Ve filozofii vědy je filozofie fyziky studií základní otázky, na nichž moderní fyziky - studium hmoty a energie a jak jsou vzájemně propojeny. Filozofie fyziky se zabývá základními metafyzickými a epistemologickými otázkami kladenými fyzikou: kauzalita , determinismus a povaha fyzikálního zákona . Zaměřuje se také na otázky vyvolané hlavními tématy současné fyziky:
Před staletími bylo studium kauzality a základní povahy prostoru, času, hmoty a vesmíru nedílnou součástí metafyziky. Dnes je filozofie fyziky většinou součástí filozofie vědy . Fyzici používají vědeckou metodu k definování univerzálních pravd a konstant, jimiž se řídí fyzikální jevy, a výsledky tohoto empirického výzkumu se zabývá filozofie fyziky.
Niels Bohr definuje cíl fyziky:
„Účelem není odhalit skutečnou podstatu jevů, ale jednoduše objevit co nejvíce (...) vztahy mezi mnoha aspekty naší existence“
- Atomová teorie a popis lidských znalostí (Cambridge University Press, 1934, s. 19
Překlad ( Trinh Xuan Thuan , The Paths of Light: Physics and Metaphysics of Chiaroscuro).
Existuje mnoho - zejména realistů - kteří si myslí, že tato minimalistická formulace cíle fyziky je nevhodná a že fyzika nabízí širší pohled na svět.
Čas je považován za základní jednotku (tj. Jednotku, kterou nelze definovat ve vztahu k jiným jednotkám nebo veličinám), protože v současné době není nic zásadnějšího než čas. Čas je tedy definován díky míře: době jeho standardního časového intervalu. V současné době je standardní časový interval (nazvaný „ druhý “) je definován 9,192,631,770 kmity jednoho struktury hyperjemného v atomu z cesia 133 . (ISO 31-1). Z předchozí definice můžeme odvodit, co je čas a jak to funguje. Fyzici pomocí teorie předpovídají, jak se měří čas. Čas pak může být matematicky spojen se základními jednotkami prostoru a hmoty, aby bylo možné popsat a kvantifikovat pohyby a posuny a definovat pojmy jako rychlost , hybnost , energie a různá pole.
Newton a Galileo , jako většina vědců až do počátku XX -tého století, myslel, že čas byl stejný pro všechny a všude. Naše moderní pojetí času je založen na teorii relativity o Einstein a časoprostoru o Hermann Minkowski , ve kterých časových akcie proudí různě v různých inerciálních referenčních rámců, a kde prostor a čas jsou sloučeny do časoprostoru . Čas lze kvantifikovat pomocí nejmenší teoretické jednotky času existující na Planckově stupnici . Relativity Einstein a rudý posuv ve světle ze vzdálených galaxií vzdaluje naznačují, že vesmír zcela a zřejmě časoprostor sám začal tam asi 13,8 miliardy let po velkém třesku . Otázka, zda bude mít vesmír konec, nebo jak to skončí, zůstává otevřená.
Některé teorie, zejména teorie speciální relativity a obecné relativity, naznačují, že geometrie vhodné pro časoprostor nebo určité typy pohybu v prostoru by umožnily cestování v minulosti i budoucnosti. Pojmy jako „uzavřená časová křivka“ tuto teorii podporují.
Speciální teorie relativity Alberta Einsteina (a potažmo teorie obecné relativity) předpovídá dilataci času, kterou lze interpretovat jako cestování v čase. S touto teorií Einstein tvrdí, že podle stabilního pozorovatele se zdá, že čas plyne pomaleji pro těla, která se pohybují rychleji: například ruce pohybujících se hodin se budou otáčet pomaleji; když se hodiny přiblíží rychlosti světla, zdá se, že se jejich ručičky téměř zastaví. Účinky tohoto druhu dilatace času jsou podrobněji představeny ve slavném „ paradoxu dvojčat “. Tyto výsledky jsou pozorovatelné zkušenostmi a ovlivňují aktivitu satelitů GPS a dalších špičkových systémů v našem každodenním životě.
Druhý typ cestování v čase, podobný tomu prvnímu, je povolen obecnou relativitou . V tomto druhém systému bude vzdálený pozorovatel vidět, jak čas plyne pomaleji pro hodiny, které jsou na dně hluboké gravitační studny , a hodiny, které by člověk vložil do hluboké gravitační studny a které by se z této studny vynořily … by znamenalo, že ve srovnání se stabilními hodinami za přítomnosti vzdáleného pozorovatele uplynulo méně času.
Tyto účinky jsou poněkud podobné účinkům hibernace nebo ochlazování živých bytostí (což zpomaluje chemické procesy v subjektu), které pozastavují jejich život téměř na neurčito, což jim umožňuje „cestovat do světa“, „budoucnosti“, ale nikdy minulost. Neporušují tedy kauzální vztah . Nemluvíme zde o „cestování v čase“, které nacházíme ve sci-fi (kde je příčinný vztah téměř nikdy respektován), a není pochyb o jeho existenci. „Cestování v čase“ bude tedy označovat cestování s určitou mírou svobody v minulosti “nebo„ v budoucnu správného času .
Mnoho vědců věří, že cestování v čase je velmi nepravděpodobné právě proto, že porušuje kauzální vztah , tj. Logiku příčiny a následku. Například co když jste se pokusili vrátit zpět v čase a zabít se, když jste byli mladší (nebo váš dědeček, což nás přivádí k paradoxu dědečka )? Stephen Hawking kdysi tvrdil, že absence turistů z budoucnosti je silným argumentem proti existenci cestování v čase (varianta Fermiho paradoxu s cestujícími v čase místo mimozemšťanů). Takže nemáme žádné experimentální důkazy o cestování v čase, což z něj dělá jen hypotézu a ne empirický fakt.
Vesmír je jednou z mála základních jednotek ve fyzice , což znamená, že jej nelze definovat z hlediska jiných jednotek, protože v současnosti není známo nic zásadnějšího. Stejně jako definice jiných základních jednotek (jako je čas a hmotnost ) je tedy prostor definován měřítky . V dnešní době je standardní míra prostoru, nazývaná standardní metr nebo jednoduše metr, definována jako vzdálenost, kterou urazí světlo ve vakuu během časového intervalu přesně 1/299792458 sekundy.
V klasické fyzice je prostor trojrozměrný euklidovský prostor , kde lze libovolnou polohu popsat třemi souřadnicemi . Speciální relativita a obecná relativita jsou založeny spíše na časoprostoru než na prostoru; časoprostor je konstruován jako čtvrtý rozměr (osa současné době fiktivní ve speciální relativitě a skutečný do obecné teorie relativity ), a v současné době existuje několik teorií, které berou v úvahu více než čtyři rozměry prostoru.
Interpretace kvantové mechaniky Kvantová mechanika vyvolala ve filozofických interpretacích velkou polemiku. Během svého vývoje na začátku XX th století, rozvíjející se teorií začal odporovat mnoho považoval filozofie. Přesto se jeho matematické předpovědi shodují s vědeckými pozorováními.
V XVIII -tého století, již mnoho pokroků bylo dosaženo v oblasti vědy. Po Newtonovi se většina vědců shodla na předpokladu, že vesmír je řízen přísnými přírodními zákony, které mohou být objeveny a formovány vědeckými pozorováními a experimenty. Tento způsob myšlení je znám jako determinismus. Zdá se však, že determinismus vylučuje jakoukoli možnost svobodné vůle. Jinými slovy, pokud se Vesmír, a tedy každý v něm, řídí přísnými a univerzálními zákony, pak by chování člověka bylo možné předvídat z dostatečné znalosti okolností, které chování člověka předcházely. Zdá se, že tento pohled je v rozporu s vnímáním svobodné vůle dotyčné osoby, kromě případů, kdy se uvažuje o tom, jak je interpretována v rámci kompatibilismu . Naopak, pokud vezmeme v úvahu, že lidské bytosti mají svobodnou vůli libertariánů nebo nekompatibilistů, pak musíme akceptovat, že svět není zcela ovládán zákonem přírody. Někteří argumentovali, že pokud svět není plně ovládán přirozeným zákonem, pak věda nemůže splnit svůj účel. Vývoj kvantové mechaniky však umožnil myslitelům uvažovat o alternativách k těmto přísným a omezeným teoriím, a to navržením modelu, kdy se vesmír řídí obecnými pravidly, ale nikdy neměl předem stanovenou budoucnost.
Tváří v tvář příznivcům determinismu, jako jsou Einstein a Max Planck , indeterminismus - hájený anglickým astronomem sirem Arthurem Eddingtonem - tvrdí, že fyzický objekt nutně obsahuje neurčitou složku, která není způsobena epistemologickými limity schopnosti porozumět fyzikům. To znamená, že princip nejistoty by nutně být spojen s skryté proměnné , ale na indeterminismu přítomné v samotné přírody.
Heisenberg , de Broglie , Dirac , Bohr , Jeans , Weyl , Compton , Thomson , Schrödinger , FW Jordan, Millikan , Lemaître , Carl Reichenbach atd., Byli všichni proslulými obránci indeterminismu.
Neurčitosti je matematický vztah potvrzující existenci horní hranice na přesnost při současném výpočtu jakoukoli dvojici konjugovaných proměnných , jako je například, polohy a hybnosti. Podle aplikace operátorů v kvantové mechanice je tímto limitem výpočet komutátoru operátorů odpovídajících proměnným.
Princip nejistoty je možnou odpovědí na následující otázku: Jak měřit polohu elektronu kolem jádra, pokud je elektron vlnou? Když se kvantová mechanika poprvé objevila, bylo to považováno za spojení mezi klasickým a kvantovým popisem systému založeného na vlnové mechanice.
v Březen 1926, Při práci v Niels Bohr Institute , Werner Heisenberg objevil princip neurčitosti, tedy pro položení základů, co se později stala Kodaň výklad kvantové mechaniky. Heisenberg poté studoval výzkum, který provedli Paul Dirac a Pascual Jordan . Objevil anomálii ve výpočtu základních proměnných jejich rovnic. Jeho analýza ukázala, že při pokusu o výpočet polohy a hybnosti částice vždy existovaly nejistoty nebo nepřesnosti. Heisenberg dochází k závěru, že tyto nejistoty nebo nepřesnosti ve výpočtech nebyly chybou vědce, ale podstatnými přírodními prvky a matematickými vlastnostmi, které operátorům v kvantové mechanice plynou z definic těchto operátorů.
Termín „kodaňská interpretace kvantové mechaniky“ byl často používán místo nebo jako synonymum Heisenbergova principu nejistoty u jeho kritiků (jako Einstein nebo fyzik Alfred Landé), kteří věřili v determinismus a viděli shodnosti mezi teoriemi Bohra a Heisenberg jako hrozba. V kodaňské interpretaci kvantové mechaniky byl princip neurčitosti zohledněn k označení skutečnosti, že v elementárních znalostech fyzický vesmír neexistuje v deterministické podobě, ale spíše jako celek. Pravděpodobnosti nebo možné výsledky. Například vzor ( zákon pravděpodobnosti ) produkovaný miliony fotonů procházejících difrakční mřížkou lze měřit pomocí kvantové mechaniky, ale žádná známá metoda nedokáže předpovědět přesnou cestu každého fotonu. Kodaňský výklad tvrdí, že toto opatření nelze předpovědět žádnou metodou, dokonce ani teoreticky nekonečně přesnými výpočty.
Pojem komplementarity je v kvantové mechanice zásadní. Uvádí, že světlo se chová jak jako částice, tak jako vlna. Když byl proveden experiment s dvojitou štěrbinou (v difrakční mřížce), světlo působilo v některých případech jako vlna a v jiných jako částice. Fyzici nemohli najít žádnou přesvědčivou teorii, která by tento jev vysvětlila, dokud se neobjevil Bohr a komplementarita.
Albert Einstein byl nadšený filozofickými závěry, které vyvodil ze svého výzkumu. Zde píše:
„Úplně s vámi souhlasím s významem a vzdělanostní ctností metodiky i s historií a filozofií vědy . Tolik lidí v dnešní době - a dokonce i někteří vědci - se zdá být lidmi, kteří viděli tisíce stromů, ale kteří nikdy neviděli les. Mít tyto historické a filozofické znalosti vám umožní ustoupit od předsudků naší generace, které většina vědců trpí., které člověk získá díky filozofii, je podle mého názoru rozlišovací znak mezi jednoduchým řemeslníkem nebo specialistou a ten, kdo skutečně hledá pravdu. “ Einstein . Dopis Robertu A. Thorntonovi,7. prosince 1944.
„Jak je možné, že si přirozeně nadaný biolog přijde položit epistemologické otázky ? Neexistuje už žádný další výzkum v jeho oboru? Slyšel jsem toho hodně od svých kolegů na toto téma. Řekněte a cítím to v mnoha dalších: to je to Myslí si. Nesdílím tento pocit ... Určité koncepty, které se ukázaly jako užitečné při organizaci věcí, mezi námi snadno získaly takovou autoritu, že zapomínáme na jejich triviální původ a přijímáme je jako neměnné úspěchy. jako „myšlenkové základy“, „prokázaná fakta“ atd. “
„Cesta k vědeckému pokroku je kvůli takovým chybám často na dlouhou dobu blokována. Proto není jen z lenosti zvyklý analyzovat známé pojmy a vysvětlovat okolnosti., Na nichž spočívá jejich odůvodnění a jejich užitečnost, jak jednotlivě vyrostli z výsledků vědeckých experimentů. Tímto způsobem ztratí svou nejvyšší autoritu. “ Einstein , 1916, „Pamětní oznámení pro Ernsta Macha ,“ Physikalische Zeitschrift 17: 101-02.