Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

В философии , философия физика занимается концептуальными и интерпретационными проблемами в современной физике , многие из которых пересекаются с исследованиями , проведенных некоторыми видами физиков - теоретиков. Философию физики в общих чертах можно разделить на три области:

  • интерпретации квантовой механики : в основном касаются вопросов о том, как сформулировать адекватный ответ на проблему измерения и понять, что теория говорит о реальности
  • природа пространства и времени : 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 [ править ]

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

Время [ править ]

Во многих философиях время рассматривается как изменение.

Время часто считается фундаментальной величиной (то есть величиной, которую нельзя определить 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 петлевая квантовая гравитация, 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 определяется посредством измерения - его стандартным интервалом времени. В настоящее время стандарт временной интервал ( так называемый «обычный второй », или просто «второй») определяется как 9192631770 колебаний в Асверхтонкий переход в атоме цезия 133 . ( ISO 31-1 ). Что такое время и как оно работает, следует из приведенного выше определения. Затем время можно математически объединить с фундаментальными величинами пространства и массы для определения таких понятий, как скорость , импульс , энергия и поля .

И Ньютон и Галилей , [3] , а также большинство людей , вплоть до 20 - го века, считал , что время было одинаковым для всех повсюду. Современная концепция времени основана на Эйнштейна «с теорией относительности и Минковского » s пространства - времени , в котором показатели времени запуска по- разному в различных инерциальных системах отсчета, а пространство и время объединяются в пространстве - времени . Время можно квантовать, при этом теоретическое наименьшее время порядка планковского времени . Эйнштейн общей теории относительности , а также красное смещениеСвет от удаляющихся далеких галактик указывает на то, что вся Вселенная и, возможно, само пространство-время возникли около 13,8 миллиарда лет назад в результате Большого взрыва . Специальная теория относительности Эйнштейна в основном (хотя и не всегда) сделала теории времени, в которых есть что-то метафизически особенное в настоящем, казались менее правдоподобными, поскольку зависимость времени от системы отсчета, похоже, не допускает идею привилегированного настоящего момента.

Путешествие во времени [ править ]

Некоторые теории, в первую очередь специальная и общая теория относительности, предполагают, что подходящая геометрия пространства-времени или определенные типы движения в пространстве могут позволить путешествовать во времени в прошлое и будущее. Концепции, способствующие такому пониманию, включают замкнутую времениподобную кривую .

Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна (и, в более широком смысле, общая теория) предсказывает замедление времени, которое можно интерпретировать как путешествие во времени. Теория утверждает, что по сравнению с неподвижным наблюдателем время, кажется, течет медленнее для более быстро движущихся тел: например, движущиеся часы будут казаться медленными; когда часы приближаются к скорости света, кажется, что их стрелки почти перестают двигаться. Эффекты такого замедления времени далее обсуждаются в популярном « парадоксе близнецов ». Хотя эти результаты можно наблюдать экспериментально, неотъемлемым аспектом теории Эйнштейна является уравнение, применимое к работе спутников GPS и других высокотехнологичных систем, используемых в повседневной жизни.

Второй, похожий тип путешествий во времени разрешен общей теорией относительности . В этом типе удаленный наблюдатель видит время, идущее медленнее для часов на дне глубокого гравитационного колодца , а часы, опущенные в глубокий гравитационный колодец и отведенные назад, будут указывать на то, что прошло меньше времени по сравнению со стационарными часами, которые остались. с дальним наблюдателем.

Многие в научном сообществе считают, что путешествие назад во времени крайне маловероятно, поскольку оно нарушает причинно-следственную связь [4], то есть причинно-следственную логику. Например, что произойдет, если вы попытаетесь вернуться в прошлое и убить себя на более раннем этапе своей жизни (или своего деда, что приводит к парадоксу дедушки )? Стивен Хокинг однажды предположил, что отсутствие туристов из будущего является сильным аргументом против существования путешествий во времени - вариант парадокса Ферми , с путешественниками во времени вместо пришельцев. [4]

Пробел [ править ]

Пространство - одна из немногих фундаментальных величин в физике , а это означает, что его нельзя определить через другие величины, потому что в настоящее время не известно ничего более фундаментального. Таким образом, подобно определению других фундаментальных величин (таких как время и масса ), пространство определяется через измерение . В настоящее время стандартный космический интервал, называемый стандартным метром или просто метром, определяется как расстояние, проходимое светом в вакууме за промежуток времени 1/299792458 секунды (точно).

В классической физике пространство - это трехмерное евклидово пространство, в котором любое положение может быть описано с помощью трех координат и параметризовано по времени. Специальная и общая теория относительности использует четырехмерное пространство - время, а не трехмерное пространство; и в настоящее время существует множество умозрительных теорий, в которых используется более четырех пространственных измерений.

Философия квантовой механики [ править ]

Квантовая механика является важным направлением современной философии физики, особенно в отношении правильной интерпретации квантовой механики. В широком смысле, большая часть философской работы, которая выполняется в квантовой теории, пытается понять смысл суперпозиционных состояний [5]: свойство, состоящее в том, что частицы кажутся не просто в одном определенном положении в один момент времени, а где-то «здесь» и одновременно «там». 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 [ править ]

Эвереттовская или многомировая интерпретация квантовой механики утверждает, что волновая функция квантовой системы сообщает нам утверждения о реальности этой физической системы. Он отрицает коллапс волновой функции и утверждает, что состояния суперпозиции следует интерпретировать буквально как описание реальности многих миров, в которых расположены объекты, а не просто указание на неопределенность этих переменных. Это иногда утверждается , как следствие научного реализма , [6] , который утверждает , что научные теории имеют целью дать нам буквально истинные описания мира.

Одним из вопросов для интерпретации Эверетта является роль, которую в этом отношении играет вероятность. Теория Эверетта полностью детерминирована, в то время как вероятность, по-видимому, 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 взглядами представляет собой огромную пропасть. «Каждая характеристика реальности вновь проявилась в ее реконструкции с помощью нашей теоретической модели; каждая черта, кроме одной: уникальности фактов». [9]

Принцип неопределенности [ править ]

Принцип неопределенности - это математическое соотношение, устанавливающее верхний предел точности одновременного измерения любой пары сопряженных переменных , например положения и количества движения. В формализме обозначений операторов этот предел является вычислением коммутатора 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 года, работая в институте Нильса Бора , Вернер Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности, заложив тем самым основу так называемой копенгагенской интерпретации квантовой механики. Гейзенберг изучал работы Поля Дирака и Паскуаля Жордана.. Он обнаружил проблему с измерением основных переменных в уравнениях. Его анализ показал, что неопределенности или неточности всегда возникают, 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 фундаментальны 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 ), которые верили в детерминизм и видели 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, паттерн ( 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 [ править ]

Аристотелевская физика [ править ]

Аристотелевская физика рассматривала Вселенную как сферу с центром. Материя, состоящая из классических элементов , земли, воды, воздуха и огня, стремилась спуститься вниз к центру вселенной, центру земли или вверх, прочь от него. Вещи в эфире, такие как луна, солнце, планеты или звезды, вращались вокруг центра вселенной. [11] Движение определяется как изменение места, [11] то есть пространства. [12]

Ньютоновская физика [ править ]

Неявные Аксиомы аристотелевской физики относительно движения материи в пространстве были вытеснены в ньютоновской физике на Ньютон первого 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 является трехмерное евклидово пространство , бесконечное и без центра. [14] «Спокойствие» означает пребывание в одном и том же месте в абсолютном пространстве во времени. [15] топология и аффинная структура пространства должны позволить движение в прямой линии с равномерной скоростью; таким образом, и пространство, и время должны иметь определенные стабильные измерения . [16]

Лейбниц [ править ]

Готфрид Вильгельм Лейбниц , 1646–1716, был современником Ньютона. Он внес значительный вклад в статику и динамику, возникающие вокруг него, часто не соглашаясь с Декартом и Ньютоном . Он разработал новую теорию движения ( динамики ), основанную на кинетической энергии и потенциальной энергии , которая постулировала пространство как относительное, тогда как Ньютон был полностью убежден, что пространство было абсолютным. Важным примером зрелого физического мышления Лейбница является его Specimen Dynamicum 1695 года [17].

До открытия субатомных частиц и управляющей ими квантовой механики многие умозрительные идеи Лейбница об аспектах природы, не сводимых к статике и динамике, не имели смысла. Например, он предвосхитил Альберта Эйнштейна , аргументируя против Ньютона, что пространство , время и движение относительны, а не абсолютны: [18] «Что касается моего собственного мнения, то я не раз говорил, что считаю пространство чем-то просто относительным, как время, я считаю его порядком сосуществования, как время - порядком следования ". [19]

Цитаты из работы Эйнштейна о важности философии физики [ править ]

Эйнштейна интересовали философские последствия своей теории.

Альберта Эйнштейна чрезвычайно интересовали философские выводы своей работы. Он написал:

«Я полностью согласен с вами в отношении значения и образовательной ценности методологии, а также истории и философии науки . Многие люди сегодня - и даже профессиональные ученые - кажутся мне теми, кто видел тысячи деревьев, но никогда не видел леса. . Знание исторической и философской основы дает такую ​​независимость от предрассудков его поколения, от которой страдает большинство ученых. Эта независимость, созданная философским пониманием, - на мой взгляд - знак различия между простым ремесленником или специалистом и настоящий искатель истины ". Эйнштейн . письмо Роберту А. Торнтону от 7 декабря 1944 г. EA 61–574.

В другом месте:

«Как же так получается, что должным образом одаренный естествоиспытатель начинает заниматься эпистемологией ? Нет ли более ценных работ по его специальности? Я слышу, как многие мои коллеги говорят, и я чувствую это от многих других, что они думают так же. 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. 'a priori givens' 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 [выявления, разоблачения? - Ред. ...] те обстоятельства, от которых зависит их оправданность и полезность, как они выросли, индивидуально, из данных опыта. Этим путем будет сломлен их слишком большой авторитет ". Эйнштейн , 1916, "Памятная записка Эрнсту Маху ", Physikalische Zeitschrift 17: 101–02.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Модлин, Тим (2012). Философия физики: пространство и время . Издательство Принстонского университета. п. xi. ISBN 978-0691143095. Проверено 3 октября 2017 года . ... существование и природа пространства и времени (или пространства-времени) является центральной темой.
  2. ^ Rovelli, C. (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. ^ a b Болонкин, Александр (2011). Вселенная, человеческая смертность и будущая человеческая оценка . Эльзевир. п. 32. ISBN 978-0-12-415810-8. Отрывок страницы 32
  5. ^ BristolPhilosophy (19 февраля 2013). «Элеонора Нокс (KCL) - Загадочный случай исчезающего пространства-времени» . Проверено 7 апреля 2018 г. - через YouTube.
  6. Дэвид Уоллес, «Эмерджентная мультивселенная», стр. 1–10
  7. Дэвид Уоллес, «Эмерджентная мультивселенная», стр. 113–117
  8. Дэвид Уоллес, «Эмерджентная мультивселенная», стр. 157–189
  9. ^ OMNES, Roland (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. ^ a b 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 они 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. Разжечь издание. «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. ^ a b Тим Модлин (2012-07-22). Философия физики: пространство и время: пространство и время (Принстонские основы современной философии) (стр. 5). Издательство Принстонского университета. Разжечь издание.
  15. ^ Тим Модлин (2012-07-22). Философия физики: пространство и время: пространство и время (Принстонские основы современной философии) (стр. 9–10). Издательство Принстонского университета. Разжечь издание. «Ньютон верил в существование пространственной арены с геометрической структурой E 3. Он верил, что это бесконечное трехмерное пространство существует в каждый момент времени. И он также верил во что-то гораздо более тонкое и противоречивое, а именно, что идентично 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. Разжечь издание. «... 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. ^ Ariew и Гарбер 117, Loemker §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. HG Alexander, ed., The Leibniz-Clarke Correspondence , Manchester: Manchester University Press, стр. 25–26.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Дэвид Альберт , 1994. Квантовая механика и опыт . Harvard Univ. Нажмите.
  • Джон Д. Барроу и Фрэнк Дж. Типлер , 1986. Космологический антропный принцип . Oxford Univ. Нажмите.
  • Бейсбарт, С. и С. Хартманн, ред., 2011. «Вероятности в физике». Oxford Univ. Нажмите.
  • Джон С. Белл , 2004 (1987), « Говоримое и невыразимое в квантовой механике» . Cambridge Univ. Нажмите.
  • Дэвид Бом , 1980. Целостность и подразумеваемый порядок . Рутледж.
  • Ник Бостром , 2002. Антропная предвзятость: эффекты отбора при наблюдении в науке и философии . Рутледж.
  • Томас Броуди, 1993, изд. от Луиса де ла Пенья и Питер Е. Ходжсон Философия За физики Springer ISBN 3-540-55914-0 
  • Харви Браун , 2005. Физическая теория относительности. Пространственно-временная структура с динамической точки зрения . Oxford Univ. Нажмите.
  • Баттерфилд, J., и Джон Эрман , ред., 2007. Философия физики, части A и B . Эльзевир.
  • Крейг Каллендер и Ник Хаггетт, 2001. Физика встречает философию в масштабе Планка . Cambridge Univ. Нажмите.
  • Дэвид Дойч , 1997. Ткань реальности . Лондон: Penguin Press.
  • Бернар д'Эспанья , 1989. Реальность и физик . Cambridge Univ. Нажмите. Пер. из Une incertaine Realite; le monde quantique, connaissance et la durée .
  • --------, 1995. Завуалированная реальность . Эддисон-Уэсли.
  • --------, 2006. По физике и философии . Princeton Univ. Нажмите.
  • Роланд Омнес , 1994. Интерпретация квантовой механики . Princeton Univ. Нажмите.
  • --------, 1999. Квантовая философия . Princeton Univ. Нажмите.
  • Хью Прайс, 1996. Стрела времени и точка Архимеда . Oxford Univ. Нажмите.
  • Лоуренс Скляр, 1992. Философия физики . Westview Press. ISBN 0-8133-0625-6 , ISBN 978-0-8133-0625-4  
  • Виктор Стенгер , 2000. Вневременная реальность . Книги Прометея.
  • Карл Фридрих фон Вайцзеккер , 1980. Единство природы . Фаррар Штраус и Жиру.
  • Вернер Гейзенберг , 1971. Физика и не только: встречи и беседы . Harper & Row ( серия " Мировые перспективы" ), 1971 год.
  • Уильям Берксон , 1974. Поля силы . Рутледж и Кеган Пол, Лондон. ISBN 0-7100-7626-6 
  • Британская энциклопедия, философия физики, Дэвид З. Альберт

Внешние ссылки [ править ]

  • Стэнфордская энциклопедия философии :
    • « Абсолютные и относительные теории пространства и движения » - Ник Хаггетт и Карл Хёфер.
    • « Бытие и становление в современной физике » - Стивен Савитт
    • « Работа Больцмана по статистической физике » - Йос Уффинк
    • « Условность одновременности » - Аллен Янис
    • « Ранние философские интерпретации общей теории относительности » - Томас А. Рикман
    • " Формулировка относительного состояния квантовой механики Эверетта" - Джеффри А. Барретт
    • « Эксперименты в физике » - Аллан Франклин
    • « Холизм и неотделимость в физике » - Ричард Хили.
    • « Межтеоретические отношения в физике » - Роберт Баттерман
    • « Натурализм » - Дэвид Папино
    • « Философия статистической механики » - Лоуренс Скляр.
    • « Физикализм » - Даниэль Сойкал
    • « Квантовая механика » - Дженан Исмаэль
    • « Принцип общей причины Райхенбаха » - Франк Арцениус
    • « Структурный реализм » - Джеймс Лэдман
    • « Структурализм в физике » - Хайнц-Юрген Шмидт
    • « Сверхзадача » -JB Манчак и Брайан Робертс
    • « Симметрия и нарушение симметрии » - Кэтрин Брэдинг и Елена Кастеллани
    • « Термодинамическая асимметрия во времени » - Крейг Каллендер
    • « Время » - Нед Маркосян.
    • « Машины времени » - Джон Эрман, Крис Вютрих и Дж. Б. Манчак.
    • « Принцип неопределенности » - Ян Хилгеворд и Джос Уффинк.
    • « Единство науки » - Джорди Кэт