Strukturisme I Fysik

Indholdsfortegnelse:

Strukturisme I Fysik
Strukturisme I Fysik

Video: Strukturisme I Fysik

Video: Strukturisme I Fysik
Video: Strukturalisme 2024, Marts
Anonim

Indtastningsnavigation

  • Indtastningsindhold
  • Bibliografi
  • Akademiske værktøjer
  • Venner PDF-forhåndsvisning
  • Forfatter og citatinfo
  • Tilbage til toppen

Strukturisme i fysik

Først offentliggjort søndag 24. november 2002; substantiel revision fredag 4. oktober 2019

Under overskriften "strukturisme i fysik" er der tre forskellige, men tæt beslægtede forskningsprogrammer inden for videnskabsfilosofi og især fysikfilosofi. Disse programmer blev initieret af arbejdet med henholdsvis Joseph Sneed, Günther Ludwig og Erhard Scheibe siden begyndelsen af 1970'erne. For enkelhedens skyld bruger vi disse navne til at henvise til de tre programmer uden intentionen om at ignorere eller minimere bidrag fra andre lærde. (Se bibliografien.) Udtrykket "strukturalisme" blev oprindeligt hævdet af Sneed-skolen, se f.eks. Balzer og Moulines (1996), men det ser ud til også hensigtsmæssigt at subsumere Ludwigs og Scheibes programmer under denne titel på grund af de markante ligheder mellem tre tilgange. Strukturalisternes aktiviteter er hovedsageligt begrænset til Europa,især Tyskland og uanset hvilke grunde der i vid udstrækning ignoreres i den angloamerikanske diskussion.

  • 1. Andre strukturalismer
  • 2. Almindelige træk
  • 3. Problemet med teoretiske udtryk

    • 3.1 Et eksempel
    • 3.2 Strukturalistiske løsninger på problemet med teoretiske termer
    • 3.3 Målingsproblemet
    • 3.4 Måling og tilnærmelse
  • 4. Reduktionsproblemer

    • 4.1 Reduktionsforhold mellem teorier
    • 4.2 Reduktion og incommensurability
    • 4.3 Ludwigs konto
    • 4.4 Sneeds konto
    • 4.5 Scheibes konto
  • 5. Tre strukturistiske programmer

    • 5.1 Sneeds program
    • 5.2 Ludwigs program
    • 5.3 Scheibes program
    • 5.4 Interaktioner mellem de tre strukturistiske programmer
  • 6. Resume
  • Bibliografi
  • Akademiske værktøjer
  • Andre internetressourcer
  • Relaterede poster

1. Andre strukturalismer

Udtrykket 'strukturalisme' bruges med forskellige betydninger, og det synes derfor passende at nævne andre 'strukturalismer' og forklare, hvordan 'strukturalisme i fysik' er relateret til dem. Hvis du kontrollerer posten 'strukturalisme (disambiguation)' på Wikipedia, vil du blive informeret om, at der er et spektrum af 'strukturalismer' på 11 forskellige områder, herunder:

  • lingvistik [F. de Saussure (1857–1913)],
  • antropologi [C. Lévi-Strauss (1908–2009)],
  • matematik [N. Bourbaki (1935–), kollektivt pseudonym],
  • science of science [JD Sneed (1938–), W. Stegmüller (1923–1991)].

Her har vi nævnt nogle fremtrædende repræsentanter i parentes. Alle former for strukturisme deler en fælles overbevisning om strukturenes rolle i deres respektive discipliner, men ved første øjekast viser de lidt lighed. Ikke desto mindre er der forbindelser og gensidig påvirkning mellem de forskellige strukturalismer. Det går ud over denne indgangs anvendelsesområde at undersøge disse påvirkninger mere detaljeret. For forholdet mellem antropologisk og matematisk strukturisme se Aubin (1997). Som nævnt vil vi forstå 'strukturalisme i fysik' som et specielt tilfælde af 'strukturisme i videnskabsfilosofi'. Der er nære forbindelser med matematisk strukturalisme, som vi vil diskutere mere detaljeret i hoveddelen af denne indgang. For at illustrere disse forbindelser her nævner vi kun den fulde titel af Stegmüller (1979a):Det strukturalistiske syn på teorier, en mulig analog til Bourbaki-programmet i fysisk videnskab.

Lige nu tager vi den mellemliggende balance, at 'Strukturisme i fysik' er en del af en intellektuel bevægelse hovedsageligt i det 20. århundrede og i sammenligning med andre strukturalismer repræsenterer et ret sent bidrag.

2. Almindelige træk

De tre programmer, der er nævnt i præamblen, har følgende egenskaber og overbevisning:

  • En metatheori for videnskab kræver en slags formalisering forskellig fra den, der allerede er anvendt af videnskabelige teorier selv.
  • Det strukturistiske program giver rammer for den rationelle genopbygning af bestemte teorier.
  • Et centralt redskab til formalisering er Bourbakis koncept om”arter af strukturer” som beskrevet i Bourbaki (1986).
  • Blandt de vigtige træk ved teorier, der skal beskrives, er:

    • Matematisk struktur
    • Empiriske påstande om en teori
    • Teoretiske termers funktion
    • Roll af tilnærmelse
    • Evolution af teorier
    • Interteoretiske relationer

3. Problemet med teoretiske udtryk

En fysisk teori (T) består blandt andet af en gruppe love, der er formuleret i form af visse begreber. Men en tilsyneladende cirkularitet opstår, når man overvejer, hvordan lovene i (T) og koncepterne erhverver deres indhold, fordi hver enkelt ser ud til at erhverve indhold fra den anden - lovene i (T) erhverver deres indhold fra de begreber, der er brugt i formuleringen af lovene, mens koncepterne ofte "introduceres" eller "defineres" af gruppen af love som helhed. For at være sikker, hvis koncepterne kan introduceres uafhængigt af teorien (T), vises cirkulariteten ikke. Men typisk kræver hver fysisk teori (T) nogle nye begreber, der ikke kan defineres uden at bruge (T) (vi kalder sidstnævnte “(T) - teoretiske begreber”). Er den tilsyneladende cirkularitet omkring lovene og de T-teoretiske begreber et problem? Nogle eksempler hjælper os med at vurdere truslen.

3.1 Et eksempel

Overvej som et eksempel teorien (T) for klassisk partikelmekanik. For enkelhedens skyld antager vi, at kinematiske begreber, såsom partiklernes placering, deres hastigheder og accelerationer gives uafhængigt af teorien som tidsfunktioner. En central erklæring af (T) er Newtons anden lov, (bF = m / ba), som hævder, at summen (bF) af de kræfter, der udøves på en partikel, er lig med dens masse (m) ganget med dens acceleration (ba).

Selvom vi sædvanligvis betragter (bF = m / ba) som en empirisk påstand, er der en reel risiko for, at det viser sig blot at være en definition eller stort set konventionel karakter. Hvis vi kun tænker på en kraft som”den, der genererer acceleration”, er kraften (bF) faktisk defineret af ligningen (bF = m / ba). Vi har en partikel, der gennemgår en vis givet acceleration (ba), derefter (bF = m / ba) definerer bare hvad (bF) er. Loven er overhovedet ikke en empirisk testbar påstand, da en så defineret styrke ikke kan undlade at tilfredsstille (bF = m / ba). Problemet bliver værre, hvis vi definerer (inertial) masse (m) på den sædvanlige måde som forholdet (| / bF | / | / ba) |. For tiden bruger vi den ene ligning (bF = m / ba) til at definere to mængder (bF) og (m). En given acceleration (ba) specificerer i bedste fald forholdet (bF / m), men specificerer ikke unikke værdier for (bF) og (m) individuelt.

I mere formelle termer opstår problemet, fordi vi introducerede kraft (bF) og masse (m) som (T) - teoretiske udtryk, som ikke er givet af andre teorier. Denne kendsgerning giver også en flugt fra problemet. Vi kan tilføje ekstra love til den enkle dynamik. For eksempel kan vi kræve, at alle kræfter er tyngdekraft, og at nettokraften på massen (m) gives med summen (bF = / Sigma_i / bF_i) for alle gravitationskræfter (bF_i) handler på massen på grund af de andre masser i universet, i overensstemmelse med Newtons inverse firkantede tyngdelov. (Loven hævder, at kraften (bF_i) på grund af at tiltrække masse (i) med gravitationsmasse (m_ {gi}) er (Gm_g m_ {gi} boldsymbol {r} _i / r_ { i} ^ 3), hvor (m_g) er gravitationsmassen for det originale legeme,(boldsymbol {r} _i) positionsvektoren for masse (i), der stammer fra det oprindelige legeme, og (G) den universelle gravitationskonstant.) Det giver os en uafhængig definition for (bF). Tilsvarende kan vi kræve, at den inertielle masse (m) er lig med gravitationsmassen (m_g). Da vi nu har uafhængig adgang til hvert af udtrykkene (bF), (m) og (ba), der vises i (bF = m / ba), om loven opnås er betinget og ikke længere et spørgsmål om definition.om loven opnås er betinget og ikke længere et definitionsspørgsmål.om loven opnås er betinget og ikke længere et definitionsspørgsmål.

Yderligere problemer kan dog opstå på grund af et andet (T) - teoretisk udtryk, der påberåbes implicit, når (bF = m / ba) hævdes. Accelerationerne (ba) antages stiltiende at blive målt i forhold til et inertialsystem. Hvis accelerationen måles i forhold til et andet referencesystem, opnås et andet resultat. For eksempel, hvis det måles i forhold til et system, der bevæger sig med ensartet acceleration (ba), vil den målte acceleration være (ba '= (ba - / ba)). Et legeme, der ikke er påvirket af tyngdekræfter i en inertial ramme, vil adlyde (0 = m / ba), så (ba = 0). Det samme organ i den accelererede ramme har acceleration (ba '= - / ba) og styres af (- m / ba = m / ba'). Problemet er, at udtrykket (- m / ba) opfører sig som en tyngdekraft;dens størrelse er direkte proportional med massen (m) på kroppen. Så tilfældet med et gravitation frit legeme i et ensartet accelereret referencesystem kan ikke skelnes fra et legeme i frit fald i et homogent gravitationsfelt. En teoretisk underbestemmelse truer endnu en gang. På baggrund af bevægelserne, hvordan skal vi vide, hvilken sag der præsenteres for os?[1] At løse disse problemer kræver en systematisk undersøgelse af forholdet mellem de forskellige (T) - teoretiske begreber, inertial masse, gravitationsmasse, inertial force, gravitationskraft, treghedssystemer og accelererede systemer, og hvordan de figurerer i de relevante love af teorien (T).

Lignende problemer opstår i formuleringen af næsten alle grundlæggende fysiske teorier.

3.2 Strukturalistiske løsninger på problemet med teoretiske termer

Der er forskellige måder at tackle dette problem på. Man kunne prøve at afmaske det som et pseudoproblem. Eller man kan prøve at acceptere problemet som en del af den sædvanlige måde, videnskaben fungerer på, omend ikke på den rene måde filosoferne gerne vil have. De strukturalistiske programmer er imidlertid enige om, at dette er et ikke-trivielt problem, der skal løses og udtænker metateoretiske maskiner, der muliggør dens løsning. De er endvidere enige om at opdele ordforrådet for teorien (T) i (T) - teoretisk og (T) - ikke-teoretiske udtryk, hvor sidstnævnte leveres uden for teorien.

3.2.1 Sneeds løsning

I Sneedean-metoden formuleres teoriens "empiriske påstand" ved at bruge en eksistentiel kvantificer for (T) - teoretiske udtryk (dvs. i form af "Ramsey-sætningen" for (T)). I vores ovenstående eksempel ville Newtons lov om tyngdekræfter blive omformuleret som: “Der findes et inertialt system og konstanter (G, m_i, m_ {gi}), således at for hver partikel er produktet af dens masse gange dets acceleration lig med summen af tyngdekraften som beskrevet ovenfor.” Dette fjerner cirkulariteten, men lader spørgsmålet om indhold åbne. Strukturisterne à la Sneed vil her hævde, at den empiriske påstand om teorien (T ') skal indeholde alle teoriens love såvel som love med højere orden, kaldet”begrænsninger”. I vores eksempelbegrænsningerne ville være udsagn som "alle partikler har de samme inertielle og gravitationsmasser, og gravitationskonstanten antager den samme værdi i alle teorimodeller." Teorien vil derved få mere indhold og blive ikke-ledig.

3.2.2 Ludwigs løsning

Selvom Ludwigs meta-teoretiske rammer er lidt forskellige, er den første del af hans løsning i det væsentlige ækvivalent med ovenstående. På den anden side foreslår han et stærkere program ("aksiomatisk grundlag af en fysisk teori"), der fortsætter ved at overveje en ækvivalent form (T) * af en teori (T), hvor alle (T) - teoretiske begreber elimineres ved eksplicitte definitioner. Dette ser ud til at variere med ældre resultater om teoretiske udtryk, der ikke kan defineres, men en nærmere undersøgelse fjerner den tilsyneladende modsigelse. For eksempel kan begrebet "masse" være ikke-definerbar i en teori, der kun omhandler enkelte baner i et mekanisk system, men kan defineres i en teori, der indeholder alle mulige baner i dette system.

At formulere det aksiomatiske grundlag for en reel teori, ikke kun en legetøjsmodel, er imidlertid en ikke-triviel opgave og kræver typisk en eller to bøger; se eksemplerne Ludwig (1985, 1987) og Schmidt (1979).

3.3 Målingsproblemet

Begge programmer adresserer det yderligere problem med, hvordan man bestemmer udvidelsen, fx de numeriske værdier, af en teoretisk term fra et givet sæt observationsdata. Vi kalder dette”måleproblem”, ikke for at blive forvekslet med det velkendte måleproblem i kvanteteorien. Typisk har måleproblemet ingen unik løsning. Tværtimod kan værdierne af de teoretiske mængder kun måles inden for en vis grad af upræcision og ved hjælp af hjælpeforudsætninger, som, selvom de er plausible, ikke bekræftes med sikkerhed. I ovenstående Newton-eksempel ville man være nødt til at bruge hjælpeforudsætningen om, at partiklenes bane er to gange differentierbare, og at andre kræfter undtagen tyngdekræfterne kan overses. For en nylig kritisk undersøgelse af løsningen på måleproblemet inden for Sneeds tilgang med detaljerede eksempler fra astronomi se Gähde (2014).

3.4 Måling og tilnærmelse

Funktionen af upræcision og tilnærmelse spiller en fremtrædende rolle i de strukturistiske programmer. I forbindelse med måleproblemet ser upræcision ud til at være en mangel på teorien, som hindrer den nøjagtige bestemmelse af de teoretiske mængder. Imidlertid er upræcision og ikke-unikhed afgørende i sammenhæng med teoriens udvikling og overgangen til nye og "bedre" teorier. Ellers kunne den nye teori generelt ikke omfatte de vellykkede anvendelser af den gamle teori. Overvej for eksempel overgangen af Keplers teori om planetbevægelse til Newtons og Einsteins teorier: Newtonsk gravitationsteori og generel relativitet erstatter Kepler-ellipserne med mere komplicerede kurver. Men disse skulle stadig være i overensstemmelse med de gamle astronomiske observationer,hvilket kun er muligt, hvis de ikke passer nøjagtigt ind i Keplers teori.

4. Reduktionsproblemer

4.1 Reduktionsforhold mellem teorier

En del af det strukturistiske program er definitionen af forskellige intertheoretiske relationer. Her vil vi koncentrere os om forholdet / reduktionerne, der spiller en vigtig rolle i den filosofiske diskurs samt i fysikernes arbejde, omend ikke under dette navn. Overvej en teori (T), der erstattes af en bedre teori (T '). Man kunne bruge (T ') for at forstå nogle af succeser og fiaskoer med (T). Hvis der er en systematisk måde at udlede (T) som en tilnærmelse inden for (T '), reduceres (T) til eller med (T'). I dette tilfælde er (T) vellykket, hvor det er en god tilnærmelse til (T ') og (T') er vellykket. På den anden side, i situationer, hvor (T ') stadig er vellykket, men (T) er en dårlig tilnærmelse til (T'), vil (T) mislykkes. For eksempel,klassisk mekanik bør opnås som det begrænsende tilfælde af relativistisk mekanik for små hastigheder sammenlignet med lysets hastighed. Dette vil forklare, hvorfor klassisk mekanik blev anvendt og stadig anvendes med succes i tilfælde af små hastigheder, men ikke for store (relative) hastigheder.

Som nævnt er undersøgelsen af sådanne reduktionsrelationer mellem forskellige teorier en del af det daglige arbejde for teoretiske fysikere, men normalt vedtager de ikke et generelt reduktionsbegreb. Snarere beslutter de intuitivt, hvad der skal vises eller skal beregnes, afhængigt af det aktuelle tilfælde. Her kunne strukturalisternes arbejde føre til en mere systematisk tilgang inden for fysik, skønt der endnu ikke findes et generelt accepteret, unikt reduktionsbegreb.

4.2 Reduktion og incommensurability

Et andet aspekt er reduktionens rolle inden for det globale billede af fysikens udvikling. De fleste fysikere, men ikke alle, har en tendens til at se deres videnskab som en virksomhed, der akkumulerer viden kontinuerligt. For eksempel ville de ikke sige, at klassisk mekanik er blevet modbevist af relativistisk mekanik, men at relativistisk mekanik delvist har klarlagt, hvor klassisk mekanik kunne anvendes sikkert, og hvor ikke. Dette syn på udviklingen af fysik er blevet udfordret af nogle filosoffer og videnskabshistorikere, især af skrifterne fra T. Kuhn og P. Feyerabend. Disse lærde lægger vægt på den konceptuelle diskontinuitet eller "incommensurability" mellem reduceret teori (T) og reducerende teori (T '). De strukturistiske redegørelser for reduktion åbner nu muligheden for at drøfte disse spørgsmål på et mindre uformelt niveau. De foreløbige resultater af denne diskussion er forskellige afhængigt af det særlige program.

4.3 Ludwigs konto

I Ludwigs forfattere er der ingen direkte henvisning til incommensurability-tesen og den tilsvarende diskussion. Men selvfølgelig indebærer hans tilgang den mest radikale benægtelse af denne afhandling. Hans reduktionsrelation er sammensat af to enklere intertheoretiske relationer kaldet "restriktion" og "indlejring". De findes i to versioner, nøjagtige og omtrentlige. En del af deres definitioner er detaljerede regler for oversættelse af det ikke-teoretiske ordforråd for (T ') til (T). Derfor er sammenhængenhed, i det mindste på det ikke-teoretiske niveau, forsikret pr. Definition. Problemet flyttes derefter til opgaven med at vise, at nogle af de interessante sager om reduktion, der diskuteres i sammenhæng med incommensurability, passer ind i Ludwigs definition. Desværre giver han kun et omfattende udarbejdet eksempel på reduktion,nemlig termodynamik vs. kvantestatistisk mekanik, i Ludwig (1987). Uforenelighed med teoretiske termer kunne sandsynligvis lettere integreres i Ludwigs tilgang, da det kunne spores tilbage til forskellen mellem lovene i (T) og (T ').

4.4 Sneeds konto

Forholdet mellem incommensurability og Sneedean reduktionsrelation er til en vis grad drøftet i Balzer et al. (1987, kapitel VI.7). Forfatterne betragter en nøjagtig reduktionsrelation som en bestemt relation mellem potentielle modeller af de respektive teorier. Mere interessant for fysiske eksempler i det virkelige liv er den omtrentlige version, der fås som en "sløret nøjagtig reduktion" ved hjælp af en underklasse af en empirisk ensartethed i klasserne i potentielle modeller. Kepler-Newton-sagen diskuteres som et eksempel på en omtrentlig reduktion. Diskussionen om incommensurability lider under de berygtede vanskeligheder ved at udforske sådanne forestillinger som”betyder at bevare oversættelse”. Der er en interessant anvendelse af interpoleringsteoremet for metematematik, der giver det resultat, der groft set(nøjagtig) reduktion indebærer oversættelse. Relevansen af dette resultat stilles imidlertid spørgsmålstegn ved Balzer et al. (1987, 312 ff). Således ender diskussionen til sidst som uomstrækkelig, men forfatterne indrømmer muligheden for et spektrum af incommensurability af forskellige grader i tilfælde af par af reducerede / reducerende teorier.

4.5 Scheibes konto

Scheibe refererer i sin (1999) også eksplicit til teserne om Kuhn og Feyerabend og giver en detaljeret diskussion. I modsætning til de andre to strukturistiske programmer foreslår han ikke et fast reduktionsbegreb. Snarere foreslår han en masse specielle reduktionsrelationer, som kan kombineres passende for at forbinde to teorier (T) og (T '). Desuden fortsætter han ved hjælp af omfattende realistiske casestudier og overvejer nye typer af reduktionsrelationer, hvis sagen ikke er beskrevet af de forhold, der hidtil er overvejet. Scheibe indrømmer, at der er tilfælde af uvidenhed, som gør det vanskeligt at finde et reduktionsforhold i visse tilfælde. Som et markant eksempel nævner han forestillingerne om en "observerbar" i kvantemekanik på den ene side og i klassisk statistisk mekanik på den anden side. Selvom der er kort mellem de respektive sæt observerbare, betragter Scheibe dette som et tilfælde af uforekomst, da disse kort ikke er Lie algebra-homomorfismer, se Scheibe (1999, 174).

Sammenfattende er de strukturalistiske tilgange i stand til at drøfte spørgsmålene om reduktion og uforekomst og de underliggende problemer på et avanceret niveau. Dermed har disse tilgange en chance for at formidle mellem forskellige fysikers og filosofers lejre.

5. Tre strukturistiske programmer

I dette afsnit vil vi nærmere beskrive de bestemte programmer, deres rødder og nogle af forskellene mellem dem.

5.1 Sneeds program

5.1.1 Historie og generelle træk

Dette program har været det mest succesrige med hensyn til dannelsen af en "skole", der tiltrækker lærde og studerende, der anvender fremgangsmåden og arbejder med dens specifikke problemer. Derfor vedrører det meste af strukturalistisk litteratur Sneedean-varianten. Måske skyldes dette delvis også den omstændighed, at kun Sneeds tilgang er beregnet til at anvende (og er blevet anvendt) på andre videnskaber og ikke kun fysik.

En mere omfattende redegørelse for de historiske rødder af strukturalismen i videnskabsfilosofien findes i Bolinger (2016), selvom denne bog endnu ikke er oversat til engelsk. Seminalbogen var Sneed (1971), der præsenterede en metateori om fysik i den modelteoretiske tradition forbundet med P. Suppes, BC van Fraassen og F. Suppe. Denne tilgang blev vedtaget og populariseret af den tyske filosof W. Stegmüller (1923–1991), se fx Stegmüller (1979b) og videreudviklet hovedsageligt af hans disciple. I de tidlige dage blev fremgangsmåden kaldet "ikke-udsagnsvisning" af teorier, hvilket understregede rollen som sætteoretiske værktøjer i modsætning til sproglige analyser. Senere blev dette aspekt betragtet som mere af praktisk betydning end et principspørgsmål, se Balzer et al. (1987, 306 ff). For nylig har H. Andreas (2014) og G. Schurz (2014) har foreslået to lidt forskellige rammer, der forener semantiske og syntaktiske formuleringer af Sneeds program. Ikke desto mindre er den næsten eksklusive anvendelse af sætteoretiske værktøjer et af de karakteristiske stilistiske træk ved dette program, og et, der adskiller det markant fra de andre programmer.

5.1.2 Centrale forestillinger om Sneeds program

I henhold til Moulines, i Balzer og Moulines (1996, 12-13), er de specifikke forestillinger om Sneedean-programmet følgende. Vi illustrerer disse forestillinger ved forenklede eksempler, inspireret af Balzer et al. (1987), som er baseret på et system med (N) klassiske punktpartikler koblet af fjedre, der opfylder Hookes lov. For en nylig introduktion til de grundlæggende koncepter se også H. Andreas og F. Zenker (2014).

  • (M_p): En klasse af potentielle modeller (teoriens konceptuelle rammer.

    [En potentiel model indeholder et sæt partikler, et sæt fjedre sammen med deres fjederkonstanter, partiklernes masser, samt deres positioner og indbyrdes kræfter som funktion af tiden.]

  • (M): En klasse af faktiske modeller (teoriens empiriske love).

    ) (M) er underklassen for potentielle modeller, der tilfredsstiller systemets bevægelsesligning.]

  • (langle M_p, M / rangle): Et modelelement (den absolut nødvendige del af en teori)
  • (M_ {pp}): En klasse af delvise potentielle modeller (teoriens relative ikke-teoretiske basis).

    [En delvis potentiel model indeholder kun partiklenes positioner som tidsfunktioner, da masserne og kræfterne betragtes som (T) - teoretisk.]

  • (C): En klasse af begrænsninger (betingelser, der forbinder forskellige modeller af en og samme teori).

    [Begrænsningerne siger, at de samme partikler har de samme masser, og at de samme fjedre har de samme fjederkonstanter.]

  • (L): En klasse af links (betingelser, der forbinder modeller af forskellige teorier).

    [Blandt de tænkelige links er:

    • Links til teorien om klassisk rumtid
    • Links til teorien om vægt og balance, hvor masseforhold kan måles
    • Links til teorier om elasticitet, hvor forårskonstanter kan beregnes]
  • (A): En klasse af tilladte slør (indbyrdes tilnærmelsesgrader mellem forskellige modeller).

    [Funktionerne i de potentielle modeller suppleres med passende fejlbjælker. Disse kan afhænge af de tilsigtede applikationer, se nedenfor.]

  • (K = / langle M_p, M, M_ {pp}, C, L, A / rangle): En kerne (den formel-teoretiske del af en teori)
  • (I): Domænet for tilsigtede applikationer (“verdens stykker”, der skal forklares, forudsiges eller teknologisk manipuleres).

    [Denne klasse er åben og indeholder f.eks

    • systemer med små stive legemer, forbundet med spiralfjedre eller gummibånd
    • ethvert vibrerende mekanisk system i tilfælde af små amplituder, herunder næsten stive legemer, der består af (N) molekyler]
  • (T = / langle K, I / rangle): Et teori-element (den mindste enhed, der skal betragtes som en teori).
  • (sigma): Specialiseringsrelationen mellem teori-elementer.

    ) (T) kunne være en specialisering af lignende teori-elementer med mere generelle kraftlove, f.eks. Inklusive friktion og / eller tidsafhængige eksterne kræfter. Man kunne også forestille sig mere abstrakte kraftlove, der kun fastlægger nogle generelle egenskaber, såsom “handling = reaktion”. (T) på sin side kunne være specialiseret i teori-elementer i systemer med lige store masser og / eller ens fjederkonstanter.]

  • (N): Et teorienet (et sæt teori-elementer, der er bestilt af (sigma) - den “typiske” opfattelse af en teori).

    [Et oplagt teorinet, der indeholder vores eksempel på et teori-element, er CPM = "klassisk partikelmekanik", udtænkt som et netværk af teori-elementer, der i det væsentlige er ordnet efter graden af generalitet i dens kraftlover.]

  • (E): En teoriudvikling (et teorienet”bevæger sig” gennem historisk tid).

    [Særlige interessante nye styrkelove kunne opdages i løbet af tiden, fx Toda-kæden i 1967, samt nye anvendelser af kendte love.]

  • (H): En teori-holon (et kompleks af teorinet bundet af "essentielle" links).

    [Det er vanskeligt at tænke på eksempler, der er mindre end (H =) alle fysiske teorinet.]

5.2 Ludwigs program

5.2.1 Historie og generelle træk

Günther Ludwig (1918–2007) var en tysk fysiker, der hovedsageligt var kendt for sit arbejde med grundlaget for kvanteteori. I Ludwig (1970, 1985, 1987) offentliggjorde han en aksiomatisk beretning om kvantemekanik, der var baseret på den statistiske fortolkning af kvanteteorien. Som en forudsætning for dette arbejde fandt han det nødvendigt at spørge "Hvad er en fysisk teori?" og udviklede et generelt begreb om en teori på de første 80 sider af hans (1970). Senere blev denne generelle teori udvidet til bogen Ludwig (1978). En nylig uddybning af Ludwigs program kan findes i Schröter (1996).

Hans underliggende "filosofi" er synspunktet om, at der er virkelige strukturer i verden, der er "afbildet" eller repræsenteret på en omtrentlig måde af matematiske strukturer, symbolsk (boldsymbol {PT} = / boldsymbol {W} (-) boldsymbol {MT}). Den matematiske teori (boldsymbol {MT}), der bruges i en fysisk teori (boldsymbol {PT}) indeholder som kernen en "artstruktur" (Sigma). Dette er et metematisk koncept af Bourbaki, som Ludwig introducerede i den strukturistiske tilgang. Kontakten mellem (boldsymbol {MT}) til et eller andet "virkelighedsdomæne" (boldsymbol {W}) opnås ved hjælp af et sæt korrespondanceprincipper ((-)), der giver regler for oversættelse af fysiske fakta i visse matematiske udsagn kaldet”observationsrapporter”. Disse kendsgerninger er enten direkte observerbare eller gives ved hjælp af andre fysiske teorier,kaldet “for-teorier” om (boldsymbol {PT}). På denne måde konstrueres en del (boldsymbol {G}) af (boldsymbol {W}), kaldet “basisdomæne”. Men det forbliver en teoriens opgave at konstruere virkelighedens fulde domæne (boldsymbol {W}), det vil sige den mere komplette beskrivelse af det basale domæne, der også bruger (boldsymbol {PT}) - teoretisk vilkår.

5.2.2 Typiske træk ved Ludwigs program

Overfladisk overvejet viser dette teoribegreb en vis lighed med neo-positivistiske ideer og ville være genstand for lignende kritik. F.eks. Rejser tvivl om sådanne forestillinger som”direkte observerbare kendsgerninger” diskussionen af den såkaldte 'teoribærede' karakter af observationssætninger. Ikke desto mindre ville tilhængere af Ludwig-metoden sandsynligvis argumentere for en moderat form for observationalisme og påpege, at inden for Ludwigs tilgang kunne observationssætningers teoribevægte karakter analyseres detaljeret.

En anden central idé i Ludwigs program er beskrivelsen af intra- og interteoretiske tilnærmelser ved hjælp af”ensartede strukturer”, et matematisk koncept, der ligger mellem topologiske og metriske strukturer. Selvom denne idé senere blev vedtaget af de andre strukturalistiske programmer, spiller den en unik rolle inden for Ludwigs metateori i forbindelse med hans finitisme. Han mener, at de matematiske strukturer for uendeligt store eller små, a priori, overhovedet ikke har nogen fysisk betydning; de er indledende værktøjer til at tilnærme sig en endelig fysisk virkelighed. Ensartede strukturer er køretøjer til at udtrykke denne særlige form for tilnærmelse.

5.2.3 Ludwigs fortolkning af kvantemekanikken

Vi har allerede forklaret, at for Ludwig var rammen for genopbygning af fysiske teorier faktisk kun et redskab til at udvikle hans fortolkning af kvantemekanik.

Det er ikke overraskende, at der er nære forbindelser mellem de to virksomheder. Vi nævner kun det faktum, at rekonstruktion af teoretiske udtryk med andre udtryk, der er lettere tilgængelige, er særlig presserende, når de teoretiske udtryk henviser til det mikroskopiske domæne. Dette forklarer især, hvorfor Ludwig er tilhænger af en statistisk fortolkning af kvantemekanikken, fordi mere avancerede fortolkninger, såsom enkeltpartikelstatstolkning af bølgefunktionen, efter hans mening ikke har noget aksiomatisk grundlag. I den aktuelle debat om fortolkning af kvantemekanik spiller den statistiske fortolkning (eller ensembletolkning) kun en marginal rolle og tilskrives normalt også LE Ballentine (1970). Wikipedia-posten om 'ensembletolkning' nævner slet ikke Ludwig.

Det ville imidlertid være for tidligt at nægte Ludwig enhver indflydelse på udviklingen af kvante teori. Der er nogle resultater, såsom generalisering af observerbare ting til POV-mål, se Busch et al (2016), som er velkendte, f.eks. I samfundet, der praktiserer kvanteinformationsteori, og som endelig går tilbage til Ludwig. Normalt er standardreferencen for disse generaliseringer ikke Ludwig, men hans elev K. Kraus, se Kraus (1983). Endelig skal det nævnes, at Ludwigs axiomatik af kvantemekanik er blevet genoplivet af nye matematiske resultater, se Casinelli og Lahti (2016).

5.2.4 Ludwigs sene arbejde

Et år før hans død udgav Ludwig sammen med Gérald Thurler en revideret og forenklet udgave af Ludwig (1990) med titlen”Et nyt fundament for fysiske teorier”. Dette arbejde kan ikke bruges som en lærebog, men det er et bemærkelsesværdigt dokument over de centrale temaer i hans tilgang og hans generelle syn på fysik. Bogen viser tydeligt, at Ludwigs største bekymring drejer sig om videnskabelig realisme, dvs. spørgsmålet om, hvordan hypotetiske genstande og relationer, der forekommer inden for en vellykket teori, får status som fysisk virkelighed. Enheder, der ikke kan hævde denne status, kaldes”eventyr” i hele bogen. Eksempler på eventyr i kvanteteori er skjulte variabler og måske overraskende for nogle læsere også fortolkning af en enkelt partikel-tilstand (i modsætning til ensembletolkningen, som Ludwig fremmer).

Blandt de nye koncepter og værktøjer udviklet i Ludwig / Thurler (2006) er følgende:

  • Fysiske observationer oversættes først til sætninger fra en matematisk hjælpeteori, der kun indeholder endelige sæt, og i et andet trin omtrent indlejret i en idealiseret teori. Ved denne manøvre fremhæver forfatterne kontrasten mellem endelige fysiske operationer og matematiske antagelser, der involverer uendelige sæt.
  • Unøjagtighedssæt og uskarpe målinger betragtes altid lige fra starten og introduceres ikke senere som i tidligere versioner af Ludwig-programmet.
  • Teoriets "grundlæggende domæne" er nu den del af "applikationsdomænet", hvor teorien anvendes med succes, op til en vis grad af unøjagtighed.
  • Den komplicerede terminologi vedrørende forskellige former for hypoteser i Ludwig (1990) er radikalt reduceret til et lille antal tilfælde, herunder fuzzy hypoteser.
  • Problemet med uskarpe indirekte målinger omformuleres på en elegant måde, som alligevel bør undersøges ved hjælp af casestudier.

5.2.5 Resume

Generelt er Ludwigs program, sammenlignet med Sneed og Scheibe, mindre beskrivende og mere normativt med hensyn til fysik. Han udviklede et ideal om, hvordan fysiske teorier skulle formuleres snarere end at rekonstruere den faktiske praksis. Det vigtigste udarbejdede eksempel, der kommer tæt på dette ideal er stadig den aksiomatiske beretning om kvantemekanik, som beskrevet i Ludwig (1985, 1987).

5.3 Scheibes program

Den tyske filosof Erhard Scheibe (1927–2010) har udgivet adskillige bøger og adskillige essays om forskellige emner inden for videnskabsfilosofi; se for eksempel Scheibe (2001). Han har ofte kommenteret programmerne fra Sneed og Ludwig, som for eksempel i hans”Sammenligning af to nylige synspunkter på teorier”, der er genoptrykt i Scheibe (2001, 175–194). Desuden offentliggjorde han en af de tidligste casestudier om omtrentlig teorireduktion; se Scheibe 2001 (306–323) for casestudien i 1973.

I sine bøger om”reduktion af fysiske teorier” udviklede Scheibe (1997, 1999) sit eget teoribegreb, der til en vis grad kan betragtes som en mellemstilling mellem Ludwig og Sneeds. For eksempel kombinerer han bekvemt de modelteoretiske og syntaktiske stilarter henholdsvis Sneed og Ludwig. Da hans største bekymring er reduktion, behøver han ikke at dække alle aspekter af fysiske teorier, der behandles i de andre tilgange. Som allerede nævnt foreslår han et mere fleksibelt reduktionsbegreb, der er åbent for udvidelser, der stammer fra nye casestudier.

Et unikt træk ved Scheibes tilgang er den grundige diskussion af næsten alle de vigtige tilfælde af reduktion, der er overvejet i den fysiske litteratur. Disse inkluderer klassisk vs. speciel-relativistisk rumtid, Newtonian gravitation vs. generel relativitet, termodynamik vs. kinetisk teori og klassisk vs. kvantemekanik. Han kommer i det væsentlige til afslutningen af en dobbelt ufuldstændighed: Fysikernes forsøg på at bevise reduktionsrelationer i ovenstående tilfælde er stort set ufuldstændige i henhold til deres egne standarder såvel som i henhold til kravene til et strukturistisk reduktionsbegreb. Men dette koncept er heller ikke komplet, hævder Scheibe, for eksempel har en tilfredsstillende forståelse af "kontrafaktiske" begrænsende processer som (hslash / højre 0) eller (c / højre højre / infty) ikke endnu er udviklet. Bolinger giver i sin (2016) en ret generel redegørelse for det strukturistiske program med særlig vægt på Scheibes arbejde.

5.4 Interaktioner mellem de tre strukturistiske programmer

Som allerede nævnt er Ludwig og Sneeds programmer uafhængigt udviklet i 1970'erne, hvorimod Scheibes program i det mindste delvist stammer fra en kritisk gennemgang af disse to programmer. Men dette er kun en grov beskrivelse. Derudover har der været adskillige gensidige interaktioner mellem de tre programmer, der påvirkede deres senere uddybninger. Bevis for denne interaktion leveres ud over forskellige relevante anerkendelser i bøger og artikler af følgende observationer.

  • Balzer, Moulines og Sneed introducerer i deres (1987) begreberne "arter af strukturer" og "ensartede strukturer", der spiller en central rolle i Ludwig (1970, 1978) og endnu ikke er indeholdt i Sneed (1971).
  • Omvendt tilføjede Ludwig i sin (1990) et afsnit 9.3 om teorinet (Theorienetze), der citerer respektive værker af Balzer og Moulines.
  • I hans sene (2006) refererer Ludwig på s.3 til Scheibes arbejde”på grund af de mange ligheder”. Senere på s.107 nævner han en”diskussion gennem breve” med Scheibe. Denne korrespondance er sikret af B. Falkenburg og venter på en videnskabelig udgave.

6. Resume

Vi har tegnet tre strukturalistiske programmer, der er udviklet siden 1970'erne for at tackle problemer i fysikfilosofien, hvoraf nogle også er relevante for fysikken selv. Ethvert program, der anvender et vægtigt formelt apparat for at beskrive et domæne og til at løse specifikke problemer, skal undersøges med hensyn til økonomien i dets værktøjer: i hvilket omfang er dette apparat virkelig nødvendigt for at nå sine mål? Eller drejer det sig hovedsageligt om selvgenererede problemer? Vi har forsøgt at give nogle argumenter og materiale til læseren, der i sidste ende skal besvare disse spørgsmål for sig selv.

Bibliografi

Denne bibliografi er hovedsageligt begrænset til et udvalg af nogle få bøger, som er af en vis betydning for de tre strukturistiske programmer. En udvidet 'Bibliografi om strukturalisme' forbundet med Sneeds program blev vist i Erkenntnis, bind 44 (1994). En anden nylig bind af Erkenntnis (79 (8), 2014) er afsat til nye perspektiver på strukturalisme. Vi citerer nedenfor et par artikler af dette bind og andre artikler, der er relevante for den aktuelle post. Desværre er de centrale bøger af Ludwig (1978) og Scheibe (1997, 1999) endnu ikke oversat til engelsk, men se de nylige Ludwig og Thurler (2006). For en introduktion til de respektive teorier kunne engelske læsere se kapitel XIII af Ludwig (1987) og kapitel V i Scheibe (2001).

  • Andreas, H., 2014, “Carnapian Structuralism”, Erkenntnis, 79 (8): 1373–1391.
  • Andreas, H. og Zenker, F., 2014, “Grundlæggende begreber om strukturalisme”, Erkenntnis, 79 (8): 1367–1372.
  • Aubin, D., 1997, “Den visne udødelighed ved Nicolas Bourbaki: En kulturel forbindelse ved sammenblanding af matematik, strukturalisme og oulipoen i Frankrig”, Science in Context, 10 (02): 297–342.
  • Ballentine, LE, 1970, "Den statistiske fortolkning af kvantemekanik", Rev. Mod. Phys., 42 (4): 358–381.
  • Balzer, W. og Moulines, CU, 1996, (red.), Strukturalistisk videnskabsteori, Focal Issues, New Results, Berlin: de Gruyter.
  • Balzer, W., og Moulines, CU, og Sneed, JD, 1987, An Architectonic for Science, Dordrecht: Reidel.
  • Bolinger, R., 2015, Rekonstruktion und Reduktion physikalischer Theorien, Epistemische Studien, Band 32, Berlin / Boston: De Gruyter.
  • Bourbaki, N., 1986, Theory of Sets (Elements of Mathematics), Paris: Hermann.
  • Busch, P., Lahti, P., Pellonpää, JP og Ylinen, K., 2016, Quantum Måling, Berlin Heidelberg New York: Springer.
  • Cassinelli G. og Lahti P., 2016, “Et aksiomatisk grundlag for kvantemekanik”, fundet. Phys., 46: 1341–1373.
  • Gähde, U., 2014, “Teoriafhængig bestemmelse af basissæt: Implikationer for den strukturistiske tilgang”, Erkenntnis, 79 (8): 1459–1473.
  • Kraus K., 1983, State, Effects and Operations: Fundamental Notions of Quantum Theory, (Lecture Notes in Physics Volume 190), Berlin Heidelberg New York: Springer.
  • Ludwig, G., 1970, Deutung des Begriffs “fysikaliske teori” og axiomatische Grundlegung der Hilbertraumstruktur der Quantenmechanik gennem Hauptsätze des Messens (Lecture Notes in Physics, bind 4), Berlin Heidelberg New York: Springer.
  • –––, 1978, Die Grundstrukturen einer physikalischen Theorie, Berlin: Springer; 2. udgave, 1990; Fransk oversættelse af G. Thurler: Les strukturer de base d'une théorie fysik.
  • –––, 1985, Et aksiomatisk grundlag for kvantemekanik, Vol. 1, Derivation of Hilbert Space Structure, Berlin Heidelberg New York: Springer.
  • –––, 1987, Et aksiomatisk grundlag for kvantemekanik (bind 2: Kvantemekanik og makrosystemer), Berlin Heidelberg New York: Springer.
  • Ludwig, G. og Thurler, G., 2006, Et nyt fundament for fysiske teorier, Berlin: Springer.
  • Scheibe, E., 1997, Die Reduktion physikalischer Theorien, Teil I, Grundlagen und elementare Theorie, Berlin: Springer.
  • –––, 1999, Die Reduktion physikalischer Theorien, Teil II, Inkommensurabilität und Grenzfallreduktion, Berlin: Springer.
  • –––, 2001, Mellem rationalisme og empirisme, udvalgte artikler i fysikens filosofi, B. Falkenburg (red.), Berlin Heidelberg New York: Springer.
  • Schmidt, H.-J., 1979, Axiomatic Characterization of Physical Geometry (Lecture Notes in Physics, bind 111), Berlin Heidelberg New York: Springer.
  • Schröter, J., 1996, Zur Meta-Theorie der Physik, Berlin: de Gruyter.
  • Schurz, G., 2014, “Kriterier for teoretikitet: Bridging Statement and Non-Statement View”, Erkenntnis, 79 (8): 1521–1545.
  • Sneed, JD, 1971, The Logical Structure of Mathematical Physics, Dordrecht: Reidel; 2. udgave, 1979.
  • Stegmüller, W., 1979a, The Structuralist View of Theories, Berlin Heidelberg New York: Springer.
  • Stegmüller, W., 1979b, 'Den strukturalistiske opfattelse: undersøgelse, nylige udviklinger og svar på nogle kritik' i The Logic and Epistemology of Scientific Change, I. Niiniluoto og R. Tuomela (red.), Amsterdam: Nordholland.

Akademiske værktøjer

sep mand ikon
sep mand ikon
Sådan citeres denne post.
sep mand ikon
sep mand ikon
Forhåndsvis PDF-versionen af denne post hos Friends of the SEP Society.
inpho ikon
inpho ikon
Slå dette emne op på Internet Philosophy Ontology Project (InPhO).
phil papirer ikon
phil papirer ikon
Forbedret bibliografi til denne post på PhilPapers med links til dens database.

Andre internetressourcer

  • Andre strukturalismer, disambiguation side i Wikipedia.
  • Ensembletolkning i kvantemekanik, indgang på Wikipedia

Anbefalet: