Философия физики - Philosophy of physics

Часть серия на
Философия
ПлатонКантНицшеБуддаКонфуцийАверроэсСлева направо: Платон, Кант, Ницше, Будда, Конфуций, Аверроэс
Об этом изображении
ветви
Периоды
Традиции

Традиции по регионам

Традиции по школе

Традиции по религии

Литература
  • Эстетика
  • Эпистемология
  • Этика
  • Логика
  • Метафизика
  • Политическая философия
Философы
Списки
Разное
Socrates.png Философский портал

В философия, философия физики занимается концептуальными и интерпретационными проблемами в современном физика, многие из которых пересекаются с исследованиями, проводимыми определенными физиками-теоретиками. Философию физики в общих чертах можно разделить на три области:

  • интерпретации квантовая механика: в основном касается вопросов, как сформулировать адекватный ответ на проблема измерения и понять, что теория говорит о реальности
  • природа Космос и время: Являются ли пространство и время субстанциями или чисто относительными? Одновременность условна или только относительна? Может ли временная асимметрия сводиться к термодинамической асимметрии?
  • межтеоретические отношения: отношения между различными физическими теориями, такими как термодинамика и статистическая механика. Это перекликается с проблемой научной редукции.

Философия пространства и времени

Основная статья: Философия пространства и времени

Существование и природа пространства и времени (или пространства-времени) являются центральными темами философии физики.[1]

Время

Основная статья: Время в физике
Во многих философиях время рассматривается как изменение.

Время часто считается фундаментальная величина (то есть количество, которое не может быть определено в терминах других величин), потому что время кажется фундаментально основным понятием, так что его невозможно определить в терминах чего-то более простого. Однако некоторые теории, такие как петля квантовой гравитации утверждают, что пространство-время возникает. Как сказал Карло Ровелли, один из основателей петлевой квантовой гравитации: «Больше никаких полей в пространстве-времени: только поля на полях».[2] Время - это определенный через измерение - по стандартному интервалу времени. В настоящее время стандартный временной интервал (называемый «условным второй ", или просто" секунда ") определяется как 9 192 631 770 колебания из сверхтонкий переход в 133 цезий атом. (ISO 31-1 ). Который час и как оно работает следует из приведенное выше определение. Тогда время можно математически объединить с фундаментальными величинами Космос и масса для определения таких понятий, как скорость, импульс, энергия, и поля.

Обе Ньютон и Галилео,[3]как и большинство людей вплоть до 20-го века, считали, что время одинаково для всех и везде. Современная концепция времени основана на Эйнштейн с теория относительности и Минковский с пространство-время, в которой скорость времени течет по-разному в разных инерциальных системах отсчета, и Космос и время сливаются с пространство-время. Время можно квантовать, при этом теоретическое наименьшее время порядка Планковское время. Эйнштейна общая теория относительности так же хорошо как красное смещение света удаляющихся далеких галактик указывают на то, что весь Вселенная и, возможно, само пространство-время началось около 13,8 миллиарда лет назад в Большой взрыв. Специальная теория относительности Эйнштейна в основном (хотя и не всегда) сделала теории времени, в которых есть что-то метафизически особенное в настоящем, кажутся гораздо менее правдоподобными, поскольку зависимость времени от системы отсчета, похоже, не допускает идею привилегированного настоящего момента.

Путешествие во времени

Основная статья: Путешествие во времени

Некоторые теории, в первую очередь специальная и общая теория относительности, предполагают, что подходящая геометрия пространство-время, или определенные типы движения в Космос, может позволить путешествовать во времени в прошлое и будущее. Понятия, которые помогают такому пониманию, включают замкнутая времениподобная кривая.

Альберт Эйнштейн специальная теория относительности (и, в более широком смысле, общая теория) предсказывает замедление времени это можно интерпретировать как путешествие во времени. Теория утверждает, что по сравнению с неподвижным наблюдателем время, кажется, течет медленнее для более быстро движущихся тел: например, кажется, что движущиеся часы идут медленнее; когда часы приближаются к скорости света, их стрелки почти перестают двигаться. Эффекты такого замедления времени обсуждаются далее в популярном "парадокс близнецов ". Эти результаты наблюдаются экспериментально и влияют на работу спутников GPS и других высокотехнологичных систем, используемых в повседневной жизни.

Второй, похожий тип путешествия во времени разрешен общая теория относительности. В этом типе удаленный наблюдатель видит время, идущее медленнее для часов на дне глубокой гравитационный колодец, а часы, опущенные в глубокий гравитационный колодец и отведенные назад, будут указывать на то, что прошло меньше времени по сравнению со стационарными часами, которые оставались с удаленным наблюдателем.

Многие в научном сообществе считают, что путешествие назад во времени маловероятно, потому что оно нарушает причинность[4] то есть логика причины и следствия. Например, что произойдет, если вы попытаетесь вернуться в прошлое и убить себя на более раннем этапе своей жизни (или вашего деда, что приводит к дедушка парадокс )? Стивен Хокинг однажды предположил, что отсутствие туристов из будущего является сильным аргументом против существования путешествий во времени - вариант Парадокс Ферми с путешественниками во времени вместо пришельцев.[4]

Космос

Основная статья: Космос

Пространство - одна из немногих фундаментальных величин в физика, что означает, что его нельзя определить с помощью других величин, потому что в настоящее время не известно ничего более фундаментального. Таким образом, аналогично определению других фундаментальных величин (например, время и масса ) пространство определяется через измерение. В настоящее время стандартный интервал пространства, называемый стандартным метром или просто метром, определяется как расстояние, пройденное светом в вакууме в течение промежутка времени 1/299792458 секунды (точно).

В классическая физика, пространство - это трехмерное Евклидово пространство где любую позицию можно описать тремя координаты и параметризован по времени. Специальная и общая теория относительности используют четырехмерное пространство-время а не трехмерное пространство; и в настоящее время существует множество спекулятивных теорий, в которых используется более четырех пространственных измерений.

Философия квантовой механики

Основная статья: Интерпретация квантовой механики

Квантовая механика является важным направлением современной философии физики, особенно в отношении правильной интерпретации квантовой механики. В широком смысле, большая часть философской работы, проводимой в квантовой теории, пытается разобраться в состояниях суперпозиции:[5] свойство, заключающееся в том, что частицы, кажется, не просто находятся в одном определенном положении одновременно, но находятся где-то «здесь» и также «там» одновременно. Такой радикальный взгляд переворачивает с ног на голову многие метафизические идеи здравого смысла. Большая часть современной философии квантовой механики направлена ​​на осмысление того, что очень успешный эмпирический формализм квантовой механики говорит нам о физическом мире.

Интерпретация Эверетта

Основная статья: Интерпретация многих миров

Эверетт, или многомировая интерпретация квантовой механики утверждает, что волновая функция квантовой системы говорит нам утверждения о реальности этой физической системы. Он отрицает коллапс волновой функции, и утверждает, что суперпозиция Состояния следует интерпретировать буквально как описание реальности многих миров, в которых расположены объекты, а не просто указание на неопределенность этих переменных. Иногда это утверждают как следствие научный реализм,[6] в котором говорится, что научные теории стремятся дать нам буквально верное описание мира.

Одной из проблем интерпретации Эверетта является роль, которую в этом отношении играет вероятность. Теория Эверетта полностью детерминирована, в то время как вероятность, кажется, играет неотъемлемую роль в квантовой механике.[7] Современные эвереттианцы утверждали, что можно получить представление о вероятности, которое следует правилу Борна, с помощью определенных теоретических доказательств.[8]

Физик Роланд Омнес отметил, что невозможно экспериментально провести различие между точкой зрения Эверетта, согласно которой волновая функция декогерентируется на отдельные миры, каждый из которых существует одинаково, и более традиционной точкой зрения, согласно которой декогерентная волновая функция оставляет только один уникальный реальный результат. Следовательно, спор между двумя точками зрения представляет собой огромную пропасть. «Каждая характеристика реальности вновь появилась в ее реконструкции с помощью нашей теоретической модели; каждая черта, кроме одной: уникальности фактов».[9]

Принцип неопределенности

Основная статья: Принцип неопределенности

В принцип неопределенности является математическим соотношением, устанавливающим верхний предел точности одновременного измерения любой пары сопряженные переменные, например позиция и импульс. В формализме обозначение оператора, этот предел является оценкой коммутатор соответствующих операторов переменных.

Принцип неопределенности возник как ответ на вопрос: как измерить положение электрона вокруг ядра, если электрон является волной? Когда была разработана квантовая механика, это было замечено как связь между классическим и квантовым описаниями системы с использованием волновой механики.

В марте 1927 г., работая в Нильс Бор институт, Вернер Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности, тем самым заложив основу того, что стало известно как Копенгагенская интерпретация квантовой механики. Гейзенберг изучал документы Поль Дирак и Паскуаль Джордан. Он обнаружил проблему с измерением основных переменных в уравнениях. Его анализ показал, что неопределенности или неточности всегда возникали, если пытаться одновременно измерить положение и импульс частицы. Гейзенберг пришел к выводу, что эти неопределенности или неточности в измерениях были не по вине экспериментатора, а фундаментальными по своей природе и являются неотъемлемыми математическими свойствами операторов в квантовой механике, вытекающими из определений этих операторов.[10]

Термин Копенгагенская интерпретация квантовой механики часто использовался как синоним принципа неопределенности Гейзенберга недоброжелателями (такими как Эйнштейн и физик). Альфред Ланде ) кто верил в детерминизм и видел в общих чертах теорий Бора-Гейзенберга угрозу. В копенгагенской интерпретации квантовой механики принцип неопределенности означал, что на элементарном уровне физическая вселенная существует не в детерминированной форме, а скорее как совокупность вероятностей или возможных результатов. Например, узор (распределение вероятностей ), произведенные миллионами фотонов, проходящих через дифракционную щель, можно рассчитать с помощью квантовой механики, но точный путь каждого фотона нельзя предсказать ни одним из известных методов. Копенгагенская интерпретация утверждает, что это невозможно предсказать никаким методом, даже с теоретически бесконечно точными измерениями.

История философии физики

Аристотелевская физика

Аристотелевская физика рассматривал Вселенную как сфера с центром. Материя, состоящая из классические элементы земля, вода, воздух и огонь стремились спуститься к центру вселенной, центру земли или вверх, прочь от него. Вещи в эфир такие как луна, солнце, планеты или звезды вращались вокруг центра вселенной.[11] Движение определяется как смена места,[11] то есть космос.[12]

Ньютоновская физика

Неявные аксиомы аристотелевской физики относительно движения материи в пространстве были заменены в Ньютоновская физика к Ньютона Первый закон движения.[13]

Каждое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного движения по прямой, за исключением тех случаев, когда оно вынуждено изменить свое состояние под воздействием воздействующих сил.

«Каждое тело» включает в себя Луну и яблоко; и включает в себя все типы материи, воздух, а также воду, камни или даже пламя. Ничто не имеет естественного или присущего движения.[14] Абсолютное пространство существование трехмерный Евклидово пространство, бесконечный и без центра.[14] «Спокойствие» означает пребывание в одном и том же месте в абсолютном пространстве во времени.[15] В топология и аффинная структура пространства должно позволять движение в прямая линия с равномерной скоростью; таким образом, и пространство, и время должны иметь определенные, стабильные размеры.[16]

Лейбниц

Готфрид Вильгельм Лейбниц, 1646 - 1716, был современником Ньютона. Он внес значительный вклад в статику и динамику, возникающие вокруг него, часто не соглашаясь с Декарт и Ньютон. Он разработал новую теорию движение (динамика ) на основе кинетическая энергия и потенциальная энергия, который постулировал пространство как относительное, тогда как Ньютон был полностью убежден, что пространство было абсолютным. Важным примером зрелого физического мышления Лейбница является его Образец Dynamicum 1695 г.[17]

До открытия субатомных частиц и квантовая механика управляя ими, многие умозрительные идеи Лейбница об аспектах природы, не сводимых к статике и динамике, имели мало смысла. Например, он ожидал Альберт Эйнштейн аргументируя против Ньютона, что Космос, время и движение относительны, а не абсолютны:[18] «Что касается моего собственного мнения, я не раз говорил, что я считаю пространство чем-то просто относительным, как время, что я считаю его порядком сосуществования, как время - порядком следования».[19]

Цитаты из работы Эйнштейна о важности философии физики

Эйнштейна интересовали философские последствия своей теории.

Альберт Эйнштейн чрезвычайно интересовался философскими выводами своей работы. Он написал:

"Я полностью согласен с вами в важности и образовательной ценности методология а также история и философия науки. Сегодня так много людей - и даже профессиональных ученых - кажутся мне кем-то, кто видел тысячи деревьев, но никогда не видел леса. Знание исторической и философской основы дает такую ​​независимость от предрассудки его поколения, от которого страдают большинство ученых. Эта независимость, созданная философским пониманием, - на мой взгляд - знак различия между простым ремесленником или специалистом и настоящим искателем истины ». Эйнштейн. письмо Роберту А. Торнтону от 7 декабря 1944 г. EA 61–574.

В другом месте:

"Как так получилось, что должным образом наделенный естествоиспытатель приходит к заботе о эпистемология ? Нет ли по специальности более ценной работы? Я слышу, как многие мои коллеги говорят, и я чувствую это от многих других, что они так думают. Я не могу разделить это мнение. ... Концепции, которые оказались полезными для упорядочивания вещей, легко достигают такой власти над нами, что мы забываем их земное происхождение и принимаем их как неизменные данности. Таким образом, они стали отмечаться как «потребности мысли», «априорные данные» и т. Д. »

«Путь научного прогресса часто становится непроходимым в течение длительного времени из-за таких ошибок. По этой причине, это отнюдь не праздная игра, если мы станем практиковаться в анализе давно общепринятых концепций и демонстрации [раскрытия, разоблачения? - Ред. ...] те обстоятельства, от которых зависит их оправдание и полезность, как они выросли, индивидуально, из данных опыта. Этим путем будет сломлен их слишком большой авторитет ". Эйнштейн, 1916, "Памятная записка о Эрнст Мах," Physikalische Zeitschrift 17: 101–02.

Смотрите также: Ильзе Розенталь-Шнайдер

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Модлин, Тим (2012). Философия физики: пространство и время. Издательство Принстонского университета. п. xi. ISBN  978-0691143095. Получено 3 октября 2017. ... существование и природа пространства и времени (или пространства-времени) является центральной темой.
  2. ^ Ровелли, К. (2004). Квантовая гравитация. Кембриджские монографии по математической физике. п. 71.
  3. ^ Роджер Пенроуз, 2004. Дорога к реальности: Полное руководство по законам Вселенной. Лондон: Кейп Джонатан. ISBN  0-224-04447-8 (твердая обложка), 0-09-944068-7 (мягкая обложка).
  4. ^ а б Болонкин, Александр (2011). Вселенная, человеческая смертность и будущая оценка человека. Эльзевир. п. 32. ISBN  978-0-12-415810-8. Отрывок страницы 32
  5. ^ Бристольская философия (19 февраля 2013 г.). «Элеонора Нокс (KCL) - Загадочный случай исчезающего пространства-времени». Получено 7 апреля 2018 - через YouTube.
  6. ^ Дэвид Уоллес, «Эмерджентная мультивселенная», стр. 1–10.
  7. ^ Дэвид Уоллес, «Возникающая мультивселенная», стр. 113–117.
  8. ^ Дэвид Уоллес, «Эмерджентная мультивселенная», стр. 157–189
  9. ^ Омнес, Роланд (2002). «11». Квантовая философия: понимание и интерпретация современной науки (на французском языке) (Первое издание в мягкой обложке, 2002 г., перевод Артуро Спангалли. ред.). Принстон: Издательство Принстонского университета. п. 213. ISBN  978-1400822867.
  10. ^ Нильс Бор, Атомная физика и человеческие знания, стр. 38
  11. ^ а б Тим Модлин (2012-07-22). Философия физики: пространство и время: пространство и время (Принстонские основы современной философии) (стр. 3). Издательство Принстонского университета. Kindle Edition ». Поскольку это сфера, вселенная Аристотеля содержит геометрически привилегированный центр, и Аристотель ссылается на этот центр при характеристике естественных движений материи различных видов:« вверх »,« вниз »и« равномерное круговое движение ». все определены в терминах центра вселенной ".
  12. ^ Тим Модлин (2012-07-22). Философия физики: пространство и время: пространство и время (Принстонские основы современной философии) (стр. 4). Издательство Принстонского университета. Разжечь издание. «Аристотель принимает концепцию пространства и соответствующую концепцию движения, которую все мы интуитивно применяем».
  13. ^ Тим Модлин (2012-07-22). Философия физики: пространство и время: пространство и время (Принстонские основы современной философии) (стр. 4–5). Издательство Принстонского университета. Kindle Edition. «Ньютоновская физика подразумевается в его Первом Законе Движения: Законе I: Каждое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного движения по прямой линии, за исключением тех случаев, когда оно вынуждено изменять свое состояние под воздействием воздействующих сил. закон разбивает аристотелевскую вселенную вдребезги ».
  14. ^ а б Тим Модлин (2012-07-22). Философия физики: пространство и время: пространство и время (Принстонские основы современной философии) (стр. 5). Издательство Принстонского университета. Kindle Edition.
  15. ^ Тим Модлин (2012-07-22). Философия физики: пространство и время: пространство и время (Принстонские основы современной философии) (стр. 9–10). Издательство Принстонского университета. Kindle Edition. «Ньютон верил в существование пространственной арены с геометрической структурой E3. Он считал, что это бесконечное трехмерное пространство существует в каждый момент времени. И он также верил в нечто гораздо более тонкое и противоречивое, а именно в то, что одни и те же точки пространства сохраняются во времени ».
  16. ^ Тим Модлин (2012-07-22). Философия физики: пространство и время: пространство и время (Принстонские основы современной философии) (стр. 12). Издательство Принстонского университета. Kindle Edition. «... пространство должно иметь топологию, аффинную структуру и метрику; время должно быть одномерным с топологией и метрикой; и, что наиболее важно, отдельные части пространства должны сохраняться во времени.
  17. ^ Ариев и Гарбер 117, Лемкер §46, W II.5. О Лейбнице и физике см. Главу Гарбера в Jolley (1995) и Wilson (1989).
  18. ^ Рафаэль Ферраро (2007). Пространство-время Эйнштейна: введение в специальную и общую теорию относительности. Springer. п. 1. ISBN  978-0-387-69946-2.
  19. ^ См. Х. Г. Александер, изд., В Переписка Лейбница-Кларка, Манчестер: Издательство Манчестерского университета, стр. 25–26.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка