Войти
В философии, философия физики занимается концептуальными и интерпретационными проблемами в современном мире. физика, многие из которых частично совпадают с исследованиями, проводимыми определенными физиками-теоретиками. Философию физики можно в общих чертах разделить на три области:
Существование и природа пространства и времени (или пространства -время) являются центральными темами философии физики.
Во многих философиях время рассматривается как изменение. Время часто считается фундаментальным количество (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 петлевая квантовая гравитация, утверждают, что пространство-время возникает. Как сказал Карло Ровелли, один из основателей петлевой квантовой гравитации: «Нет больше полей в пространстве-времени: только поля в полях». Время определяется посредством измерения - его стандартным интервалом времени. В настоящее время стандартный интервал времени (называемый «условным секунда » или просто «секундой») определяется как 9,192,631,770 колебаний сверхтонкого перехода в 133 атом цезия . (ISO 31-1 ). Что такое время и как оно работает следует из приведенного выше определения. Затем время можно математически объединить с фундаментальными величинами пространство и масса для определения таких понятий, как скорость, импульс, энергия и поля.
И Ньютон, и Галилей, а также большинство людей вплоть до 20-го века считали, что время одинаково для всех и везде. Современная концепция времени основана на теории относительности Эйнштейна и пространстве-времени Минковского, в которых скорость времени изменяется по-разному в разных инерциальных системах отсчета, и пространство и время объединяются в пространство-время. Время может быть квантовано, при этом теоретическое наименьшее время порядка планковского времени. Общая теория относительности Эйнштейна, а также красное смещение света удаляющихся далеких галактик указывают на то, что вся Вселенная и, возможно, само пространство-время начинались примерно с 13,8. миллиард лет назад в Большом взрыве. 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.
Некоторые теории, в первую очередь специальная и общая теория относительности, предполагают, что подходящие геометрии пространства-времени или определенные типы движения в пространстве, может позволить путешествовать во времени в прошлое и будущее. Концепции, которые помогают такому пониманию, включают замкнутую временподобную 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 кажутся медленнее; когда часы приближаются к скорости света, их стрелки почти перестают двигаться. Эффекты такого замедления времени обсуждаются далее в популярном «парадоксе близнецов ». Эти результаты наблюдаются экспериментально и влияют на работу спутников GPS и других высокотехнологичных систем, используемых в повседневной жизни.
Второй аналогичный тип путешествия 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 с к стационарным часам, которые оставались с удаленным наблюдателем.
Многие в научном сообществе считают, что путешествие назад во времени крайне маловероятно, поскольку оно нарушает причинно-следственную связь т.е. логика причины и следствия. 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.
Пространство - одна из немногих фундаментальных величин в физике, что означает, что его нельзя определить через другие величины, 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 космический интервал, называемый стандартным метром или просто метром, определяется как расстояние, пройденное светом в вакууме за интервал 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 временем. Специальная и общая теория относительности использует четырехмерное пространство-время, а не трехмерное пространство; и в настоящее время существует множество спекулятивных теорий, в которых используется более четырех пространственных измерений.
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: свойство, заключающееся в том, что частицы, кажется, не просто находятся в одном определенном положении в один момент времени, но находятся где-то «здесь», а также « там 'в то же время. Такой радикальный взгляд переворачивает с ног на голову многие метафизические идеи здравого смысла. Большая часть современной философии квантовой механики стремится разобраться в том, что очень успешный эмпирический формализм квантовой механики говорит нам о физическом мире.
Эвереттовская или многомировая интерпретация квантовой механики утверждает, что волновая функция квантовой системы сообщает нам утверждения о реальности эта физическая система. Он отрицает коллапс волновой функции и утверждает, что суперпозиционные состояния следует интерпретировать буквально как описание реальности многих миров, в которых расположены объекты, а не просто указание неопределенности этих переменных. Иногда это утверждают как следствие научного реализма, который утверждает, что научные теории стремятся дать нам буквально истинное описание мира.
Одной из проблем 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. Современные эвереттианцы утверждали, что можно получить представление о вероятности, которое следует правилу Борна, с помощью определенных теоретических доказательств.
Физик Ролан Омнес отметил, что невозможно экспериментально различить точку зрения Эверетта, которая говорит, что как волновая функция декогерентна в разные миры, каждый из которых существует одинаково, и более традиционная точка 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: уникальность фактов».
Принцип неопределенности математическое соотношение, устанавливающее верхний предел точности одновременного измерения любой пары сопряженных переменных, например положение и импульс. В формализме записи 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, было замечено, что это 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 того, что стало известно как Копенгагенская интерпретация квантовой механики. Гейзенберг изучал документы Поля Дирака и Паскуаля Джордана. 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 фундаментальны по своей природе и являются неотъемлемыми математическими свойствами операторов в квантовой механике, вытекающими из определений этих операторов.
Термин Копенгагенская интерпретация операторов Квантовая механика часто использовалась как синоним принципа неопределенности Гейзенберга противниками (такими как Эйнштейн и физик Альфред Ланде ), которые верили в детерминизм и видели общие черты Теории Бора – Гейзенберга как угроза. 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, образец (распределение вероятностей ), создаваемый 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.
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. Движение определяется как изменение места, то есть пространства.
Неявные аксиомы аристотелевской физики в отношении движения материи в пространстве были заменены в ньютоновской физике согласно Ньютона Первый закон движения.
Каждое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного движения по прямой линии, за исключением тех случаев, когда оно вынуждено изменить свое состояние под действием приложенных сил.
«Всякое тело» включает Луну и яблоко; и включает в себя все типы материи, воздух, а также воду, камни или даже пламя. Ничто не имеет естественного или внутреннего движения. Абсолютное пространство, являющееся трехмерным Евклидовым пространством, бесконечным и без центра. Находиться «в состоянии покоя» означает находиться в одном и том же месте в абсолютном пространстве во времени. Топология и аффинная структура пространства должны допускать движение по прямой с постоянной скоростью; таким образом, и пространство, и время должны иметь определенные, стабильные измерения.
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, в которой пространство считалось относительным, тогда как Ньютон был полностью убежден, что пространство было абсолютным. Важным примером зрелого физического мышления Лейбница является его Specimen Dynamicum 1695 года.
До открытия квантовой механики, управляющей ими, многие умозрительные идеи Лейбница об аспектах природы не сводимые к статике и динамике не имели смысла. Например, он предвосхитил Альберта Эйнштейна, аргументируя против Ньютона, что пространство, время и движение относительны, а не абсолютны: «Что касается моего собственного мнения, Я не раз говорил, что считаю пространство чем-то просто относительным, как время, что я считаю его порядком сосуществования, как время - порядком следования ".
Эйнштейн интересовался философскими последствиями своей теории. Альберт Эйнштейн чрезвычайно интересовался философскими выводами своей работы. Он пишет:
«Я полностью согласен с вами в отношении значения и образовательной ценности методологии, а также истории и философии науки. Так много людей сегодня - и даже профессиональные ученые - кажутся мне человеком, который видел тысячи деревьев, но никогда не видел леса. Знание исторической и философской основы дает такую независимость от предрассудков его поколения от которого страдает большинство ученых. Эта независимость, созданная философским пониманием, - на мой взгляд - отличительный признак между простым ремесленником или специалистом и настоящим искателем истины ». Эйнштейн. письмо Роберту А. Торнтону, 7 декабря 1944 г. EA 61–574.
В другом месте:
«Как так случилось, что должным образом одаренный естествоиспытатель начинает интересоваться 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 так думают. Я не могу разделить это мнение... Концепции, которые оказались полезными в упорядочивании вещей легко достичь такой власти над нами, что мы забываем их земное происхождение и принимаем их как неизменные данности. Таким образом, они становятся штампованными как «потребности мысли», «априорные данные» и т. д. »
« путь научного прогресса часто становится непроходимым на долгое время из-за таких ошибок. По этой причине отнюдь не будет праздной игрой, если мы станем практиковаться в анализе давно общепринятых концепций и демонстрации [раскрытия, разоблачения? - Ред.] те обстоятельства, от которых зависит их оправданность и полезность, как они выросли, индивидуально, о но данность опыта. Таким образом будет сломлен их слишком большой авторитет ". Эйнштейн, 1916," Памятная записка для Эрнста Маха ", Physikalische Zeitschrift 17: 101–02.
Философский портал 
Физический портал  | На Викискладе есть медиафайлы по теме Философия физики. |
