Состояния физической системы. Динамические и статистические закономерности в природе

Понятие состояния физической системы является цент­ральным элементом физической теории. Казалось бы, в науке речь должна идти только о закономерностях в по­ведении различных явлений природы. Открытие этих за­кономерностей, установление законов природы, отражаю­щих устойчивые, необходимые связи между различными сторонами явления, — вот истинная цель науки. Однако имеются, по крайней мере, два возражения по поводу того, как достичь этой цели. Первое из них указывает на то, что все законы природы всегда носят приближенный характер и действуют в определенных рамках, называемых граница­ми применимости физических законов. Мы уже убедились в существовании трех ограничений в применимости зако­нов Ньютона: во-первых, если скорость рассматриваемых тел близка к скорости света, то нужно применять реля­тивистскую кинематику и релятивистскую динамику спе­циальной теории относительности. Во-вторых, в случае сильных гравитационных полей следует пользоваться тео­рией тяготения Эйнштейна, то есть общей теорией относи­тельности. Проявление гравитации как искривления про­странства-времени приводит к неадекватности описания по­ведения частицы в искривленном пространстве с помощью теории Ньютона. В-третьих, классическая ньютоновская ме-

ханика не работает в микромире; аппаратом, описывающим движение микрообъектов, является квантовая теория.

Второе возражение состоит в том, что при установлении законов всегда пытаются абстрагироваться от случайнос­тей, множества факторов, всегда сопровождающих любое явление. На это обстоятельство особенно указывает вели­чайший математик Е. Вигнер в своей книге «Этюды о сим­метрии», подчеркивая, что для описания поведения како­го-либо объекта одних только законов природы недоста­точно, важно знать также начальные условия, описывающие состояние данного объекта в начальный момент времени. «Именно в четком разделении законов природы и началь­ных условий и состоит удивительное открытие ньютонов­ского века», — пишет Е. Вигнер.

Состояние физической системы — это конкретная оп­ределенность системы, однозначно детерминирующая ее эволюцию во времени. Для задания состояния системы необходимо: 1) определить совокупность физических вели­чин, описывающих данное явление и характеризующих состояние системы, — параметры состояния системы; 2) выделить начальные условия рассматриваемой системы (зафиксировать значения параметров состояния в началь­ный момент времени); 3) применить законы движения, опи­сывающие эволюцию системы.

Попробуем применить данный алгоритм к тем обла­стям физики, которые нами рассмотрены в этой книге. Однако предварительно разделим физические теории на динамические и статистические и, используя понятия со­стояния, попытаемся провести сравнение между ними и выяснить, в каком отношении друг к другу находятся ди­намические и статистические закономерности в природе. Это глубоко и полно сделано Г.Я. Мякишевым в книге «Динамические и статистические закономерности в физи­ке», результатами которой мы воспользуемся при последу­ющем изложении материала.