Ольга Стрельник - Концепции современного естествознания - конспект лекций

Статистические закономерности проявляются в массе явлений, имеют форму тенденции. Эти законы иначе называют вероятностными, поскольку они описывают состояние индивидуального объекта лишь с определенной долей вероятности. Статистическая закономерность возникает как результат взаимодействия большого числа элементов, поэтому характеризует их поведение в целом. Необходимость в статистических закономерностях проявляется через действие множества случайных факторов. Этот тип законов иначе называют законами средних величин. При этом статистические закономерности, так же как и динамические, являются выражением детерминизма. Примеры статистических закономерностей – законы квантовой механики (3.3) и законы, действующие в обществе и истории. Понятие вероятности, фигурирующее при описании статистических закономерностей, выражает степень возможности явления или события в конкретной совокупности условий.

На рубеже XIX–XX вв. в физике произошел кризис, который был связан с невозможностью объяснить новые эмпирические данные с помощью законов и принципов, сформулированных в рамках механистической парадигмы (1.8, 2.1, 2.3). Кризис и последовавшая за ним научная революция (1.4) способствовали тому, что на смену классической физике, построенной на принципах механики И. Ньютона, пришла новая фундаментальная теория – специальная теория относительности А. Эйнштейна. Теория относительности возникла на границе между механикой И. Ньютона и электромагнитной теорией Дж. Максвелла (2.3) как результат попыток устранить логические противоречия, существовавшие между этими двумя концепциями.

Специальная теория относительности распространила принципы относительности, сформулированные еще Г. Галилеем для механических систем (2.3), на электромагнитные взаимодействия. Ряд опытов, проведенных физиками в конце XIX в., показал, что скорость света остается неизменной во всех системах координат, независимо от того движется излучающий свет источник или нет. Однако эти выводы противоречили принципу относительности Г. Галилея.

В конце XIX в. господствовало представление, что мировое пространство заполнено особым эфиром, в котором распространяются световые волны. Для того чтобы обнаружить движение Земли относительно эфира, американский физик А. Майкельсон в 1887 г. решил измерить время прохождения светового луча по горизонтальному и вертикальному направлениям относительно Земли. Согласно гипотезе светоносного эфира время прохождения света по этим направлениям должно различаться. Однако результат эксперимента показал неизменность скорости света в обоих направлениях. Такой вывод противоречил классическим представлениям о том, что координаты и скорости должны преобразовываться при переходе от одной инерциальной системы к другой. Скорость света оказалась не зависящей от движения Земли.

Для объяснения результатов эксперимента А. Майкель-сона X. Лоренц вывел уравнения, позволяющие вычислить сокращение движущихся тел и промежутков времени между событиями, которые происходят в зависимости от скорости движения объектов. Преобразования X. Лоренца предполагали реальное сокращение тел и промежутков времени.

В 1905 г. А. Эйнштейн опубликовал работу «К электродинамике движущихся тел», в которой объяснил результаты опытов А. Майкельсона и изложил основные положения специальной теории относительности. А. Эйнштейн распространил принцип относительности на все системы и сформулировал его иначе, чем Г. Галилей: любой процесс протекает одинаково в изолированной материальной системе, находящейся в состоянии прямолинейного и равномерного движения, т. е. все инерциальные системы отсчета равноправны между собой. Таким образом было преодолено представление об эталонной абсолютной системе отсчета, которую связывали с эфиром, все системы отсчета были признаны равнозначными, не имеющими никаких преимуществ друг перед другом, а принцип относительности приобрел всеобщий, универсальный характер.

Следствием такого понимания принципа относительности стало введение в физику понятия инвариантности. Инвариантность понимается как неизменность физических величин или свойств объектов при переходе от одной системы отсчета к другой. Все законы природы неизменны при переходе от одной инерциальной системы к другой, т. е., находясь внутри инерциальной системы, невозможно обнаружить, движется она или покоится. Специальная теория относительности установила также инвариантность материальных процессов и скорости света относительно преобразований X. Лоренца. А. Эйнштейн показал, что преобразования X. Лоренца отражают не реальное сокращение тел и промежутков времени, а изменение результатов измерений в зависимости от движения системы отсчета. Тела сокращаются, а время замедляется для внешнего наблюдателя, тогда как внутри движущейся системы все физические процессы протекают обычным образом.