Исследовательская программа: Теория и эксперимент

[phenik]

Тапкой подход научно-исследовательских программ годится скорее для нормальной науки, физики, внутри текущей парадигмы, и больше для прикладной, а не фундаментальной. Переход между парадигмами практически непредсказуемый. В одной из дискуссий написал комент на эту тему в связи с критикой критерия Поппера. Хотя возможно уже давал эту ссылку.

[rudnyi]

Нет, этот ответ я не видел, спасибо. Я согласен, что критерий Поппера невозможно использовать. Его распространенность среди широких масс можно объяснить только простотой и наглядностью исходной идеи, в результате чего в которую можно легко поверить.

В то же время я считаю, что измерения физических величин представляют собой определенный инвариант, который сохранялся и сохранится при смене последующих парадигм. С этой точки зрения вполне можно говорить о кумулятивном росте научного знания.

Приведу пример таблиц термодинамических свойств веществ - они растут и смена последующих парадигм должна оставить численные значения термодинамических свойств в пределах погрешности без изменения.

С этой точки зрения уровень экспериментальной физики также является инвариантом. Может поменяться смысл проводимых экспериментов, но сам эксперимент и получаемые численные знания останутся. У меня приведены такие примеры при смене парадигм.

[phenik]

Может поменяться смысл проводимых экспериментов, но сам эксперимент и получаемые численные знания останутся. У меня приведены такие примеры при смене парадигм.

А не получается, что смена парадигмы предшествует проведению эксперимента, который должен сменить ее? На примере теории горения. Был введен концепт флогистона, который успешно описывал наблюдаемые явления в химии в которых масса тел уменьшалась из-за выделения флогистона. Лавуазье исходил из этой теории, но произвел точный подсчет баланса масс до и после горения, и неожиданно установил, что масса продуктов горения увеличивается. Это напрямую противоречило теории флогистона, ее формализму. Он объяснил это реакцией с кислородом из атмосферы. Тут смысл не поменялся, тут возник новый концепт, который пришел на смену старому, и вместе с ним поменял парадигму в этой области. Причем двойной смене парадигм, как смену концепций, теорий, так и смену самой методологии познания, от схоластического (чисто метафизического поскольку чистый флогистон, как тонкую субстанцию, никто так и не обнаружил) подхода, к эмпирическому в области химии. Поэтому теория флогистон не является частным, предельным случаем новой теории горения. Как, например, в случае классической механики, формализм которой является предельным случаем релятивисткой теории и КМ, поскольку они все эмпирические. Это следствие введенного Бором методологического принципа соответствия, который в свою очередь следствие теории познания Канта, которой он руководствовался вводя этот принцип и принцип дополнительности для обоснования КМ. Т. Кун в своей теории смены научных парадигм фактически обобщил этот принцип поскольку он связывает предельными отношениями только формализмы теорий, а не их концепции.

[rudnyi]

Я не говорил, что теория флогистона является предельным случаем новой теории горения. Я также не возражаю против возникновения нового концепта, хотя для меня изменения смысла связано с изменением концептов (понятий).

В данном контексте важно только то, что эксперименты по горению остались без особого изменения. Главным изменением было введение измерение массы реагентов и продуктов, то есть, введение количественных показателей.

Отмечу, что теория флогистона была связана с проведением экспериментов по горению и она помогла систематизации этих экспериментов. Определенная связь с метафизикой была в выборе объяснения, но это объяснение соответствовало проведению химических опытов.

Как пишут, теория флогистона была успешным мостиком от алхимии к химии. В этом смысле это нельзя назвать схоластикой, поскольку это было связано с конкретными лабораторными работами, которые в отличие от алхимии были сконцентрированы на собственно химических процессах. Здесь нельзя забывать про эмпирические исследования, которые ушли от алхимических опытов.

Лавуазье поменял парадигму в том смысле, что он ввел понятие химических элементов и сказал, что все вещества состоят из элементов и требуется поиск этих элементов. Но при этом Лавуазье оставил тонкую субстанцию тепло и свет. Однако это нельзя ставить это ему в вину, поскольку это также соответствовало эмпирическим исследованиям.

Введение флюидов для электричества и магнетизма было распространенным объяснением в 18-м веке. Есть эмпирические явления и требовалось сказать, что за них что-то отвечает. В этом смысле тонкие субстанции являются частью взгляда на мир в 18-м веке.

Про механику для удобства отвечу в отдельном комментарии.

[phenik]

Я также не возражаю против возникновения нового концепта, хотя для меня изменения смысла связано с изменением концептов (понятий).

Был концепт флогистона, как отдельной горючей субстанции, которую никто не обнаружил. Появился концепт кислорода, как газа, который был обнаружен опытным путем. Противоположные смыслы. Если считать это только его изменением, то боюсь копаясь в корнях происхождения концептов придем к слову, и оно было знаете кого) Эволюция концептов имеет место быть, как и видов в биологии, но не стоит ее абсолютизировать, появляются и новшества, которые не сводятся к предыдущим концептам, т.к. они имеют опытное происхождение, а реальность богата и непредсказуема на случаи, так возникают новые научные парадигмы, как и новые классы видов в биологии.

В данном контексте важно только то, что эксперименты по горению остались без особого изменения. Главным изменением было введение измерение массы реагентов и продуктов, то есть, введение количественных показателей.

Ключевым изменением было повышение точности измерений, это обычный прием а развитии экспериментальной науки часто приводящий к успеху, количество веществ в реакциях мерили и алхимики.

Отмечу, что теория флогистона была связана с проведением экспериментов по горению и она помогла систематизации этих экспериментов. Определенная связь с метафизикой была в выборе объяснения, но это объяснение соответствовало проведению химических опытов.

Никто не отрицает важность алхимического этапа развития химии. Кант ввел для такой метафизики понятие регулятивных идей разума (также имеют отношение идеи чистого разума), см. разбор на примере концепции эфира. Подходит для всех флюидов с учетом их специфики. Это этап перехода от концепций божественного происхождения к научным, устанавливаемых опытным путем и их обобщения, но в силу их эмпирической неопределенности носящих метафизический характер. Это имеет прямое отношение, например, к определению концепций пространства и времени в классической механике. Но эта метафизика не та что возникла в античности, это метафизика отталкивающаяся именно от опыта, а не только от ощущений и наблюдений (описываемых интуитивной (наивной) физикой, психологией, и др. интуитивными науками, еще глубже различными эволюционными реализациями происхождения априорных форм и категорий познания по Канту типа теорий когнитивного ядра, общих магнитуд, как авторских концепций разного уровня проработки, и их обобщения в теории предиктивного кодирования, как новой парадигмы в когнитивных исследованиях).

[rudnyi]

Нельзя забывать, что в эпоху теории флогистона отсутствовал метод анализа газов. Были газы, горело пламя, при горении что-то выделялось. Однако сказать, что было чем было достаточно затруднительно, поскольку привычные для нас методы химического анализа отсутствовали. Все находилось в становлении. Сказать, что флогистон был не обнаружен, в те времена было нельзя. Это можно сказать с точки зрения современной химии.

Кстати, первым выделил чистый кислород Пристли - сторонник теории флогистона до самой смерти. При разработке кислородной теории горения Лавуазье отталкивался от этих экспериментов Пристли.

[rudnyi]

Классическую механику можно рассматривать как предельный случай специальной теории относительности, здесь все достаточно прозрачно. В то же время переход от квантовой механики к классической остается под вопросом. Статья Вики слишком оптимистична в этом отношении. По ходу времени были разные качественные соображения на этот счет, но это все так и осталось на качественном уровне.

Перевести все это на язык математических преобразований не удалось, в этом весь смысл обсуждений интерпретаций квантовой механики в настоящее время. Одно время на эту роль претендовала представление о когеренции, но там также появляется набор вариантов, и в итоге все нередко заканчивается многомировой интерпретаций. Зурек говорит о квантовом дарвинизме, предлагаются другие решения, но согласия в этом вопросе среди физиков отсутствует.

Мне как-то недавно попала на глаза статья с продолжением обсуждения друга Вигнера

Daniela Frauchiger, Renato Renner. Quantum theory cannot consistently describe the use of itself. Nature communications 9, no. 1 (2018): 3711.

Я с удивлением увидел, что эта тема сейчас пользуется популярностью - у статьи более 700 цитирований.

[phenik]

В то же время переход от квантовой механики к классической остается под вопросом. Статья Вики слишком оптимистична в этом отношении. По ходу времени были разные качественные соображения на этот счет, но это все так и осталось на качественном уровне.

В формальном отношении нет, переход для каждого конкретного случая находится - 1, 2. Обычно возникает вопрос, как перейти к классике исходя сразу из уравнения Шредингера? Во второй ссылке приводится ответ через матричное представление Гейзенберга. Стоит помнить, что принципы соответствия и дополнительности работают в квантовой области согласованно. Более того, есть работы в которых КМ выводится из классической с использованием нильпотентности)

Недоразумения возникают обычно из-за смешения концептуальных и формальных моделей теорий. Принцип соответствия действует только для формальных, концептуальных не всегда. Так в классической механике нет аналога принципа суперпозиции в КМ. Эти отношения хорошо разобрано в этой статье. Есть попытки формализовать этот принцип - 1, 2. Значение этих принципов отрицают обычно авторы теорий которые с трудом соответствуют критериям научных, т.е. требующих эмпирических оснований и обоснования их выводов типа ТС. Вообще теорий имеющих чисто спекулятивное происхождение из-за того, что якобы эти принципы ограничивают полет фантазии их авторов) могу привести примеры таких публикаций.

Перевести все это на язык математических преобразований не удалось, в этом весь смысл обсуждений интерпретаций квантовой механики в настоящее время.

Тут вы как раз в плену концептуальных различий этих теорий, а не формальной сводимости в пределе. Это следствие отсутствие аналога принципа суперпозиции в классике. Другими словами формализм сводится, но соответствующих квантовым решений в классики нет. То же самое в релятивистской области, формализмы СТО и ОТО в пределе сводятся к классическому, но аналогов концепций пространственно-временных континуумов в классике нет, в ней пространство и время независимые концепции. Принцип дополнительности описаний понабился, что связать эти разные описания в одно, требуемое для описания полученных эмпирических данных, в корпускулярно-волновой дуализм в КМ, пространственно-временной континуум со своей спецификой в СТО и ОТО, корпускулярно-полевое представление или дуализм в КТП.

Смысл обсуждения интерпретаций в моем понимании другой. Математическое описание неоднозначно. Для одной и той же физической концепции возникшей из ограниченного эмпирического материала можно предложить разные формальные описания, теоретически их число не ограничено, которые эквивалентны друг другу. Это технический момент связанный с тем, что для решения одних задач удобно использование одного формального аппарата теории, для других другого. Это было известно еще со времен классической механики, теперь то же самое для квантовой. Однако их авторы дополняют эти формализмы явными или неявными собственными концепциями, которые позиционируются как равноценные эмпирической модели теории, а ей является матричная механика Гейзенберга, хотя и не эффективна для решения некоторых типов задач. Она описывает весь доступный эмпирический материал КМ.

Что, например, предлагает ММИ? Добавить дополнительный концепт универсальной ВФ Вселенной. Однако он не требуется для описания существующего материала, это искусственное добавление. И оно тянет вопрос об онтологии такой структуры. По сути это отдельная теория, и Эверрет понимал это и так позиционировал свое детище. Согласен с мнением К. Ровелли, что ВФ не обладает онтологическим статусом. Это вероятно отголосок математического планонизма к которому склонны специалисты с математическим образованием, а они сейчас в физиках-теоретиках. Аналогичные претензии можно предъявить другим интерпретациям, что делает их самостоятельными теориями, которые требуют специфического эмпирического подтверждения. Это борьба личных взглядов авторов этих гипотетических теорий начало которой положил диалог Бора и Эйнштейна) Однако КМ частный случай КТП и это требует их согласования с требованиями КТП. Насколько могу судить особенно эти вопросы не прорабатываются. Время покажет чем эта возня закончится, но позицию и зп авторов она видимо оправдывает)

Одно время на эту роль претендовала представление о когеренции, но там также появляется набор вариантов, и в итоге все нередко заканчивается многомировой интерпретаций. Зурек говорит о квантовом дарвинизме, предлагаются другие решения, но согласия в этом вопросе среди физиков отсутствует.

Происходит запутывание и когерентность растекается по многим скрытым степеням свободы среды, которой в классике можно пренебречь. Квантовые статистики Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна в классическом пределе переходят в статистику Максвелла — Больцмана с непрерывным спектром значений энергии. Более точное понимание может потребовать перехода к новой фундаментальной теории в которой раскроется природа кв. когерентности.

[rudnyi]

В данной ситуации полезно вспомнить исходную причину появления квантовой механики - это необходимость квантования энергии. Это неявно следовало из расхождения экспериментальных теплоемкостей с предсказанными с использованием теоремы о равновероятном распределении энергии по степеням свободы, и в явном виде из-за появления спектроскопии.

Поэтому мне остаются непонятными разговоры о формальном переходе от квантовой классической механике. В классической механике нет квантования энергии и таким образом при переходе к ней теряется возможность объяснения спектроскопии и теплоемкостей. Использование принципа дополнительности в этом отношении, по-моему, ничего не дает.

В то же время все интерпретации квантовой механики связаны с одним и тем же математическим формализмом квантовой механики. Математика не меняется, поскольку все интерпретации неразличимы на уровне экспериментальных исследований. Суть интерпретаций в переходе к метафизике, к введению дополнительных представлений о мире, которые, однако, невозможно проверить экспериментально.