Štrukturalizmus Vo Fyzike

2023 Autor: Noah Black | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-08-25 04:39

Vstupná navigácia

• Obsah vstupu
• Bibliografia
• Akademické nástroje
• Náhľad priateľov PDF
• Informácie o autorovi a citácii
• Späť na začiatok

Štrukturalizmus vo fyzike

Prvýkrát publikované 24. novembra 2002; podstatná revízia piatok 4. októbra 2019

Pod nadpisom „štrukturalizmus vo fyzike“existujú tri rôzne, ale úzko súvisiace výskumné programy vo filozofii vedy a najmä vo filozofii fyziky. Tieto programy boli iniciované prácou Josepha Sneeda, Günthera Ludwiga a Erharda Scheibe, od začiatku sedemdesiatych rokov. Kvôli jednoduchosti použijeme tieto názvy na označenie troch programov bez zámeru ignorovať alebo minimalizovať príspevky ostatných vedcov. (Pozri bibliografiu.) Termín „štrukturalizmus“pôvodne požadovala škola Sneed, pozri napr. Balzer a Moulines (1996), zdá sa však vhodné zaradiť Ludwigove a Scheibe programy pod týmto názvom z dôvodu výrazných podobností tri prístupy. Činnosti štruktúristov sa obmedzili najmä na Európu,najmä v Nemecku, a z akýchkoľvek dôvodov sa v anglo-americkej diskusii vo veľkej miere ignoroval.

• 1. Iné štrukturalizmy
• 2. Spoločné črty

• 3. Problém teoretických pojmov

  • 3.1 Príklad
  • 3.2 Štrukturalizačné riešenia problému teoretických pojmov
  • 3.3 Problém merania
  • 3.4 Meranie a aproximácia

• 4. Problémy s redukciou

  • 4.1 Zníženie vzťahu medzi teóriami
  • 4.2 Zníženie a neprekonateľnosť
  • 4.3 Účet Ludwiga
  • 4.4 Sneedov účet
  • 4.5 Účet Scheibe

• 5. Tri štrukturalizačné programy

  • 5.1 Program Sneed
  • 5.2 Ludwigov program
  • 5.3 Program spoločnosti Scheibe
  • 5.4 Interakcie medzi troma štruktúristickými programami
• 6. Zhrnutie
• Bibliografia
• Akademické nástroje
• Ďalšie internetové zdroje
• Súvisiace záznamy

1. Iné štrukturalizmy

Pojem „štrukturalizmus“sa používa s rôznymi význammi, a preto sa zdá byť vhodné spomenúť ďalšie „štrukturalizmy“a vysvetliť, ako s nimi súvisí „štrukturalizmus vo fyzike“. Ak na Wikipédii začiarknete položku „štrukturalizmus (disambiguácia)“, budete informovaní, že v 11 rôznych oblastiach existuje spektrum „štrukturalizmov“vrátane:

• lingvistika [F. de Saussure (1857 - 1913)],
• antropológia [C. Lévi-Strauss (1908–2009)],
• matematika [N. Bourbaki (1935–), kolektívne pseudonym],
• filozofia vedy [JD Sneed (1938–1), W. Stegmüller (1923–1991)].

V zátvorkách sme uviedli niekoľko významných predstaviteľov. Všetky typy štruktúralizmu zdieľajú spoločné presvedčenie o štruktúre štruktúr v príslušných odboroch, ale na prvý pohľad vykazujú malú podobnosť. Medzi rôznymi štrukturalizmami však existujú prepojenia a vzájomné vplyvy. Preskúmanie týchto vplyvov presahuje rámec tohto záznamu. O vzťahoch medzi antropologickým a matematickým štrukturalizmom pozri Aubin (1997). Ako už bolo spomenuté, „štrukturalizmus vo fyzike“budeme chápať ako osobitný prípad „štrukturalizmu vo filozofii vedy“. S matematickým štrukturalizmom úzko súvisia, o ktorých sa budeme podrobnejšie zaoberať v hlavnej časti tohto záznamu. Na ilustráciu týchto spojení uvádzame iba celý názov Stegmüllera (1979a):Strukturistický pohľad na teórie, možný analóg programu Bourbaki vo fyzike.

Práve teraz prijímame predbežnú rovnováhu, že „štrukturalizmus vo fyzike“je súčasťou intelektuálneho hnutia najmä v 20. storočí a v porovnaní s inými štrukturalizmami predstavuje skôr oneskorený príspevok.

2. Spoločné črty

Tri programy uvedené v preambule majú nasledujúce charakteristiky a presvedčenie:

• Metatória vedy vyžaduje druh formalizácie odlišný od formácie, ktorú už používajú samotné vedecké teórie.
• Štrukturalizačný program poskytuje rámec pre racionálnu rekonštrukciu konkrétnych teórií.
• Ústredným nástrojom formalizácie je Bourbakiho koncept „druhu štruktúr“, ako je opísaný v Bourbaki (1986).

• Medzi významné črty teórií, ktoré sa majú opísať, patria:

  • Matematická štruktúra
  • Empirické tvrdenia teórie
  • Funkcia teoretických pojmov
  • Aproximácia
  • Vývoj teórií
  • Medzikoretické vzťahy

3. Problém teoretických pojmov

Fyzická teória (T) sa skladá, okrem iného, zo skupiny zákonov, ktoré sú formulované z hľadiska určitých pojmov. Zjavná kruhovitosť sa však objaví, keď sa vezme do úvahy, ako zákony z (T) a koncepty nadobúdajú svoj obsah, pretože sa zdá, že každý z nich získava obsah od druhej - zákony (T) získavajú svoj obsah z konceptov používaných v formulácia zákonov, zatiaľ čo pojmy sú často „zavedené“alebo „definované“skupinou zákonov ako celku. Iste, ak sa tieto pojmy dajú zaviesť nezávisle od teórie (T), neobjaví sa kruhovitosť. Ale zvyčajne každá fyzická teória (T) vyžaduje nejaké nové koncepty, ktoré nie je možné definovať bez použitia (T) (druhé nazývame "(T) - teoretické koncepty"). Je zjavná obežnosť zákonov a T-teoretických konceptov problémom? Niektoré príklady nám pomôžu posúdiť hrozbu.

3.1 Príklad

Ako príklad uvážte teóriu (T) klasickej mechaniky častíc. Pre jednoduchosť budeme predpokladať, že kinematické pojmy, ako sú polohy častíc, ich rýchlosti a zrýchlenia, sa uvádzajú nezávisle od teórie ako funkcie času. Ústredným údajom (T) je Newtonov druhý zákon, (bF = m / ba), ktorý tvrdí, že súčet (bF) síl vyvíjaných na časticu sa rovná jej hmotnosti (m) vynásobené jeho zrýchlením (ba).

Aj keď zvyčajne uvažujeme o (bF = m / ba) ako o empirickom tvrdení, existuje skutočné riziko, že sa ukáže, že ide iba o definíciu alebo do značnej miery konvenčný charakter. Ak uvažujeme o sile iba ako o „tej, ktorá generuje zrýchlenie“, potom je sila (bF) definovaná rovnicou (bF = m / ba). Máme časticu, ktorá prechádza určitým zrýchlením (ba), potom (bF = m / ba) len definuje, čo je (bF). Zákon nie je vôbec empiricky testovateľným tvrdením, pretože takto definovaná sila nemôže zlyhať pri uspokojovaní (bF = m / ba). Problém sa zhoršuje, ak (inertnú) hmotu (m) definujeme obvyklým spôsobom ako pomer (| / bF | / | / ba) |. Zatiaľ používame jednu rovnicu (bF = m / ba) na definovanie dvoch veličín (bF) a (m). Dané zrýchlenie (ba) nanajvýš špecifikuje pomer (bF / m), ale nešpecifikuje jedinečné hodnoty pre (bF) a (m) jednotlivo.

Z formálnejšieho hľadiska vzniká problém, pretože sme zaviedli silu (bF) a mass (m) ako (T) - teoretické pojmy, ktoré nie sú dané inými teóriami. Táto skutočnosť tiež poskytuje únik z problému. K jednoduchej dynamike môžeme pridať ďalšie zákony. Napríklad by sme mohli požadovať, aby všetky sily boli gravitačné a aby čistá sila na hmotnosť (m) bola daná súčtom (bF = / Sigma_i / bF_i) všetkých gravitačných síl (bF_i). konajúc podľa hmotnosti v dôsledku iných hmotností vesmíru, v súlade s Newtonovým inverzným štvorcovým zákonom o gravitácii. (Zákon tvrdí, že sila (bF_i) kvôli prilákaniu hmoty (i) s gravitačnou hmotou (m_ {gi}) je (Gm_g m_ {gi} boldsymbol {r} _i / r_ { i} ^ 3), kde (m_g) je gravitačná hmotnosť pôvodného tela,(boldsymbol {r} _i) pozičný vektor hmoty (i) pochádzajúci z pôvodného tela a (G) univerzálna gravitačná konštanta.) To nám poskytuje nezávislú definíciu pre (bF). Podobne môžeme požadovať, aby sa zotrvačná hmotnosť (m) rovnala gravitačnej hmotnosti (m_g). Keďže teraz máme nezávislý prístup ku každému z výrazov (bF), (m) a (ba), ktoré sa objavujú v (bF = m / ba), je podmienené, či zákon získa, a už nie je definícia.to, či zákon získa, je podmienené a už nejde o definíciu.to, či zákon získa, je podmienené a už nejde o definíciu.

Ďalšie problémy však môžu vzniknúť kvôli inému (T) - teoretickému pojmu, ktorý sa implicitne vyvoláva, keď sa uplatňuje (bF = m / ba). Predpokladá sa, že zrýchlenie (ba) sa meria vo vzťahu k inerciálnemu systému. Ak sa zrýchlenie meria vo vzťahu k inému referenčnému systému, získa sa iný výsledok. Napríklad, ak sa meria vo vzťahu k systému pohybujúcemu sa s rovnomerným zrýchlením (ba), potom bude namerané zrýchlenie (ba '= (ba - / ba)). Telo, ktoré v inerciálnom rámci nepôsobilo gravitačnými silami, sa bude riadiť (0 = m / ba), takže (ba = 0). Rovnaké telo v akcelerovanom rámci bude mať zrýchlenie (ba '= - / ba) a bude sa riadiť (- m / ba = m / ba'). Problém je, že pojem (- m / ba) sa správa rovnako ako gravitačná sila;jeho veľkosť je priamo úmerná hmotnosti tela (m) tela. Takže prípad telesa bez gravitácie v rovnomerne zrýchlenom referenčnom systéme je nerozoznateľný od telesa s voľným pádom v homogénnom gravitačnom poli. Teoretické podhodnotenie opäť hrozí. Ako vieme vzhľadom na návrhy vedieť, ktorý prípad sa nám predkladá?^[1] Vyriešenie týchto problémov si vyžaduje systematické štúdium vzťahov medzi rôznymi (T) - teoretickými koncepciami, zotrvačnou hmotnosťou, gravitačnou hmotou, zotrvačnou silou, gravitačnou silou, zotrvačnými systémami a zrýchlenými systémami a ako ich znázorňujú v príslušných zákonoch. teórie (T).

Podobné problémy vznikajú pri formulovaní takmer všetkých základných fyzikálnych teórií.

3.2 Štrukturalizačné riešenia problému teoretických pojmov

Existujú rôzne spôsoby, ako sa vysporiadať s týmto problémom. Dalo by sa skúsiť odhaliť to ako pseudo-problém. Alebo by sme sa mohli pokúsiť prijať tento problém ako súčasť zvyčajného spôsobu, akým veda pracuje, aj keď nie čisto, filozofom by sa to páčilo. Štrukturalizačné programy sa však zhodujú na tom, že je to netriviálny problém, ktorý treba vyriešiť, a navrhnúť meta-teoretický aparát, ktorý umožní jeho riešenie. Ďalej sa dohodli na rozdelení slovnej zásoby teórie (T) na (T) - teoretické a (T) - netetické pojmy, pričom tieto pojmy sa poskytujú mimo teórie.

3.2.1 Sneedovo riešenie

V Sneedeanovom prístupe je „empirický nárok“teórie formulovaný pomocou existenciálneho kvantifikátora pre (T) - teoretické pojmy (tj v zmysle „Ramseyovej vety“pre (T)). V našom vyššie uvedenom príklade by Newtonov zákon o gravitačných silách bol preformulovaný takto: „Existuje inerciálny systém a konštanty (G, m_i, m_ {gi}) také, že pre každú časticu sa produkt jej hmotnosti krát jej zrýchlenie rovná súčet gravitačných síl, ako je uvedené vyššie. “Tým sa odstráni okružnosť, ale otázka obsahu zostane otvorená. Štrukturalizisti à la Sneed by tu argumentovali, že empirické tvrdenie teórie (T ') musí obsahovať všetky zákony teórie, ako aj zákony vyššieho poriadku nazývané „obmedzenia“. V našom príkladeobmedzenia by boli výroky ako „všetky častice majú rovnaké zotrvačné a gravitačné hmotnosti a gravitačná konštanta predpokladá rovnakú hodnotu vo všetkých modeloch teórie.“Teória by tak získala viac obsahu a stala by sa bez vákua.

3.2.2 Ludwigovo riešenie

Aj keď je Ludwigov meta-teoretický rámec trochu odlišný, prvá časť jeho riešenia je v podstate rovnocenná s prvou. Na druhej strane navrhuje silnejší program („axiomatický základ fyzikálnej teórie“), ktorý vychádza z ekvivalentnej formy (T) * teórie (T), v ktorej všetky (T) - teoretické pojmy sú eliminované explicitnými definíciami. Zdá sa, že to je v rozpore so staršími výsledkami o nedefinovateľnosti teoretických pojmov, ale podrobnejšia inšpekcia odstráni zjavný rozpor. Napríklad pojem „hmota“môže byť nedefinovateľný v teórii zaoberajúcej sa iba jednotlivými dráhami mechanického systému, ale definovateľný v teórii obsahujúcej všetky možné dráhy tohto systému.

Formulovanie axiomatického základu reálnej teórie, nielen modelu hračiek, je však netriviálnou úlohou a zvyčajne si vyžaduje jednu alebo dve knihy; pozri príklady Ludwig (1985, 1987) a Schmidt (1979).

3.3 Problém merania

Oba programy sa zaoberajú ďalším problémom, ako určiť rozšírenie, napr. Číselné hodnoty, teoretického pojmu z daného súboru pozorovacích údajov. Nazývame to „problém merania“, ktorý sa nesmie zamieňať so známym problémom merania v kvantovej teórii. Obvykle problém merania nemá jedinečné riešenie. Hodnoty teoretických veličín sa môžu merať iba s určitým stupňom nepresnosti a pomocou pomocných predpokladov, ktoré, hoci sú hodnoverné, nie sú s istotou potvrdené. V uvedenom Newtonovom príklade by bolo potrebné použiť pomocný predpoklad, že trajektórie častíc sú dvakrát variabilné a že iné sily okrem gravitačných síl môžu byť zanedbané. Nedávne kritické preskúmanie riešenia problému merania v rámci Sneedovho prístupu s podrobnými príkladmi z astronómie pozri Gähde (2014).

3.4 Meranie a aproximácia

Prvok nepresnosti a aproximácie hrá v štrukturalizačných programoch významnú úlohu. V kontexte problému merania sa nepresnosť javí ako chyba teórie, ktorá bráni presnému stanoveniu teoretických veličín. Nepresnosť a nejedinečnosť sú však rozhodujúce v kontexte vývoja teórií a prechodu na nové a „lepšie“teórie. Inak by nová teória vo všeobecnosti nemohla zahŕňať úspešné aplikácie starej teórie. Zoberme si napríklad prechod Keplerovej teórie planetárneho pohybu do Newtonových a Einsteinových teórií: Newtonovská gravitačná teória a všeobecná relativita nahradia Keplerove elipsy komplikovanejšími krivkami. Mali by však byť stále v súlade so starými astronomickými pozorovaniami,čo je možné iba vtedy, ak sa presne nehodia ku Keplerovej teórii.

4. Problémy s redukciou

4.1 Zníženie vzťahu medzi teóriami

Súčasťou štrukturalizačného programu je definícia rôznych interteoretických vzťahov. Tu sa sústredíme na vzťah (vzťahy) „redukcie“, ktoré hrajú dôležitú rolu vo filozofickom diskurze, ako aj v práci fyzikov, aj keď nie pod týmto menom. Zoberme si teóriu (T), ktorá je nahradená lepšou teóriou (T '). Dalo by sa použiť (T '), aby sme pochopili niektoré úspechy a zlyhania (T). Ak existuje nejaký systematický spôsob odvodenia (T) ako aproximácie v (T '), potom (T) sa "redukuje" na alebo (T'). V tomto prípade je (T) úspešné, ak je to dobré priblíženie k (T ') a (T') je úspešné. Na druhej strane v situáciách, keď (T ') je stále úspešný, ale (T) je zlá aproximácia s (T'), (T) zlyhá. Napríklad,klasická mechanika by sa mala získať ako obmedzujúci prípad relativistickej mechaniky pre malé rýchlosti v porovnaní s rýchlosťou svetla. To by vysvetľovalo, prečo bola a stále sa klasická mechanika úspešne používa v prípade malých rýchlostí, ale pri veľkých (relatívnych) rýchlostiach zlyháva.

Ako už bolo spomenuté, skúmanie takýchto redukčných vzťahov medzi rôznymi teóriami je súčasťou každodennej práce teoretických fyzikov, obyčajne však neprijímajú všeobecnú koncepciu redukcie. Skôr intuitívne rozhodujú o tom, čo sa musí ukázať alebo vypočítať, v závislosti od posudzovaného prípadu. Práca strukturalistov by tu mohla viesť k systematickejšiemu prístupu vo fyzike, hoci zatiaľ neexistuje všeobecne akceptovaný, jedinečný koncept redukcie.

4.2 Zníženie a neprekonateľnosť

Ďalším aspektom je úloha redukcie v rámci globálneho obrazu vývoja fyziky. Väčšina fyzikov, ale nie všetci, majú tendenciu vnímať svoju vedu ako podnik, ktorý neustále zhromažďuje vedomosti. Nehovorili by napríklad o tom, že klasická mechanika bola vyvrátená relativistickou mechanikou, ale že relativistická mechanika čiastočne objasnila, kde by klasická mechanika mohla byť bezpečne použitá a kde nie. Tento pohľad na vývoj fyziky napadli niektorí filozofi a historici vedy, najmä spisy T. Kuhna a P. Feyerabenda. Títo vedci zdôrazňujú konceptuálnu diskontinuitu alebo „neprekonateľnosť“medzi redukovanou teóriou (T) a teóriou redukovania (T '). Štrukturalizačné účty redukcie teraz otvárajú možnosť diskutovať o týchto záležitostiach na menej neformálnej úrovni. Predbežné výsledky tejto diskusie sa líšia v závislosti od konkrétneho programu.

4.3 Účet Ludwiga

V Ludwigových spisoch neexistuje žiadny priamy odkaz na tézu o nezmeniteľnosti a na zodpovedajúcu diskusiu. Jeho očividne však naznačuje najradikálnejšie odmietnutie tejto práce. Jeho redukčný vzťah sa skladá z dvoch jednoduchších interteoretických vzťahov nazývaných „obmedzenie“a „vloženie“. Prichádzajú v dvoch verziách, presných a približných. Súčasťou ich definícií sú podrobné pravidlá prekladu neoretického slovníka (T ') do slovníka (T). Z toho dôvodu je zaručená primeranosť, prinajmenšom na nie teoretickej úrovni, podľa definície. Problém sa potom presunul k úlohe preukázať, že niektoré zo zaujímavých prípadov redukcie, o ktorých sa diskutuje v kontexte nevykonateľnosti, zapadajú do Ludwigovej definície. Bohužiaľ uvádza iba jeden rozsiahle prepracovaný príklad redukcie,menovite termodynamika verzus kvantová štatistická mechanika, Ludwig (1987). Neúnosnosť teoretických pojmov by sa pravdepodobne ľahšie začlenila do Ludwigovho prístupu, pretože by sa dala vysledovať až k rozdielu medzi zákonmi (T) a (T ').

4.4 Sneedov účet

Vzťah medzi neuznateľnosťou a Sneedeanovým redukčným vzťahom je do istej miery diskutovaný v Balzer et al. (1987, kapitola VI.7). Autori považujú presný redukčný vzťah za určitý vzťah medzi potenciálnymi modelmi príslušných teórií. Zaujímavejšie pre príklady fyzického reálneho života je približná verzia, ktorá sa získa ako „rozmazané presné zníženie“pomocou podtriedy empirickej uniformity na triedach potenciálnych modelov. Prípad Kepler-Newton je diskutovaný ako príklad približného zníženia. Diskusia o neprekonateľnosti trpí notoricky známymi ťažkosťami pri vysvetľovaní takých pojmov ako „znamená zachovanie prekladu“. Existuje zaujímavá aplikácia interpolovacej vety meta-matematiky, ktorá vedie k výsledku, ktorý, zhruba povedané,(presné) zníženie znamená preklad. Relevantnosť tohto výsledku je však spochybňovaná v Balzer et al. (1987, 312 a nasledujúce). Diskusia nakoniec skončí ako nepresvedčivá, ale autori pripúšťajú možnosť spektra neprekonateľností rôznych stupňov v prípade dvojíc redukovaných / redukujúcich teórií.

4.5 Účet Scheibe

Scheibe vo svojom (1999) tiež výslovne poukazuje na tézy Kuhna a Feyerabenda a podrobne diskutuje. Na rozdiel od ostatných dvoch štrukturalizačných programov nenavrhuje pevný koncept redukcie. Skôr navrhuje veľa špeciálnych redukčných vzťahov, ktoré je možné vhodne kombinovať na spojenie dvoch teórií (T) a (T '). Ďalej postupuje prostredníctvom rozsiahlych prípadových štúdií v reálnom živote a zvažuje nové typy redukčných vzťahov, ak posudzovaný prípad nemožno popísať doteraz posudzovanými vzťahmi. Scheibe pripúšťa, že existujú prípady neúmernosti, ktorá sťažuje nájdenie vzťahu zníženia v určitých prípadoch. Ako významný príklad uvádza pojmy „pozorovateľný“v kvantovej mechanike na jednej strane av klasickej štatistickej mechanike na strane druhej. Aj keď existujú mapy medzi príslušnými súbormi pozorovateľných, Scheibe to považuje za prípad nevymeniteľnosti, pretože tieto mapy nie sú homomorfizmy Lieovej algebry, pozri Scheibe (1999, 174).

Stručne povedané, štrukturalizačné prístupy sú schopné diskutovať o problémoch znižovania a neuznateľnosti a základných problémoch na pokročilej úrovni. Tým majú tieto prístupy šancu sprostredkovať nesúrodé tábory fyzikov a filozofov.

5. Tri štrukturalizačné programy

V tejto časti podrobnejšie opíšeme jednotlivé programy, ich korene a niektoré rozdiely medzi nimi.

5.1 Program Sneed

5.1.1 História a všeobecné črty

Tento program bol najúspešnejší, pokiaľ ide o vytvorenie „školy“, ktorá priťahuje vedcov a študentov, ktorí si osvojujú tento prístup a pracujú na jeho konkrétnych problémoch. Preto sa väčšina štrukturalizovanej literatúry týka Sneedeanovho variantu. Možno je to čiastočne aj kvôli okolnostiam, že iba Sneedov prístup je určený (a bol aplikovaný) na iné vedy a nielen na fyziku.

Podrobnejší popis historických koreňov štrukturalizmu vo filozofii vedy sa nachádza v Bolingerovi (2016), táto kniha však ešte nie je preložená do angličtiny. Kľúčovou knihou bol Sneed (1971), ktorý predstavil meta-teóriu fyziky v modelo-teoretickej tradícii spojenej s P. Suppesom, BC van Fraassenom a F. Suppeom. Tento prístup prijal a popularizoval nemecký filozof W. Stegmüller (1923–1991), pozri napr. Stegmüller (1979b) a ďalej ho rozvíjali najmä jeho učeníci. V počiatkoch sa tento prístup nazýval „nehovorovým názorom“teórií, pričom zdôrazňoval rôlu množín-teoretických nástrojov oproti jazykovým analýzam. Neskôr sa tento aspekt považoval za praktickejší ako zásadný, pozri Balzer et al. (1987, 306 a ďalšie). Nedávno H. Andreas (2014) a G. Schurz (2014) navrhol dva mierne odlišné rámce, ktoré zladia sémantické a syntaktické formulácie programu Sneed. Takmer výlučné používanie teoretických nástrojov však zostáva jedným z charakteristických štylistických prvkov tohto programu a ten, ktorý ho výrazne odlišuje od ostatných programov.

5.1.2 Ústredné pojmy programu Sneed

Podľa Moulinesa sú v Balzer and Moulines (1996, 12 - 13) špecifické pojmy programu Sneedean nasledujúce. Tieto pojmy ilustrujeme zjednodušenými príkladmi, inšpirovanými Balzerom a kol. (1987), ktoré sú založené na systéme klasických bodových častíc spojených pružinami, ktoré vyhovujú Hookeovmu zákonu. Nedávny úvod do základných pojmov pozri aj H. Andreas a F. Zenker (2014).

• (M_p): Trieda potenciálnych modelov (koncepčný rámec teórie).

  [Jeden potenciálny model obsahuje množinu častíc, množinu pružín spolu s ich pružinovými konštantami, hmotnosťou častíc, ako aj ich polohy a vzájomné sily ako funkcie času.]

• (M): Trieda skutočných modelov (empirické zákony teórie).

  ((M) je podtrieda potenciálnych modelov, ktoré spĺňajú pohybovú rovnicu systému.]

• (langle M_p, M / rangle): Model-element (absolútne nevyhnutná časť teórie)

• (M_ {pp}): Trieda parciálnych potenciálnych modelov (teória je relatívna net Teoretická báza).

  [Jeden čiastkový potenciálny model obsahuje iba polohu častíc ako funkciu času, pretože masy a sily sa považujú za (T) - teoretické.]

• (C): Trieda obmedzení (podmienky spájajúce rôzne modely jednej a tej istej teórie).

  [Obmedzenia hovoria, že rovnaké častice majú rovnaké hmotnosti a rovnaké pramene majú rovnaké konštanty pružín.]

• (L): Trieda odkazov (podmienky spájajúce modely rôznych teórií).

  [Medzi mysliteľné odkazy patria:

  • Odkazy na teóriu klasického časopriestoru
  • Odkazy na teóriu váh a vyvážení, kde je možné merať hmotnostné pomery
  • Odkazy na teórie pružnosti, kde sa dajú vypočítať jarné konštanty]

• (A): Trieda prípustných rozostrení (stupne aproximácie sú povolené medzi rôznymi modelmi).

  [Funkcie vyskytujúce sa v potenciálnych modeloch sú doplnené vhodnými chybovými čiarami. Tieto môžu závisieť od zamýšľaných aplikácií, pozri nižšie.]

• (K = / langle M_p, M, M_ {pp}, C, L, A / rangle): Jadro (formálno-teoretická časť teórie)

• (I): Oblasť zamýšľaných aplikácií („časti sveta“, ktoré sa majú vysvetliť, predpovedať alebo technologicky manipulovať).

  [Táto trieda je otvorená a obsahuje napríklad

  • systémy malých tuhých telies, spojené špirálovými pružinami alebo gumovými pásmi
  • akýkoľvek vibračný mechanický systém v prípade malých amplitúd, vrátane takmer tuhých telies pozostávajúcich z (N) molekúl]

• (T = / langle K, I / rangle): Prvok teórie (najmenšia jednotka, ktorá sa má považovať za teóriu).

• (sigma): Špecializačný vzťah medzi teóriami a prvkami.

  ((T) by mohla byť špecializácia podobných teoretických prvkov so všeobecnejšími zákonmi sily, napr. Vrátane trecích a / alebo časovo závislých vonkajších síl. Dalo by sa tiež predstaviť abstraktnejšie zákony sily, ktoré určujú iba niektoré všeobecné vlastnosti, ako napríklad „action = reakcia“. (T) by sa zase mohol špecializovať na teoretické prvky systémov s rovnakou hmotnosťou a / alebo rovnakými jarnými konštantami.]

• (N): Teoretická sieť (množina teoretických prvkov usporiadaných podľa (sigma) - „typický“pojem teórie).

  [Zrejmá teória sietí, ktorá obsahuje náš príklad teórie elementu, je CPM = „klasická časticová mechanika“, koncipovaná ako sieť teoretických prvkov v zásade usporiadaná podľa stupňa všeobecnosti svojich silových zákonov.]

• (E): Teória-evolúcia (teória-sieť „pohybujúca sa“v historickom čase).

  [V priebehu času sa mohli objaviť špeciálne zaujímavé nové zákony o silách, napr. Reťazec Toda v roku 1967, ako aj nové aplikácie známych zákonov.]

• (H): Teória-holon (komplex sietí teoretických väzieb zviazaných „nevyhnutnými“väzbami).

  [Je ťažké predstaviť si príklady, ktoré sú menšie ako všetky siete fyzickej teórie.]

5.2 Ludwigov program

5.2.1 História a všeobecné črty

Günther Ludwig (1918–2007) bol nemeckým fyzikom známym predovšetkým pre prácu na základoch kvantovej teórie. V Ludwig (1970, 1985, 1987) publikoval axiomatický popis kvantovej mechaniky, ktorý bol založený na štatistickej interpretácii kvantovej teórie. Ako predpoklad tejto práce považoval za potrebné položiť otázku „Čo je to fyzikálna teória?“a rozvinul všeobecný koncept teórie na prvých 80 jeho stránkach (1970). Neskôr sa táto všeobecná teória rozšírila do knihy Ludwig (1978). Nedávne vypracovanie Ludwigovho programu sa nachádza v Schröter (1996).

Jeho základnou „filozofiou“je názor, že na svete existujú skutočné štruktúry, ktoré sú „vyobrazené“alebo reprezentované približne matematickými štruktúrami, symbolicky (boldsymbol {PT} = / boldsymbol {W} (-) boldsymbol {MT}). Matematická teória (boldsymbol {MT}) použitá vo fyzickej teórii (boldsymbol {PT}) obsahuje ako jadro „druh štruktúry“(Sigma). Toto je meta-matematický koncept Bourbakiho, ktorý Ludwig uviedol do štrukturalizmu. Kontakt medzi (boldsymbol {MT}) s nejakou „doménou reality“(boldsymbol {W}) je dosiahnutý súborom korešpondenčných princípov ((-)), ktoré udávajú pravidlá pre preklad fyzických fakty do určitých matematických vyhlásení nazývaných „pozorovacie správy“. Tieto fakty sú buď priamo pozorovateľné, alebo dané inými fyzikálnymi teóriami,nazýva sa „pred-teória“súboru (boldsymbol {PT}). Týmto spôsobom sa skonštruuje časť (boldsymbol {G}) z (boldsymbol {W}) nazývaná „základná doména“. Úlohou teórie však zostáva zostrojiť celú doménu reality (boldsymbol {W}), to znamená, úplnejší popis základnej domény, ktorá tiež používa (boldsymbol {PT}) - teoretickú pojmy.

5.2.2 Typické črty Ludwigovho programu

Z teoretického hľadiska tento koncept teórie vykazuje určitú podobnosť s neo-pozitivistickými myšlienkami a podlieha podobnej kritike. Napríklad diskusia o tzv. „Teórie ladenom“charaktere pozorovacích viet vyvoláva pochybnosti o takých pojmoch ako „priamo pozorovateľné fakty“. Avšak prívrženci ludwigovského prístupu by pravdepodobne argumentovali miernou formou obsacionalizmu a poukazujú na to, že v rámci ludwigovho prístupu by bolo možné podrobne analyzovať teóriu ladený charakter pozorovacích viet.

Ďalšou ústrednou myšlienkou Ludwigovho programu je opis intra- a intertoretických aproximácií pomocou „jednotných štruktúr“, matematického konceptu, ktorý leží medzi topologickými a metrickými štruktúrami. Aj keď túto myšlienku neskôr prijali aj ďalšie štrukturalizačné programy, v súvislosti s jeho finitizmom hrá jedinečnú rolu v Ludwigovej meta-teórii. Verí, že matematické štruktúry nekonečne veľkých alebo malých, a priori, nemajú vôbec žiadny fyzický význam; sú to predbežné nástroje na priblíženie konečnej fyzickej reality. Jednotné štruktúry sú prostriedkom na vyjadrenie tohto konkrétneho druhu aproximácie.

5.2.3 Ludwigova interpretácia kvantovej mechaniky

Už sme vysvetlili, že pre Ludwiga bol rámec rekonštrukcie fyzikálnych teórií v skutočnosti iba nástrojom na rozvoj jeho interpretácie kvantovej mechaniky.

Niet divu, že medzi oboma podnikmi existujú úzke vzťahy. Spomenieme iba skutočnosť, že rekonštrukcia teoretických pojmov inými ľahko prístupnými výrazmi je obzvlášť naliehavá, keď sa teoretické pojmy vzťahujú na mikroskopickú oblasť. To vysvetľuje najmä to, prečo je Ludwig zástancom štatistickej interpretácie kvantovej mechaniky, pretože pokročilejšie interpretácie, ako napríklad interpretácia vlnovej funkcie s jedným časticom, nemajú podľa jeho názoru axiomatický základ. V súčasnej diskusii o interpretácii kvantovej mechaniky hrá štatistická interpretácia (alebo interpretácia súboru) iba okrajovú úlohu a navyše sa zvyčajne pripisuje LE Ballentine (1970). Záznam Wikipedia o „interpretácii súboru“neuvádza Ludwiga vôbec.

Bolo by však predčasné popierať Ludwiga akéhokoľvek vplyvu na vývoj kvantovej teórie. Existujú niektoré úspechy, ako napríklad zovšeobecnenie pozorovateľných ukazovateľov POV, pozri Busch a kol. (2016), ktoré sú dobre známe napr. V komunite praktizujúcej teóriu kvantovej informácie a ktoré sa konečne vracajú k Ludwigovi. Štandardným odkazom na tieto zovšeobecnenia nie je Ludwig, ale jeho žiak K. Kraus, pozri Kraus (1983). Nakoniec treba uviesť, že Ludwigova axiomatika kvantovej mechaniky bola oživená novými matematickými výsledkami, pozri Casinelli a Lahti (2016).

5.2.4 Ludwigova neskorá práca

Rok pred jeho smrťou vydal Ludwig spolu s Géraldom Thurlerom revidované a zjednodušené vydanie Ludwiga (1990) s názvom „Nový základ fyzických teórií“. Toto dielo nemožno použiť ako učebnicu, je to pozoruhodný dokument o ústredných témach jeho prístupu a jeho všeobecných pohľadoch na fyziku. Kniha jasne ukazuje, že Ludwigov hlavný záujem sa týka vedeckého realizmu, tj otázky, ako hypotetické objekty a vzťahy vyskytujúce sa v úspešnej teórii získavajú stav fyzickej reality. Subjekty, ktoré si nemôžu nárokovať tento štatút, sa v knihe označujú ako „rozprávky“. Príklady rozprávok v kvantovej teórii sú skryté premenné a pre niektorých čitateľov, možno prekvapujúce, aj interpretácia jedného stavu častíc (na rozdiel od interpretácie súboru podporovanej Ludwigom).

Medzi nové koncepcie a nástroje vyvinuté v Ludwig / Thurler (2006) patria:

• Fyzikálne pozorovania sa najprv preložia na vety pomocnej matematickej teórie, ktorá obsahuje iba konečné množiny, a v druhom kroku približne zapadajú do idealizovanej teórie. Týmto manévrovaním autori zdôrazňujú kontrast medzi konečnými fyzikálnymi operáciami a matematickými predpokladmi zahŕňajúcimi nekonečné množiny.
• Súpravy nepresnosti a neostré merania sa vždy považujú za potrebné hneď od začiatku a neuvádzajú sa neskôr ako v predchádzajúcich verziách programu Ludwig.
• „Základnou doménou“teórie je teraz tá časť „aplikačnej domény“, v ktorej sa teória úspešne uplatňuje, až do určitého stupňa nepresnosti.
• Zložitá terminológia týkajúca sa rôznych druhov hypotéz v Ludwigovi (1990) je radikálne zredukovaná na malý počet prípadov vrátane fuzzy hypotéz.
• Problém neostrých nepriamych meraní je preformulovaný elegantným spôsobom, ktorý by sa napriek tomu mal preskúmať pomocou prípadových štúdií.

5.2.5 Zhrnutie

Ludwigov program je v porovnaní s programami Sneed a Scheibe vo všeobecnosti menej popisný a normatívnejší z hľadiska fyziky. Vyvinul ideál toho, ako by sa fyzikálne teórie mali formulovať, skôr než rekonštruovať skutočnú prax. Hlavným rozpracovaným príkladom, ktorý sa blíži tomuto ideálu, je stále axiomatický popis kvantovej mechaniky, ako je opísaný v Ludwigovi (1985, 1987).

5.3 Program spoločnosti Scheibe

Nemecký filozof Erhard Scheibe (1927–2010) vydal niekoľko kníh a početných esejí o rôznych témach filozofie vedy; pozri napríklad Scheibe (2001). Často komentoval programy Sneeda a Ludwiga, napríklad vo svojom „Porovnaní dvoch nedávnych názorov na teórie“, ktorý bol dotlačený v Scheibe (2001, 175 - 194). Okrem toho publikoval jednu z prvých prípadových štúdií približnej redukcie teórie; pozri Scheibe 2001 (306–323) pre prípadovú štúdiu z roku 1973.

Vo svojich knihách o „redukcii fyzických teórií“Scheibe (1997, 1999) rozvinul svoju vlastnú teóriu teórie, ktorú možno do určitej miery považovať za medzipolohu medzi Ludwigom a Sneedom. Napríklad pohodlne kombinuje modelové teoretické a syntaktické štýly Sneeda a Ludwiga. Pretože jeho hlavným záujmom je redukcia, nemusí pokryť všetky aspekty fyzikálnych teórií, s ktorými sa zaobchádza v iných prístupoch. Ako už bolo uvedené, navrhuje pružnejšiu koncepciu znižovania, ktorá je otvorená rozšíreniam vyplývajúcim z nových prípadových štúdií.

Unikátnou črtou Scheibeho prístupu je dôkladná diskusia o takmer všetkých dôležitých prípadoch redukcie uvažovaných vo fyzickej literatúre. Patria medzi ne klasická verzus špeciálno-relativistická časopriestor, newtonovská gravitácia vs. všeobecná relativita, termodynamika vs. kinetická teória a klasická vs. kvantová mechanika. V podstate dospieva k záveru dvojitej neúplnosti: pokusy fyzikov dokázať redukčné vzťahy vo vyššie uvedených prípadoch sú zväčša neúplné podľa ich vlastných štandardov, ako aj podľa požiadaviek štrukturalizovaného konceptu redukcie. Táto koncepcia však nie je úplná, tvrdí Scheibe, pretože napríklad uspokojivé pochopenie procesov „kontrafaktuálnych“obmedzujúcich procesy, ako napríklad (hslash / rightarrow 0) alebo (c / rightarrow / infty) zatiaľ vyvinuté. Bolinger vo svojom (2016) podáva pomerne všeobecný prehľad o štrukturalizme programu so zvláštnym dôrazom na Scheibeovu prácu.

5.4 Interakcie medzi troma štruktúristickými programami

Ako už bolo uvedené, programy Ludwig a Sneed sa rozvíjali v 70. rokoch 20. storočia nezávisle, zatiaľ čo program Scheibe pochádzal aspoň čiastočne z kritického preskúmania týchto dvoch programov. Je to však iba hrubý popis. Okrem toho došlo k mnohým vzájomným interakciám medzi tromi programami, ktoré ovplyvnili ich neskoršie vypracovanie. Dôkazy o tejto interakcii sa poskytujú, okrem rôznych súvisiacich potvrdení v knihách a článkoch, nasledujúcimi poznámkami.

• Balzer, Moulines a Sneed vo svojej publikácii (1987) zavádzajú koncepty „druhov štruktúr“a „jednotných štruktúr“, ktoré hrajú v Ludwiku strednú rolu (1970, 1978) a zatiaľ nie sú obsiahnuté v Sneede (1971).
• Naopak, Ludwig vo svojom (1990) doplnil časť 9.3 o teóriách sietí (Theorienetze), kde citoval príslušné diela Balzera a Moulinesa.
• Vo svojej neskorej (2006) Ludwig na s. 3 odkazuje na prácu Scheibe „kvôli mnohým podobnostiam“. Neskôr na str. 107 spomína „diskusiu prostredníctvom listov“so Scheibe. Túto korešpondenciu zabezpečil B. Falkenburg a čaká na vedecké vydanie.

6. Zhrnutie

Načrtli sme tri štrukturalizačné programy, ktoré boli vyvinuté od 70. rokov 20. storočia, aby riešili problémy vo filozofii fyziky, z ktorých niektoré sú relevantné aj pre samotnú fyziku. Akýkoľvek program, ktorý používa vážny formálny aparát na opísanie oblasti a riešenie konkrétnych problémov, sa musí skúmať z hľadiska hospodárnosti jej nástrojov: do akej miery je tento prístroj skutočne potrebný na dosiahnutie svojich cieľov? Alebo sa to týka hlavne problémov spôsobených vlastnými silami? Pokúsili sme sa poskytnúť niektoré argumenty a materiály pre čitateľa, ktorý nakoniec musí na tieto otázky odpovedať sám.

Bibliografia

Táto bibliografia je obmedzená hlavne na výber niekoľkých kníh, ktoré sú pre tri štrukturalizačné programy dôležité. Rozšírená „Bibliografia štrukturalizmu“spojená s programom Sneed sa objavila v Erkenntnis, Zväzok 44 (1994). Ďalší nedávny zväzok Erkenntnisa (79 (8), 2014) je venovaný novým perspektívam štrukturalizmu. Nižšie uvádzame niekoľko článkov tohto zväzku a ďalšie články, ktoré sú relevantné pre tento príspevok. Bohužiaľ, centrálne knihy Ludwiga (1978) a Scheibe (1997, 1999) ešte nie sú preložené do angličtiny, ale pozri nedávne publikácie Ludwig a Thurler (2006). Na úvod do príslušných teórií sa anglickí čitatelia mohli oboznámiť s kapitolou XIII Ludwiga (1987) a kapitolou V Scheibe (2001).

• Andreas, H., 2014, „Karnapiánsky štrukturalizmus“, Erkenntnis, 79 (8): 1373–1391.
• Andreas, H. a Zenker, F., 2014, „Základné koncepty štrukturalizmu“, Erkenntnis, 79 (8): 1367–1372.
• Aubin, D., 1997, „Vädnúca nesmrteľnosť Nicolasa Bourbakiho: kultúrny konektor na sútoku matematiky, štrukturalizmu a Oulipa vo Francúzsku“, Science in Context, 10 (02): 297–342.
• Ballentine, LE, 1970, „Štatistická interpretácia kvantovej mechaniky“, Rev. Mod. Phys., 42 (4): 358 - 381.
• Balzer, W. a Moulines, CU, 1996, (eds.), Strukturalistická teória vedy, ohniskové problémy, nové výsledky, Berlín: de Gruyter.
• Balzer, W. a Moulines, CU, a Sneed, JD, 1987, Architectonic for Science, Dordrecht: Reidel.
• Bolinger, R., 2015, Rekonstrukcia a Reduktion Physikalischer Theorien, Epistemische Studien, Band 32, Berlín / Boston: De Gruyter.
• Bourbaki, N., 1986, Theory of Sets (Elements of Mathematics), Paris: Hermann.
• Busch, P., Lahti, P., Pellonpää, JP, a Ylinen, K., 2016, Quantum Measurement, Berlín Heidelberg New York: Springer.
• Cassinelli G. a Lahti P., 2016, „Axiomatický základ kvantovej mechaniky“, nájdené. Phys. 46: 1341 - 1373.
• Gähde, U., 2014, „Teoreticky závislé určovanie základných množín: implikácie pre strukturalistický prístup“, Erkenntnis, 79 (8): 1459–1473.
• Kraus K., 1983, štáty, účinky a operácie: základné pojmy kvantovej teórie (prednášky z fyziky 190), Berlin Heidelberg New York: Springer.
• Ludwig, G., 1970, Deutung des Begriffs „Physikalische Theorie“and axiomatische Grundlegung der Hilbertraumstruktur der Quantenmechanik durch Hauptsätze des Messens (Poznámky k prednáške z fyziky, zväzok 4), Berlín Heidelberg New York: Springer.
• –––, 1978, Die Grundstrukturen einer physikalischen Theorie, Berlín: Springer; 2. vydanie, 1990; Francúzsky preklad G. Thurlera: Les Structures de base d'une théorie physique.
• –––, 1985, Axiomatic Basis for Quantum Mechanics, roč. 1, Odvodenie Hilbertovej vesmírnej štruktúry, Berlín Heidelberg New York: Springer.
• –––, 1987, Axiomatický základ kvantovej mechaniky (zväzok 2: Kvantová mechanika a makrosystémy), Berlín Heidelberg New York: Springer.
• Ludwig, G. a Thurler, G., 2006, Nový základ fyzických teórií, Berlín: 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, Berlín: Springer.
• ––– 2001, Medzi racionalizmom a empiricizmom, Vybrané články z filozofie fyziky, B. Falkenburg (ed.), Berlín Heidelberg New York: Springer.
• Schmidt, H.-J., 1979, Axiomatická charakterizácia fyzikálnej geometrie (prednášky z fyziky, zväzok 111), Berlin Heidelberg New York: Springer.
• Schröter, J., 1996, Zur Meta-Teorie der Physik, Berlín: de Gruyter.
• Schurz, G., 2014, „Kritériá teoretickosti: Preklenovacie vyhlásenie a pohľad bez vyhlásenia“, Erkenntnis, 79 (8): 1521–1545.
• Sneed, JD, 1971, Logická štruktúra matematickej fyziky, Dordrecht: Reidel; 2. vydanie, 1979.
• Stegmüller, W., 1979a, Štrukturistický pohľad na teórie, Berlín Heidelberg New York: Springer.
• Stegmüller, W., 1979b, „Strukturistický pohľad: Prieskum, najnovší vývoj a odpovede na niektoré kritiky“, v Logic and Epistemology of Scientific Change, I. Niiniluoto a R. Tuomela (ed.), Amsterdam: North Holland.

Akademické nástroje

	Ako citovať tento záznam.
	Ukážku verzie tohto príspevku vo formáte PDF si môžete pozrieť na stránke Friends of the SEP Society.
	Vyhľadajte túto vstupnú tému v projekte Internet Philosophy Ontology Project (InPhO).
	Vylepšená bibliografia tohto záznamu vo PhilPapers s odkazmi na jeho databázu.

Ďalšie internetové zdroje

• Ďalšie štrukturalizmy, stránka disambiguácie na Wikipédii.
• Interpretácia súboru v kvantovej mechanike, vstup na Wikipédiu