Modele i teorie w kosmologii współczesnej przykładem efektywnego wyjaśniania w nauce

Transkrypt

1 Modele i teorie w kosmologii współczesnej przykładem efektywnego wyjaśniania w nauce ks. Paweł Tambor Wydział Filozofii, Katedra Fizyki Teoretycznej Katolicki Uniwersytet Lubelski Jana Pawła II Przyrodoznawstwo - Filozofia - Teologia Obszary i perspektywy dialogu Warszawa 13. października 2009

2 Metodologia współczesnej kosmologii Metodologia współczesnej kosmologii 1 pełnoprawna dyscyplina fizyczna 2 nasz Wszechświat 3 parametry kosmologiczne 4 teorie efektywne w kosmologii 5 próby wyjścia poza model grawitacji opartej na einsteinowskich równaniach pola

3 Model Standardowy Wszechświata Model Standardowy Wszechświata Rola Ogólnej Teorii Względności Model kosmologiczny w sensie ogólnym to nie jedna teoria Lambda Cold Dark Matter model

4 Model Standardowy Wszechświata Waniliowy model Wszechświata τ grubość optyczna, Ω Λ, Ω d, Ω b, A s amplituda widmowa, n s indeks widmowy około 25% ciemnej materii, która jest zimna (nierelatywistyczna); około 75% ciemnej energii, której gęstość nie zmienia się z ewolucją Wszechświata; Ω m + Ω k + Ω Λ = 1,

5 Model efektywny Model kosmologiczny jako teoria efektywna? reżim zastosowań parametry obserwable wystarczy skuteczność, nawet kosztem braku elegancji teorie efektywne współistnieją ze sobą teoria efektywna nie jest teorią fundamentalną

6 Teorie efektywne Dlaczego teorie efektywne są interesujące metodologicznie? 1 Relacje między teoriami efektywnymi 2 Jak powstają teorie efektywne? Podejścia Bottom up i Top down 3 Teoria efektywna w oczach filozofa nauki i naukowca-fizyka

7 Teorie efektywne Top down, bottom-up Top down The Unified Theory Standard Model Bottom up Planck Scale 2.4 x GeV High Scale GeV Standard Model

8 Teorie efektywne Teorie o charakterze bardziej generalnym 1 Teorie klasyczne: mechanika Newtona i Ogólna Teoria Względności 2 Model standardowy cząstek elementarnych. 3 Proponowane uogólnienia Modelu Standardowego: Istnienie dodatkowego wymiaru przestrzennego. Istnienie dodatkowych symetrii w 3 wymiarach przestrzennych. Supersymetryczny Model Standardowy: każda cząstka elementarna posiada odpowiadającą jej supersymetryczną cząstkę o takich samych własnościach oprócz masy i spinu. 4 Teoria strun

9 Filozofia generowana przez teorie efektywne Dlaczego teorie efektywne są interesujące filozoficznie? Relacje między teoriami na jednym poziomie (CDM LCDM) Relacje między teoriami na różnych poziomach: emergencja czy dziedziczenie? Wieża czy ciąg teorii efektywnych? Czy istnieje teoria finalna? Czy teorie efektywne postulują jakąś ontologię?

10 Filozofia generowana przez teorie efektywne Sześcian Bronsteina kwant. teoria Newtona kwant. graw mech. kwant. kwant. teoria pola ħ 6 6 G 1 mech. Galileusza c 6 OTW 6 STW

11 Filozofia generowana przez teorie efektywne O co pyta fizyka filozof nauki, gdy rozmawiają o teoriach efektywnych? Niewspółmierność teorii - jak rozwiązać ten problem? Problemy z redukcją między teoriami. Mamy modele i teorie; po co jeszcze teorie efektywne? A zatem szukać Teorii Wszystkiego czy nie szukać?

12 Filozofia generowana przez teorie efektywne Standardowy model kosmologiczny jest teorią efektywną Model LCDM teorią efektywną Ogólna Teoria Względności jest teorią efektywną grawitacja i czasoprzestrzeń obiektami emergentnymi Rozmiary Plancka - krach teorii efektywnej, i co dalej? Model LCDM dobrze opisuje obserwacje astronomiczne, ale nie wyjaśnia czym jest Λ

13 Filozofia generowana przez teorie efektywne Standardowy model kosmologiczny jest teorią efektywną Teorie efektywne; prawdziwe czy prawdopodobne? Sposoby racjonalnej krytyki teorii efektywnych Co to znaczy, że model jest najlepszy? P(H E) = P(H) P(E H) P(E) = P(H) P(E H) i P(H i) P(E H i ) AIC = 2 ln L + 2k,

14 Filozofia generowana przez teorie efektywne Standardowy model kosmologiczny jest teorią efektywną Nauki empiryczne nauki humanistyczne Inne cele poznawcze: wyjaśnianie i projekcja rozumienie i wartościowanie Nie prawdziwość teorii a obowiązywalność Efektywność wyjaśniania, ale pesymizm co do rozumienia istoty rzeczy Czy w humanistyce/teologii istnieje analogia do kategorii teoria efektywna?

15 Filozofia generowana przez teorie efektywne Wnioski Wnioski Współczesna kosmologia posługuje się efektywnymi modelami teoretycznymi, podczas gdy teorie naukowe służą do ich konstrukcji. Standardowy model kosmologiczny, z ciemną zimną materią oraz stałą kosmologiczną, jest efektywnym modelem opisu obecnej przyśpieszonej fazy ekspansji Wszechświata. Efektywny charakter kosmologii opartej na einsteinowskiej grawitacji może być podyktowany tym, że sama ta teoria jest postrzegana dzisiaj jako pewna teoria efektywna, która opisuje grawitację jako zjawisko emergentne, wyłaniające się w procesie wygładzania czy uśredniania teorii bardziej fundamentalnej. Współczesny obraz kosmologii jako pełnoprawnej dyscypliny fizycznej pokazuje, że to właśnie efektywne modele teoretyczne, a nie teorie są w głównym obszarze zainteresowań badawczych.