Determinism si predictibilitate

De la începutul secolului XX, mecanica cuantică a arătat aspecte ale unor evenimente care până atunci rămăseseră ascunse. Fizica newtoniană luată izolat şi nu ca o aproximare a mecanicii cuantice, ne arată un Univers unde obiectele se mişcă de o manieră care poate fi perfect determinată. La scara de interacţiune proprie omului, mecanica newtoniană oferă prognoze care din toate punctele de vedere se dovedesc a fi complet perfectibile, dacă nu perfecte în practică. Dependenţa prognozelor se dovedeşte a fi o îmbunătăţire a cunoştinţelor noastre despre condiţiile iniţiale. Tunurile şi muniţia slab proiectate şi construite îşi risipesc tragerile într-un cerc larg de-a lungul centrului ţintei, iar tunurile mai bune produc tipare mai bune. Cunoaşterea absolută a forţelor care accelerează un glonţ ar trebui să producă prognoze absolut corecte a traiectoriei sale, sau cel puţin aşa ne-am aşteptat.

În contradicţie cu prognozele mecanicii newtoniene, la scara atomică, traiectoriile obiectelor pot fi prognozate doar într-un mod probabilist

Determinism

   Determinismul şi predictibilitatea sunt aspecte ale modului de gândire al ştiintei moderne. Spunem că un fenomen care s-a petrecut este rezultatul sigur al unui ansamblu de cauze, şi dacă aceste cauze sunt prezente,  fenomenul se va repeta în acelaşi fel. Astfel, determinismul poate fi considerat un principiu al ştiintei , principiu care afirmă că aceleaşi cauze produc aceleaşi fenomene. Astfel spus, cauza este punctul de plecare al schimbării. Acest principiu a fost statornicit după ce Isaac Newton, Laplace şi ceilalţi fizicieni care au urmat că mişcarea unui obiect se va petrece la fel dacă condiţiile sunt aceleaşi .

 In matematică sau fizică, ea reprezintă comportamentul unui anumit sistem dinamic nonlinear care în anumite condiţii prezintă dinamici care sunt sensibile condiţiilor iniţiale.

Ca rezultat al acestei sensitivităţi, comportamentul sistemelor haotice este întamplător datorita unei creşteri exponenţiale de erori în condiţiile iniţiale.Aceasta se întampla deşi aceste sisteme sunt deterministe. Acest comportament este cunoscut ca haos deterministic sau simplu haos.

 Pentru ca un sistem sa fie haotic,majoritatea oamenilor de ştiinţă sunt de acord că acesta trebuie să îndeplineasca trei reguli:- Să fie sensibil la condiţiile iniţiale;- Să se îmbine topologic;- Orbitele periodice sa fie dense.

  În fizica clasica se consideră că dacă sunt cunoscute poziţiile şi viteza iniţială a unui punct material, atunci traiectoria şi orice alte mărimi caracteristice (impulsul, energia) vor fi bine determinate la orice moment ulterior.   Orice sistem liniar este modelat de o funcţie de gradul întâi,descrisă de o linie dreaptă,cu alte cuvinte,efectele sunt proporţionale cu cauzele.De exemplu: acceleraţiile sunt proporţionale cu forţele, intensităţile curenţilor din circuite sunt proporţionale cu tensiunile etc.

 

Un exemplu simplu este cel al aruncării sub un unghi (sau cazul particular al căderii corpurilor asupra pământului). Mecanica ne furnizează o serie de formule, pe baza legilor de mişcare, care ne permit să spunem la orice moment ulterior unde se va afla obiectul (punctul material).

Folosim in mod instinctiv acest principiu la oricare din jocurile care presunpun aruncarea unei mingi (de fotbal, volei ,tenis, biliard,popice etc) dar şi la atletism sau la alte activităţi practice. În toate aceste cazuri învăţăm prin antrenament şi practica indelungată să controlăm poziţia noastra  iniţială, astfel încât să producem mişcarea perfectă de fiecare dată, adică să fie controlabilă ( sau predictibilă).  

 

Determinismul poate fi examinat numai cu referire la cauze fizice care îşi produc cu necesitate efectele. Spre exemplu putem încerca să aplicăm principiul determinismului la viaţa noastră cea de toate zilele. Ne conducem in acţiunile noastre pe principiul determinismului: facem ceva care să fie cauza a unui eveniment dorit, sau care să preîntâmpine un eveniment nedorit. Suntem destul de convinşi într-o măsură destul de mare că o serie de acţiuni ale noastre vor fi cauze ale unor evenimente ulterioare. Generalizând acestă afirmaţie, am putea spune că intreaga  noastră viaţă poate fi determinată de cauze  mai mult sau mai puţin cunoscute .        

   Determinismul este conceptul,introdus de I.Newton şi susţinut de Laplace,care susţine că putem determina starea unui sistem la un moment dat dacă se cunoaşte starea acestuia la un moment anterior,considerat iniţial,şi legea de evoluţie. Dacă sunt cunoscute condiţiile iniţiale şi legea de evoluţie,atunci evoluţia sistemului este determinată prin rezolvarea problemelor de mecanică.

Cercetarea categoriilor care constata si explica caracterul determinat al proceselor reale (materiale si spirituale sau rezultand din impletirea materialului cu spiritualul) si mecanismele determinarii ne permite sa privim asupra teoriei determinismului, gandita sub doua aspecte:> ca determinism universal, caruia i se inglobeaza determinismele partiale ale diferitelor nivele ale existentei> din punctul de vedere ale determinismelor complexe, proprii fiecarui nivel de structurare a existentei in parte.

PresupunereToate evenimentele au cauze, iar cauzele lor sunt toate evenimente premergătoare acestora.

Prin urmare, evenimentul AN este precedat de evenimentul AN-1, care este precedat de evenimentul AN-2, şi aşa mai departe.

Potrivit acestei prezumţii, există două posibilităţi, ambele aruncând o umbră de îndoială asupra validităţii prezumţiei iniţiale:

             (1) Există un eveniment A0 înaintea căruia nu a existat nici un alt eveniment care să-l fi cauzat.

             (2) Nu există nici un eveniment A0 înaintea căruia să nu fi existat un alt eveniment, ceea ce înseamnă că avem o serie infinită de evenimente legate cauzal, care este ea însăşi un eveniment, şi totuşi nu există nici o cauză pentru acest şir infinit de evenimente.

Isaac Newton: Mecanica clasica: -daca conditiile initiale sunt identice feneomenele se petrec la fel.-daca stim pozitia si viteza initiala si fortele care actioneaza asupra unui corp

atunci putem sti cu siguranta traiectoria, pozitia, viteza, energie pentru orice moment ulterior.

Exemple:-Sistemul solar-Aruncarea in camp gravitaional. Traiectoria este predictibila. 

   Pe baza determinismului exprimat prin legile naturii  şi pe care oamenii l-au desluşit în decursul istoriei, ca urmare a fenomenelor naturale, putem face o predicţie a evoluţiei ulterioare a unui sistem fizic.Până în cele din urmă această capacitate de predicţie este şi principala utilitate şi valoare a stiinţei.

  Se referă la gradul de corectitudine, calitativă sau cantitativă, a unei previziuni sau a stării unui sistem. În timp ce legea a II-a a termodinamicii poate să ne spună de starea echilibrată în care un sistem poate evolua, în fizică nu există o regulă care prezice evoluţia sistemelor care sunt departe de a fi echilibrate (sistemele haotice) decât daca ele nu se apropie de o formă de echilibru.

Predictibilitatea

         Dezvoltarea fizicii moderne îşi datorează începuturile faptul că a înţeles că verificarea experimentală a afirmaţiilor este fundamentală. Printre precursorii putem enumera pe Galileo Galilei (1564-1642) şi R. Descartes (1596-1650).

 Principala utilitate a ştiinţei este previziune cu privire la evoluţia unui sistem fizic, făcută pe baza legilor fizice.

Predicţiile teoretice trebuie să fie verificate experimental.Fizica şi alte ştiinţe se bazează pe modele.Modelele sunt aproximaţii ale realităţii. Predicţia bazată pe

modele este şi ea aproximativă.Condiţiile iniţiale sunt uneori cunoscute cu aproximaţieModelele se pot perfecţiona dar lent.Mici variaţii ale condiţiilor iniţiale produc mici variaţii ale

predicţiei finale.     Exemple:-Prevederea vremii.-Căderea unui corp.

  Studiul fizicii dezvoltă capacitatea de a înţelege şi interpreta lumea  înconjurătoare cu legile şi principiile ei. Fenomenul fizic, observat în natură sau provocat în laborator, reprezintă succesiunea de stări ale unui sistem fizic în momente succesive dintr-un interval de timp. Evoluţia fenomenelor fizice este dependentă de modoficările stărilor de mişcare sau de poziţie ale corpurilor din sistemul considerat.

După observarea fenomenelor dintr-un sistem, se caută descrirea acestora cu ipoteze simplificatoare pe baza unui model, capabil să ofere observatorului o predicţie în limite rezonabile ale erorii ,pentru a fi util în aplicaţii practice. În studiul fenomenelor,folosim concepte, noţiuni şi teorii deduse din experimente şi observaţii.        

Permanenta observare şi măsurare cantitativă a fenomenelor fizice determină o rafinare a modelelor şi teoriilor utilizate, generând astfel noi informaţii. Din când în când, de-a lungul evoluţiei omenirii, au loc descoperiri esenţiale care determină o restructurare şi o generalizare a cunoştinţelor. Consecinţele acestor "străpungeri" teoretice sau experimentale sunt resimţite de întreaga societate prin modificări multiple socio-economice şi educaţionale. 

CĂDEREA UNUI CORP       Căderea corpurilor este studiată la mecanică de foarte mult timp  şi cu toţii cunoastem relaţia faimoasa a lui Galilei privind căderea corpurilor:                   v*v=2hg        unde,

v=viteza g=acceleratia gravitaţională h=înălţimea        În cuvinte, am putea spune că dacă dorim ca un obiect să fie aruncat astfel încât să ajungă până la înălţimea h, atunci  trebuie să-i imprimăm o viteză care se calculează din relaţia de mai sus. Condiţia iniţială pentru această problemă va fi deci viteza iniţială necesară unui obiect pentru a ajunge la înălţimea h.

Aplicaţii:http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics