Was sind die fehlenden Teile, die uns daran hindern, die Gesetze der Chemie aus der Physik abzuleiten?

Ich finde diese implizite Verachtung gegenüber emergenten Eigenschaften als „nicht wirklich erklärt“ rätselhaft. Ich denke, es hängt mit einem Missverständnis über die Ontologie emergenter Eigenschaften zusammen. Siehe diese Diskussionen:

• Was ist das „Gegenteil“ von Emergenz?
• Reicht das Konzept der Emergenz aus, um den Reduktionismus zu blockieren?
• Was sind die angeblichen Gründe für das Auftreten?

In der Chemie ist die chemische Pufferung ein Beispiel für eine wichtige emergente Eigenschaft, die von Grund auf vollständig verstanden wird.

Die freie Energie von Gibbs verbindet Physik mit Chemie und Biologie durch ein Verständnis der „erntbaren“ Entropie. Durch ein Verständnis der Physik der Entropie, der Emergenzdynamik, können wir die grundlegenden physikalischen Einschränkungen des Lebens verstehen.

Es gibt ungelöste Probleme in der Physik , bezogen auf bestimmte Bereiche der Chemie:

• Wir kennen die Stärke der Schwerkraft auf atomarer Ebene nicht
• Der thermodynamische Zeitpfeil ist emergent und seine Beziehung zu den Symmetrien der Raumzeit wird nicht verstanden
• Es gibt viele ungelöste Probleme bei der Modellierung der Supraleitung mit neuen Verhaltensweisen von Materialoberflächen unter Spannung
• Bose-Einstein-Kondensate sind nicht vollständig verstanden und erfordern wahrscheinlich Weltraumlabore, um daran zu arbeiten
• Fluiddynamik & turbulente Strömung
• amorphe Festkörper & Glasübergänge
• fraktionierter Hall-Effekt
• endlose Probleme der Biochemie wie Magnetozeption und die Ursprünge der Homochiralität

Bedeutet das, dass „die Gesetze der Chemie nicht aus der Physik abgeleitet wurden“? Ich habe eine gute Metapher gehört, dass die Aussage, dass andere Wissenschaften auf die Physik reduzierbar sind, so ist, als würde man sagen, dass Literatur auf das Alphabet reduzierbar ist. Wir verstehen die minoische Keilschrift 'linear A' nicht, also wurde die Literatur nicht vollständig mit den Alphabeten in Einklang gebracht? Es ist eine doppelt irrelevante Idee, es sind genau die entstehenden Ideen der Literatur, auf die es ankommt, und die Existenz ungelöster Probleme hat keinen Einfluss auf die gelösten Probleme und die erfolgreichen Midels und Berichte, die damit einhergehen.

Es wird zunehmend erwartet, dass alle Gesetze der Physik aus einer grundlegenderen Schicht hervorgehen, und in dieser Antwort behaupte ich, dass die Mathematik auch emergent ist und dass in diesem Licht Listen gültiger Gesetze niemals vollständig sein werden, weil neue fortgesetzt werden können heraus: Über Wigners Sicht auf das Verhältnis von Mathematik und Physik?

Kurze Antwort

Es gibt keine kanonische Antwort darauf, warum der totale Reduktionismus zwischen zwei beliebigen Theorien scheitert, daher ist es nur möglich, einige kanonische Einblicke in die Herausforderungen des Reduktionismus zu geben. Ich werde versuchen, einige Gedankengänge in der zeitgenössischen Philosophie in eine Perspektive zu rücken. Vielleicht ist die Idee, dass Chemie vollständig auf Physik reduziert werden kann, von Natur aus fehlerhaft. Aus dem SEP-Artikel 'wissenschaftliche Reduktion':

Konflikte zwischen reduktionistischen Ansichten und ihren dualistischen und pluralistischen metaphysischen Rivalen haben in der Geschichte der Philosophie eine große Rolle gespielt. Die klassische Debatte zwischen Materialismus und Geist-Körper-Dualismus ist einfach die bekannteste von vielen solcher Auseinandersetzungen. Der kartesische Dualist ist bestimmten Arten von Substanzen verpflichtet – Geist und Körper, jeder mit seiner eigenen Essenz. Verschiedene Versionen des Dualismus – interaktiv, epiphänomenal, parallelistisch – sind sich nicht einig darüber, ob die beiden kausal interagieren, aber sie alle behaupten den ontologischen Unterschied zwischen Geist und Körper. Keiner reduziert sich auf den anderen. Sie sind verschieden, und beide sind real.

Lange Antwort

Das Problem mit der „wissenschaftlichen Theorie“

Lassen Sie uns zunächst feststellen, dass die Frage, was eine angemessene wissenschaftliche Theorie ausmacht, aufgrund der sehr realen Probleme, die durch die wissenschaftliche Abgrenzung aufgeworfen werden, eine schwierige Vorstellung ist . Was eine zu reduzierende wissenschaftliche Theorie ausmacht, ist ein etwas zweideutiges Thema. Bevor man eine Theorie reduzieren kann, muss man sie umschreiben. Ein Juwel eines Beispiels für einen solchen metatheoretischen Satz ist das DN-Modell von Hempel . Aber offensichtlich sind Bestätigungismus, Verifikationismus und Falsifikationismus in der heutigen Zeit allesamt unvollständige Kandidaten. Alles, worüber sich alle einig zu sein scheinen, ist, dass es eine Sammlung von Aussagen gibt, die in einer Sprache formuliert sind, die theoriebeladene Beobachtungen anspricht. Definieren Sie also, was zu einem Problem reduziert werden kann.

Sicherlich könnte der Reduktionismus am besten als Erweiterung des physikalistischen Programms verstanden werden, um zu zeigen, dass alle Dinge nicht nur natürlich sind, sondern auf physikalische Eigenschaften und Beziehungen reduziert werden können. Aber das Geschäft damit ist ein schmutziges Geschäft. Ein solcher zeitgenössischer Versuch, einen solchen Rahmen zu erläutern, ist Daniel Stoljars Physicalism . Darin legt er die Behauptungen dar, dass der Physikalismus eine Weltanschauung ist und dass er durch die Behauptung gekapselt ist:

(7) Der Physikalismus ist genau dann wahr, wenn jede instanzierte Eigenschaft entweder physikalisch ist oder durch eine instanzierte physikalische Eigenschaft notwendig wird.

Der Rest des Buches widmet sich weitgehend dem, was es bedeutet, durch eine physikalische Eigenschaft bedingt zu sein.

Ist Chemie also eine Wissenschaft, die auf Physik reduziert werden muss? Wenn ja warum? Offensichtlich ist pchem eine Art Versuch, dies zu tun. Aber lassen sich alle „chemischen Eigenschaften“ auf rein physikalische Eigenschaften reduzieren? Wie fängt man an, diese Frage zu beantworten? Bedeutet das, dass sich die Philosophie der Chemie auf die Philosophie der Physik reduziert ?

Was ist wissenschaftliche Theorie? Realismus und Instrumentalismus

Was bedeutet es überhaupt, Eigenschaften auf Eigenschaften zu reduzieren? Sind Eigenschaften und Relationen objektiv und real, wie der wissenschaftliche Realist behauptet, oder sind sie beide nur Sprachkunststücke, deren Gebrauch lediglich ein Werkzeug des Pragmatismus ist, wie die Instrumentalisten glauben ?

Betrachten Sie den Begriff des mereologischen Nihilismus (SEP) . Vereinfacht gesagt gibt es einfach keine Dinge, die jenseits von Konfigurationen von Elementarteilchen existieren. Stuhl? Nr. Konfiguration von Partikeln in Form eines Stuhls. Was hält man von solch radikalen philosophischen Positionen in Bezug auf physikalisch-ontologische Fragestellungen? Wenn es nur physikalische Teilchen in Konfiguration gibt, ist dann nicht der gesamte Körper aller Theorien erfolgreich auf Physik reduziert worden? Vielleicht ist eine solche Position am besten als metaphysische Spekulation zu sehen, die sich mit der Eliminierung sprachlicher Entitäten befasst und nicht mit tatsächlichen physischen.

Das Problem mit der Kausalität

Einer der weltweit führenden Experten für mathematische Kausalität, Judea Pearl , hat in seinem Buch Causality einen wunderbaren Epilog, der darlegt, wie sich die Kausalität von Aristoteles' intuitiven Kategorien zu modernen statistischen Vorstellungen entwickelt hat, die Kausalität als eine nach oben gerichtete Grenze der Korrelation sehen . Auf Seite 427:

Viele wissenschaftliche Entdeckungen wurden im Laufe der Jahrhunderte verzögert, weil eine mathematische Sprache fehlte, die Ideen verstärken und es Wissenschaftlern ermöglichen würde, Ergebnisse zu kommunizieren. Ich bin davon überzeugt, dass viele Entdeckungen in unserem Jahrhundert verzögert wurden, weil es an einer mathematischen Sprache mangelt, die mit Kausalität umgehen kann.

Betrachten Sie noch einmal das pchem von WP:

Einige der Beziehungen, die die physikalische Chemie aufzulösen versucht, umfassen die Auswirkungen von:

Zwischenmolekulare Kräfte, die auf die physikalischen Eigenschaften von Materialien wirken (Plastizität, Zugfestigkeit, Oberflächenspannung in Flüssigkeiten). Reaktionskinetik über die Geschwindigkeit einer Reaktion. Die Identität von Ionen und die elektrische Leitfähigkeit von Materialien. Oberflächenwissenschaften und Elektrochemie von Zellmembranen. 1Die Wechselwirkung eines Körpers mit einem anderen in Form von Wärme- und Arbeitsmengen wird als Thermodynamik bezeichnet. Wärmeübertragung zwischen einem chemischen System und seiner Umgebung während eines Phasenwechsels oder einer chemischen Reaktion, die als Thermochemie bezeichnet wird. Untersuchung der kolligativen Eigenschaften einer Anzahl von in Lösung vorhandenen Spezies. Phasenzahl, Komponentenzahl und Freiheitsgrad (bzw. Varianz) können mit Hilfe der Phasenregel miteinander korreliert werden. Reaktionen elektrochemischer Zellen. Verhalten mikroskopischer Systeme unter Verwendung der Quantenmechanik und makroskopischer Systeme unter Verwendung statistischer Thermodynamik.

Werden sich alle Kausalmodelle in der Chemie letztlich auf deduktiv bestimmte Kausalmodelle in der Physik reduzieren? Scheint ein bisschen optimistisch zu hoffen, wenn man bedenkt, dass die Physik nicht einmal alle physikalischen Prozesse vorhersagend kausal modellieren kann. Betrachten Sie das n-Körper-Problem . Je mehr Objekte im System vorhanden sind, desto komplexer wird das System . Und stochastische Systeme können bestenfalls angenähert, niemals mit deduktiver Sicherheit modelliert werden. Vielleicht hat Charles S. Pierce recht, wenn er sagt, dass es einfach einen inhärenten Indeterminismus im Universum gibt , den die Theorie niemals vollständig beschreiben oder erklären kann. Und wenn die physikalische Theorie in Bezug auf die Erklärung im Wesentlichen unvollständig ist, was sagt das für Theorien, die hinzukommen ?darauf oder Konzepte, die sich daraus ergeben ?

Zusammenfassung

Theorien sind sprachliche Strukturen und gründen letztlich auf Erfahrung. Und selbst wenn wir sie bauen, gibt es einige Gedanken a la Quine, dass die wissenschaftliche Theorie unterbestimmt ist , das heißt, eine Theorie kann nicht einmal als absolut wahr entschieden werden. Was bedeutet es dann überhaupt zu behaupten, dass eine Theorie vollständig von einer anderen abweicht? Nochmals von SEP zur wissenschaftlichen Reduktion:

Wie wir gesehen haben, wurde Reduktion als eine Relation begriffen, die primär zwischen Theorien, Eigenschaften, Substanzen, Konzepten oder Ereignissen besteht. Es wurde als eine Erklärungsrelation beschrieben, die in Bezug auf Ableitung ausgezahlt werden kann und mit mechanistischer oder ontologischer Abhängigkeit, Supervenienz und Identität verknüpft werden könnte. Es wurde argumentiert, dass die Theoriereduktion vor der ontologischen Reduktion steht; und es wurde argumentiert, dass die ontologische Reduktion grundlegender ist als die Theoriereduktion. Reduktion wurde in strukturalistische, empiristische und funktionalistische Rahmen eingebettet und war einer der Kernbegriffe von Theorien, die die eine oder andere Form der wissenschaftlichen Vereinheitlichung verteidigten. Die meisten Philosophen haben diese letztere Ansicht aufgegeben. Aber auch wenn die Aussichten für einen starken allgemeinen Reduktionismus, eine Form des Reduktionismus, die sowohl auf wissenschaftliche als auch auf ontologische Einheit hinausläuft, mag schwach sein, die Erforschung der Frage, was es braucht, damit eine Eigenschaft oder Theorie auf eine andere Eigenschaft oder Theorie reduziert werden kann, hilft nicht nur zu verstehen, worin die Suche nach Einheit besteht, a Suche, die im letzten Jahrhundert weite Teile der Wissenschaftsphilosophie beherrschte; es wird auch helfen, seine Rivalen zu beurteilen und zu verstehen, wie etwa den nicht-reduktiven Physikalismus, Versionen des Dualismus oder sogar den kürzlich verteidigten Regenwald-Pluralismus (Wimsatt 1994). Wenn wir die Bedingungen kennen, die die Reduktionsrelation Theoriepaaren oder Eigenschaftspaaren auferlegt, wissen wir auch, was diese antireduktionistischen Theorien bestreiten müssen. Die Erforschung der Frage, was es braucht, damit eine Eigenschaft oder Theorie auf eine andere Eigenschaft oder Theorie reduziert werden kann, hilft nicht nur zu verstehen, worin die Suche nach Einheit besteht, eine Suche, die große Teile der Wissenschaftsphilosophie im letzten Jahrhundert beherrschte; es wird auch helfen, seine Rivalen zu beurteilen und zu verstehen, wie etwa den nicht-reduktiven Physikalismus, Versionen des Dualismus oder sogar den kürzlich verteidigten Regenwald-Pluralismus (Wimsatt 1994). Wenn wir die Bedingungen kennen, die die Reduktionsrelation Theoriepaaren oder Eigenschaftspaaren auferlegt, wissen wir auch, was diese antireduktionistischen Theorien bestreiten müssen. Die Erforschung der Frage, was es braucht, damit eine Eigenschaft oder Theorie auf eine andere Eigenschaft oder Theorie reduziert werden kann, hilft nicht nur zu verstehen, worin die Suche nach Einheit besteht, eine Suche, die große Teile der Wissenschaftsphilosophie im letzten Jahrhundert beherrschte; es wird auch helfen, seine Rivalen zu beurteilen und zu verstehen, wie etwa den nicht-reduktiven Physikalismus, Versionen des Dualismus oder sogar den kürzlich verteidigten Regenwald-Pluralismus (Wimsatt 1994). Wenn wir die Bedingungen kennen, die die Reduktionsrelation Theoriepaaren oder Eigenschaftspaaren auferlegt, wissen wir auch, was diese antireduktionistischen Theorien bestreiten müssen. Versionen des Dualismus oder sogar des kürzlich verteidigten Regenwaldpluralismus (Wimsatt 1994). Wenn wir die Bedingungen kennen, die die Reduktionsrelation Theoriepaaren oder Eigenschaftspaaren auferlegt, wissen wir auch, was diese antireduktionistischen Theorien bestreiten müssen. Versionen des Dualismus oder sogar des kürzlich verteidigten Regenwaldpluralismus (Wimsatt 1994). Wenn wir die Bedingungen kennen, die die Reduktionsrelation Theoriepaaren oder Eigenschaftspaaren auferlegt, wissen wir auch, was diese antireduktionistischen Theorien bestreiten müssen.

Wissenschaftliche Theorien sind keine Legos. Es könnte also anmaßend sein zu glauben, dass die chemische Theorie aus der physikalischen Theorie auf die gleiche Weise zusammengesetzt werden kann, wie ein Satz Legosteine ​​​​einen anderen bildet. Vielleicht ist die beste Antwort auf die fehlenden Teile einfach zu antworten, dass die erweiterte Metapher fatal fehlerhaft ist; zu erwarten, dass eine Liste von Problemen gelöst werden muss, um eine vollständige Reduzierung zu gewährleisten, könnte die falsche Art sein, über die Natur der Reduzierung selbst nachzudenken. Wie dem auch sei, die philosophische Diskussion über die Begründung der Chemie in der Physik geht weiter, insbesondere wenn pchem voranschreitet, und solange pchem Probleme hat, hat die totale Reduktion (was auch immer das sein mag) Probleme.

Gute Frage.

Chemie kann man nicht aus Physik ableiten, weil das Atommodell nicht ausreicht. Die Physik kann nicht erklären, warum Atome existieren. Welche Kräfte bringen zum Beispiel ein Atom zusammen? Es gibt keine angemessene Erklärung, und diese Kräfte sind verantwortlich für das, was bei vielen Wechselwirkungen der Chemie passiert. Welche Farbe entsteht aus einer Wechselwirkung zwischen zwei Chemikalien? Sie haben kein Modell. Wenn sie ein vollständiges Modell hätten, hätten wir eine Grand Unified Theory, und wir (sie) nicht.

Diese Ergebnisse bedürfen einer quantenchromodynamischen (QCD) Erklärung und ein solches vollständiges Modell existiert noch nicht innerhalb der Orthodoxie.

[Bearbeitet]