Strukturalizm i holizm, to dwa prądy umysłowe ,które w minionym wieku wykroczyły daleko poza filozofię i nauki szczegółowe stając się istotnym składnikiem racjonalnego poglądu na świat. W naukach humanistycznych, strukturalistyczne i holistyczne podejście przy rozpatrywaniu fenomenów świata ludzkiego (myślenia i twórczości) stało się dominującą wykładnią interpretacji, tłumaczenia i przewidywania tych fenomenów[1]. A jak jest w fizyce współczesnej?Nie można mówić łącznie i jednocześnie o strukturach w nauce zwanej fizyką i strukturach w przyrodzie, która jest przedmiotem badań fizyki. Istnieje oczywiście korespondencja między tym dwoma obszarami ,współzależność, ale porządek logiczny wymaga rozdzielenia ich, na początku przynajmniej.Obserwacja i eksperyment przemawiają za tym ,że w przyrodzie istnieją całości składające się z elementów.[2]Całość zachowuje się inaczej niż jej część, składnik, element. Z punktu widzenia ontologii, całość jest innym bytem niż część, która do niej należy, która ją tworzy, konstytuuje. Całość nie może być wyczerpana sumą arytmetyczną elementów ją stanowiących, ani ich własności. To jest inne uposażenie realnego świata. W całości objawia się jakość, której elementy osobno, przed złączeniem, nie miały.Fizycy całość, nazywają układem lub strukturą. Układem (strukturą ), z punktu widzenia teorii molekularnej, jest każde ciało w fazie ciekłej i stałej w warunkach normalnych,. Składa się z cząsteczek(molekuł), między którymi występuje oddziaływanie elektromagnetyczne i ono tworzy układy, struktury molekularne.Układem (strukturą) jest atom, którego elementy są cząstkami elementarnymi (protony, neutrony i elektrony).Elektrony związane są z jądrem siłami elektrycznymi a nukleony w jądrze tworzą sub-układ dzięki oddziaływaniu silnemu(jądrowemu). Układem(strukturą)jest para Ziemia-Księżyc o wiązaniu grawitacyjnym, strukturą jest Układ Słoneczny o takim samym wiązaniu. Gwiazdy też mogą tworzyć układy(np. najprostszy to układ podwójny), tworząc gromady i galaktyki lub gromady galaktyk, ale łatwo tutaj pomylić wizualny układ osobników z układem rzeczywiście fizycznym.Analiza formalna różnych typów struktur, pozwala ustalić definicję struktury :-zbiór elementów oraz relacji między nimi.Według tej definicji, zbiór kartofli w worku nie jest strukturą.Niektórzy autorzy definiują strukturę wyłącznie jako sieć relacji, bez ustalania obiektów, które są jakby węzłami tej sieci [3].Według tej definicji, sieć zależności zawodowych w danej firmie jest strukturą tej firmy ,ale pracownicy do struktury nie należą.Taka definicja struktury (układu) nie może funkcjonować w fizyce, chyba że jest to fizyka superstrun [4] nawiązująca jawnie do koncepcji Leibniza, dla którego relacja( związek) była pierwotniejsza od obiektu podlegającego relacjom.Definicja struktury ma swoje pułapki.Odsyła ona do relatywizmu : dany obiekt jednocześnie może być pojedynczym obiektem i układem pewnej liczby elementów ,zależnie od poziomu analizy, np. cząsteczka chemiczna jest pojedynczym obiektem i jednocześnie może być strukturą kilku (lub więcej) atomów.Relatywizm może być jeszcze głębszy .Nożyczki krawieckie dla fizyka są ciałem ,a na poziomie molekularnym- strukturą ,gdy dla krawca są strukturą już na poziomie makroskopowym.Samo istnienie struktur realnych w rzeczywistości, poza umysłem, jest kwestionowane przez pewne kierunki filozofii fizyki. Twierdzi się ,że w świecie realnym istnieją obiekty ale relacje między nimi są projekcją umysłu na świat zewnętrzny. A w odniesieniu do mikroświata, to kwestionuje się nawet istnienie samych obiektów (np. elektronów),które by miały tworzyć daną strukturę.Stanowisko takie –popularne w okresie szczytowania neopozytywizmu- nie jest trudne do falsyfikacji, co najmniej za pomocą argumentu o możliwości prawdziwego przewidywania nowych faktów przy wykorzystaniu wiedzy o strukturze.Tyle o strukturach w świecie realnym, zewnętrznym, który jest badany przez fizykę.W fizyce jako nauce, występuje kilka rodzajów struktur oraz występują związki między nimi, cenne poznawczo. *Struktury pojęcioweelementami są pojęcia a relacjami – relacje logiczne.Na przykład w hydrostatyce występują pojęcia: gęstości cieczy, parcia, ciśnienia hydrostatycznego, siły wyporu. struktury praw elementami są prawa a relacjami miedzy nimi są – relacje matematyczne i logiczne.W hydrostatyce występują prawa: Pascala, Archimedesa, zależność ciśnienia hydrostatycznego od wysokości słupa cieczy. teorie fizyczne elementami są pojęcia i prawa a relacjami między nimi są – relacje matematyczne i logiczne.W hydrostatyce funkcjonuje molekularny model budowy cieczy i podstawowe prawo, jakim jest prawo Pascala .Reszta to pojęcia i prawa pochodne. Teorie fizyczne(systemy teoretyczne) najczęściej są bardzo ogólnymi układami zawierającymi w sobie struktury pojęciowe i struktury praw oraz założenia wstępne.W.Heisenberg (1953) wyróżnił cztery wielkie systemy teoretyczne w fizyce[5] : system pojęć mechaniki klasycznej (Newtona i Einsteina, bez OTW),system pojęć termodynamiki, system pojęć elektromagnetyzmu klasyczny i system pojęć mechaniki kwantowej.W.P.Wigner ,kontynuując tę systematykę, wprowadził piąty system (teorię):kwantową kosmologię [6], a blisko 20 lat później w stosunku do swej pierwszej pracy na ten temat, znowu W.Heisenberg zadecydował ,że piątym systemem (teorią) będzie Standardowy Model cząstek elementarnych łącznie z teorią strun [7].H.Weyl, był pierwszym ,który zauważył ,że prawa zwane zasadami fizyki, są strukturą logiczną przenikającą wszystkie systemy pojęciowe fizyki a szczególnie zasady symetrii i niezmienniczości względem określonych transformacji układu współrzędnych. Struktura zasad symetrii i niezmienniczości(inwariantów),skrótowo oznaczona (S.Z.S.I.), jest najbardziej uniwersalną strukturą pojęciową fizyki.Pomijając w tej chwili, problem wzajemnych związków pomiędzy ustalonymi tutaj strukturami pojęć fizyki, pod uwagę przedłożę niebagatelny problem ontologii istnienia tych struktur oraz ich odniesień do struktur realnych( na początku przedstawionych), które są przedmiotem badania i opisu fizyki.Od razu trzeba zauważyć, iż wśród struktur fizyki są czysto matematyczne struktury(logo - M.S.) oraz takie matematyczne struktury, które mają odniesienia do rzeczywistych struktur(logo - M.S.F.).Struktury M.S.F. istnieją realnie i obiektywnie, ale na sposób inny od istnienia zarówno obiektów i procesów materialnych, jak i od istnienia procesów mentalnych , psychicznych. Ich istnienie jest transcendentne zarówno wobec umysłu, jak i przyrody ( świata zewnętrznego , materialnego i substancjonalnego ).Stoję więc na gruncie koncepcji R.Penrose [8].Ten układ równań matematycznych (struktura M.S.), staje się strukturą matematyczną fizyki (M.S.F.) i opisuje przyrodę ( jej określone warstwy czy podobszary ) , wówczas gdy istnieją tzw. referenty empiryczne dla podstawowych wielkości ( symboli ) matematycznych , tworzących tę strukturę. To znaczy, jeśli można ustalić, czy i w jaki sposób jest mierzalny doświadczalnie, pewien podzbiór wielkości przynależnych do M.S.F.Jeśli to jest niemożliwe, to M.S.F. staje się czysto matematyczną strukturą (M.S.).Każda struktura pojęciowa fizyki ma swoje “ciało”, to znaczy przestrzeń reprezentacji, przestrzeń w której działa.Pojęcie “ reprezentacja” jest zaczerpnięte z matematyki ( teorii grup ), a do filozofii zostało wprowadzone przez G.Leibniza. Istoty ( idee ) bytów nie mogą być bezpośrednio poznane .Rzecz sama w sobie, to abstrakcja niepoznawalnej boskości.Jej istota jest tam, gdzie objawia się jej działanie.stota natury struktur M.S.F., jest tam, gdzie jest przestrzeń ich reprezentacji czyli określona warstwa przyrody. Fenomeny przyrody są więc ciałem, w którym działa istota danej matematycznej struktury fizyki(M.S.F.).Poznawanie struktur M.S.F. odbywa się przez badanie przestrzeni ich reprezentacji czyli świata zjawisk. Oczywiście , że świat ten ( “ zewnętrze “ ) jest dany w konkretnym doświadczeniu ,eksperymencie pomiarowym lub jakościowej obserwacji. Świat fenomenów konstytuuje sens i znaczenie M.S.F., ale jednocześnie struktury te, przez świat fenomenów, ukazują swój sens i znaczenie.Sposób więc istnienia M.S.F., nie jest taki, jak zjawisk konkretnych, ani też taki, jak uniwersaliów. W odniesieniu do świata zjawisk wystarczy zauważyć , że istnieją one w przestrzeni fizycznej trójwymiarowej, gdy tymczasem M.S.F. istnieją w przestrzeni konfiguracyjnej ( abstrakcyjnej ) n - wymiarowej .Następnie , świat M.S.F. jest fundowany nie tylko przez świat fenomenów ale także przez podmiot poznający , który w procesie twórczym, imaginacją ( wyobraźnią ) odsłania i poszerza wielowymiarowe continuum potencjalnych relacji .L. Broglie [9] pisze o dwoistości struktur matematycznych opisujących przyrodę ( M.S.F.)) , która polega na możliwości traktowania ich jednocześnie in concreto oraz in abstracto. R.Feynman [10],zwrócił uwagę na ciekawą własność M.S.F .Można je wyrazić w postaciach formalnych równoważnych, ale ich interpretacja semantyczna będzie różna. Podaje on przykład prawa grawitacji w trzech równoważnych wersjach:- nielokalnej , opisywanej równaniem Newtona- lokalnej , przy użyciu pojęcia potencjału pola- globalnej, wyrażonej przez tzw. całkę ruchu w sensie Hamiltona.Natomiast struktury symetrii i zasad zachowania ( S.Z.S.I. ) nie dotyczą bezpośrednio świata zjawisk, lecz świata praw czyli struktur S.M.F.Przestrzeń struktur S.M.F. jest więc przestrzenia reprezentacji (ciałem)dla struktur S.Z.S.I. One określają , którą z dowolnych form matematycznych można uważać za prawo przyrody.Tylko takie formy matematyczne ( symboliczne związki ) , które są inwariantami względem określonych grup przekształceń, to znaczy, które objawiają symetrie względem przekształceń przestrzeni, czasu itp. są prawami przyrody, czyli należą do typu S.M.F.Struktury S.Z.S.I. generują wszystkie zasady zachowania, czyli są względem nich nadrzędne (twierdzenie E.Noether).Następnie, struktury S.Z.S.I. wprowadzają do zbioru struktur S.M.F. hierarchie i porządek. Symetrie bowiem orzekają, które prawa przyrody wynikają z innych. Badając własności odpowiednich grup przekształceń, z punktu widzenia symetrii i niezmienniczośći , można przewidzieć istnienie nowych struktur S.M.F. a poprzez nie - nowych obiektów czy całych warstw obiektów świata zjawisk.Szczególnie spektakularnym w tym zakresie może być przykład symetrii cechowania, odkrytej przez H.Weyla [11]. Idea łamania symetrii praw może prowadzić do wykrycia nowych cząstek elementarnych (kwantów nowych oddziaływań).E.Wigner zasugerował ścisłą analogię między dwoma rodzajami relacji ,a mianowicie :* relacje między strukturami S.M.F. a światem fenomenów fizycznych ( ŚFF)* relacje między strukturami S.Z.S.I., a strukturami S.M.F.ŚFF jest ciałem dla S.M.F., zaś S.M.F. są ciałem dla S.Z.S.I..Chociaż można zauważyć pewne subtelne odstępstwa od tej analogii.Przestrzeń reprezentacji dla S.M.F. prawdopodobnie jest nieskończona, gdy natomiast przestrzeń reprezentacji dla S.Z.S.I. jest prawdopodobnie skończona.Wracając jednak do problemu realności struktur S.M.F. można zauważyć, iż jest ta realność fundowana dwustronnie : od dołu przez konkretne obiekty i zjawiska, a od góry - przez symetrie i niezmienniczość.Obrazowo pisząc : gdy patrzymy się od dołu , widzimy zjawiska, procesy i rzeczy na tle siatki praw przyrody, za którą prześwituje w głębi rzadka sieć zasad symetrii i niezmienniczośći.Spojrzenie o orientacji przeciwnej ukazuje głębię o wzrastającej gęstości węzłów i oczek sieci, poczynając od nielicznego zbioru zasad symetrii a kończąc na nieskończonym zbiorze zjawisk i obiektów.Symetrie i inwarianty działają w przestrzeni praw przyrody ale się w niej nie zawierają. Podobnie jak struktury praw mają swoją przestrzeń reprezentacji w świecie fenomenów fizycznych, ale do niej nie przynależą ( brak inkluzji ).Na zakończenie, mogę opuścić całkowicie metodologię i filozofię fizyki i wkroczyć do metafizyki.Radykalny realizm wobec kwestii istnienia struktur w fizyce nie jest łatwy do uzasadnienia. Ani nie istnieją one obiektywnie tj. niezależnie od poznającego je umysłu ani też nie istnieją na sposób fenomenów i obiektów fizycznych. Nie są też wyłącznie swobodną grą intelektu na symbolach , dopasowywaną do świata zjawisk według kryterium skuteczności praktycznych działań człowieka.Ich istnienie jest podobne w pewnym stopniu do whiteheadowskich “ eternal objects “. Metafizyczny status struktur fizyki, to ontologia potencji ( “ extensive continuum “ ).Aktualne zaistnienie jakiejś formy matematycznej wiąże się z hierarchią tych struktur. Zastosowanie jednak kategorii metafizyki Whiteheada [12]do problemu sposobów istnienia struktur fizyki , jest ograniczone głównie przez podejście procesualne tego autora do świata “ eternal objects “.Ewentualna teza o zmienności i ewolucji struktur matematycznych przyrody czyli zasad i praw fizyki ( ulubiona przez L.Smolina) byłaby końcem racjonalności nauk o przyrodzie.Ewolucja w czasie, praw przyrody to intelektualna prowokacja lub koszmarny sen dla fizyka. Czas bowiem jawnie nie wchodzi do równań fizyki, nie zmienia ich kształtu. Żyjemy jednak w epoce chaosu i destrukcji wszelkiego porządku i ładu. Może sens istnienia nie będzie oparty na nich? Literatura[1] C. Lévi-Strauss, Myśl nieoswojona, Warszawa. 1969[2]W.Heisenberg, Całość i część,Warszawa,1997[3] L.v.Bertalanffy, Ogólna teoria systemów, Warszawa, 1984[4]L.Smolin,Trzy drogi do kwantowej grawitacji,Warszwa,2006[5] W.Heisenberg, Fizyka a filozofia,Warszawa,1965,s.90-93[6] E.P.Wigner, Symmetries and Reflections,London,1970[7] W.Heisenberg, Physics and beyond; encounters and conversations,London, 1971[8] R.Penrose, Droga do rzeczywistości,Warszawa,2007,s.988-998[9] L. Broglie, Les principles de la mechaniqe ondulatoire, Paris, 1972[10] R.Feynaman, The Charakter of Physical Law, London, 1965[11] H.Weyl, The theory of groups and guantum mecanics , London, 1931[12] A.N.Whitehead, Process and Reality,London, 1929,
No modern scientist comes close to Einstein's moral as well as scientific stature (John Horgan)
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Kultura
