Was ist grundsätzlich physikalisch unmöglich?

Das ist eine Frage der Wissenschaftstheorie. Einige Philosophen sind der Ansicht, dass generische Prinzipien, wie etwa Erhaltungssätze, eher konventionell als wirklich wahr sind (weder wahr noch falsch), z das Kausalitätsprinzip sei nicht denkbar, was nicht bedeute, dass dieses Prinzip zur Welt selbst gehöre) Poincaré vertrat auch eine konventionalistische These.

Der Unterschied zwischen logischer und physikalischer Notwendigkeit wird oft in Begriffen einer „analytisch/synthetischen“ Unterscheidung formuliert, die auf Kant zurückgeht. Etwas ist analytisch, wenn: - sein Widerspruch absurd ist - es nur aufgrund seiner Bedeutung wahr ist (z. B. Junggesellen sind unverheiratet) Diese Definitionen werden als gleichwertig angesehen. Eine andere Ansicht wäre, dass analytische Wahrheiten logisch notwendig sind. Etwas Analytisches kann als bloße sprachliche Konvention oder Tautologie betrachtet werden. Etwas ist synthetisch, wenn es je nach Welt entweder wahr oder falsch sein kann. Kant dachte, dass die logische Wahrheit (die ausgeschlossene Mitte) eine analytische, aber keine mathematische Wahrheit ist, weil es beispielsweise nicht absurd ist, das 5. Axiom der euklidischen Geometrie zu leugnen. Mathematische Wahrheiten sind durch Intuition bekannt. Später konzipierten Wittgenstein und logische Empiriker alle logischen, mathematische und konzeptionelle (rot ist eine Farbe) Wahrheit als analytische und alle wissenschaftliche Wahrheit als synthetische. Für sie ist analytisch gleich notwendig (aber eine analytische Wahrheit ist rein tautologisch, sie ergibt sich aus einer Konvention) und synthetisch gleich kontingent.

Die analytische synthetische Unterscheidung wurde später von Quine in „Zwei Dogmen des Empirismus“ kritisiert, wo er argumentierte, dass aufgrund des Bestätigungsholismus (wir treffen immer mehr als eine Annahme, wenn wir eine Hypothese testen) die sprachlichen und faktischen Komponenten niemals klar voneinander getrennt werden können. Sogar mathematische und logische Prinzipien werden auf die Probe gestellt, wenn eine Annahme überprüft wird, obwohl die Überarbeitung eines logischen Prinzips, wenn ein Test fehlschlägt, eine extreme Option wäre (aber er bemerkte, dass einige vorgeschlagen haben, die klassische Logik durch intuitionistische Logik zu ersetzen, um ein Dilemma in der Quantenmechanik zu lösen). .

Wenn Quines Argumente Laute sind, gibt es ein gewisses Kontinuum zwischen dem, was kraft sprachlicher Konventionen (Logik, generische wissenschaftliche Prinzipien vielleicht) und dem, was kraft der Welt (direkte Beobachtungen) mit wissenschaftlichen Gesetzen in der Mitte wahr ist. Wir können pragmatisch sein und davon ausgehen, dass die Entwicklung von Wissenschaft und Wissen im Allgemeinen darauf hinausläuft, die Konventionen auszuwählen, die bei der Interaktion mit der Welt gut funktionieren.

EDIT: Ich würde gerne ein bisschen entwickeln. Der Hauptpunkt ist meines Erachtens, dass je notwendiger etwas ist (seine Negation ist unmöglich), desto mehr kann es als Definition interpretiert werden. Das Gesetz des ausgeschlossenen Dritten (a ist wahr oder nicht – a ist wahr) kann als tiefgründiges Prinzip angesehen werden, aber es kann auch so interpretiert werden, dass es zusammen mit anderen Prinzipien lediglich ausbuchstabiert, was wir mit „nicht“ oder „oder“ meinen " und wahr". Einige Logiker haben argumentiert, dass die intuitionistische Logik keine Überarbeitung der Logik ist, sondern eine Änderung der Definitionen (wobei „beweisbar wahr“ „wahr“ ersetzt).

In ähnlicher Weise kann das kosmologische Prinzip als tiefgründiges Prinzip über die Natur der Welt interpretiert werden, aber auch als bloße Definition dessen, was wir unter „physikalischem Gesetz“ verstehen, und wenn es sich als falsch herausstellen würde, gäbe es sicherlich einen Physiker, der dies argumentieren würde Was wir entdeckt haben, ist einfach, dass das, was wir für physikalische Gesetze hielten, tatsächlich kontingente Tatsachen waren, die nur in einigen Teilen des Universums gültig sind, aber dass das Prinzip immer noch wahr ist. Dasselbe gilt für die Energieerhaltung: Sie kann als Definition von Energie als eine Größe interpretiert werden, die über die Zeit erhalten bleibt.

Was diese Prinzipien wirklich untergraben würde, wäre, wenn wir entdecken würden, dass es zB überhaupt kein physikalisches Gesetz geben kann (vielleicht aufgrund eines anderen Prinzips), aber das würde wahrscheinlich das gesamte wissenschaftliche Unterfangen, wie es heute bekannt ist, untergraben.

Im Gegenteil, wenn Sie davon ausgehen, dass alle Schwäne weiß sind, und dann einen schwarzen Schwan sehen, können Sie sagen: "Nun, das ist eigentlich kein Schwan, da alle Schwäne weiß sind." Das heißt, Sie können darauf bestehen, dass es weiß ist Teil der Definition von Schwan. Aber das ist eindeutig nicht der klügere Schachzug. Was zeigt, dass Schwäne nicht unbedingt weiß sind.

Abschließend ist die Frage, ob etwas mehr oder weniger unmöglich/notwendig ist, eine pragmatische Frage: Wie viel kostet es, eine Definition oder ein mit einem Konzept verbundenes Merkmal zu ändern? Bei weißen Schwänen nicht viel. Bei einem generischen physikalischen Prinzip sehr viel. Im Fall von Logik oder Mathematik ist nicht einmal klar, dass wir noch richtig über irgendetwas nachdenken könnten, wenn wir es ändern würden.

Ich werde zuerst den Unterschied zwischen Wahrheit in Physik und Mathematik erörtern.

In der Mathematik erfinden wir eine Menge Axiome und mit unseren logischen Werkzeugen leiten wir viele Theoreme ab. Aber die Physik hat, ob man will oder nicht, eine experimentelle Basis. Wir machen keine willkürlichen Axiome/Postulate/Definitionen, sie sollen eine Beschreibung dessen geben, was wir im wirklichen Leben beobachten.

Das bedeutet, dass in der Physik etwas wahr ist, wenn es funktioniert (es gibt noch viele weitere Feinheiten: es sollte einfach sein , von einer breiten Gemeinschaft akzeptiert werden, versuchen, eine grundlegende Erklärung zu geben usw.).

Beispielsweise werden Thermodynamik und Energieerhaltung auf grundlegender Ebene verletzt. Aber was zählt, ist der Maßstab . In ihrem Bereich ist die Thermodynamik vollkommen gültig, ebenso wie die Klassische Mechanik, QM, GR ... Man könnte sagen, dass sie nicht als falsch bewiesen werden können (mögliche, aber unwahrscheinliche Feinheiten: Wir haben alle unsere Experimente falsch gemacht, das Universum ändert sich so so sehr, dass unsere Theorien keinen Sinn ergeben (angenommen, alle Ladungen werden zerstört, der Elektromagnetismus würde verschwinden) usw.).

Sie können sehen, dass Wahrheit in der Physik eine weichere Bedeutung hat. Einige Leute verwenden die Wahrheit vielleicht in einem strengen Sinne, aber sie sind die Minderheit.

Wenn wir den Bereich einer Theorie auf jeden Prozess ausdehnen wollen, bräuchten wir einige EVG. Und selbst dann können wir nicht wissen, ob es auf einer grundlegenden Ebene wahr ist.

Wir betrachten alles als „unmöglich“, was gegen eines dieser Gesetze oder Prinzipien verstößt, aber sind einige Verstöße „unmöglicher“ als andere, weil einige Gesetze „stärker“ sind?

Sicher. Energieerhaltung bei Teilchenreaktionen, Kausalität, Lorentz-Invarianz...

Sind wir sicher, dass die Prinzipien der Physik konsistent sind, oder könnten wir am Ende zu Widersprüchen zwischen, sagen wir, Einsteins Prinzipien und der Quantenmechanik kommen?

Widersprüche sind möglich, aber wir hoffen, dass dies nicht der Fall ist. IIRC, einige Quantengravitationstheorien (LQG) sagten, dass die Lorentz-Invarianz gebrochen war.

Zum Beispiel sind Thermodynamik oder Energieerhaltung in unserem Maßstab definitiv unbestreitbar, aber da sie im großen Maßstab mit dem kosmologischen Prinzip verbunden sind (was kritisiert werden kann), sind wir sicher, dass sie "absolut wahr" sind?

Wie gesagt, sie sind streng genommen falsch.

Und haben wir etwas in der Nähe von Gödels Theorem in der Physik, um zu behaupten, dass einige Dinge, die wir beobachten (dunkle Materie?), mit unseren gegenwärtigen Gesetzen unmöglich zu beschreiben sind, aber dass wir noch mehr brauchen?

Wir brauchen nichts wie Gödel. Wenn unser Modell einige beobachtete Phänomene nicht vorhersagt, reicht das aus, um zu implizieren, dass unser Modell versagt.

In der Physik kennen wir nur Wahrheiten in einem bestimmten Bereich. Absolute Wahrheit ist das, was die Philosophie will, aber nie erreicht.

Lassen Sie uns etwas grundsätzlich Unmögliches als makroskopische Verletzung des zweiten Hauptsatzes bauen:

Eine hermetisch isolierte Hartvakuumhülle enthält zwei eng beabstandete, sich aber nicht berührende, deckungsgleiche und parallele, elektrisch leitfähige Platten mit mikrospitzenförmigen Innenflächen. Sie sind mit einem Draht verbunden, der möglicherweise eine dissipative Last enthält (kleiner Motor). Eine Platte hat eine große innere Oberfläche des Vakuumarbeitsfunktionsmaterials (z. B. Osmium bei 5,93 eV). Die andere Platte hat eine kleine Innenfläche aus Vakuumarbeitsfunktionsmaterial (z. B. n-dotierter Diamant "Kohlenstoffnitrid" bei 0,1 eV). Oberhalb von 0 Kelvin läuft eine spontane Kaltkathodenemission durch das geschlossene isolierte System. Emittierte Elektronen fallen kontinuierlich den 5,8-Volt-Potentialgradienten herunter. Die Verdampfung von Kohlenstoffnitrid kühlt diese Platte. Eine beschleunigte Kollision mit Osmium erwärmt diese Platte. Rund und rund. Die Platten kommen bei elektrischem Kurzschluss nie in thermisches Gleichgewicht.

Das ist offensichtlich offizieller Quatsch, aber warum? Alternativ ist es einfach zu erstellen und zu beobachten, dass es nicht ausgeführt wird (es wird aus sehr guten Gründen nicht ausgeführt, die nicht durch Fußnoten beeinträchtigt werden). Wenn es läuft (es wird nicht laufen, und das nicht aus subtilen Gründen), ändert sich die Wissenschaft. Schließlich ist ein Satz von Regeln, die den Betrieb der Realität einschränken, vollständig, und grundlegend physikalisch unmögliche Operationen sind vollständig definiert.

Woher wissen wir, wann dieses Regelwerk vollständig ist?

Meiner Meinung nach gibt es grundsätzlich nichts physikalisch Unmögliches. Hier ist die einfache Version dessen, was ich verstehe, wie moderne Wissenschaft funktioniert.

Sie haben eine Reihe von Theorien. Und du beschreibst damit die Welt. Sagen wir die Newtonschen Bewegungsgesetze. Und man kann sagen, dass nach dieser Theorie etwas unmöglich ist. OK. Aber Sie müssen sich daran erinnern, woher die Theorie kommt und wie sie zu einer wird. Eine Theorie entsteht aus Beobachtungen, verpackt in mathematische Sprache. Nicht mehr und nicht weniger. Es ist eine mathematische Beschreibung dessen, was wir beobachten, und wir können es wiederholt testen.

Wenn es also ein Experiment gibt, das uns andere Ergebnisse als theoretische Vorhersagen zeigt, dann sagt man, die Theorie sei falsch, oder ihre Anwendung sei begrenzt. Das ist immer Wahrheit. Und Sie können nicht beweisen, dass eine physikalische Theorie vollständig ist.

Eine andere Sichtweise dazu ist eine einfache Aussage, die ich von einigen mehr oder weniger etablierten und berühmten Grundlagenphysikern gehört habe, dass jede physikalische Theorie falsifizierbar sein muss. (Ich denke, dies ist auch ein moderner physikalischer Ansatz.) Dies hat eine große Implikation. Grundsätzlich ist nichts unmöglich, denn jede Theorie muss durch ein Experiment widerlegt werden können.

Etwas grundsätzlich Unmögliches wäre etwas Unmögliches zu beobachten. Also etwas, das wir nicht testen oder messen können. Ich kann nur an Gott und Wunder denken.

Nebenbemerkung: Ich denke, dass ein guter Physiker ein Wunder niemals ausschließen wird. Es betrifft ihn jedoch nicht, da es sich um ein einmaliges Ereignis handelt und es in der Physik um die Möglichkeit geht, Ergebnisse in der Realität nachzubilden. Mit anderen Worten, wenn ein Physiker in einem Experiment 100 Steine ​​werfen würde und eine Gottheit ihm einen stehlen oder verdrängen würde, aber die Gesamtergebnisse der Theorie innerhalb der erforderlichen statistischen Strenge folgen würden, wäre er mit seiner Theorie zufrieden. Bisher funktioniert es =)