Philosophie der Physik - Philosophy of physics

Teil einer Serie über
Philosophie
Plato Kant Nietzsche Buddha Confucius AverroesVon links nach rechts: Platon, Kant, Nietzsche, Buddha, Konfuzius, Averroes
Über dieses Bild
Geäst
Perioden
Traditionen

Traditionen nach Region

Literatur
Philosophen
Listen
Sokrates.png Philosophieportal

In Philosophie , Philosophie der Physik beschäftigt sich mit konzeptionellen und interpretatorische Fragen in der modernen Physik , von denen viele mit der Forschung durch bestimmte Arten von theoretischen Physikern durchgeführt überlappen. Die Philosophie der Physik lässt sich grob in drei Bereiche einteilen:

  • Interpretationen der Quantenmechanik : hauptsächlich zu Fragen der Formulierung einer angemessenen Antwort auf das Messproblem und des Verständnisses, was die Theorie über die Realität sagt
  • die Natur von Raum und Zeit : Sind Raum und Zeit Substanzen oder rein relational? Ist Gleichzeitigkeit konventionell oder nur relativ? Ist die zeitliche Asymmetrie rein auf thermodynamische Asymmetrie reduzierbar?
  • intertheoretische Beziehungen: die Beziehung zwischen verschiedenen physikalischen Theorien, wie Thermodynamik und statistischer Mechanik . Dies überschneidet sich mit der Frage der wissenschaftlichen Reduktion.

Philosophie von Raum und Zeit

Hauptartikel: Philosophie von Raum und Zeit

Die Existenz und Beschaffenheit von Raum und Zeit (oder Raumzeit) sind zentrale Themen in der Philosophie der Physik.

Zeit

Hauptartikel: Zeit in der Physik
Zeit wird in vielen Philosophien als Veränderung angesehen.

Zeit wird oft als fundamentale Größe angesehen (d. h. als eine Größe, die nicht durch andere Größen definiert werden kann), weil Zeit wie ein fundamental grundlegender Begriff erscheint, so dass man sie nicht in Bezug auf etwas einfacheres definieren kann. Bestimmte Theorien wie die Schleifenquantengravitation behaupten jedoch, dass die Raumzeit emergent ist. Wie Carlo Rovelli, einer der Begründer der Schleifenquantengravitation, sagte: "Keine Felder mehr auf der Raumzeit: nur Felder auf Feldern". Die Zeit wird durch Messung definiert – durch ihr Standardzeitintervall. Derzeit ist das Standardzeitintervall ( „konventioneller genannten zweite ist“, oder einfach „zweite“) als 9192631770 definierte Schwingungen eines Hyperfein- Übergangs im 133 Cäsiumatom . ( ISO 31-1 ). Was Zeit ist und wie sie funktioniert, ergibt sich aus der obigen Definition. Die Zeit kann dann mathematisch mit den fundamentalen Größen von Raum und Masse kombiniert werden , um Konzepte wie Geschwindigkeit , Impuls , Energie und Felder zu definieren .

Sowohl Newton und Galileo als auch die meisten Menschen bis zum 20. Jahrhundert dachten, dass die Zeit für alle überall gleich sei. Die moderne Vorstellung von Zeit basiert auf Einstein ‚s Relativitätstheorie und Minkowski ‘ s Raum - Zeit , in der Raten der Zeit in verschiedenen Inertialsystemen anders laufen, und Raum und Zeit werden in fusionierte Raum - Zeit . Die Zeit kann quantisiert werden, wobei die theoretisch kleinste Zeit in der Größenordnung der Planck-Zeit liegt . Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sowie die Rotverschiebung des Lichts von zurückweichenden fernen Galaxien deuten darauf hin, dass das gesamte Universum und möglicherweise die Raumzeit selbst vor etwa 13,8 Milliarden Jahren im Urknall begann . Einsteins spezielle Relativitätstheorie machte meist (wenn auch nicht universell) Zeittheorien, in denen die Gegenwart etwas metaphysisch Besonderes hat, viel weniger plausibel, da die Bezugssystemabhängigkeit der Zeit die Vorstellung eines privilegierten gegenwärtigen Moments nicht zuzulassen scheint.

Zeitreise

Hauptartikel: Zeitreisen

Einige Theorien, insbesondere die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie, legen nahe, dass geeignete Geometrien der Raumzeit oder bestimmte Bewegungsarten im Raum Zeitreisen in die Vergangenheit und Zukunft ermöglichen können. Konzepte, die ein solches Verständnis unterstützen, umfassen die geschlossene zeitähnliche Kurve .

Albert Einsteins spezielle Relativitätstheorie (und damit auch die allgemeine Theorie) sagt eine Zeitdilatation voraus , die als Zeitreise interpretiert werden könnte. Die Theorie besagt, dass die Zeit relativ zu einem stationären Beobachter für sich schneller bewegende Körper langsamer zu vergehen scheint: Zum Beispiel scheint eine sich bewegende Uhr langsam zu laufen; Wenn sich eine Uhr der Lichtgeschwindigkeit nähert, scheinen ihre Zeiger fast stehen zu bleiben. Die Auswirkungen dieser Art von Zeitdilatation werden im populären „ Zwillingsparadoxon “ weiter diskutiert . Obwohl diese Ergebnisse experimentell beobachtbar sind, ist ein wesentlicher Aspekt von Einsteins Theorie eine Gleichung, die auf den Betrieb von GPS-Satelliten und anderen im täglichen Leben verwendeten High-Tech-Systemen anwendbar ist.

Eine zweite, ähnliche Art von Zeitreisen erlaubt die Allgemeine Relativitätstheorie . Bei dieser Art sieht ein entfernter Beobachter, dass die Zeit für eine Uhr am Boden eines tiefen Gravitationsbrunnens langsamer vergeht , und eine Uhr, die in einen tiefen Gravitationsbrunnen abgesenkt und wieder nach oben gezogen wird, zeigt an, dass weniger Zeit vergangen ist als eine stationäre Uhr, die geblieben ist mit dem entfernten Beobachter.

Viele in der wissenschaftlichen Gemeinschaft glauben, dass Zeitreisen in die Vergangenheit höchst unwahrscheinlich sind, weil sie die Kausalität, dh die Logik von Ursache und Wirkung, verletzen . Was passiert zum Beispiel, wenn Sie versuchen, in der Zeit zurückzugehen und sich zu einem früheren Zeitpunkt in Ihrem Leben (oder Ihren Großvater, was zum Großvater-Paradoxon führt ) umzubringen ? Stephen Hawking schlug einmal vor, dass die Abwesenheit von Touristen aus der Zukunft ein starkes Argument gegen die Existenz von Zeitreisen darstellt – eine Variante des Fermi-Paradoxons mit Zeitreisenden anstelle von außerirdischen Besuchern.

Platz

Hauptartikel: Weltraum

Der Raum ist eine der wenigen fundamentalen Größen in der Physik , das heißt, er kann nicht über andere Größen definiert werden, da derzeit nichts Fundamentaleres bekannt ist. Somit wird, ähnlich wie bei der Definition anderer fundamentaler Größen (wie Zeit und Masse ), der Raum über die Messung definiert . Gegenwärtig ist das Standardabstandsintervall, Standardmeter oder einfach Meter genannt, als die Entfernung definiert, die Licht in einem Vakuum während eines Zeitintervalls von 1/299792458 Sekunden (genau) zurücklegt.

In der klassischen Physik ist der Raum ein dreidimensionaler euklidischer Raum, in dem jede Position mit drei Koordinaten beschrieben und durch die Zeit parametrisiert werden kann. Spezielle und allgemeine Relativitätstheorie verwenden vierdimensionale Raumzeit anstelle des dreidimensionalen Raums; und derzeit gibt es viele spekulative Theorien, die mehr als vier räumliche Dimensionen verwenden.

Philosophie der Quantenmechanik

Hauptartikel: Interpretation der Quantenmechanik

Die Quantenmechanik ist ein großer Schwerpunkt der zeitgenössischen Physikphilosophie, insbesondere hinsichtlich der richtigen Interpretation der Quantenmechanik. Ganz allgemein versucht ein Großteil der philosophischen Arbeit, die in der Quantentheorie geleistet wird, Superpositionszuständen einen Sinn zu geben: die Eigenschaft, dass Teilchen nicht nur an einer bestimmten Position zu einem Zeitpunkt zu sein scheinen, sondern sich irgendwo 'hier' befinden, und auch ' da' gleichzeitig. Eine solch radikale Sichtweise stellt viele metaphysische Ideen des gesunden Menschenverstands auf den Kopf. Ein Großteil der zeitgenössischen Philosophie der Quantenmechanik zielt darauf ab, das zu verstehen, was uns der empirisch sehr erfolgreiche Formalismus der Quantenmechanik über die physikalische Welt sagt.

Die Everett-Interpretation

Hauptartikel: Viele-Welten-Interpretation

Die Everett- oder Viele-Welten-Interpretation der Quantenmechanik behauptet, dass die Wellenfunktion eines Quantensystems uns Aussagen über die Realität dieses physikalischen Systems sagt. Es bestreitet den Kollaps der Wellenfunktion und behauptet, dass Superpositionszustände wörtlich so interpretiert werden sollten, dass sie die Realität vieler Welten beschreiben, in denen sich Objekte befinden, und nicht einfach die Unbestimmtheit dieser Variablen anzeigen. Dies wird manchmal als Folge des wissenschaftlichen Realismus argumentiert , der besagt, dass wissenschaftliche Theorien darauf abzielen, uns buchstäblich wahre Beschreibungen der Welt zu geben.

Ein Problem für die Everett-Interpretation ist die Rolle, die die Wahrscheinlichkeit in diesem Zusammenhang spielt. Die Everettische Rechnung ist vollständig deterministisch, während die Wahrscheinlichkeit in der Quantenmechanik eine unausschließliche Rolle zu spielen scheint. Zeitgenössische Everettianer haben argumentiert, dass man durch bestimmte entscheidungstheoretische Beweise eine Wahrscheinlichkeitsrechnung erhalten kann, die der Born Rule folgt.

Der Physiker Roland Omnés stellte fest, dass es unmöglich ist, experimentell zwischen Everetts Ansicht zu unterscheiden, die besagt, dass die Wellenfunktion in verschiedene Welten dekoheriert, von denen jede gleichermaßen existiert, und der traditionelleren Ansicht, die besagt, dass eine dekohärente Wellenfunktion nur eine übrig lässt einzigartiges echtes Ergebnis. Daher stellt der Streit zwischen den beiden Ansichten eine große "Kluft" dar. "Jedes Merkmal der Realität ist in seiner Rekonstruktion durch unser theoretisches Modell wieder aufgetaucht; jedes Merkmal bis auf eine: die Einzigartigkeit der Tatsachen."

Unschärferelation

Hauptartikel: Unsicherheitsprinzip

Das Unsicherheitsprinzip ist eine mathematische Beziehung, die eine Obergrenze für die Genauigkeit der gleichzeitigen Messung eines beliebigen Paares konjugierter Variablen , zB Position und Impuls, festlegt. Im Formalismus der Operatornotation ist diese Grenze die Auswertung des Kommutators der entsprechenden Operatoren der Variablen.

Die Unschärferelation entstand als Antwort auf die Frage: Wie misst man die Lage eines Elektrons um einen Kern, wenn ein Elektron eine Welle ist? Als die Quantenmechanik entwickelt wurde, wurde sie als eine Beziehung zwischen der klassischen und der Quantenbeschreibung eines Systems unter Verwendung der Wellenmechanik gesehen.

Im März 1927 formulierte Werner Heisenberg im Institut von Niels Bohr das Prinzip der Unbestimmtheit und legte damit den Grundstein für die so genannte Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik. Heisenberg hatte die Papiere von Paul Dirac und Pascual Jordan studiert . Er entdeckte ein Problem bei der Messung grundlegender Variablen in den Gleichungen. Seine Analyse zeigte, dass Unsicherheiten oder Ungenauigkeiten immer dann auftraten, wenn man versuchte, gleichzeitig den Ort und den Impuls eines Teilchens zu messen. Heisenberg kam zu dem Schluss, dass diese Unsicherheiten oder Ungenauigkeiten in den Messungen nicht die Schuld des Experimentators waren, sondern fundamentaler Natur und inhärente mathematische Eigenschaften von Operatoren in der Quantenmechanik sind, die sich aus Definitionen dieser Operatoren ergeben.

Der Begriff Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik wurde von Kritikern (wie Einstein und dem Physiker Alfred Landé ), die an den Determinismus glaubten und die Gemeinsamkeiten der Bohr-Heisenberg-Theorien als Bedrohung sahen, oft synonym mit Heisenbergs Unschärferelation verwendet . In der Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik wurde das Unschärfeprinzip so verstanden, dass das physikalische Universum auf elementarer Ebene nicht in deterministischer Form existiert, sondern eher als eine Ansammlung von Wahrscheinlichkeiten oder möglichen Ergebnissen. Zum Beispiel kann das Muster ( Wahrscheinlichkeitsverteilung ), das von Millionen von Photonen erzeugt wird, die einen Beugungsspalt passieren, mit Hilfe der Quantenmechanik berechnet werden, aber der genaue Weg jedes Photons kann durch keine bekannte Methode vorhergesagt werden. Die Kopenhagener Interpretation besagt, dass sie mit keiner Methode vorhergesagt werden kann, auch nicht mit theoretisch unendlich genauen Messungen.

Geschichte der Philosophie der Physik

Aristotelische Physik

Die aristotelische Physik betrachtete das Universum als eine Kugel mit einem Zentrum. Materie, bestehend aus den klassischen Elementen Erde, Wasser, Luft und Feuer, suchte nach unten zum Mittelpunkt des Universums, zum Mittelpunkt der Erde, oder nach oben, weg von ihm. Dinge im Äther wie Mond, Sonne, Planeten oder Sterne umkreisten das Zentrum des Universums. Bewegung ist definiert als Veränderung des Ortes, dh des Raumes.

Newtonsche Physik

Die impliziten Axiome der aristotelischen Physik in Bezug auf die Bewegung der Materie im Raum wurden in der Newtonschen Physik durch Newtons Erstes Bewegungsgesetz ersetzt .

Jeder Körper verharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung in gerader Linie, es sei denn, er wird durch eingeprägte Kräfte gezwungen, seinen Zustand zu ändern.

"Jeder Körper" enthält den Mond und einen Apfel; und umfasst alle Arten von Materie, Luft ebenso wie Wasser, Steine ​​oder sogar eine Flamme. Nichts hat eine natürliche oder inhärente Bewegung. Absoluter Raum ist ein dreidimensionaler euklidischer Raum , unendlich und ohne Zentrum. "In Ruhe" zu sein bedeutet, im absoluten Raum über die Zeit am selben Ort zu sein. Die Topologie und die affine Struktur des Raumes müssen eine geradlinige Bewegung mit gleichförmiger Geschwindigkeit zulassen ; daher müssen sowohl Raum als auch Zeit bestimmte, stabile Dimensionen haben .

Leibniz

Gottfried Wilhelm Leibniz , 1646 – 1716, war ein Zeitgenosse Newtons. Er trug einen beträchtlichen Teil zur Statik und Dynamik bei, die um ihn herum entstanden, und widersprach oft Descartes und Newton . Er entwickelte eine neue Bewegungstheorie ( Dynamik ) basierend auf kinetischer Energie und potentieller Energie , die den Raum als relativ postulierte, während Newton durch und durch davon überzeugt war, dass der Raum absolut sei. Ein wichtiges Beispiel für Leibniz' ausgereiftes physikalisches Denken ist sein Specimen Dynamicum von 1695.

Bis zur Entdeckung der subatomaren Teilchen und der sie beherrschenden Quantenmechanik ergaben viele spekulative Vorstellungen von Leibniz über Aspekte der Natur, die nicht auf Statik und Dynamik reduzierbar waren, wenig Sinn.

Er nahm Albert Einstein vorweg, indem er gegen Newton argumentierte, dass Raum , Zeit und Bewegung relativ, nicht absolut seien: "Was meine eigene Meinung betrifft, habe ich mehr als einmal gesagt, dass ich den Raum für etwas rein Relatives halte, wie es die Zeit ist. dass ich es für eine Ordnung des Zusammenlebens halte, wie die Zeit eine Ordnung von Abfolgen ist."

Zitate aus Einsteins Arbeit über die Bedeutung der Philosophie der Physik

Einstein interessierte sich für die philosophischen Implikationen seiner Theorie.

Albert Einstein war äußerst interessiert an den philosophischen Schlussfolgerungen seiner Arbeit. Er schreibt:

„Ich stimme Ihnen in Bezug auf die Bedeutung und den pädagogischen Wert der Methodik sowie der Geschichte und Philosophie der Wissenschaft voll und ganz zu . So viele Menschen heute – und sogar professionelle Wissenschaftler – erscheinen mir wie jemand, der Tausende von Bäumen gesehen hat, aber noch nie einen Wald gesehen hat Die Kenntnis des geschichtlichen und philosophischen Hintergrunds verleiht die Unabhängigkeit von den Vorurteilen seiner Generation, an der die meisten Wissenschaftler leiden.Diese durch philosophische Einsicht geschaffene Unabhängigkeit ist meiner Meinung nach das Unterscheidungsmerkmal zwischen einem bloßen Handwerker oder Spezialisten und einem wahrer Wahrheitssucher." Einstein . Brief an Robert A. Thornton, 7. Dezember 1944. EA 61–574.

Anderswo:

„Wie kommt es, dass sich ein richtig begabter Naturwissenschaftler mit Erkenntnistheorie beschäftigt ? Gibt es keine wertvollere Arbeit in seinem Fachgebiet? Ich höre viele meiner Kollegen sagen und ich spüre es von vielen mehr, dass sie so denken. Ich kann dieses Gefühl nicht teilen ... Begriffe, die sich in der Ordnung der Dinge bewährt haben, erlangen leicht eine solche Autorität über uns, dass wir ihre irdischen Ursprünge vergessen und als unveränderliche Gegebenheit akzeptieren. 'a priori gegeben' usw."

„Der Weg des wissenschaftlichen Fortschritts wird durch solche Irrtümer oft für lange Zeit unpassierbar gemacht. Deshalb ist es keineswegs ein müßiges Spiel, wenn wir uns darin geübt haben, die längst gebräuchlichen Begriffe zu analysieren und auszustellen [enthüllen, entlarven? .] die Umstände, von denen ihre Berechtigung und Nützlichkeit abhängen, wie sie individuell aus den gegebenen Erfahrungen aufgewachsen sind. Dadurch wird ihre allzu große Autorität gebrochen." Einstein , 1916, „ Gedenknotiz für Ernst Mach “, Physikalische Zeitschrift 17: 101–02.

Siehe auch: Ilse Rosenthal-Schneider

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links