Jaka struktura fizyki ?

 

Jest to bardzo kontrowersyjne zagadnienie metodologii fizyki , lub jak inni sądzą –filozofii fizyki.

Pierwszy, który spostrzegł , że jest to poważny problem i wymaga analizy , oraz zaproponowania pewnego modelu rozwiązania był- nie byle kto - lecz Werner Heisenberg.

 

W klasycznej już dziś pracy [1] wprowadził termin “system pojęciowy fizyki”.

Cała mnogość pojęć fizycznych wykazuje właściwości systemu, układu , lub w nowszej terminologii, której W.Heisenberg jawnie nie zastosował :  właściwości “struktury”.

 

Zbiór jabłek w koszu nie jest systemem , zbiór ludzi na skrzyżowaniu ulic w pewnym momencie – nie jest systemem , nie jest strukturą.

 

Natomiast zbiór pracowników banku, lub uczniów i nauczycieli w szkole – to systemy , struktury.

Łatwo zauważyć , że system [strukturę] różni od zbioru elementów , występowanie w tym pierwszym : relacji pomiędzy elementami.

 

Struktura, to relacje między elementami dowolnego zbioru

 

Pojęcia w fizyce tworzą nie tylko zbiór elementów , więcej - one tworzą system, strukturę.

 

Oto teza W.Heisenberga.

 

Między pojęciami fizyki występują zależności logiczne , relacje formalnej logiki. Najbardziej powszechną relacją jest implikacja: wynikanie jednych pojęć z innych. Notację symboliczną tej relacji pokazuje rys.1

co czytamy:

- pojęcie “b” wynika logicznie z pojęcia “a”.

Lub inaczej:

- Do konstrukcji sensu pojęcia “b” ,jest konieczny sens pojęcia “a”.

 

Na przykład , sens pojęcia “natężenie prądu elektrycznego” wymaga uprzedniego zrozumienia sensu pojęcia “ ładunku elektrycznego”.

 

Ale nie jedyną relacją w systemie pojęciowym fizyki jest implikacja , wynikanie jednych pojęć z innych.

Zresztą bardzo często jakieś dane pojęcie, ma sens zbudowany z znaczeń kilku innych pojęć.

 

Na przykład, do konstrukcji pojęcia “pojemność elektryczna przewodnika” [C] , są potrzebne dwa inne pojęcia : ładunek elektryczny [dQ] , i różnica potencjałów [dU] , gdyż symboliczna definicja tej wielkości jest:

C = dQ/dU

Rys.2 jest grafem tych relacji i całej struktury.

 

 

Co czytamy : do konstrukcji sensu pojęcia C [ pojemność elektryczna przewodnika] , jest potrzebny sens pojęcia dQ [ładunek elektryczny]i pojęcia dU [różnica potencjałów czyli potencjał elektryczny].

 

Natomiast rys.3. pokazuje , że do budowy pojęcia o numerze “4” potrzebne są pojęcia [ 1], [2 ], [3 ] z tym , że widoczna jest także kolejność konstrukcji znaczenia pojęcia nr.”4”.

 

Takie złożone relacje implikacji prowadzą zawsze do prawa fizyki.

 

I wtedy kiedy mamy zbiór praw fizyki ,to pojawią się relacje między tymi prawami, czyli otrzymamy nie system pojęć fizyki , lecz system praw fizyki [ system nomologiczny ].

 

Wrócę jednak do systemów pojęć w fizyce [systemów kategorialnych] , zostawiając system praw fizyki na inny artykuł poświęcony problemom metalogicznym w zagadnieniu budowy [ zresztą zaniechanej ] Teorii Wszystkiego [TOE].

 

W.Heisenberg odkrywa [ jest to połowa wieku XX-go] , że fizyka jako całość aktualnej wiedzy nie jest jednym , zwartym , kategorialnym systemem . Rozpada się mianowicie na cztery wielkie systemy pojęć [rys.4]:

-system pojęć mechaniki klasycznej

-system pojęć fizyki kwantowej i cząstek elementarnych

-system pojęć termodynamiki

-system pojęć elektrodynamiki i teorii względności.

 

W następnym kroku analizy relacji między tymi czterema systemami pojęć W.Heisenberg ustala , że istnieją dwa “współczynniki transpozycji”, czyli przejść między systemami.

 

Są nimi :

-prędkość światła w próżni c

-stał Plancka zwana kwantem działania h.

 

Jeśli prędkość ciał jest silnie mniejsza od c , to system pierwszy jest zawarty w systemie czwartym , jako przypadek graniczny.

Podobnie , gdy kwant działania jest nieskończenie mały , to system pierwszy jest zawarty w systemie drugim , też jako przypadek graniczny.

System trzeci jest powiązany z każdym z pozostałych , co może sugerować , że zjawiska termodynamiczne leżą w osnowie wszystkich zjawisk przyrody.

 

Na koniec swych nie formalnych, i bardziej intuicyjnych rozważań , W.Heisenberg trafnie przewiduje możliwość wyłonienia się z systemu czwartego ,odrębnego piątego systemu pojęć [pisze , str.92:

“w związku z rozwojem teorii cząstek elementarnych “], którego granicznymi przypadkami będą pierwszy , drugi i czwarty.

I tak się stało: powstała nowa struktura o nazwie “Model Standardowy Cząstek elementarnych”.

 

Praca Heisenberga opublikowana w 1959 roku była zwiastunem czegoś , co w metodologii kiełkowało wcześniej w licznych miejscach, np. u nas Czesław Białobrzeski w swej wybitnej pracy , niedocenionej w kraju , a uznanej i tłumaczonej na kilka języków , podążał równolegle do analiz Heisenberga , lecz odmiennie od niego , skupił intensywną uwagę na następnym poziomie problemów, to znaczy: na wewnętrznej strukturze jednego tylko systemu , a mianowicie: mechaniki kwantowej [2].

 

Najpełniej , problem systemów [struktur] pojęciowych fizyki postawiony przez W.Heisenberga podejmie i rozwinie w sposób aksjomatyczny Mario Bunge w głośnej pracy [3] , która na następne lata stanie się inspiracją do bardziej detalicznych prac , a przede wszystkim do precyzyjnego sformułowania problemu o nazwie “Teoria Wszystkiego”.

 

Najbardziej zaciekłe , aktualne spory dotyczą kwestii wewnętrznych danego systemu pojęć.

 

Czy struktura , czyli wzajemne relacje między pojęciami[lub prawami] ,tworzą sieć [graf] przedstawioną na rys.5 , czarnym kolorem. Jest to sieć nieskończenie rozciągnięta niczym sieć rybacka .

 

Czy przeciwnie –tworzą sieć relacji zwaną “drzewem logicznym” , przedstawioną na tym samym rysunku kolorem czerwonym ?

 

W pierwszym przypadku , nie istnieje problem tzw. pojęć fundamentalnych i pochodnych , gdy natomiast w drugim – ten problem jest rozwiązany pozytywnie.

 

Moim zdaniem systemy pojęciowe w fizyce , oraz nad-system złożony z systemów , tworzą formalną strukturę pokazaną na rys.5, czarnym kolorem , a nie czerwonym.

 

 

Z drugiej jednak strony , to drzewo logiczne z rys.5 [czerwone] może być produktem absolutnie konwencjonalnego wyboru z sieci homogenicznej [kolor czarny].

 

Chcę tym samym powiedzieć, że :

 

Podział pojęć na fundamentalne i pochodne jest w fizyce , gruncie rzeczy - zabiegiem konwencjonalnym , zależy od fizyka i od okresu historycznego , w którym prowadzone są badania.

 

To ostatnie [ rola czasu historycznego] objawia się w postaci tzw. paradygmatu obowiązującego, lub niekiedy – w postaci “mody” w środowisku naukowym.

 

W jednorodnej sieci pojęć fizyki[ czarna sieć na rys.5] ,różni fizycy mogą wybrać różne drzewa logiczne i wtedy powstaną różne interpretacje fizyki , różne klasyfikacje pojęć i relacji między nimi.

 

Wydaje mi się ,że Przyroda nie krępuje jednoznacznie badacza w opisie kategorialnym jej fenomenów i procesów. Możliwe , że to przerost formalizacji i matematyzacji teorii fizyki wywołuje wrażenie absolutności opisu w danym okresie historycznym.

Jednak wprowadzenie- jako paradygmatu - jakiegoś określonego drzewa logicznego [ ze sztywnym podziałem pojęć na fundamentalne i pochodne] powoduje w skutkach, dominację i wyłączność pewnego systemu pojęciowego - i z tym związaną - dominację badań eksperymentalnych.

 

Należałoby prześledzić ujemne i dodatnie strony tego zjawiska w historii tej nauki, i spróbować sformułować nieobowiązujące, ale ważne z powodów epistemicznych - dyrektywy metodologiczne.

Literatura

[1]W.Heisenberg, Fizyka a filozofia, Książka i Wiedza,Warszawa,1965

[2]Cz.Białobrzeski, Podstawy poznawcze fizyki świata atomowego,PWN,Warszawa,1984,[pierwsze wydanie,1953]

[3] M.Bunge, Philosophy of Physics,Dordrecht,1973