Filozofia przyrody Wykład 6. Determinizm i indeterminizm
description
Transcript of Filozofia przyrody Wykład 6. Determinizm i indeterminizm
Filozofia przyrodyWykład 6. Determinizm i indeterminizm
Andrzej Łukasik Instytut Filozofii UMCS
http://bacon.umcs.lublin.pl/[email protected]
Sformułowanie problemu
„Odwiecznym tematem dociekań filozofów było zagadnienie, czy tok zdarzeń rozgrywających się w przyrodzie jest podporządkowany prawom, wedle których cała teraźniejszość i przyszłość jest wyznaczona z nieuchronną koniecznością przez przeszłość, czy też, przeciwnie, istnieją zdarzenia, które nie zostały wywołane przez żadne zdarzenia wcześniejsze”.K. Ajdukiewicz, Zagadnienia i kierunki filozofii, s. 161
2
Konieczność i przypadek
„Wszystko dzieje się wskutek konieczności [άνάγκη]” (Demokryt).
„Lepiej by było uznać mitologiczne bajki o bogach, niż stać się niewolnikiem przeznaczenia przyrodników. Mitologia dopuszcza bowiem przynajmniej możliwość przebłagania bogów przez oddawanie im czci, przeznaczenie natomiast jest nieubłagane” (Epikur).
• Atomy ulegają przypadkowemu odchyleniu [παρέγκλισις] - indeterminizm
3
Determinizm i indeterminizm
• Determinizm (łac. determinare – ograniczyć, wyznaczyć): każde zjawisko jest wyznaczone przez prawa przyrody i całokształt warunków (aspekt ontologiczny), zatem dysponując odpowiednią wiedzą można (przynajmniej w zasadzie) przewidywać przyszły bieg zdarzeń (aspekt epistemologiczny)
• Indeterminizm: istnieją zjawiska niepodlegające prawom przyrody albo, że nie wszystkie zdarzenia podlegają prawom jednoznacznym
4
Idea determinizmu
„Intuicyjną ideę determinizmu można ogólnie ująć w stwierdzeniu, że świat przypomina taśmę filmową. Obraz lub zdjęcie, które jest w tym właśnie momencie wyświetlane, to teraźniejszość. Części filmu, które zostały już wyświetlone, to przeszłość, natomiast te zdjęcia, których jeszcze nie pokazano, to przyszłość. Na taśmie filmowej przyszłość współistnieje z przeszłością, podobnie przyszłość jest już ustalona w dokładnie takim samym sensie jak przeszłość. Chociaż obserwator nie może znać przyszłości, każde bez wyjątku przyszłe wydarzenie może w zasadzie być znane z całą pewnością dokładnie tak samo jak przeszłość, ponieważ istnieje ono w takim samym sensie jako przeszłość”.K. R. Popper, Wszechświat otwarty, s. 27
5
Determinizm i indeterminizm jako konsekwencje interpretacyjne fizyki
• Determinizm i indeterminizm są stanowiskami filozoficznymi i muszą być wyrażone w języku filozofii.
• Ani determinizm, ani indeterminizm nie są konsekwencjami logicznymi twierdzeń fizyki, ponieważ treść następstw logicznych nie może wykraczać poza treść ich logicznych racji.
• Twierdzenia fizyki należy poddać odpowiedniej interpretacji filozoficznej, polegającej na przyporządkowaniu formułom zaczerpniętym z fizyki określonych terminów z konotacjami filozoficznymi – konsekwencje interpretacyjne.(Jan Woleński, Metamatematyka a epistemologia)
6
Determinizm w mechanice klasycznej
• Mechanika klasyczna jest teorią deterministyczną: stan układu w pewnej chwili t0 jednoznacznie wyznacza stan układu w dowolnej chwili t.
• Stan układu (izolowanego) określony jest przez położenia r i pędy p wszystkich jego składników w chwili t.
• Dynamikę układu opisują liniowe równania różniczkowe Newtona.• Równania liniowe mają jednoznaczne rozwiązania.
Fdt
trdm
2
2 )(
7
Przewidywalność zjawisk
• Aby móc przewidywać należy znać: 1) ogólne prawa ruchu 2) działające siły3) warunki początkowe (lub brzegowe)
(pędy i położenia składników w pewnej chwili t0)• Warunki początkowe znamy zawsze ze skończoną dokładnością (pomiary).• Liniowość równań CM – dokładność przewidywań jest wprost
proporcjonalna do dokładności pomiarów.
8
Demon Laplace’a
„Możemy uważać obecny stan wszechświata za skutek jego stanów przeszłych i przyczynę stanów przyszłych. Intelekt, który w danym momencie znałby wszystkie siły działające w przyrodzie i wzajemne położenia składających się na nią bytów i który byłby wystarczająco potężny, by poddać te dane analizie, mógłby streścić w jednym równaniu ruch największych ciał wszechświata oraz najdrobniejszych atomów; dla takiego umysłu nic nie byłoby niepewne, a przyszłość, podobnie jak przeszłość, miałby przed oczami”. (P. S. de Laplace, Essai philosophique sur les probabilités)skrajny determinizm mechanistycznypojęcie przypadku = rezultat naszej niewiedzy
9
Prawa deterministyczne a prawa statystyczne
• W większości przypadków dedukcja zachowania układów złożonych ze znajomości elementarnych procesów mechanicznych okazała się efektywnie niewykonalna – w fizyce zastosowano prawa statystyczne (kinetyczna teoria gazów), które ustalają przebieg zjawisk w skali masowej i nie muszą być spełnione w każdym pojedynczym przypadku.
• Przyjmowano, że prawa statystyczne mają status praw wtórnych (każda cząsteczka gazu porusza się zgodnie z deterministycznymi równaniami Newtona, które mają charakter praw podstawowych).
• Zagadnienie trzech ciał na gruncie mechaniki klasycznej nie ma ścisłego rozwiązania i trzeba szukać rozwiązań przybliżonych.
10
Indeterminizm w mechanice kwantowej
„Mechanika kwantowa jest teorią wielce zajmującą. Niemniej jakiś wewnętrzny głos mi mówi, że nie jest ona tym, o co ostatecznie chodzi. […] jestem głęboko przekonany, że Bóg nie gra w kości”. (Albert Einstein, List do Maxa Borna, 4 XII 1926)
11
Indeterminizm w czasie
• Procesy takie, jak rozpad atomów pierwiastków promieniotwórczych podlegają jedynie prawidłowościom statystycznym.
• Można przewidzieć jedynie prawdopodobieństwo tego, że dany atom pierwiastka promieniotwórczego rozpadnie się w określonym czasie.
teNtN 0)(
12
Indeterminizm związany z zasadą nieoznaczoności Heisenberga
• Nie można jednocześnie z dowolną dokładnością zmierzyć położenia i pędu cząstki elementarnej.
• Nie można ustalić warunków początkowych z taką precyzją, jaka jest wymagana w mechanice klasycznej.
• Ruch cząstek kwantowych nie podlega deterministycznym prawidłowościom.
• Można przewidzieć jedynie prawdopodobieństwo znalezienia cząstki kwantowej w pewnym obszarze przestrzeni.
2
xpx
13
Indeterminizm pomiarowy
• Stan układu kwantowego reprezentuje funkcja falowa Ψ.• Ewolucję Ψ układu izolowanego opisuje ciągłe i
deterministyczne równanie Schrödingera.• Ψ może być powiązana z doświadczeniem, gdy zostanie
wykonany pomiar.• Podczas pomiaru następuje nieciągła i indeterministyczna
redukcja funkcji falowej. • Można przewidzieć jedynie prawdopodobieństwo rezultatu
pomiaru.
Ht
i
iprob
14
Teoria chaosu deterministycznego – wrażliwość układów nieliniowych na warunki początkowe (efekt motyla)
• Układy nieliniowe (równania różniczkowe opisujące dynamikę układów mają charakter nieliniowy) wykazują silną wrażliwość na warunki początkowe – bardzo drobne różnice trajektorii początkowych w krótkim czasie prowadzą do bardzo dużych różnic trajektorii końcowych – następuje wykładnicze rozbieganie się trajektorii.
x n + 1 = k x n (1 – x n ) odwzorowanie logistyczne
• Zachowanie takiego układu szybko staje się nieprzewidywalne pomimo deterministycznego (różniczkowego) opisu dynamiki układu (np. zjawiska pogodowe).
15
Repetytorium
16