Wie genau lehnen und akzeptieren Physiker Theorien/Modelle in der Physik?

Die Wissenschaftstheorie unterscheidet zwischen realistischen und instrumentalistischen Behandlungen einer Theorie, die diese jeweils wahr und nützlich haben wollen. Im wirklichen Leben bedeutet dies, dass technisch widerlegte Theorien in einem geeigneten Regime immer noch nützlich sind. Zum Beispiel brauchen Sie nicht Einsteins Korrekturen an Newtons Darstellung der Raketenbewegung, um zum Mond zu gelangen; die ältere Theorie, während sie durch Potenzen von ausgeschaltet ist$v/c$stellenweise gut genug. Eine Theorie wird also in einem Regime akzeptiert , wenn sie zu den für dieses Regime geltenden Daten passt, und allgemein akzeptiert, wenn ein Regime, in dem sie versagt, unbekannt ist. Aber eine Theorie mag in einem Regime unangemessen sein, wo wir mit etwas Einfacherem auskommen können: Auch hier war die spezielle (ganz zu schweigen von der allgemeinen) Relativitätstheorie für Apollo 11 "übertrieben".

In manchen Fällen ist das Problem eher theoretischer als empirischer Natur. Zum Beispiel warten wir immer noch auf einen empirischen Leitfaden, wie wir theoretische Probleme bei der Verbindung der Allgemeinen Relativitätstheorie mit der Quantenfeldtheorie lösen sollten. Aber wann/wo/wie auch immer eine Theorie zu wünschen übrig lässt, finden wir vielleicht, dass sie das Beste ist, was wir tun können, bis etwas Besseres auftaucht.

Eine Theorie in der Physik ist ein strenges mathematisches Modell mit zusätzlichen Axiomen und axiomatischen Aussagen, die physikalisch beobachtete Größen mit den mathematischen Variablen in Beziehung setzen. Eine Theorie gilt als validiert (Akzeptanz ist eine freiwillige Entscheidung, Physik hat mathematische Kriterien), wenn sie nicht nur vorhandene Daten abbildet, sondern erfolgreich neue Daten vorhersagen kann, und das alles innerhalb von Messfehlern.

Im Moment akzeptiert die Mainstream-Physik, dass das Grundgerüst quantenmechanisch ist, und aus diesem Grundgerüst entstehen die klassischen physikalischen Theorien auf mathematisch konsistente Weise mit einem fließenden mathematischen Übergang in überlappenden Gültigkeitsbereichen. Siehe zum Beispiel diesen Log-Beitrag Wie klassische Felder, Teilchen aus der Quantentheorie hervorgehen

Die Schwerkraft wurde noch nicht endgültig quantifiziert, so dass sie noch eine offene Forschungsfrage ist.

Um Akzeptanz zu erlangen, sollte ein vorgeschlagenes Modell 1) alle zuvor erklärten experimentellen Daten, die zum Zeitpunkt seines Vorschlags existierten, erfolgreich berücksichtigen, 2) überprüfbare Vorhersagen von experimentellen Ergebnissen machen, die noch nicht durchgeführt wurden, 3) experimentelle Ergebnisse erfolgreich berücksichtigen die keine vorherige Erklärung (Ausreißer) im Bereich der bekannten Physik hatten.

Mit "erfolgreich abrechnen" in 1) meine ich, eine genaue Übereinstimmung mit bestehenden Daten zu liefern, die genauso gut oder besser ist als die, die von einer älteren Theorie geliefert wird.

All dies bedeutet, dass das vorgeschlagene Modell in der Sprache der Mathematik geschrieben wird, wenn es von Praktikern auf dem Gebiet der Physik ernst genommen werden soll. (Wenn das Modell stattdessen ein philosophisches ist, kann es beliebig geschrieben werden und muss keine der 3 oben aufgeführten Bedingungen erfüllen.)

Das Testen von Hypothesen (auch bekannt als Verwerfen oder Akzeptieren eines Modells) gehört streng genommen eher in den Bereich der Statistik als der Physik. Die Rolle der Physik besteht darin, Hypothesen zu entwickeln, die getestet werden können, und sie zu verbessern oder als Reaktion auf die experimentellen Tests neue Hypothesen vorzuschlagen. In der Praxis sind es natürlich auch Physiker, die im Labor Hypothesen testen, aber die Präzision der Messungen ist in den letzten Jahrzehnten so hoch geworden, dass die meisten Physikprogramme kaum Einblick in statistische Methoden geben. Vielleicht ist das einzige Gebiet der Physik, in dem der Statistik noch große Bedeutung beigemessen wird, die Hochenergiephysik (siehe dieses bekannte Kapitel ).

Ich könnte den oben erwähnten Wikipedia-Artikel und das Kapitel als erste Einführungen in das Testen von Hypothesen empfehlen, sowie einige meiner eigenen Antworten in dieser Community: hier , hier , hier und hier .

Es gibt ein paar Prinzipien, die Wissenschaftler anwenden, wenn sie eine Theorie annehmen. Ich habe gerade eine Liste dieser Artikel erstellt.

1. Lex parsimoniae : Overkill ist allgemein verpönt. Das KISS-Prinzip ;
2. Interne Kohärenz : Eine Theorie sollte mit allen Aussagen ihrer selbst konsistent sein, dh sie sollte keine Punkte enthalten, die sich mathematisch widersprechen. Eine Theorie könnte jedoch offensichtliche philosophische Widersprüche enthalten, ohne als falsch angesehen zu werden, da man immer argumentieren kann, dass unser aktuelles Wissen über das spezielle Problem die Ursache für den Widerspruch sein kann und nicht, weil die Theorie falsch ist. Das Finden einer zukünftigen Erklärung für das gegebene Paradoxon ist normalerweise gut für die Theorie;
3. Falsifizierbarkeit : Eine physikalische Theorie muss Möglichkeiten bieten, sich selbst empirisch zu widerlegen. Sogar ein einziges Scheitern eines Falsifizierbarkeitstests an einer Theorie reicht aus, um sie als „falsch“ oder „offen für Korrekturen“ zu betrachten. Je mehr Falsifizierbarkeitstests bestehen, desto wahrscheinlicher sind jedoch Theorien, die wahr sind;
4. Vorhersagen : Eine (gute) Theorie sollte Vorhersagen treffen. Wenn diese Vorhersagen schließlich beobachtet werden, wird der Theorie ein enormer Schub für den Glauben der Wissenschaftler hinzugefügt;
5. Schönheit : Ich werde das nicht definieren, da dies offensichtlich umstritten ist, aber ich denke, dass die meisten Wissenschaftler Schönheit in der Wissenschaft erkennen, wenn sie sie sehen. Zum Beispiel sind die Evolution und die allgemeine Relativitätstheorie (GR) dafür bekannt, „schön zu sein“, was auch immer das ist.
6. Daten : Das versteht sich von selbst. Eine Theorie muss mit experimentellen Daten konsistent sein. Zeitraum!.

Anmerkung 1 : Es ist wichtig zu beachten, dass nur Regel Nr. 6 ist eine wesentliche Voraussetzung für alle Theorien, für die es sich lohnt, sich zu bemühen. Allerdings Regel Nr. 2 und 3 werden allgemein als notwendige Bedingung für die meisten wissenschaftlichen Theorien anerkannt, insbesondere für die Physik.

Anmerkung 2 : Newtons Theorie kann unter der Genauigkeit und den Bedürfnissen des Experimentators korrekt sein. Unter den Bedingungen (1) dass die Geschwindigkeit des Teilchens viel kleiner als die Lichtgeschwindigkeit ist und (2) Gravitationsfelder schwach sind, bricht GR vollständig in die Newtonsche Theorie zusammen, was bedeutet, dass unter diesen Annahmen die Newtonsche Mechanik nicht falsch ist.

Ich denke, "Akzeptanz / Ablehnung" ist nicht besonders auf Theorien in der Physik anwendbar. Ich denke, es gibt "Prinzipien" wie die Prinzipien der Thermodynamik, aber das meiste, was wir als Theorien bezeichnen, ist am besten als Postulate zu betrachten, oft mathematischer Natur. Wenn wir Newtons „Gesetze“ als nützliche Postulate betrachten, haben wir das Beste aus beiden Interpretationen.

Sowohl dunkle Energie als auch dunkle Materie werden sicherer als Postulate charakterisiert, aber nicht so sicher als Theorien. Ich denke, dieser Ansatz könnte den Eigensinn mancher Leute auf Theorien brechen.

Das Heisenbergsche Prinzip, die Maxwellschen Gleichungen, die deBroglie-Gleichung und einige andere scheinen mir Prinzipien zu sein. Das Äquivalenzprinzip könnte eher ein Postulat sein als "Kraftträger".