?

Log in

No account? Create an account

От абстрактного к конкретному или диалектика в физике - a_gorb — LiveJournal

Sep. 30th, 2011

06:28 pm - От абстрактного к конкретному или диалектика в физике

Previous Entry Share Flag Next Entry

Посмеются надо мной физики, ну ладно, как-нибудь переживу:) И еще посмеются философы…

Написано и размещено в сообществе dia_logic.


Наиболее интересным моментом в диалектике для меня является то, что она не останавливается перед возникшим противоречием, пытается противоречие разрешить, осуществить синтез противоположностей, тогда как чисто формальная логика (ФЛ) позволяет только зафиксировать противоречие. Последнее, правда, является необходимым моментом. Сразу отмечу, что я сознательно не использую термин логика применительно к диалектике, т.к. на мой взгляд, диалектика, как теория познания, и логика, как наука о правилах вывода высказываний из других высказываний, имеют не слишком много общего [Логика и Диалектика – Язык и Мышление]. Логика мало говорит о мышлении (гораздо больше о релейных схемах:)), диалектика не дает правил работы с высказываниями (ну, или они мне неизвестны [Вопрос о диалектической логике как логике, Некоторые итоги обсуждения: Вопрос о диалектической логике как логике]). Так же отмечу, что диалектику я стараюсь понимать в духе Ильенкова (хотя последний использовал термин Диалектическая логика). Собственно такое разделение Логики (формальной) и Диалектики получается из того, что человек мыслит диалектически (тогда, когда решает проблемы, а не задачи по шаблону), а результаты в виде той или иной знаковой системы представляет по правилам ФЛ. Вопросы и подходы ЭДЛ (Элементарной диалектической логики) я в этой заметке не рассматриваю.

Но если человек мыслит диалектически, то диалектика, если она не является произвольной выдумкой, должна проявляться в любых областях мышления, а не только в «Капитале» К.Маркса. Подобно тому, как законы языка будут проявляться в речи независимо от того, известны они говорящему или нет: многие люди достаточно правильно говорят и пишут, несмотря на то, что неспособны сформулировать и назвать законы, по которым они это делают. Интересно рассмотреть, как диалектичность мышления проявляется в физике. Что бы не размениваться на мелочи, рассмотрим работу, которая оказала огромное влияние на все дальнейшее развитие физики. Речь пойдет о работе Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел», в которой изложены основы специальной теории относительности (ТО).


Цитаты будут выделены «синим.» Цитат будет много, но я просто не представляю, как иначе можно анализировать чужую работу. Однако и всю работу я воспроизводить не буду. Если кого-либо заинтересуют те моменты, которые я упустил, то он, надеюсь, без труда сможет восполнить пробелы самостоятельно.

В самом начале статьи автор четко формулирует проблему и имеющееся противоречие в электродинамики движущихся тел.
«Известно, что электродинамика Максвелла в современном ее виде приводит в применении к движущимся телам к асимметрии, которая несвойственна, по-видимому, самим явлениям. Вспомним, например, электродинамическое взаимодействие между магнитом и проводником с током. Наблюдаемое явление зависит здесь только от относительного движения проводника и магнита, в то время как, согласно обычному представлению, два случая, в которых движется либо одно, либо другое из этих тел, должны быть строго разграничены. В самом деле, если движется магнит, а проводник покоится, то вокруг магнита возникает электрическое поле, обладающее некоторым количеством энергии, которое в тех местах, где находятся части проводника, порождает ток. Если же магнит находится в покое, а движется проводник, то вокруг магнита не возникает никакого электрического поля; зато в проводнике возникает электродвижущая сила, которой самой по себе не соответствует никакая энергия, но которая — при предполагаемой тождественности относительного движения в обоих интересующих нас случаях — вызывает электрические токи той же величины и того же направления, что и электрическое поле в первом случае.»
Т.е. здесь фиксируется противоречие между полной симметрией механического описания относительного движения тел и асимметрией электродинамического описания их взаимодействия.

Далее формулируется первая предпосылка (первый абстрактно общий момент).
«Примеры подобного рода, как и неудавшиеся попытки обнаружить движение Земли относительно «светоносной среды», ведут к предположению, что не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя и даже, более того,— к предположению, что для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, справедливы те же самые электродинамические и оптические законы, как это уже доказано для величин первого порядка. Это предположение (содержание которого в дальнейшем будет называться «принципом относительности») мы намерены превратить в предпосылку…»
Здесь уже предлагается (пока абстрактно) способ разрешения противоречия, т.е. утверждается, что как законы электродинамики и механики должны быть одинаково симметричны.

Далее формулируется второй абстрактно общий момент строимой теории.
«… и сделать, кроме того, добавочное допущение, находящееся с первым лишь в кажущемся противоречии, а именно, что свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V, не зависящей от состояния движения излучающего тела.»
Автор отмечает, что это второе положение может показаться противоречащим первому, однако противоречие это мнимое. Однако, поскольку связь этих абстрактных моментов не установлена, то пока это установить не представляется возможным.

Также во введении автор формулирует результат, который будет получен в ходе дальнейшего изложения и ради которого строятся все рассуждения.
«Эти две предпосылки достаточны для того, чтобы, положив в основу теорию Максвелла для покоящихся тел, построить простую, свободную от противоречий электродинамику движущихся тел.»
Формулировка общего результата необходима, что бы читатель понимал то целое, к которому стремиться автор, а, следовательно, и все промежуточные рассуждения воспринимались в свете этого целого.
Поскольку сформулированные предпосылки носят слишком абстрактный характер, то автор постепенно начинает выводить из них следствия, делая свое описание все более цельным и конкретным.

Начинает он с придания большей конкретики некоторым базовым понятиям, которые ранее, до него, как оказалось, были слишком абстрактными.
«Развиваемая теория основывается, как и всякая другая электродинамика, на кинематике твердого тела, так как суждения всякой теории касаются соотношений между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процессами. Недостаточное понимание этого обстоятельства является корнем тех трудностей, преодолевать которые приходится теперь электродинамике движущихся тел. »

Первым рассматривается понятия одновременности. Данное понятие в привычном смысле для целей данной работы является чересчур абстрактным и требует конкретизации.
«Мы должны обратить внимание на то, что все наши суждения, в которых время играет какую-либо роль, всегда являются суждениями об одновременных событиях. »
Далее критикуется простейшее определение времени события, которое неприменимо для удаленных событий:
«Может показаться, что все трудности, касающиеся определения «времени», могут быть преодолены тем, что вместо слова «время» я напишу положение маленькой стрелки моих часов». Такое определение, действительно, достаточно в случае, когда речь идет о том, чтобы определить время лишь для того самого места, в котором как раз находятся часы; однако это определение уже недостаточно, как только речь будет идти о том, чтобы связать друг с другом во времени ряды событий, протекающих в различных местах, или, что сводится к тому же, установить время для тех событий, которые происходят в местах, удаленных от часов.»
Здесь уже пока еще четко не сформулированная возникает идея о связи времени и расстояния.

После ряда рассуждений понятие одновременности удаленных событий получает конкретное содержание, на которое уже можно опираться в дальнейших рассуждениях.
«Таким образом, пользуясь некоторыми (мысленными) физическими экспериментами, мы установили, что нужно понимать под синхронно идущими, находящимися в различных местах покоящимися часами, и благодаря этому, очевидно, достигли определения понятий: «одновременность» и «время». «Время» события — это одновременное с событием показание покоящихся часов, которые находятся в месте события и которые идут синхронно с некоторыми определенными покоящимися часами, причем с одними и теми же часами при всех определениях времени.»
Отмечу, что конкретизация понятия одновременности осуществляется на основе исходных положений. До Эйнштейна понятие одновременности было расплывчатым и слишком неконкретным. Можно даже сказать, что понятия одновременности как такового и не было.

Но время и расстояния связаны через скорость. Поэтому после рассмотрения одновременности автор переходит к рассмотрению понятия длины. Причем до Эйнштейна длина и промежуток времени рассматривались как понятия друг от друга независимые и не имеющие ничего общего. Хотя время и длина (путь) входят в формулу скорости, но связь их тут чисто формальная. Опираясь на понятие длины покоящегося стержня, автор ставит вопрос о длине стержня движущегося. Он вводит две процедуры: для определения длины покоящегося стержня путем сравнения с масштабом и для длины движущегося стержня через понятие одновременности. Если ранее одновременность оказалась связана с длиной, то теперь наоборот, длина оказывается связанной с одновременностью. Причем дальнейший анализ показывает, что одновременные события в одной координатной системе могут оказаться неодновременными в другой, движущейся относительно первой.

Отмечу, что многие «критики» теории относительности даже не способны понять сущности вопроса о длине движущегося стержня. Что здесь не все так просто, отмечает и Эйнштейн:
«В обычно применяемой кинематике принимается без оговорок, … что движущееся твердое тело в момент времени t в геометрическом отношении вполне может быть заменено тем же телом, когда оно покоится в определенном положении.»
Таким образом, понятие длины конкретизуется по отношению к размерам тел движущихся.

Предварительно рассмотрев понятия времени и длины, автор переходит к их совместному рассмотрению и выводит формулы «преобразования координат и времени от покоящейся системы к системе, равномерно и прямолинейно движущейся относительно первой», которые сейчас называются преобразования Лоренца. В этих преобразованиях понятия длины (координаты) и времени приобретают то конкретное содержание, которое необходимо для нужд разрабатываемой теории. Так же в этих преобразованиях время и длина уже больше не являются изолированными, независимыми понятиями, а оказываются тесно переплетены друг с другом. Это их объединение получит дальнейшее развитие в пространстве Минковского и в Общей теории относительности превратившись в единое пространство-время. В соответствии с диалектикой, и время, и пространство (длина, расстояние) в этом едином пространстве-времени с одной стороны сохраняют свое своеобразие, свою особенность, а с другой стороны оказываются настолько тесно связаны, что уже не способны выступать поодиночке и, таким образом, становятся лишь абстрактными моментами единого конкретного целого.

Однако, эти преобразования пока еще остаются абстрактными в том смысле, что они пока еще не применены для решения поставленной в начале проблемы, т.е. существуют сами по себе в обособленном виде. Поэтому следующим шагом является использование этих преобразований к уравнениям электродинамики. В результате строится симметричная относительно движения электромагнитная теория.
«Ясно, что асимметрия, упомянутая в введении при рассмотрении токов, возникающих вследствие относительного движения магнита и проводника, исчезает.»
Таким образом, указанное в начале статьи противоречие разрешается. И решение это заключается отнюдь не в обнаружении ФЛ ошибки в рассуждения, которая привела к противоречию, а в построении новой теории, которое стало возможным за счет конкретизации понятий длины (пространства) и времени. Отмечу, что Эйнштейн не выдумывает новых понятий, не плодит лишние сущности, а расширяет понимание старых, причем так, что новое понимание содержит в себе и старое.

Однако, это есть еще не окончательное решение поставленной проблемы. Т.к. придав симметричный вид электродинамики необходимо то же самое сделать и с механикой. Поэтому автор переходит к рассмотрению движения частицы в электромагнитном поле. И тут он получает результат, который видимо не планировался изначально и который было трудно предвидеть. А именно, механического движение обладает такой же симметрией, как и электродинамика при условии, что масса также становиться зависящей от скорости и что энергия обладает инерцией. В последнем утверждении объединены два разных понятия, которые ранее считались совершенно не имеющими друг к другу отношения, а именно оказалось, что масса и энергия являются тождественными. Таким образом, масса сама по себе (как мера инерции) и энергия сама по себе (как способность производить работу) опять представляют собой лишь абстрактные моменты некоторого конкретного целого.

На этом заканчивается данная работа. Однако содержащиеся в ней идеи получили дальнейшее развитие в последующих работах, как самого Эйнштейна, так и других ученых.

Вот как-то так…