Содержание книги, книга в формате pdf
Ранее: Глава 2.6. Неравновесные состояния в статистической механике
В предыдущих частях книги рассмотрены классическая термодинамика и статистическая механика и это дает необходимый материал для перехода к философии физики. В этой части книги на примере термодинамики и статистической механики речь пойдет про взаимоотношения между математикой, физикой, проводимыми экспериментами и заключениями, которые делаются в физике на этой основе.
В настоящее время математика и физика — это разные научные дисциплины, в то же время физика невозможна без математики, а математика как таковая вполне может обойтись без физики. Так было не всегда, развитие математики в свое время проходило под эгидой механики, что в настоящее время все еще находит отражение в названии математических факультетов — механико-математический факультет. Однако после появления неевклидовых геометрий пути математики и физики разошлись и в этой главе рассмотрение отталкивается от факта существования двух разных дисциплин.
Рассмотрение в этой части книги проведено с точки зрения деятельности физиков, проводящих исследования, и тем самым вопросы типа ‘Что такое математика?’ будут немного затронуты лишь в последней главе. Пока только одно замечание по поводу математики. Нередко можно услышать утверждение, что ‘математика — это просто язык’. Приведу еще раз ссылку на онлайновую версию таблиц: ‘Термодинамические свойства индивидуальных веществ‘. Рекомендуется открыть их и просмотреть таблицы для нескольких веществ. Таблицы наглядно показывают, что если математика является языком, то это, как минимум, язык чисел; поэтому сравнение языка математики с обычным языком никак не помогает понять использование математики в физике.
Рассмотрим следующую ситуацию. Несколько физиков сидят за столом, на котором стоит горящая свечка. Физики объясняют происходящие процессы; физики записывают математические уравнения на доске или же показывают их на экране проектора, а также находят решения этих уравнений на компьютере. Физики используют как классическую термодинамику, так и статистическую механику, а параллельно проводятся необходимые измерения с использованием приборов, которые затем сравниваются с предсказаниями теории.
Цель рассмотрения этой части книги заключается в более детальном рассмотрении практики проведения исследований в физике в рамках ситуации выше. Речь не идет про социологию физики, рассмотрение остается на уровне философии физики. Например, термодинамические таблицы содержат количественные свойства вещества, но следует более формально рассмотреть, каким образом численные значения физических величин сопоставляются процессам, протекающим непосредственно в пламени свечи. Таким образом, будет более последовательно рассмотрена проблема координации, то есть, связи между физической величиной и измерением этой физической величины.
В первой главе будет предложена терминология для рассмотрения взаимоотношения математики и физики, основанная на метафоре математических очков. Физик смотрит на мир в математических очках и тем самым для него математика соединяется с миром. Рассмотрение проблемы координации покажет, каким образом это осуществляется на практике, то есть, каким образом математические очки помогают процессу проведения реальных измерений. Отмечу, что это не имеет отношения к проблеме измерения в квантовой механике, речь идет про проведение реальных экспериментов и использование метрологии.
Проводимые эксперименты, а также метрология, зависят от теории физики. Тем не менее, несмотря на эту зависимость можно говорить об уровне экспериментальной физики, поскольку проведенные эксперименты неявно задают уровень применимости теории физики. Выход за эти рамки будет называться экстраполяционизмом. В этот термин не вкладываются отрицательные коннотации; экстраполяционизм сводится к приданию теории физики универсальности, что является нормальной научной практикой. С другой стороны, выход далеко за рамки экспериментальной физики будет называться радикальным экстраполяционизмом и будет затронут вопрос, каким образом можно отличить одно от другого.
В последующих двух главах предложенная терминология будет использована для анализа механики сплошных сред и статистической механики. Будут рассмотрены вопросы, каким образом выглядит мир в математических очках на основе теории термодинамики и статистической механики соответственно. Также будет затронут вопрос качественных объяснений, которые в какой-то мере позволяют создать визуальные образы происходящих явлений. В статистической механике для этого будет использована картина-представление из философии физики Людвига Больцмана.
Далее будет проведено сопоставление двух уровней организации, соответствующих сплошным средам и статистической механике. Метафора математических очков в данном случае приводит к вопросу о взаимоотношений математических формализмов и тем самым будет проведено обсуждение взаимоотношений термодинамики и статистической механики с точки зрения формализмов теорий, а также соответствующих экспериментов.
В отдельной главе дается критика термодинамики информации. Проблема координации для информации как физической величины осталась нерешенной. Другими словами, не удается провести одновременное рассмотрение двух вопросов при обсуждении информации как физической величины: 1) Что можно считать измерением информации; 2) Что такое информация.
В последней главе проведенное рассмотрение будет сопоставлено с более обычным обсуждением в философии физики научного реализма и антиреализма. Будут затронуты разные вопросы, в том числе, что такое математика и что такое законы физики, но решений предложено не будет.
Далее: Глава 1. Физика, математика и мир
Обсуждение