Przyrodnicze i kulturowe obrazy świata

Transkrypt

1 Przyrodnicze i kulturowe obrazy świata wykład 4 Obrazy świata poszukiwanie wyjaśnień ostatecznych oraz problem wyjaśniania naukowego dr Mateusz Hohol sem. zimowy 2014/2015

2 Michał Heller, Ostateczne wyjaśnienia wszechświata, Universitas, Kraków 2008

3 Drzemie w nas potężny, nie do końca zrozumiały, instynkt rozumienia. Chcielibyśmy wszystko do końca pojąć, wyjaśnić, udowodnić. Żeby nie było nic, co by nie pozostawało bez racji, i to racji usuwającej wszelki niepokój wątpienia, wszelkie znaki zapytania. Im rzecz donioślejsza, tym bardziej chcemy ją wyjaśnić, zlikwidować jakikolwiek cień podejrzenia, że mogłoby być inaczej. Taka tęsknota do ostatecznych wyjaśnień sama nie jest do końca zrozumiała, a gdy chcemy ją zrozumieć, nieuchronnie narzuca się pytanie: co to znaczy zrozumieć? M. Heller, Ostateczne, s. 11.

4 Kosmologia Arystotelesa a fizyka nowożytna raz jeszcze W arystotlesowskiej tradycji nauki nie istniał jeden zbiór praw przyrody, obowiązujących dla całego Wszechświata Sytuacja zmieniła się wraz z opracowaniem przez Newtona praw dynamiki unifikacja staje się wartością

5 Jak można rozumieć ToE? Teoria wszystkiego (theory of everything [ToE]) Wielka Unifikacja oddziaływań: oddziaływanie grawitacyjne oddziaływanie słabe oddziaływanie elektromagnetyczne oddziaływanie silne Teoria kwantowej grawitacji (unifikacja mechaniki kwantowej i ogólnej teorii względności) Teoria wszystkiego sensu stricto wyjaśniająca wszystko

6 Mikroświat i makroświat dwa światy dwa obrazy świata

7 Model Wszechświata bez brzegów Jima Hartle a i Stephena Hawkinga Celem było wykazanie, że możliwe jest by Wszechświat powstał z nicości bez ingerencji czynników nadprzyrodzonych W pracy z 1983 r. (Wave Func:on of the Universe) zaproponowali oni drogę (okazało się, że wyboistą) do kwantowej grawitacji

8 Hawking i jego filozofia nauki Według Hawkinga ToE składa się z dwóch części: (I) Zespołu miejscowych praw fizycznych, które dotyczą różnych jakości fizycznych. Są one przeważnie wyrażone w postaci równań różniczkowych. (II) Zespołów warunków granicznych, które informują nas o stanie wybranych regionów Wszechświata o określonym momencie i o tym, jakie wpływy oddziałują na nie kolejno z pozostałej części Wszechświata. S. Hawking, Czarne dziury i wszechświaty niemowlęce, s Zdaniem Hawkinga twierdzi się powszechnie, że (I) to nauka, a (II) to metafizyka. On sam uważa, że (II) to również obszar nauki.

9 Problem osobliwości

10

11 Model Hartle a-hawkinga: wszechświat bez brzegów Nie ma żadnych osobliwości, w których załamują się prawa nauki, ani żadnych brzegów czasoprzestrzeni, wymagających odwołania się do pomocy Boga lub do jakiegoś zbioru nowych praw wyznaczających warunki brzegowe dla czasoprzestrzeni. Można powiedzieć: warunkiem brzegowym dla wszechświata jest brak brzegów. Taki wszechświat byłby całkowicie samowystarczalny i nic z zewnątrz nie mogłoby nań wpływać. Nie mógłby być ani stworzony, ani zniszczony. Mógłby tylko BYĆ. S. Hawking, Krótka historia czasu, s. 131

12 Model Hartle a-hawkinga: wszechświat bez brzegów W badaniu wczesnych stanów wszechświata uwzględniać należy efekty kwantowej grawitacji Zadowalającej teorii kwantowej grawitacji nie ma Teoria kwantowej grawitacji, zdaniem Hawkinga musi być hybrydą: Całkowania po drogach (Feynman) Koncepcji pola grawitacyjnego, jako krzywizny czasoprzestrzeni (Einstein) Hawking teorię kwantowej grawitacji chce zastąpić modelem kosmologicznym na podstawie: M. Heller, Ostateczne wyjaśnienia Wszechświata, s

13

14 Model Hartle a-hawkinga: wszechświat bez brzegów W OTW geometria czasoprzestrzeni jest lorentzowska: współrzędna czasowa wyrażana jest znakiem przeciwnym w stosunku do współrzędnych przestrzennych W przypadku metryki lorentzowskiej obliczanie prawdopodobieństw przejść między stanami jest niewykonalne. W celu ominięcia problemu Hawking mnoży t przez urojoną jednostkę i. Metryka lorentzowska zmienia się w riemannowską. Znaki wszyskich 4- wymiarów zostają ujednolicone. Czas staje się czwartą współrzędną przestrzenną (czasoprzestrzeń euklidesowa).

15 Model Hartle a-hawkinga: wszechświat bez brzegów Funkcją falową Wszechświata jest propagator: Spotkanie kanonicznego kwantowania grawitacji z całkowaniem po drogach. Stan początkowy Wszechświata jest pusty : Funkcja falowa dla stanu pustego: Możliwe jest obliczenie prawdopodobieństwa przejścia ze stanu pustego do stanu S2, co odpowiada przejściu do istnienia z nicości.

16 Fizyka a filozofia Jeśli jednak wszechświat jest całkowicie samowystarczalny, nie ma żadnych osobliwości ani brzegów, a jego zachowanie w sposób całkowicie wyczerpujący opisuje jednolita teoria, ma to głębokie implikacje dla roli Boga jako Stwórcy. Einstein postawił kiedyś pytanie: Jaką swobodę wyboru miał Bóg, gdy budował wszechświat? Jeśli propozycja wszechświata bez brzegów jest poprawna, to nie miał On żadnej swobody przy wyborze warunków początkowych. S. Hawking, Krótka historia czasu, s. 161

17 Funkcja społeczna ToE Gdy odkryjemy kompletną teorię, z biegiem czasu stanie się ona zrozumiała dla szerszych kręgów społeczeństwa, nie tylko paru naukowców. Wtedy wszyscy, zarówno naukowcy i filozofowie, jak i zwykli, szarzy ludzie, będą mogli wziąć udział w dyskusji nad problemem, dlaczego wszechświat i my sami istniejemy. Gdy znajdziemy odpowiedź na to pytanie, będzie to ostateczny triumf ludzkiej inteligencji poznamy wtedy bowiem myśli Boga. Krótka historia czasu, s. 162.

18 M-teoria teoria wszystkiego czy teoria czegokolwiek? Każda teoria wyjaśniająca wszechświat zakłada istnienie stanu początkowego (będącego stanem o minimalnej energii) M- teoria, będąca uogólnieniem teorii superstrun, zakłada liczbę stanów tego typu Stany te odpowiadają różnym Wszechświatom istnieje ich cały pejzaż (landscape)

19 Filozoficzne implikacje niektórych nowych teorii kosmologicznych

20 Zasada antropiczna (słaba, silna)

21 PROBLEM: CO TO ZNACZY WYJAŚNIĆ ZJAWISKO

22 Wyjaśnianie jedno z zadań nauki Wyjaśnianie jako odpowiedź na jedno z pytań: Co? (to jest), czym? (coś jest) Czym jest bocian? Jest ptakiem. Jak? (coś działa, funkcjonuje) Jak działa umysł? Algorytmicznie (jak komputer). Dlaczego? (coś jest takie, a nie inne) Dlaczego człowiek ma wyprostowaną postawę ciała? Bo zapewnia to dobrą gospodarkę termiczną i umożliwia wykorzystanie rąk.

23 Sceptycyzm wobec idei wyjaśniania Teoria fizyczna nie jest wyjaśnieniem. Jest ona systemem twierdzeń matematycznych, wynikających z niewielkiej liczby zasad (principles), których celem jest reprezentowanie zbioru empirycznych praw w sposób prosty, kompletny i ścisły (Pierre Duhem) Występowanie prawidłowości, dzięki którym przebieg zjawisk pasuje do teorii, jest niczym więcej jak suchym faktem, który może mieć albo nie mieć wyjaśnienia przy pomocy faktów ukrytych pod powierzchnią zjawisk w rzeczywistości nie ma to żadnego znaczenia dla oceny teorii ani naszego rozumienia świata (Bas van Fraassen)

24 Podział strategii wyjaśniania naukowego Syntaktyczne (operacje na zdaniach, rozumowania) Model dedukcyjno- nomologiczny Hempla i Oppenheima oraz jego odmiany Semantyczne (mechanizmy, diagramy) Współczesny mechanicyzm biologiczny (Carl Craver) Psychologiczne (rozumienie) Przyczynowe każde wyjaśnianie ma komponent przyczynowy Arystoteles, Michael Scriven

25 Warunki wyjaśniania Hempla (H1) Warunek istotności: informacja, którą wyjaśnienie zawiera, dostarcza racjonalnej podstawy do wiary, że zjawisko wyjaśniane rzeczywiście wystąpiło lub występuje. (H2) Warunek sprawdzalności: twierdzenia składające się na wyjaśnienia naukowe muszą podlegać testom empirycznym.

26 Wyjaśnianie dedukcyjnonomologiczne Zgodnie ze strategią D- N, wyjaśnianie polega na przeprowadzeniu rozumowania o następujących cechach: (C1) przesłanki rozumowania to explanans (to, za pomocą, czego wyjaśniamy), zaś wniosek to explanadndum (wyjaśniane zjawisko); (C2) w zbiorze przesłanek (explanans) powinno znajdować się minimum jedno prawo; (C3) przesłanki powinny mieć treść empiryczną; (C4) przesłanki powinny być prawdziwe. Jeśli (C4) nie zachodzi to mamy wyjaśnienie potencjalne

27 Rola praw Prawa, z których korzysta się w wyjaśnieniach dedukcyjno- nomologicznych, charakteryzują się pewną podstawową wspólną cechą: mają one ( ) formę zdań ogólnych. Z grubsza mówiąc, zdanie tego rodzaju stwierdza zachodzenie pewnego regularnie występującego związku między różnymi zjawiskami empirycznymi lub między różnymi aspektami tego samego zjawiska empirycznego. Jest to twierdzenie głoszące, że zawsze i wszędzie, gdzie występują określone warunki F, tam bez wyjątku występują również warunki pewnego innego rodzaju G. Carl Gustav Hempel

28 Wyjaśnianie dedukcyjno-nomologiczne Logiczny schemat wyjaśniania: eksplanans L 1, L 2,, L r C 1, C 2,..., C k eksplanandum E gdzie L 1, L 2,, L r tam prawa (zdania ogólne o postaci: ( x) [F(x) G(x)], gdzie C 1, C 2,..., C k tam zdania o warunkach początkowych (zdania o faktach szczegółowych).

29 Wyjaśnianie dedukcyjno-nomologiczne C: Chłodna próbka rtęci została umieszczona w gorącej wodzie, która ogrzała próbkę, L: Rtęć zwiększa objętość pod wpływem ogrzewania więc E: Próbka rtęci zwiększyła objętość

30 Słabsze wersje Wyjaśnianie dedukcyjno- statystycne (D- S) eksplanandum odnosi się do prawidłowości statystycznej. Wówczas w przesłankach rozumowania znajdować powinno się przynajmniej jedno prawo statystyczne. Wyjaśnianie indykcyjno- statystyczne (I- S) jedną z przesłanek rozumowania powinno być również prawo statystyczne, jednak explanandum jest zdarzeniem jednostkowym, o wysokim prawdopodobieństwie wystąpienia

31 Paradoksy wyjaśniania D- N: paradoks masztu i rzucanego przez niego cienia Długość cienia, jaką rzuca maszt wyjaśnić można przeprowadzając rozumowanie, którego przesłankami są odpowiednie prawa (optyki i trygonometrii) oraz fakty jednostkowe (wysokość masztu i wartość kąta). Analogicznie wyjaśnić można również długość cienia. Jedyna różnica polega na tym, że zamiast wysokości masztu, za przesłankę bierzemy długość cienia. Paradoks polega na tym, że koncepcja D- N dopuszcza możliwość wyjaśnienia wysokości masztu, mając za przesłankę długość cienia. D- N nie spełnia tzw. warunku asymetrii. Zgodnie z tym warunkiem, jeśli zjawisko (prawidłowość) A wyjaśnić można odwołując się do zjawiska (prawidłowości) B, to nie powinno być możliwe wyjaśnienie B poprzez odwołanie się do A.

32 Paradoksy wyjaśniania D- N: barometr i burza Zdanie nadchodzi burza można wywnioskować mając za przesłanki zdanie ogólne Zawsze, gdy wskazówka barometru opada, nadchodzi burza oraz zdanie o warunkach początkowych: Wskazówka barometru opadła. Trudno zaakceptować wyjaśnienie zjawiska atmosferycznego poprzez odwołanie się do obserwacji wskazówki urządzenia. Znacznie rozsądniej wyjaśnić zarówno nadejście burzy, jak i zachowanie wskazówki spadkiem ciśnienia atmosferycznego (jest to wspólna przyczyna obydwu faktów) Paradoks wskazuje na problem korelacji i oddziaływań przyczynowych Zasada metodologiczna: szukaj wspólnej przyczyny

33 Paradoksy wyjaśniania D- N: mężczyzna i pigułka antykoncepcyjna Zdanie Jaś nie zajdzie w ciążę może być wyprowadzone z prawa osoby zażywające pigułki antykoncepcyjne ceteris paribus nie zachodzą w ciążę oraz zdania jednostkowego Jaś zażywa pigułki. Trudno jednak uznać powyższe rozumowanie za wyjaśnienie. Paradoks ten pokazuje, że wyjaśnienia muszą opierać się na czynnikach relewantnych przyczynowo (to, że Jaś jest mężczyzną jest wystarczającą przyczyną by nie mógł zajść w ciążę; wszystkie inne dodatkowe czynniki są już nieistotne).

34 Paradoksy wyjaśniania D- S: katar i witamina C Załóżmy, że Małgosia miała katar, który ustąpił, gdy zaczęła zażywać witaminę C. Przesłankami rozumowania, które ma dostarczyć wyjaśnienia są: prawo statystyczne, mówiące o leczniczych własnościach witaminy C oraz zdanie, mówiące o zażyciu witaminy C przez Małgosię. Problem polega jednak na tym, że zgodnie z ludowym porzekadłem często katar leczony witaminą C trwa 7 dni, a nieleczony tydzień. Rozumowanie mówi tylko, że prawdopodobieństwo wyzdrowienia Małgosi było wysokie. To za mało by mówić o wyjaśnianiu naukowym. Trzeba by jeszcze wykazać na zasadzie kontrastu że prawdopodobieństwo wyzdrowienia bez zażywania witaminy C jest istotnie niższe.

35 Wyjaśnianie jako unifikacja Philipp Kitcher: ( ) teoria unifikuje nasze przekonania, gdy dostarcza ona jednego (lub ogólniej, niewielu) wzoru(ów) rozumowania, który może być użyty w wyprowadzeniu wielu zdań, które akceptujemy Nauka posuwa na przód nasze rozumienie natury, pokazując nam, jak derywować opisy wielu zjawisk wykorzystując ten sam wzór derywacji jeszcze raz i jeszcze raz. Pokazując to, nauka uczy nas jak redukować liczbę faktów, które musimy zaakceptować jako ostateczne Wyjaśnianie jest operacją na zdaniach, zawsze wpisaną w szerszą strukturę argumentacyjną

36 Wyjaśnianie mechanistyczne Carl Craver: wyjaśnienia są rodzajami rzeczy, które odkrywamy i opisujemy Wyjaśnianie polegać ma na odkrywaniu mechanizmów, które są: obiektami i działaniami zorganizowanymi w taki sposób, że przedstawiają wyjaśniane zjawisko (explanandum phenomenon) William Wimsaw: ostatnio w biologii wielu naukowców zauważa, że ich praca polega na wyjaśnianiu zjawisk poprzez odkrywanie mechanizmów Wyjaśnienia nie muszą być opisem dopuszczalne, a nawet wskazane są diagramy, wykresy itd.

37 Wyjaśnianie mechanistyczne Peter Machamer, Lindley Darden, Carl Craver: Mechanizmy są obiektami (en::es) (o określonych własnościach) i procesami (ac:vi:es) zorganizowanymi w taki sposób, że powodują one regularne zmiany począwszy od początku, czy też warunków początkowych, aż do zakończenia (działania) lub warunków końcowych. Mechanizmy złożone są zarówno z obiektów (wraz z ich własnościami) oraz procesów. Procesy wywołują zmiany. Obiekty biorą udział w zmianach. Procesy zazwyczaj wymagają by obiekty wyposażone były w określone własności.

38 Obiektami są m.in. błony komórkowe, membrany, mikrotubule, molekuły i jony. Działania reprezentowane są natomiast za pomocą licznych strzałek. Strzałki te oznaczają m.in. biosyntezę, depolaryzację, dyfuzję czy też modulację

39 Wyjaśnianie mechanistyczne Mechanizm pamięci przestrzennej myszy:

40 JEDNOŚĆ NAUKI

41 Zjednoczona nauka: redukcja czy sieć?

42 Jedność nauki jako idea regulatywna jedność nauki przez redukcję językową (Rudolf Carnap) o pełnej redukcji teorii I do teorii II można mówić wtw., gdy wszystkie obserwacje, które wyjaśnia teoria I można wyjaśnić na gruncie teorii II terminy teorii I eliminowane są przez terminy teorii II redukcja ma charakter eliminacyjny jedność nauki przez redukcję praw prawa danej nauki redukują się do praw nauki bardziej podstawowej (aż do mechaniki kwantowej) w redukcji wykorzystywane są prawa pomostowe (np. redukcja termodynamiki do mechaniki statystycznej jest możliwa po przyjęciu prawa pomostowego, które zakłada proporcjonalność temperatury gazu i średniej energii kinetycznej molekuł) jedność nauki przez mikroredukcję (Paul Oppenheim i Hilary Putnam) prawa określające funkcjonowanie struktur złożonych, wyprowadzane są z praw, określających funkcjonowanie elementów tych struktur jedność nauki osiągnąć można przez redukcję struktur złożonych, aż do otrzymania struktur prostych, czyli cząsteczek elementarnych redukcja może mieć charakter nieeliminacyjny

43 Konsiliencja? Kluczem do zjednoczenia wiedzy jest idea konsiliencji ( ). Pierwszy w kontekście filozoficznym słowa consilience użył William Whewell w pracy z roku 1840: The Philosophy od the Induc:ve Sciences. Whewell pisał o konsiliencji jako dosłownie zbieganiu się wiedzy dzięki łączeniu faktów i opartych na nich teorii empirycznych z różnych dziedzin w jedną wspólna teorię wyjaśniającą ( ). E.O. Wilson, Konsiliencja. Jedność wiedzy, przeł. J. Mikos, Zysk i S- ka, Poznań 2011, s. 15.

44 Na nasz język można patrzeć jak na stare miasto: plątanina uliczek i placów, starych i nowych domów, domów z dobudówkami z różnych czasów; a wszystko to otoczone licznymi nowymi przedmieściami o prostych i regularnych ulicach ze standardowymi domami L. Wiwgenstein, DF, paragraf 18.

45 teorie międzyzakresowe (interfield theories) Lindley Darden, Nancy Maull zamiast starać się redukować nauki, lepiej jest wykazywać powiązania pomiędzy nimi tym, co uspójnia różne elementy sieci są teorie międzyzakresowe przykład: teoria chromosomów jako powiązanie genetyki i cytologii ( ) chromosomowa teoria dziedziczności postulowała, że Mendlowskie geny są w lub na chromosomach; zaś cytologia przewiduje fizyczną lokalizację genów. ( ) Teoria wyjaśnia ten związek bardziej szczegółowo: geny są częścią chromosomów. Tak więc, ich relacja stała się bardziej szczegółową relacją części do całości.