Развитие представлений о движении

С подачи философов-материалистов милетской школы (см. раздел 1.4) движение считается главным и неотъемлемым свойством материи – «в мире нет ничего, кроме движущейся материи» (мысль, приписываемая В.И. Лени-ну) – очень кратко и точно дает философское понимание движениякак спо-собасуществования материи.В естественнонаучном плане этот способ, то-чнее, способы (поскольку их, как будет показано ниже, более одного) или формы движения материи представляют собой конкретные природные про-цессы, имеющие результатом изменение состояния материальных объек-тов. Развитие представлений о формах движения материи, как это было и с представлениями о формах (видах) самой материи (см. раздел 1.4), шло по тому же принципу «от простого (доступного) к сложному (трудно обнаруживаемому или наблюдаемому)». Так, в динамике Аристотеля – это равномерное круговое движение небесных тел и неравномерное прямолинейное движение тел земных (см. раздел 1.3). Расчету эти виды механического движения, как и положено в натурфилософской картине мира, не поддавались, а вот в рамках классического естествознания механика Галилея – Ньютона по-зволяла точно и однозначно определять любые параметры всех видов механи-ческого движения как небесных, так и земных вещественных объектов (там же). В течение этого же второго этапа истории естествознания получили раз-витие представления о других, более сложных, чем механическое движение, разновидностях физической (тепловые явления, изменение агрегатного состо-яния вещества) и химической форм движения материи.

В следующий, неклассического естествознания, период в соответствии с этой же тенденцией сформировались представления о движении полевой формы материи в виде электромагнитных волн, о новых видах физической (радиоактивность, ядерные реакции) и биологической (жизнедеятельность живых организмов и эволюция биосферы) форм движения материи.

Составляющей проблемы движения материи является вопрос об изме-рении меры этого движения – энергии, как наиболее представительной ха-рактеристики состояния системы. Постановка и решение проблемы состо-яния, т.е. оценки энергии системы как потенциала её функционирования (движения), менялись вместе с изменением представлений о последнем. Так, первое точное математическое решение данной проблемы – это определе-ние энергии механического движения системы, как суммы её кинетической (движения) и потенциальной (положения) энергий. Подобное детерминист-ское решение было реализовано с позиций классической механики, но только для искусственных (машины и механизмы) или естественных (Солнечная си-стема) сложных образований с конечным числом элементов, поскольку ис-комый критерий точно и однозначно мог быть рассчитан только по извест-ным (поддающимся измерению)параметрам движения (координатам, массе, скорости и др.) каждого из них. Понятно, что для большинства реальных материальных систем с бесконечно большим числом элементов (например, молекул в теле или звезд в галактике) подобный детерминистский подход не применим. Однако он оказался плодотворным ещё раз – на следующем этапе истории естествознания при расчете энергии другого вида – энергии электро-магнитной волны. Она находится как суммируемая более сложным образом (формула Умова – Пойнтинга) энергия (напряженность) создающих эту вол-ну напряженностей электрического и магнитного полей.

Уже на этапе классического естествознания стало ясно, что определе-ние величины энергии какого-то одного вида, пусть даже сколь угодно точ-ное – это очень узкое решение проблемы состояния, поскольку в реальных материальных системах «циркулирует», как кровь по жилам организма (сис-темы), обеспечивая его (её) жизнедеятельность (движение, существование) энергия разных (см. выше) видов. Таковой является, например, тепловая эне-ргия (процессы нагревания и остывания тел, а также процессы теплообмена), энергия фазовых переходов, т.е. изменения агрегатного состояния вещества, энергия химических реакций и др. Поэтому уже в конце периода классического естествознания с позиций другой науки, представителя данного этапа – классической термодинамики (см. раздел 1.3) – был предложен иной подход к решению проблемы состояния. По имени теории-прародительницы его на-зывают термодинамическим методом, но более точно отражающим суть данного нового варианта решения проблемы состояния является синоним «феноменологический подход», поскольку он предполагает оценку состояния системы на основе учета только внешних проявлений изменения её энергети-ческого состояния (тогда, во времена классической термодинамики – только изменения температуры системы в целом, или совершения системой механи-ческой работы), как природных явлений или феноменов. Отсюда – принци-пиально иная, противоположная детерминистскому подходу, суть термоди-намического метода – он не учитывает сложность внутренней струк-туры системы, в данном случае (периода классического естествознания, см. выше), молекулярное строение тел. Согласно феноменологическому подходу, состояние сложной системы оценивается её внутренней энергией – показа-телем, априорно являющимся суммой энергий всех видов, которыми она об-ладает. Этих разных энергий так много, что точно вычислить внутреннюю энергию системы, как их сумму, принципиально нельзя, но можно фиксиро-вать и численно определять её изменение в результате каких-либо внешних воздействий на систему. «Продвинутость» термодинамического метода по отношению к детерминизму образно можно пояснить пословицей «лучше си-ница в руках, чем журавль в небе». Недосягаемый «журавль» – это детерми-нистский подход, абсолютно логичный (правильный) и столь же абсолютно неприменимый на практике (см. выше). «Синица» – пусть огрубленное, но все же практически возможное решение проблемы состояния. Подтвержде-ние тому – теория и схема работы теплового двигателя как итог коммерци-ализации знаний, полученных с помощью именно феноменологического под-хода (см. раздел 1.3).

Кроме данного положительного экономического результата из идеи термодинамического метода следовал очень важный научный вывод прогно-стического (см. раздел 1.2) характера – несмотря на то, что мы уже знаем достаточно много видов энергии (механической, тепловой, химической и др., см. выше), могут существовать пока что неизвестные человечеству дру-гие, более сложные по своей сути и организации виды энергии как меры дви-жения материи. Данное научное предвидение блестяще подтвердилось в процессе развития представлений об этом движении на следующем, третьем этапе истории естествознания открытием энергии радиоактивного распада и ядерных реакций (см. раздел 1.3). Сюда же можно отнести и энергию биологи-ческих процессов, хотя известно, что она, как источник жизнедеятельности живых организмов и эволюции биосферы по сути представляет собой совоку-пность энергий, обеспечивающих движение в неживой природе – химичес-кой, физической (электромагнитной и механической) и др.

Развитием представлений о движении в этот же период была конста-тация факта единой (электромагнитной) сущности всех известных на дан-ный момент времени видов энергии (кроме механической) в виде спектра электромагнитного излучения.По степени возрастания его энергии, прямо пропорциональной частоте этого излучения, измеряемой в герцах (Гц), дан-ный спектр выглядит следующим образом:

§ атмосферные явления (гром и молния), переменный электрический ток (10¹ – 10⁴ Гц);

§ радиоволны, Интернет, телевидение, сотовая связь, микроволновые пе-чи (10⁴ – 10¹² Гц);

§ инфракрасное (тепловое) излучение (10¹² – 3,7∙10¹⁴ Гц);

§ видимый свет (3,7∙10¹⁴ – 7,5∙10¹⁴ Гц);

§ ультрафиолетовое (солнечное) излучение (7,5∙10¹⁴ – 3∙10¹⁷ Гц);

§ рентгеновское излучение (3∙10¹⁷ – 3∙10²⁰ Гц);

§ гамма-излучение (3∙10²⁰ – 10²³ Гц).

Свое развитие в рамках уже третьего этапа истории естествознания имела проблема состояния. Поскольку, как было сказано выше, термодина-мический метод при определении параметров состояния системы абстрагиру-ется от учета сложности её внутреннего строения, получаемые с его помо-щью результаты не могут быть точными и достоверными. Поэтому новой ес-тественнонаучной теорией – молекулярно-кинетической теорией или стати-стической физикой, созданной трудами М.В. Ломоносова, Дж. К. Максвелла, Л. Больцмана и других – был предложен другой вариант решения проблемы состояния, получивший название статистического метода илимикроско-пического подхода. Согласно ему состояние системы (тела) определяется по усредненным (статистическим, обобщенным) значениям различных параме-тров состояния совокупности образующих её (его) частиц – молекул. Так, например, температура тела – это мера средней кинетической энергии моле-кул, из которых оно состоит (Ломоносов, см. раздел 1.2). Данная энергия, в свою очередь, определяется гауссовским (вероятностным) распределением молекул по их скоростям, т.е. усредненной скоростью и т.д. В чем тут прог-ресс, по аналогии с тем, как это было при переходе от детерминизма к термо-динамическому методу на предыдущем этапе истории естествознания (см. выше)? В том, что точность определения параметров состояния сложной системы возрастает за счет учета её микроструктуры, пусть даже веро-ятностного. Сопоставляя усредненные теоретические результаты с опы-том, можно снизить погрешность этого вероятностного учета внутренней структуры газов, жидкостей и твердых тел, и тем самым повысить качество и достоверность оценки их конкретных свойств как параметров состояния.

На этом же, третьем этапе истории естествознания эволюция подхо-дов к решению данной проблемы с подачи квантовой механики, как более совершенной научной теории (см. раздел 1.3), завершилась дополнением ста-тистического метода положением о неустранимости неопределенности и о вероятностном характере любых параметров состояния сложной систе-мы. С точки зрения эффективности реализации уже не раз упоминавшегося принципа познания – от простого к сложному – этот шаг трудно переоценить. С одной стороны, наука признавала факт бесконечной сложностиокру-жающего нас мира и, как следствие, невозможности его познания до кон-ца, т.е. подтверждала правоту двух главнейших положений философии – о неисчерпаемости материи (см. раздел 1.2) и о недосягаемости для человека абсолютной истины (там же). С другой стороны, коль скоро двигаться по пу-ти познания природы нам суждено вечно (см. выше), единственно правиль-ным принципом этого познания может быть только как можно более полный учет неопределенности и случайности в определении параметров состоя-ния сложных систем, потому что это более реальное и правильное понима-ние нашего мира, чем, например, сознательное игнорирование его истиной сложности с целью упростить это понимание и тем самым облегчить себе жизнь. Мир наш сложен, сложен бесконечно, и пытаться объяснять его прос-то – это значит трусить, бояться трудностей, прятать, как страус, голову в песок, подтверждая всем этим правоту величайшей народной мудрости – «простота хуже воровства».