Аркадий Липкин - Концепции современного естествознания. Часть 1. Науки о неживом (физика, химия, синергетика)

По сути Г. Галилей создал многослойную структуру ядра раздела науки. В нее входит двухслойная теоретическая часть (происходящая из математизированной натурфилософии): 1) «модельный» (Мод) слой 5 5 Без математического слоя нельзя овладеть физикой, нельзя в ней работать, но понимание физики связано, в первую очередь, с освоением модельного слоя. Специфика данного курса состоит в том, что в нем вся теоретическая физика спроецирована на модельный слой, благодаря чему убирается сложная математика. Это позволяет на уровне понимания обсуждать очень глубокие проблемы с далекими от математики и физики гуманитариями. состоит из таких элементов, как «тело», «пустота», «среда» 6 6 В «Беседах…» Галилея эти два слоя выделяются языком и стилем: математический слой представлен трактатом, написанным на латыни, а модельный – живым диалогом на итальянском. . 2) в математическом слое (Матем) на языке пропорции v 1:v 2=t 1:t 2зафиксирован закон равномерно-ускоренного падения тела. Этот двухслойный теоретический блок (Т) дополняется нетеоретическим операционным блоком (О), содержащим две части: «приготовительную» часть <П |, включающую необходимые для приготовления самой системы и ее исходного состояния «конструктивные элементы» типа наклонной плоскости и шарика (с их помощью в материале создается система и ее начальное состояние); «измерительную» часть |И >, включающую операции измерения и эталоны для измеримых величин, фигурирующих в слое «физических моделей» (схема 2.1).

(Схема 2.1)

Модельный слойне только существует, но и является центральным в физике. Только после построения модели явления, как справедливо отмечает В. Гейзенберг, можно говорить о действительном понимании явления 7 7 «Мы хотим каким-то образом говорить о строении атома, а не только о наблюдаемых явлениях, к которым относятся, например, … капли в камере Вильсона», – говорит Гейзенберг [Гейзенберг, 1989, с. 162, 112]. Эти мотивы он развивает в статье «Что такое «понимание» в теоретической физике?» [Гейзенберг, 1971, с. 75–77]. Ссылаясь на пример теории Птолемея с ее высокой «предсказательной ценностью», Гейзенберг подчеркивал, что несмотря на это «большинство физиков согласятся, что лишь после Ньютона удалось добиться «реального понимания» динамики движения планет. . Об этом же говорит практика использования различных математических представлений (Ньютона, Лагранжа, Гамильтона – в классической механике, Шредингера, Гейзенберга, «взаимодействия» и др. – в квантовой механике) для решения одной и той же физической задачи. Именно инвариантность модели выделяет эту физическую задачу 8 8 Это фиксирует и Лакатос: «Внимание ученого сосредоточено на конструировании моделей…» [Лакатос, с. 84–85]. .

Перейдем к конкретизации полученной выше галилеевской модели «ядра раздела науки» (схема 2.1) для случая физики.

Система понятий и постулатов, образующих ЯРН в физике, имеет общую для всех разделов физики структуру теоретической части (схема 3.1). В этой структуре можно выделить два слоя: математический (Матем) и модельный (Мод). Модельная часть содержит два главных понятия: физическая система (A) и ее состояния в данный момент времени t (S A(t))). С их помощью, как уже было сказано, осуществляется теоретическое описание обобщенного движения (процесса) как перехода физической системы из одного состояния в другое (при этом если в качестве физической системы выступает ПИО – простейшая физическая система данного раздела, то схема 3.1 выступает как схема ЯРН, а если в качестве физической системы выступает ВИО, то центральная часть схема 3.1 выступает как схема теории ВИО). Связь между состояниями задается с помощью математического слоя (в этом его смысл и его функция), содержащего соответствующие математические образы A и S A(t) (будем подчеркиванием обозначать принадлежность к математическому слою), а также уравнение движения (УД) – центральный элемент математического слоя. Уравнение движения содержит в том или ином виде математические образы физической системы A и внешнего воздействия F(t) (оно не выписано в модельном слое, чтобы не загромождать схему). Уравнение движения и задает в математическом слое связь между состояниями в различные моменты времени 9 9 В динамике состояние связывается с определенным моментом времени (поэтому время выделено среди других измеримых величин), но это не обязательно. Так стационарные состояния (типа стационарных атомных или планетарных орбит) упорядочиваются с помощью величины энергии и других «интегралов движения» (сохраняющихся при движении величин), в термодинамике аналогичную роль часто играет температура, процесс вообще может сводиться к двум состояниям – начальному и конечному, как при столкновениях. .

Уравнение движения наряду с «диахроническими» свойствами, описывающими рассматриваемый переход из одного состояния в другое, определяет также и «синхронические» свойства системы – множество возможных ее состояний.

Схема 3.1. Ядро раздела науки в физике

Набор возможных состояний является важнейшей характеристикой физической системы. Состояние – это понятие, описывающее изменение (движение) системы и дающее полную возможную в данном разделе физики информацию о системе в данный момент времени, а посредством уравнения движения – и в другие моменты времени . Такое понятие состояния физической системы тесно связано с другими элементами структуры, изображенной на схеме 3.1. К другим элементам относятся понятия внешнего воздействия и взаимодействия (при построении многочастичных систем), каковыми в классической механике являются силы.

Кроме указанных элементов теоретической части физическая система и ее исходное состояние должны иметь материальную реализацию в эмпирическом слое, а измеримые величины (расстояние, скорость, масса и т. п.), которые входят в физическую модель системы и ее состояний, должны иметь соответствующие эталоны и операции сравнения с эталоном. Это обеспечивают рассмотренные выше операциональные элементы ЯРН – процедуры приготовления (<���П|) и измерения (|И>), составляющие « операциональную» часть . При этом в рамках ЯРН речь идет об идеальных проектах приготовления и измерения, которые реализуются в рамках конкретных материалов и технических возможностей с определенной точностью. В результате структура ЯРН является гетерогенной – она имеет теоретическую и операциональные части.