количество вещества. Броуновское движение».	Строение газообразных тел.	Выполнение дифференцированных заданий для выявления уровня усвоения содержания всех элементов модулей М1-М2.
	УЭ2	Представление о строении вещества Возникновение атомистической теории строения вещества.	Строение жидких тел. Вклад Я.И. Френкеля.	Подведение итогов.
	УЭ3		Строение твердых тел.
	УЭ4	Размеры и масса молекул Относительная молекулярная масса, молярная масса и количество вещества	Сложность изучения теории газов и свойств молекул. Модель идеального газа.	.
	УЭ5	Беспорядочное движение частиц. Опыты Перрена. Силы взаимодействия молекул.	Давление газа в МКТ.
	УЭ6	Выходной контроль	Связь давления со средней кинетической энергией молекул.
	УЭ7	Подведение итогов	Вывод основного уравнения МКТ газов
	УЭ8		Выходной контроль
	УЭ9		Подведение итогов.

Модуль М1. 1 уровень сложности.



					Руководство по усвоению учебного материала
ЧДЦ. Составить план изучения модуля и определить основные учебные задачи.
	(ИТ, ИД, ИЭ, ДТ, ДД, ДЭ)				1. Просмотрите §56-58. Обратите внимание на выделенные заголовки текста. Отметьте для себя, какие пункты вы знаете хорошо, о чем вы только частично помните, что вам встречается впервые. На основании этого определите ваш собственный путь изучения М1. Для работы воспользуйтесь учебником, если необходимо обращайтесь к учителю за консультацией. 2. Внимательно ознакомьтесь с вопросами, которые вам предстоит рассмотреть при изучении М1.

(1 балл) 2Т.Приведите примеры физических явлений, доказывающих основные положения МКТ. (1 балл) (2 балла) 2Д. Рассмотрите при помощи микроскопа движение частиц краски. Опишите увиденное. (1 балл)	(ИТ,ИД,ИЭ) (см. Приложение 1)			(ДД,ДТ,ДЭ) История атомистической теории (см. Приложение 1)	1. .Ознакомьтесь с Приложением 1, проследите этапы становления атомистической теории. Запишите основные этапы с указание дат. (1 балл) 2Т. Приведите примеры физических явлений, доказывающих: -строение веществ, - движение частиц - наличие сил притяжения (отталкивания) между частицами. (1 балл) 2Э. Прочитайте стихотворение Лукреция Кара «О природе вещей». Какие физические явления описываются в нем? Что доказывается этими строками? (2 балла) 2Д. Составьте план действий по определению размера молекулы оливкового масла. (1 балл)
	«О природе вещей» Выслушай то, что скажу, и ты сам, несомненно, признаешь, Что существуют тела, которых мы видеть не можем… Стало быть, ветры-тела, но только незримые нами. Хоть и не видим совсем, как в ноздри они проникают… И наконец, на морском берегу, развивающем волны, Платье сыреет всегда, а на солнце, вися, оно сохнет, Видеть, однако, нельзя, как влага на нем оседает, Как и не видно того, как она исчезает от зноя. Значит, дробится вода на такие мельчайшие части, Что недоступны они совершенно для нашего глаза.
УЭ3. Основные положения молекулярно-кинетической теории. ЧДЦ: сформулировать и проанализировать основные положения МКТ
(1 балл) 2. Ответьте на вопросы: (1 балл)			.Прочитайте §56,58. Запишите в таблицу 1 основные положения МКТ, цель МКТ и доказательства основных положений МКТ. (1 балл) 2. Ответьте на вопросы: - доказательны ли основные положения МКТ? - достаточно ли убедительны эти доказательства? (1балл)
УЭ4. Размеры и масса молекул. Относительная молекулярная масса и количество вещества. ЧДЦ: Воспроизводить формулы для расчета размеров, массы молекул. Решать стандартные задачи на расчет массы, количества вещества.
2. Решите задачи. (За решение каждой – 1балл)	ИТ,ИД,ИЭ 1.Какое количество вещества содержится в алюминиевой отливке массой 5,4кг?	ДТ,ДД,ДЭ 1.Какова масса 500 моль углекислого газа?			1.Найдите формулы для расчета диаметра молекул, массы молекул., относительной молекулярной массы, количества вещества. (1балл) 2. Решите задачи. (За решение каждой – 1балл)
	2.Сколько молекул содержится в углекислом газе (СО 2) массой 1г?	2.Найти число атомов в алюминиевом предмете массой 135 г.
	Обобщённый алгоритм решения задачи Переведите все физические величины в международную СИ Количество вещества определяется по формуле =N/N A (1) Молярная масса М = m 0 N A Заменив N и N A в (1), получим = m/М (расчётная формула для задачи 1), где М - молярная масса (масса вещества в количестве 1 моль) Число молекул определяется по формуле N = N A m/М (расчетная формула для задачи 2) Молярная масса сложного вещества определяется М = М r (1) + М r (2)
УЭ4. Беспорядочное движение частиц. Силы взаимодействия молекул. ЧДЦ: Усвоить сущность броуновского движения, знать отличия от диффузии. Объяснять природу сил взаимодействия молекул, выяснить зависимость от расстояния между молекулами.

УЭ5. Выходной контроль ЧДЦ: Проверить усвоение учебных элементов

УЭ6.Подведение итогов. ЧДЦ: заполнить лист контроля, оценить свои знания.

Модуль М1. 2 уровень сложности.

Основные положения молекулярно-кинетической теории. Размеры и масса молекул. Количество вещества. Броуновское движение. Силы взаимодействия молекул.

УЭ0.Определение цели и задач модуля. ДЦМ: усвоить основные положения МКТ, конкретизировать понятие о размерах и массе молекул, повторить, углубить и систематизировать знания о количестве вещества. Осмыслить суть беспорядочного движения частиц.
Интегральные когнитивные стили			Дифференцированные когнитивные стили
Руководство по усвоению учебного материала	Содержание учебного материала (ИТ,ИЭ,ИД)		Содержание учебного материала (ДТ,ДЭ,ДД)		Руководство по усвоению учебного материала
УЭ1. Входной контроль по теме «Основные положения МКТ. Размеры и масса молекул. Количество вещества. Броуновское движение» ЧДЦ. Составить план изучения модуля и определить основные учебные задачи. Вклад М.В. Ломоносова в развитие МКТ.
1. Просмотрите §56-58. Обратите внимание на выделенные заголовки текста. Отметьте для себя, какие пункты вы знаете хорошо, о чем вы только частично помните, что вам встречается впервые. На основании этого определите ваш собственный путь изучения М1. Для работы воспользуйтесь учебником, если необходимо обращайтесь к учителю за консультацией. 2. Внимательно ознакомьтесь с вопросами, которые вам предстоит рассмотреть при изучении М1.		(ИТ, ИД, ИЭ, ДТ, ДД, ДЭ) 1. Возникновение атомистической теории строения вещества. 2. Основные положения МКТ. Размеры молекул. Масса молекул. 3. Количество вещества. Число Авогадро. 4. Относительная молекулярная масса. Молекулярная масса. 5. Беспорядочное движение частиц.			1. Просмотрите §56-58. Обратите внимание на выделенные заголовки текста. Отметьте для себя, какие пункты вы знаете хорошо, о чем вы только частично помните, что вам встречается впервые. На основании этого определите ваш собственный путь изучения М1. Для работы воспользуйтесь учебником, если необходимо обращайтесь к учителю за консультацией. 2. Внимательно ознакомьтесь с вопросами, которые вам предстоит рассмотреть при изучении М1.
УЭ2. Представление о строении вещества ЧДЦ: Повторить сведения о строении вещества и истории возникновения атомистической теории строения вещества.
1.Ознакомьтесь с Приложением 1, проследите этапы становления атомистической теории. Запишите основные этапы с указание дат. (1балл) (1балл)		(ИТ,ИД,ИЭ,ДД,ДТ,ДЭ) История атомистической теории (см. Приложение 1) Биография М.В. Ломоносова (см. Приложение 2)			1.Ознакомьтесь с Приложением 1, проследите этапы становления атомистической теории. Запишите основные этапы с указание дат. (1балл) 2.Ознакомьтесь с биографией М.В. Ломоносова. Запишите основные положения, внесённые им в развитие теории. (1балл)
2Т. Ответьте на вопрос. (2балла)		Почему на Земле пыль долго удерживается над её поверхностью, а на Луне она быстро оседает, несмотря на то, что сила тяжести на Луне меньше, чем на Земле?
УЭ3. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Вклад М.В. Ломоносова в развитие МКТ. ЧДЦ: сформулировать и проанализировать основные положения МКТ. Ознакомиться с атомно-молекулярной теорией М.В.Ломоносова.
1.Прочитайте §56,58. Запишите в таблицу 1 основные положения МКТ, цель МКТ и доказательства основных положений МКТ. (1 балл) 2. Ознакомьтесь с материалом Приложения 2. Все ли положения МКТ отражены в данном тексте. (1 балл)		(ИТ,ИД,ИЭ,ДТ,ДД,ДЭ)		1.Прочитайте §56,58. Запишите в таблицу 1 основные положения МКТ, цель МКТ и доказательства основных положений МКТ. (1 балл) 2. Ознакомьтесь с материалом Приложения 2.Найдите в тексте основные положения МКТ. Все ли положения отражены в данном тексте? (1 балл)
Приложение 2