Лекции по дисциплине Категории

• Название: Лекции по дисциплине Категории
• Дата: 01.12.2019
• Размер: 278 Kb.
• Имя файла: 2_Kategorii_Lektsii.doc
• Тип: Лекции; #98030
• страница: 5 из 13

3.2. Трудности детерминизма

Постулирование детерминизма природы является самым общим принципом научного объяснения, т.е. природу рассматривают как сумму факторов, детерминированных причинами, упорядоченными во времени.

Но такой принцип весьма общ, чтобы объяснять конкретные факты (явления) природы. Поэтому требовались наблюдения явлений природы, чтобы вскрыть закономерности (механизмы), скрывающиеся за явлениями. Обращение к эксперименту - отличительная черта науки Нового времени от античной науки.

Декарт: «Что касается опытов, то я заметил, что они тем более необходимы, чем далее мы продвигаемся в знании… Но я должен также сознаться, что могущество природы простирается так далеко, а начала мои так просты и общи, что мне не представляется никакого частного следствия, которое не могло бы быть выведено из начал несколькими различными способами, так что самым трудным для меня было найти, каким способом лучше всего выразить эту зависимость. Ибо тут я не знаю другого приема, как вновь подобрать несколько опытов»¹.

Движение «от следствий к причинам» (Декарт) - на основе эксперимента- служит схемой научного объяснения. Однако такое объяснение возможно для ограниченного числа явлений природы. Это открытие Галилеем законов падения тел, объяснение Паскалем барометрических явлений тяжестью воздуха (подъем воды в вакуумном насосе).

Но объяснение природы света требовало не просто наблюдения, а хорошо разработанной теории. Эмпирически были установлены факты относительно передачи света в пространстве: знали, что в прозрачных средах свет распространяется по прямой; угол падения света на поверхность, например зеркало, равен углу отражения; если свет переходит из одной среды, например из воздуха в воду происходит преломление траектории таким образом, что синус угла падения пропорционален синусу угла преломления.

Декарт и другие ученые ставил задачу объяснить эти факты. Для этого Декарт отождествляет свет с потоком частиц (световые частицы - корпускулы). Гюйгенс предлагает волновую природу света.

В течении двух столетий корпускулярная и волновая концепции конкурировали при объяснении природы света. Из гипотезы Декарта следовало, что скорость света в воде больше, чем в воздухе, а из гипотезы Гюйгенса выходило наоборот- скорость света в воде меньше, чем в воздухе. Фактически не имелось технических возможностей, чтобы проверить экспериментально скорость света в воздухе и воде, тем самым выбрать одну из теорий.

Основное возражение против концепции Декарта состояло в том, что она не могла объяснить ускорение света, которое должно было возникнуть при переходе света из воздуха в воду. Ньютон принял корпускулярную теорию света. Исходя из теории всеобщего тяготения, он предположил, что корпускулы воды, расположены ближе друг к другу, чем корпускулы воздуха (это соответствует большей плотности воды). Тогда корпускулы воды должны создавать более сильное притяжение, что объясняет эффект ускорения света. Другими словами, Ньютон предложил единую теорию (на основе всеобщего притяжения), так как оптические явления подчинялись тем же законам, что и небесная механика.

Авторитет Ньютона утвердил корпускулярную теорию света.

Однако корпускулярная теория не могла объяснить некоторые факты, которые могла объяснить волновая теория. Самым интересным с точки зрения дальнейшей теоретической разработки явилось явления интерференции. Сначала это явления интерференции продемонстрируем на примере волны в водной среде. Пусть поверхность пруда возмущена в двух точках на расстоянии А. К тому же будем считать, что длина возбужденных волн одинакова. Сначала наблюдаем распростран двух расходящихся круговых волн. После пересечение волновая картина имеет такой вид: в местах, где встречаются два гребня смещение увеличивается и направлено вверх, где встречаются две впадины, смещение также увеличивается, но вниз. Там, где гребень встречается со впадиной, смещение обращается в нуль, и поверхность воды практически оказывается невозмущенной.

Через 100 лет после Ньютона Томас Юнг показал, что свет обладает свойством огибать препятствия и интерферировать точно также, как волна в воде.

Позже волновое описание световых процессов натолкнулось на препятствие в виде фотоэффекта. Когда пучок световых или ультрафиолетовых лучей падает на металлическую пластинку, из нее вылетают электроны. По волновой теории свет рассеивается непрерывно, чем дальше от светового источника, тем больше становится поверхность сферической волны и, тем самым, должна уменьшаться энергия. Но вместо этого наблюдается, что если отодвинуть металлическую пластинку на все большее расстояние от источника света, то электроны продолжают вылетать с такой же самой скоростью, несмотря на более слабое освещение. Уменьшается лишь количество электронов, вылетающих за единицу времени. Это, по-видимому, свидетельствует о том, что световая энергия не опускается ниже какой – то минимальной величины, это также значит, что свет является в прерывном виде, в виде каких-то порций, т.е. не в виде волны.

Работы М. Планка в начале ХХ века показали на основе объединения теории света с квантовой теорией, что минимальное количество энергии света есть квант, который называется фотоном.

Но это не просто возврат к корпускулярной теории, которую разрабатывал Декарт и Ньютон. Если фотон частица, то он движется в пространстве не в соответствии с законами классической механики: локализация в пространстве и траектория. Оказывается, что невозможно измерить с одинаковой точностью скорость и положение фотона.

«Терминология волновой теории: «Однородный свет имеет определенную длину волны. Длина волны красного конца спектра вдвое больше длины волны фиолетового конца».

Терминология квантовой теории: «Однородный свет состоит из фотонов определенной энергии. Энергия фотона для красного конца спектра вдвое меньше энергии фотона фиолетового конца»¹.

Эйнштейн и Инфельд отмечали: « …на базе квантовой физики невозможно описать положение и скорость элементарной или предсказать ее будущий путь, как это было в классической физике»².

«…существуют явления, которые можно объяснить квантовой теорией, а не волновой. Примером такого явления служит фотоэффект. ..Существуют явления, которые можно объяснить только волновой теорией, а не квантовой. Типичным примером является дифракция света. Наконец, существуют явления, которые можно одинаково хорошо объяснить как квантовой, так и волновой теория ми света, например прямолинейность распространения света… Налицо две противоречивые картины реальности, но ни одна из них в отдельности не объясняет всех световых явлений, а совместно они их объясняют!»¹. Изначально явление дифракции трактовалось как огибание волной препятствия, то есть проникновение волны в область геометрической тени.