Ранее: Глава 5. Критика термодинамики информации
В это части книги обсуждение математики, физики и мира было проведено на уровне анализа работы физиков. Было показано, что без использования математических очков обсуждение классической термодинамики и статистической механики невозможно, но при этом использование математических очков не мешает связи теории с экспериментами и измерениями. Были приведены примеры экстраполяционизма как основы развивающихся исследовательских программ, а также примеры радикального экстраполяционизма, когда обсуждение записанных уравнений переходило на ‘в принципе’ и тем самым полностью отрывалось от экспериментальной физики.
В заключительной главе я остановлюсь на рассмотрении объективности в физике. Термин объективность имеет много значений и в ряде из них обсуждение переходит в разряд вечных философских вопросов. Например, рассмотрим философскую позицию физикализма, приведу перевод из Философской энциклопедии Стэнфордского университета:
‘Общая идея заключается в том, что природа реального мира (то есть Вселенной и всего, что в ней находится) соответствует определенному условию — условию быть физическим. Конечно, физикалисты не отрицают, что в мире может быть много элементов, которые на первый взгляд не кажутся физическими — элементы биологической, психологической, моральной, социальной или математической природы. Но, тем не менее, они настаивают на том, что в конечном счете такие элементы являются физическими или, по крайней мере, имеют важное отношение к физическому.’
В статье признается, что речь идет о философской позиции, но само название подчеркивает, что в рассмотрении философов физика играет важную роль. В то же время считается, что возможно рассмотрение физического без использования математики, поскольку математическое предполагается каким-то образом быть физическим. С этой точки зрения полезно сравнить позицию физикализма с цитатами Ландаэура в конце предыдущей главы.
Надо вставить ‘научный реализм’ и ‘научный антиреализм’
Краткий план главы, но вначале ее надо написать.
- Физическое без математики
- Объективность как беспристрастность
- Реальность сама по себе и математические очки
- Математика и мир
- Законы физики и мир
Физическое без математики
В буквальном смысле слова описание физикализма предполагает, что можно отделить физическое от математического и тем самым можно сделать содержательные утверждения о физическом без использования математических очков. С моей точки зрения в этом случае нельзя ничего сказать об энтропии, кроме распространненой метафоры, что энтропия это беспорядок. Однако, такое утверждение останется пустым, поскольку совершенно непонятно, что такое порядок и беспорядок на уровне того физического, о котором говорит физикализм.
Можно пойти по пути, предложенному Робертсон и сказать, что энтропия объективна, но не фундаментальна, и попробовать сделать содержательное утверждение об атоме в отрыве от соответствующей математики. Получится еще хуже, поскольку развитие физики доказало, что модель атома как бильярдного шарика ушла в прошлое и наглядные визуальные образы классической статистической механики в настоящее время невозможно использовать в буквальном смысле слова. Тем или иным образом при обсуждении фундаментальных процессов на уровне атома необходимо использовать волновую функцию, но сказать что-то содержательное о волновой функции без соответствующей математики с моей точки зрения невозможно.
Приведу пример, когда обсуждение физики без понимания роли математики, измерений и экспериментов приводит к странным аналогиям. В статье ‘Гендер в химии: Идеальный газ‘ обещалось альтернативное рассмотрение идеального газа, поскольку понятие идеального газа у автора статьи вызвало неприятные ассоциации:
‘Примером будет модель идеального газа, краеугольный камень в химической термодинамике. Я утверждаю, что эта модель построена на фундаментальных философских предпосылках (платоновский идеализм, иерархия состояний материи, атомизм / индивидуализм и пренебрежение взаимосвязями между частями и их воплощением), которые были проблематизированы феминистскими исследованиями. Те же паттерн виден при рассмотрении идеальных и реальных растворов в химической термодинамике. Я утверждаю, что можно представить себе теорию, которая использует другие философские идеи и которая, следовательно, была бы более совместима с феминистскими ценностями.’
Но конкретной альтернативы не оказалось, ниже цитаты из заключения статьи, а вторая часть статьи с точки зрения физики как таковой по содержанию оказалось пустой.
‘Разработка феминистской химии или феминистской химической термодинамики в деталях была бы научным проектом, который выходит за рамки рассмотрения, но мой анализ дает некоторое представление о философских принципах, которые могла бы использовать эта теория. Такая теория рассматривала бы взаимодействие и воплощение как основные характеристики всех форм материи. Поскольку они фактически характеризуют все известные вещества, было бы невозможно обесценить какую-либо конкретную форму материи на основании ее несоответствия идеальному типу. Другими словами, нельзя постулировать какую-либо иерархию.’
Объективность как беспристрастность
Одно из значений объективности включает в себя общезначимость, беспристрастность и честность. Предполагается, что можно исключить из рассмотрения личные интересы, и таким образом достичь согласия. На этом уровне проблемы с математическими очками не возникает, поскольку на этом уровне математика без всякого сомнения остается объективной. Наоборот, математические очки необходимы для введения в рассмотрение измерений, которые исключают субъективность наблюдений отдельных людей. Пьер Дюгем говорил об этом таким образом:
‘Таким образом, если теоретическое истолкование лишает результаты физического эксперимента непосредственной достоверности, которой обладают данные обыкновенного наблюдения, то зато именно оно дает возможность научному эксперименту гораздо глубже проникнуть в детальный анализ явлений, чем обыкновенный здравый смысл, и дать им описание гораздо более точное, чем описание обыкновенное, не научное.’
Физическая величина при таком рассмотрении является объективной, несмотря на то, что ее понимание невозможно без использования математических очков. Энтропия как физическая величина является лучшим примером для демонстрации этого обстоятельства. Также это не представляет проблем с точки зрения экспериментальной физики. Было рассмотрено, как математические уравнения теории физики связываются с экспериментальными измерениями путем использования концептуальной модели идеального эксперимента; это является основой введения метрологии. С другой стороны, создание успешной метрологии и ее использование в практических работах служит подтверждением правильности теории физики.
Еще раз приведу пример создания термодинамических свойств веществ. Это результат совместной работы многих коллективов ученых. Создана успешная метрология и проведено огромное количество экспериментальных измерений; параллельно проведено много расчетов, связанных с решением уравнения Шрёдингера и вычислением статистической суммы; в ходе совместной обработки разнородных данных получены наиболее надежные оценки термодинамических величин и их погрешностей. В результате термодинамические таблицы позволяют эффективно решать практические задачи.
Реальность сама по себе и математические очки
Использование математики в физике как решение проблемы перехода от мира восприятий к внешнему миру началось во время научной революции 17-ого века. Были введены понятия ‘первичные и вторичные качества’, когда человеческие качества (цвет, вкус, запах и др.) были отделены от свойств мира (протяженность, движение). Таким образом в физике остались только свойства, которые можно было описать математически.
Тем не менее, в настоящая время тесная связь теории физики с математикой поднимает вопрос о статусе математики в мире самом по себе, то есть, речь идет о статусе математических очков — принадлежат ли они мышлению или самому миру. В другом варианте этого вопроса, является ли математика изобретением или открытием.
Отнесение математических очков к миру приводит к разным вариантам математического платонизма и к обсуждению в философии математики проблемы онтологии математики. Альтернативное решение, отнесение математических очков к изобретениям человечества, в силу невозможности рассмотрения физики без математических уравнений ведет к заключению о теории физики как изобретении человечества.
Я бы сказал, что рассмотрение этих альтернатив является обсуждением перехода на одну из философских позиций, при этом переход на ту или иную позицию не изменяет рассмотрение математики, физики и мира, проведенное в этой части книги. Это утверждение не направлено против философии, в первую очередь потому, что оно принадлежит философии. История физики показывает, что прогресс в развитии физики оказывается возможным без нахождения решения вечных философских проблем.
Связь философии и физики многогранна и история науки дает немало примеров влияния философских позиций на прогресс в научных исследованиях. В то же время при рассмотрении результатов конкретных исследований в настоящее время неплохо понимать уровень экспериментальной науки. Это позволит более точно классифицировать озвучиваемые результаты по степени близости или отдаленности от собственно экспериментальных исследований и тем самым попробовать получить новый взгляд на взаимоотношение между физикой и философией.
Законы физики и мир
Этот переход получил теологическое обоснование; кратко идею можно передать двумя слоганами: ‘Бог математик’ и ‘Бог не обманщик’. То есть, Бог создал мир при использовании законов, выраженных математическими уравнениями, а также Бог является гарантом того, что наши чувственные восприятия, передаваемые вторичными качествами, соответствуют внешнему миру.
Обзор ‘Неумолимые законы физики‘ (см. раздел Дополнительная информация) начинается с рассмотрения этого вопроса. Я вынесу сюда только цитату физика Пола Дэвиса, которая хорошо подчеркивает теологический характер законов физики, унаследованный современной физикой из тех времен:
‘Ортодоксальный взгляд на законы физики содержит длинный список свойств, принимаемых по умолчанию. Законы рассматриваются как вечные, неизменные, действующие с бесконечной математической точностью. Физические законы выходят за пределы вселенной и были напечатаны на вселенной снаружи в момент ее создания. Физический мир подвержен влиянию законов, но сами законы не зависят от того, что происходит во вселенной. Нетрудно увидеть, что данная картина произошла от монотеизма, где рациональное создание создало вселенную согласно набору идеальных законов. Асимметрия между неизменными законами и зависящими состояниями вселенной соответствует асимметрии между Богом и природой. Вселенная в ее существовании зависит от Бога, в то же время как Бог не зависит от вселенной.
Без всякого сомнения ортодоксальная концепция законов физики произошла напрямую из теологии. Самое удивительное, что данная точка зрения осталась без изменения даже после трехсотлетнего развития светской науки. «Теологическая модель» законов физики так укоренилась в сознании ученых, что она рассматривается просто как сама собой разумеющаяся.’
Математика и мир
В заключение скажу, что вопрос о рассмотрении объективности следует дополнить обсуждением, что такое понимание, объяснение и описание. В конечном итоге представление о внешнем мире будет выражено нарративом, который включает обсуждение закономерностей с использованием элементов математики. Было бы неплохо рассмотреть критерии отнесения этого изложения к объяснению или описанию, а также рассмотреть, что обеспечивает понимание такого изложения.
Далее: Заключение. Что такое энтропия?
Список литературы
Julian Reiss and Jan Sprenger, Scientific Objectivity, The Stanford Encyclopedia of Philosophy, First published 2014; substantive revision 2020.
Л. В. Шиповалова, Концепт объективности как проблема философии науки, Эпистемология и философия науки. 2025. Т. 62, № 1. С. 6-21.
Katie Robertson and Carina Prunkl. Is thermodynamics subjective? Philosophy of Science 90, no. 5 (2023): 1320-1330.
Daniel Stoljar, Physicalism, The Stanford Encyclopedia of Philosophy, 2021.
Ágnes Kovács, Gender in the substance of chemistry, Part 1: The ideal gas. HYLE Int. J. Philos. Chem 18, no. 2 (2012): 95-120.
Ágnes Kovács, Gender in the substance of chemistry, part 2: An agenda for theory. International journal for philosophy of chemistry 18, no. 2 (2012): 121-143.
Обсуждение