[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Jeśli jednak rozwój fizyki czy też rozwój nauk przyrodniczych w ogóle - przebiega w
ten właśnie sposób, to nasuwa się pytanie: Jaki jest stosunek wzajemny różnych
systemów pojęć?" Jeśli np. te same pojęcia lub słowa występują w różnych systemach
i są w nich w różny sposób - ze względu na swe związki wzajemne - zdefiniowane, to
w jakim sensie pojęcia te przedstawiają rzeczywistość?
Problem ten wyłonił się po raz pierwszy po powstaniu szczególnej teorii
względności. Pojęcia czasu i przestrzeni występują zarówno w mechanice Newtona,
jak i w teorii względności. Jednakże w mechanice Newtona czas i przestrzeń są od
siebie niezależne, natomiast w teorii względności - związane ze sobą transformacja
Lorentza. Można wykazać, że w szczególnym przypadku, gdy wszystkie prędkości w
rozpatrywanym układzie są znikomo małe w porównaniu z prędkością światła,
twierdzenia szczególnej teorii względności zbliżają się do twierdzeń mechaniki
klasycznej. Stąd można wysnuć wniosek, że pojęć mechaniki Newtona nie powinno
się stosować do opisu procesów, w których mamy do czynienia z prędkościami
porównywalnymi z prędkością światła. W ten sposób wreszcie wykryto granice, w
jakich można stosować mechanikę Newtona, granice, których nie sposób ustalić ani
za pomocą analizy spójnego systemu pojęć, ani na podstawie zwykłej obserwacji
układów mechanicznych.
Dlatego też stosunek pomiędzy dwoma różnymi, spójnymi systemami pojęć
należy zawsze bardzo wnikliwie badać. Zanim jednak zajmiemy się ogólnym
rozpatrzeniem zarówno struktury takich zamkniętych i spójnych systemów pojęć, jak
i możliwych stosunków wzajemnych owych pojęć, omówimy pokrótce te systemy
pojęciowe, które dotychczas zostały opracowane w fizyce. Można wyróżnić cztery
takie systemy, które uzyskały już ostateczną postać.
Pierwszym z nich jest mechanika Newtona, o której już była mowa
poprzednio. Opierając się na niej można opisywać wszelkiego rodzaju- układy
mechaniczne, ruch cieczy i drgania ciał sprężystych; w jej skład wchodzi akustyka,
statyka i aerodynamika.
Drugi zamknięty system pojęć ukształtował się w dziewiętnastym wieku. Jest
on związany z teorią zjawisk cieplnych. Chociaż teorię zjawisk cieplnych, dzięki
rozwojowi mechaniki statystycznej, można koniec końców powiązać z mechaniką
klasyczną, to jednak nie byłoby właściwe traktowanie jej jako działu mechaniki. W
fenomenologicznej teorii ciepła występuje szereg pojęć, które nie maja odpowiednika
w innych działach fizyki, na przykład: ciepło, ciepło właściwe, entropia itd. Jeśli
traktując ciepło jako energię, która podlega rozkładowi statystycznemu na wiele
stopni swobody, uwarunkowanych atomistyczna budowÄ… materii - przechodzi siÄ™ od
opisu fenomenologicznego do interpretacji statystycznej, to okazuje się, że teoria
zjawisk cieplnych nie jest bardziej związana z mechaniką niż z elektrodynamiką czy
też z innymi działami fizyki. Centralne miejsce w interpretacji statystycznej zajmuje
pojęcie prawdopodobieństwa, ściśle związane z pojęciem entropii, które występuje w
teorii fenomenologicznej. Oprócz tego pojęcia w statystycznej termodynamice
nieodzowne jest pojęcie energii. Ale w każdym spójnym systemie aksjomatów i
definicji w fizyce z konieczności muszą występować pojęcia energii, pędu, momentu
pędu oraz prawo, które głosi, że energia, pęd i moment pędu w pewnych określonych
warunkach muszą być zachowane. Jest to niezbędne, jeśli ów spójny system ma opi-
sywać jakieś własności przyrody, które można uznać za przysługujące jej zawsze i
wszędzie; innymi słowy - jeśli ma on opisywać takie jej własności, które - jak mówią
matematycy - są niezmiennicze względem przesunięć w czasie i przestrzeni, obrotów
w przestrzeni oraz przekształceń Galileusza lub przekształceń Lorentza. Dlatego
teorię ciepła można powiązać z każdym innym zamkniętym systemem pojęć
występującym w fizyce.
Trzeci zamknięty system pojęć i aksjomatów wywodzi się z badań
dotyczących zjawisk elektrycznych i magnetycznych. Dzięki pracom Lorentza,
Minkowskiego i Einsteina uzyskał on ostateczną postać w pierwszym dziesięcioleciu
dwudziestego wieku. Obejmuje elektrodynamikę, magnetyzm, szczególną teorię
względności i optykę; można do niego włączyć również teorię fal materii
odpowiadających rozmaitym rodzajom cząstek elementarnych sformułowaną przez L.
de Broglie'a; w jego skÅ‚ad nie może jednak wchodzić falowa teoria Schrödingera.
Czwartym spójnym systemem jest teoria kwantów w tej postaci, w jakiej
została przedstawiona w pierwszych dwóch rozdziałach. Centralne miejsce zajmuje w
niej pojęcie funkcji prawdopodobieństwa albo macierzy statystycznej, jak nazywają
jÄ… matematycy. System ten obejmuje mechanikÄ™ kwantowÄ… i falowÄ…, teoriÄ™ widm
atomowych, chemię oraz teorię innych własności materii, takich na przykład, jak
przewodnictwo elektryczne, ferromagnetyzm itd.
Stosunek pomiędzy tymi czterema systemami pojęciowymi można określić w
następujący sposób: System pierwszy jest zawarty - jako przypadek graniczny - w
trzecim, gdy prędkość światła można traktować jako nieskończenie wielką, i wchodzi
w skład czwartego - też jako przypadek graniczny - gdy można przyjąć, że kwant
działania (stała Plancka) jest nieskończenie mały. Pierwszy, a częściowo i trzeci
system wchodzą w skład czwartego jako aprioryczna podstawa opisu doświadczeń.
Drugi system pojęciowy można bez trudu powiązać z każdym spośród trzech
pozostałych; jest on szczególnie doniosły w powiązaniu z czwartym. Trzeci i czwarty
system istnieją niezależnie od innych, nasuwa się więc myśl, że jest jeszcze piąty
[ Pobierz całość w formacie PDF ]