Dušan Ranđelović - Metodološko ispitivanje fizičkih teorija

  • Published on
    29-Jan-2017

  • View
    217

  • Download
    2

Embed Size (px)

Transcript

  • UNIVERZITET U NOVOM SADU

    PRIRODNO-MATEMATIKI FAKULTET

    DEPARTMAN ZA FIZIKU

    D IPLOMSK I RAD

    METODOLOKO ISPITIVANJE FIZIKIH

    TEORIJA

    mentor: kandidat:

    Dr Milan Panti Duan Ranelovi

    Novi Sad, 2010. godine

  • Predgovor

    Savremena zika podrazumeva sve uu specijalizaciju naunika. Predmetistraivanja je esto sloen u tolikoj meri da zahteva interdisciplinarni pristup,ako ne kroz saradnju strunjaka iz razliitih oblasti nauke ili ziara iz odeljenihoblasti zike, onda makar u smislu u kom je ziar-teoretiar upuen na rezul-tate eksperimenata, eksperimentator obavezan na saradnju sa statistiarem iliprogramerom, itd. Bitniji rezultati zikih istraivanja tako zavise ne samo odstrunosti specijalista, ve i od kvaliteta meusobne saradnje. Usko specijalistikirad u strunim timovima ekonomian je po vie osnova. Meutim, pored svih po-zitivnih rezultata specijalizacije u radu ziara dolazi i do pojave niza negativnihposledica. Pre svih, usled nemogunosti sveobuhvatnog uvida, nekritiki odnosprema samoj materiji. Karakter takvog odnosa doarava Albert Ajntajn1:

    "Toliko ljudi danas - pa i profesionalnih naunika - izgleda mi kao neko ko je video hiljade stabala, ali

    nikad umu. Poznavanje istorijske i lozofske pozadine daje jednu vrstu ograde od predrasuda generacije, od

    kojih veina naunika boluje. Ova nezavisnost omoguena lozofskim uvidom je - po mom shvatanju - ona

    karakteristika koja pravi razliku izmeu obinog uenjaka ili strunjaka i pravog tragaoca za istinom."

    Uplitanje lozoje u sistem zikih znanja pokazuje se kao neophodno. Filo-zoja zike je disciplina koja nam prua celovit uvid u ziku teoriju, u ono toziari nude kao, jezikom lozofa nauke, "pretenziju na nune istine" koje vladajuu materijalnom svetu. Stoga se ovaj rad bavi osobinama onakvog zikog znanjakoje kroz lozoju zike stie toliko bitnu samokritinost.

    Na narednim stranama ostvaren je pokuaj pregleda pitanja na koja lozojazike treba da odgovori i metoda kojima to ini, kao i pokuaj da se ilustruje tajproces preispitivanja i pojanjenja koje prua lozoja zike. Ako se bilo kojimvidom i malo doprinelo boljem razumevanju zike teorije, zasnovanosti zikihznanja i znanja uopte, cilj rada je dostignut.

    Prvim delom se postavlja teorijska pozadina, istorijska pozornica i sveop-ti okvir problema koji su u ii rada - problema statusa i osobina aksiomatskizasnovane zike teorije u sistemu (naunih) znanja. U drugom delu odreenoje znaenje zike teorije, njen sastav, struktura i bitne karakteristike. Manje suobraeni problemi odnosa eksperimenta i teorije i pravila korespondencije izmeuempirijskog i teorijskog jezika. Glavni akcenat stavljen je na prednosti aksiomati-zovanih teorija, na osobine aksiomatskih sistema koje obezbeuju neprotivrenost

    1Pismo Ajntajna (Albert Einstein, 1879-1955) Torntonu (Robert A. Thornton), 7. decembra 1944. (slobodan prevod)

  • teorije, njenu potpunost, pouzdanost, itd, kao i na metode kojima dokazujemo daneki sistem ima date osobine. Moe se rei da je teina na epistemolokim proble-mima koji se tiu samo zike teorije, ne i zikog eksperimenta. Na kraju se, usvetlu prethodne razrade, predstavlja konkretna zika teorija, naime specijalnateorija relativnosti, i delimina analiza nekih njenih aksiomatizacija.

    Ovaj diplomski rad je uraen pod mentorstvom prof. dr Milana Pantia, komedugujem veliku zahvalnost na pomoi pri radu i u toku celih studija. Zahvaljujemtakoe i dr Stojanu Obradoviu na pomoi oko literature i na korisnim sugesti-jama. Prijateljima i porodici zahvalan sam na podrci i strpljenju. Svojoj supruziTijani Ranelovi posebno zahvaljujem na mnogobrojnim dugim razgovorima natemu i konstruktivnim kritikama.

    Novi Sad, jul 2010. godine

    Du a n Ran e l o v i

  • Sadraj

    Predgovor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

    1 Metodologija - opta nauka o naunim teorijama 41.1 Istorijat lozofskih pitanja o nauci . . . . . . . . . . . . . . . 4

    kole miljenja nauke do XX veka . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

    Logiki pozitivizam i kritike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

    1.2 Nauni metod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

    Scientic Method i kritike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

    Logika. Teorija skupova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

    1.3 Metodologija nauke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

    Zadaci naune metodologije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

    Sintaksa i semantika - osnovni pojmovi . . . . . . . . . . . . . . . 38

    2 Metodologija zike teorije 452.1 Odreenje zike teorije . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

    Standardno shvatanje strukture teorije u zici . . . . . . . . . . . . 49

    2.2 Aksiomatizacija teorija u zici . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

    Hilbertov program. Nivoi aksiomatizacije . . . . . . . . . . . . . . 56

    Supesov program. Formalizacija zike . . . . . . . . . . . . . . . . 57

    2.3 Metodoloka analiza zikih teorija. Primer STR . . . . . 59

    Znaajni rezultati metodologije STR . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

    Literatura 66

  • Glava 1

    Metodologija - opta nauka o naunim teorijama

    1.1 Istorijat lozofskih pitanja o nauci

    Filozoja nauke se kao odeljena lozofska disciplina u akademskom smislujavlja poetkom XX veka, ne sluajno, upravo zajedno sa velikim promenamau nauci, posebno onim u zici i matematici ali i biologiji i psihologiji. Optapitanja koja pokree lozoja nauke imaju analogije u lozoji posebnih nauka,mada lozoja zike, lozoja matematike, lozoja istorije, itd. imaju i samosebi svojstvena pitanja i probleme. Problemi lozoje zike, budui je zikafundamentalna prirodna nauka, postoje i tretiraju se i pre XX veka. Mnogimpitanjima koja se sada tiu lozoje zike bavila se lozoja prirode, disciplinakoja je obuhvatala ziku i njoj pridruenu lozoju prostora i vremena. Jo ranijelozoja zike, i nauke uopte, bila je neodvojivi deo lozoje, kao uostalom isvaka od nauka.

    Savremeno doba je doba tehnike. Tehnika znanja iako dovoljno mona damenjaju pogled na svet, slede iz naunih znanja, znanja o stanju stvari ali i uz-rocima stanja stvari. Nauka, za razliku od tehnike koja nalazi upotrebu naunimznanjima, podrazumeva istraivanja na granicama poznatog, traganje za obja-njenjem nepoznatog. Pri takvim istraivanjima neophodna je lozofska osnovakoja denie i usmerava tok rada. Svaka bi nauka u svakom trenutku trebalo daje svesna svojih lozofskih okvira.

    Zabluda ili predrasuda generacije, kako upozorava Ajntajn, naunika i lozofanauke dananjice ini se dvojaka. Prvo, kod naunika, esto vlada neopravdanopouzdanje u lozofske preduslove njihovih disciplina. Slika sveta koju naunikima esto je kruta, usled ega se zakljuuje kako lozoja nauke nije potrebnaza naunu praksu. ak i osnove pojedinih teorija neke nauke mogu biti razliiteali se sve do velikih kriza ne dovode u pitanje. Epohalni problem lozofa na-uke je donekle suprotan - on vidi pluralitet moguih tumaenja. Relativizam pometa-teorijskim pitanjima o nauci esto onemoguava lozofu nauke pozitivan rad.

  • Duan Ranelovi Metodoloko ispitivanje zikih teorija 5

    Usled toga ini se postoji cela generacija naunih lozofa, meu-zone nauke i pri-druene lozoje. Vrednovanje takvog razvoja dogaaja predmet je neke drugerasprave, sociolokog karaktera. Potrebno je dodue naglasiti kako ovaj rad po-red pregleda lozoje nauke u najirem smislu, pripada delom i toj meuoblasti,oblasti metanauke ili kao to e se pokazati, oblasti metodologije - ili nauke onauci.

    U irem znaenju lozoja nauke se preklapa sa epistemologijom1, teorijomsaznanja. Bitnija pitanja koja epistemologija postavlja su: ta znanje jeste?Kako je ono mogue? ta podrazumevamo pod znanjem? ta su izvori znanja?Sva ova pitanja imaju onu optost koju lozoja zahteva, i ne treba ih poisto-veivati sa pitanjima o posebnim znanjima - kakvo je ziko, matematiko, iliznanje istorije. Optost epistemolokih pitanja o prirodi znanja ilustruje Hemlin(David W. Hamlyn, 1924-) [5]:

    "Imajui uvid u to ta znanje jeste i ta uopte moe da se rauna kao znanje,losof je u mogunosti da izjavi kako odreena tvrdnja ne moe da se oznaikao znanje, iz razloga to nita od te vrste ne bi moglo da se oznai kao znanje;to znai da uslovi koji moraju biti ispunjeni da bi se neka tvrdnja raunala kaoistinska pretenzija na znanje u ovom sluaju jednostavno nisu ispunjeni."

    Svaka epistemologija nalazi se naspram opte sumnje u mogunost znanja,naspram lozofskog skepticizma [5]. Takva sumnja raa potrebu za teorijom sa-znanja i lozojom nauke, a sve u cilju da odbrani oseaj sigurnosti koji namznanje prua. Od utemeljenja lozofske misli kod starih Grka skepticizam je bra-njen na razliite naine. Za argumente predsokratovaca da svako znanje zavisiu velikoj meri od ljudskih konvencija i individualnog ljudskog suda saznajemo izPlatonovih dijaloga. Gorgija u Protagori2 objanjava kako nita ne postoji, ako bii postojalo mi to ne bismo mogli da znamo, ukoliko bismo i znali ne bismo mogli toznanje da saoptimo drugima. Ili po Protagori u Teetetu3 - "ovjek je mjera svihstvari". Pri obradi stava skeptika Hemlin dalje tvrdi kako su samo grki skeptiarijedini dosledni jer propagiraju "uzdravanje od istraivanja prave prirode stvar iostajanje na pojavama... u cilju postizanja smirenosti duha." [5]. U XVII vekuRene Dekart (Ren Descartes, 1596-1650), pokrenut mogunou skepticizma,usvaja sistematski skepticizam kao metod unutar epistemologije, kako bi doaodo onih vrsta znanja u koje je nemogue sumnjati. Ono to bi takve izvesne istinetrebalo da poseduju jeste nunost istinitosti. Nuno istinito, samim tim apsolutnoizvesno, nesumnjivo znanje obezbedilo bi poslednji argument protiv skepticizma.

    1gr. - znanje, nauka - nauno znanje. U anglo-saksonskoj tradiciji epistemologija se prevodi kao theoryof knowledge, s tim da treba napomenuti da termin gnoseologija (gr. - spoznaja, saznanje) ima drugde slinoznaenje. Nadalje se ova dva termina koriste ravnopravno.

    2Platon, Protagora/Gorgija, Kultura, Beograd. 1968.3Platon, Teetet, Naprijed, Zagreb, 1979.

  • Duan Ranelovi Metodoloko ispitivanje zikih teorija 6

    Tradicionalni putevi kojima se kree dalje od izvornog Dekartovog traganja zaizvesnou radikalnim metodom sumnje su racionalizam4 i empirizam5, stanovitasuprotstavljena pre svega oko toga gde tragati za nunim istinama i koji bi bilinjihovi izvori.

    Po Hemlinu su problemi sa kojima se epistemologija susree trostruki:

    Opti problemi o prirodi znanja i o uslovima pod kojima je primereno govoriti o znanju. Takoe iodreenje pojmova kao to su verovanje, istina, dokaz...

    Problemi o vrstama znanja u odnosu na moi ljudskog duha. Drugi autori ovo pitanje tretiraju kaopitanje o izvorima znanja, ili o putevima saznanja.

    Problemi vezani za epistemoloka pitanja koja se javljaju u posebnim podrujima znanja i u posebnimdisciplinama.

    Trea vrsta problema obrauje se i unutar lozoje nauke, kao i unutar lozojaposebnih naunih disciplina. Tako posmatrano, lozoja nauke je ua disciplina,kojoj predhode odgovori i razmatranja epistemologije. Ipak, ini se da se tek uoblasti pojedinanih nauka praktino pokazuju epistemoloki problemi, budui dase nauno znanje, u duhu sadanjeg vremena, smatra za jedino valjano zasnovano.Nauna znanja, vie nego bilo koja druga, ak i ona lozofska, simbol su znala-tva. Dodatno, lozoja nauke ima samo sebi svojstven predmet i probleme kojeobrauje. Osnovna pitanja i zadaci lozoje nauke po Psilosu i Kurdu6 su :

    ta jeste nauno znanje i kako se ono razlikuje od nenaunog ili pseudonaunog? ta su ciljevi nauke ikoje opte metode za postizanje ciljeva nauka koristi?

    ta je nauna teorija i kako se naune teorije odnose prema stvarnosti i predstavljaju objektivnu stvarnost?Kako teorijski koncepti dobijaju znaenje i kako se odnose prema posmatranjima i eksperimentu?

    Koja pravila, ako ih ima, rukovode smenom teorija u nauci? Kakvu ulogu pri smenjivanju teorija imajuuverenja i vrednosti?

    Kakva je struktura i sadraj pojmova kao to su kauzalnost, objanjenje, potvrda, teorija, eksperiment,model, redukcija, verovatnoa, i dr.?

    Ovim i slinim pitanjima bavi se lozoja nauke u akademskom smislu. Ovamlada disciplina podrazumeva originalan pristup koji emo dalje blie odrediti ikoji se razlikuje od pristupa opte lozoje. Ipak, lozoja nauke svoje osnoveduguje optoj lozofskoj tradiciji. Tako gledano istorijat lozofskih pitanja o naucije istorijat epistemolokih, ontolokih stavova, tj. svaka lozoja naunog znanjapre XX veka je deo nekog ireg metazikog sistema i tek s logikim pozitivizmomi analitikom lozojom postaje odvojena disciplina lozoje, lozoja nauke.

    4lat. ratio, fr. raison - razum, razumevanje. Stav u epistemologiji da je razum prvi izvor, jedini ili bar jedini sigurnigarant istinitom znanju.

    5gr. , lat. experientia - iskustvo. Po empiristima svako znanje dolazi iz iskustva, kroz opaanje.6The Routledge companion to philosophy of science, edited by Stathis Psillos and Martin Curd, 2008

  • Duan Ranelovi Metodoloko ispitivanje zikih teorija 7

    kole miljenja nauke do XX veka

    Jedan od zadataka lozoje je prikazati oveka u odnosu prema njemu sa-mom i njemu spoljanjim stvarima. Recepcija datosti unutranjeg ili spoljanjegsveta nije nikakva diferentna odlika (lat. dierentia specica) oveka od drugihbia. Sposobnost miljenja o receptovanom, tumaenje slika stvari, i miljenjemiljenja - bitna su karakteristika ljudi. Reeksijom, razmiljanjem, tj. korie-njem razuma, stiemo pojam o stanju stvari. Aristotel (384-322 p.n.e.) prvi pravirazliku meu rezultatima pojmovnog miljenja, meu znanjima koja moemoimati o objektivnoj stvarnosti. Zapravo sa njim i poinje vera u privilegovani sta-tus odreenih znanja, u metode dolaenja do njih, vera u episteme(lat. sciencia) - nauno potkovano, proverivo i pre svega istinito znanje. Tajstav Aristotel bazira na distinkciji izmeu mogunosti razumevanja injenica irazumevanja razloga za injenino stanje. Oba pristupa mogu se prikazati kao de-duktivni silogizmi, oblici ispravnog zakljuivanja, iako samo u drugom Aristotelprepoznaje odlike naunog zakljuivanja [6]:

    Silogizam A Silogizam BPlanete ne trepere. Planete su blizu.Ono to ne treperi je blizu. Ono to je blizu ne treperi.Dakle, planete su blizu. Dakle, planete ne trepere.

    Prvi sluaj demonstrira injenicu da su planete blizu, ali ne objanjava uzrok za-kljuka. Drugi silogizam nije samo demonstrativan ve i objanjavalaki, jer tvrdirazloge zato planete ne trepere - zato to su blizu. Aristotel tako uvodi pojamuzroka kao osnovni pojam naunih znanja. Oblici zakljuivanja nauka, nunostpo kojoj iz premisa sledi zakljuak, moraju oslikavati nunost u prirodi po kojoj izuzroka sledi posledica. Premise objanjavaju zakljuak, a ne obrnuto [6]. Deduk-tivni silogizam kao onaj u primeru, Aristotel smatra ispravnim naunim zaklju-ivanjem, a nauna znanja po njemu su aksiomatsko-deduktivni sistemi iz prvihprincipa. Znanje o uzrocima stiemo iskustvom. Meutim, znanje prvih principane moe se izvesti indukcijom7 iz iskustva, niti pokazati deduktivnim zakljuiva-njem (jer bi se time zapalo u cirkularne denicije ili beskonani regres). Saznanjeprvih principa je mogue jedino intuitivnom apstrakcijom do bitnih osobina stvaripo kojima one jesu ono to jesu, do esencija. Po Aristotelovoj ontologiji8 uzrocis...