Соотношение динамических и статистических законов

Сразу же после появления в физике понятия статистиче­ского закона возникла проблема существования статистиче­ских закономерностей и их соотношения с динамическими за­конами.

Первоначально основным в проблеме со­отношения был вопрос об обосновании классической стати­стической механики на базе динамических законов Ньютона. Исследователи пытались выяснить, как статистическая меха­ника, существенной чертой которой является вероятностный характер предсказания значений физических величин, должна относиться к законам Ньютона с их однозначными связями между значениями всех величин.

Длительное время динамические законы считались основным, первичным типом отображения физических закономерностей, а статисти­ческие законы рассматривались в значительной мере как след­ствие ограниченности наших способностей к познанию.

Но сегодня известно, что закономерности поведения объек­тов микромира и законы квантовой механики являются стати­стическими.

Возникновение и развитие квантовой теории постепенно привело к пересмотру представлений о роли динамических и статистических законов в отображении закономерностей природы. Был обнаружен статистический характер поведения отдельных элементарных частиц. При этом за описывающи­ми это поведение законами квантовой механики не было об­наружено никаких динамических законов. Поэтому круп­нейшими учеными, такими, как Н. Бор, В. Гейзенберг, М. Борн, П. Ланжевен и другими, был выдвинут тезис о пер­вичности статистических законов. Но большая часть ученых с этим выво­дом не согласилась и стала настаивать на необходимости отыскать динамические законы для описания микромира, воспринимая статистические законы как промежуточный этап, позволяющий описывать поведение совокупности мик­рообъектов, но не дающий еще возможности точно описать поведение отдельных микрообъектов.

Когда стало очевидно, что нельзя отрицать роль статисти­ческих законов в описании физических явлений (все экспери­ментальные данные полностью соответствовали теоретиче­ским расчетам, основанным на подсчетах вероятностей), была выдвинута теория «равноправия» статистических и динамиче­ских законов. Те и другие законы рассматривались как законы равноправные, но относящиеся к различным явлениям, имею­щие каждый свою сферу применения, не сводимые друг к дру­гу, но взаимно дополняющие друг друга.

При рассмотрении соотношения между динамическими и статистическими законами мы встречаемся с двумя аспектами этой проблемы.

В аспекте, возникшем исторически первым, соотношение между динамическими и статистическими законами выступает в следующем плане: законы, отражающие поведение индиви­дуальных объектов, являются динамическими, а законы, опи­сывающие поведение большой совокупности этих объектов, статистическими. Например, соотношение между клас­сической механикой и статистической механикой. Динамические и статистические законы описывают разные формы движения материи, не сводимые друг к другу. Они имеют разные объек­ты описания, и поэтому анализ теорий не позволяет выявить существенное в их отношении друг к другу.

Второй аспект проблемы изучает соотношение динамиче­ских и статистических законов, описывающих одну и ту же форму движения материи. Примером могут служить термоди­намика и статистическая механика, электродинамика Мак­свелла и электронная теория и т.д.

До появления квантовой механики считалось, что поведе­ние индивидуальных объектов всегда подчиняется динамиче­ским закономерностям, а поведение совокупности объектов - статистическим; низшие, простейшие формы движения подчи­няются динамическим закономерностям, а высшие, более сложные - статистическим. Но с возникновением квантовой механики было установлено, что как «низшие», так и «высшие» формы движения материи могут описываться и ди­намическими, и статистическими законами. Например, кван­товая механика и квантовая статистика описывают разные формы материи, но обе эти теории являются статистическими.

После создания квантовой механики можно с полным ос­нованием утверждать, что динамические законы представляют собой первый, низший этап в познании окружающего нас мира и что статистические законы более полно отражают объектив­ные связи в природе, являясь более высоким этапом познания.

Говоря о смене теорий, мы в первую очередь име­ем в виду смену менее глубоких физических представлений бо­лее глубокими представлениями о сущности явлений. Одно­временно со сменой физических представлений расширяется область применимости теорий. Статистические теории распро­страняются на более широкий круг явлений, недоступный ди­намическим теориям. Статистические теории находятся в луч­шем количественном согласии с экспериментом, чем динами­ческие.

Вывод: на основе динамических и статистических за­конов возникает динамическая и вероятностная причинность. И как статистические законы глубже отражают объективные связи природы, чем динамические, так и вероятностная при­чинность является более общей, а динамическая - лишь ее ча­стным случаем.