Sunday 6 November 2011

Project Termination

  Although for some months now, the project has been terminated, for a number of reasons, I will maintain this blog so as to write down.... on my own time... thoughts I have concerning the subject, maybe in a slightly border sense.

   Really, just a place to express my ideas on my favourite academic subject, even if my current involvement with said subject is purely of a non-professional, dilettante nature.

Tuesday 24 March 2009

Αλήθεια και κβαντική φυσική

            Στο πλαίσιο των φυσικών επιστημών, οι αντιστοιχιστικές θεωρίες της αλήθειας θεωρούνται ως οι επικρατέστερες. Παρότι υπάρχει αριθμός διατυπώσεων τέτοιων θεωριών, η κεντρική ιδέα είναι ότι μία πρόταση είναι αληθής εάν και μόνο εάν αντιστοιχεί στην πραγματικότητα ή απεικονίζει την πραγματικότητα. Στο πεδίο της κλασικής φυσικής, οι δηλωτικές προτάσεις, οι οποίες εμπεριέχονται στο σώμα της θεωρίας, είναι της μορφής: “το φυσικό σύστημα Σ κατέχει την ιδιότητα Δ”. Εάν, συνεπώς, οι επιστημονικές δηλωτικές προτάσεις είναι αληθείς ή ψευδείς, ως διαπιστωτικό στοιχείο αναπαράστασης της πραγματικότητας, ο έλεγχος της αληθοτιμής τους θα πρέπει να περιλαμβάνει κάποιο είδος σύγκρισης ανάμεσα στο περιεχόμενο των προτάσεων που αναφέρονται στη φυσική πραγματικότητα και την ίδια την πραγματικότητα. Στην περίπτωση κατά την οποία η σύγκριση αυτή έχει θετικό αποτέλεσμα, καταδεικνύεται η ύπαρξη αντιστοίχισης της πρότασης με την πραγματικότητα και συνεπώς η πρόταση θεωρείται αληθής.
   Το εύλογο ερώτημα που ανακύπτει είναι πώς γνωρίζουμε ποια ακριβώς είναι η πραγματικότητα. Σε αυτό το σημείο δεν μπορούμε να αποφύγουμε έναν φαύλο κύκλο, καθώς λεπτομερή γνώση της πραγματικότητας αποκτάμε μόνο μέσω των επιστημονικών θεωριών μας. Στο πλαίσιο της φυσικής αναμένεται ότι η δυναμική σχέση μεταξύ θεωρίας και παρατήρησης (ή πειράματος) προσφέρει τη λύση στο πρόβλημα της κυκλικότητας.
    Στην κλασική φυσική, ειδικότερα, ο ερευνητής-φυσικός, θεωρείται ως εξωτερικός και παθητικός παρατηρητής. Εξωτερικός, διότι εκλαμβάνεται ως πλήρως αποσπασμένος από το υπό διερεύνηση φυσικό σύστημα, το οποίο χαρακτηρίζεται από εγγενείς ιδιότητες. Στο πεδίο της κλασικής φυσικής, οι εξατομικευμένες οντότητες, οι οποίες αποτελούν το υπό διερεύνηση φυσικό σύστημα, τελούν υπό καθεστώς αυτοτέλειας. Η ύπαρξη των οντοτήτων αυτών θεωρείται ανεξάρτητη, όχι μόνο από τη δυνατότητα γνώσης μας για αυτές, αλλά και από οποιαδήποτε πειραματική διαδικασία στην οποία υποβάλλονται. Ο ερευνητής θεωρείται, επίσης, ως παθητικός παρατηρητής, διότι κατά την πειραματική διαδικασία, όπως για παράδειγμα σε μία διαδικασία μέτρησης, οι μεταβολές στα χαρακτηριστικά τού υπό διερεύνηση φυσικού συστήματος είναι αποκλειστικά και μόνο ποσοτικές, όχι ποιοτικές. Επιπλέον, οι μεταβολές, τις οποίες επιβάλλει η αλληλεπίδραση μεταξύ συσκευής μέτρησης και υπό διερεύνηση φυσικού συστήματος, λαμβάνουν χώρα κατά τρόπο προβλέψιμο και σύμφωνα με τους δυναμικούς νόμους της κλασικής φυσικής. Οι προαναφερθείσες δηλωτικές προτάσεις, λοιπόν, θεωρούνται ως αληθείς, εάν και μόνον εάν το σύστημα όντως κατέχει την προβλεπόμενη ιδιότητα, μέσα στα αποδεκτά όρια του πειραματικού σφάλματος. Ακόμα και σε περιπτώσεις κατά τις οποίες είναι αδύνατον να εξακριβωθεί η αληθοτιμή μίας πρότασης, δεν οδηγούμαστε στο συμπέρασμα ότι η πρόταση δεν κατέχει αληθοτιμή. Η άγνοια αυτή είναι μόνον επιστημικής φύσεως. Η πρόταση κατέχει αληθοτιμή εντελώς ανεξάρτητα από τη διαδικασία καθορισμού της. Συνεπώς, η δομή του συνόλου των προτάσεων που διέπουν ένα κλασικό φυσικό σύστημα είναι ισομορφική μίας Μπούλεια άλγεβρας (Boolean algebra), η οποία επιπροσθέτως χαρακτηρίζει τη δομή της τυπικής, κλασικής λογικής.
   Σε αντίθεση με την κλασική φυσική, το προτασιακό πλέγμα της κβαντικής μηχανικής δεν επιδέχεται μία σημασιολογία πινάκων αλήθειας κατά το πρότυπο της τυπικής, Μπούλεια λογικής. Διότι, για παράδειγμα, στο πεδίο αναφοράς της κβαντικής μηχανικής, είναι δυνατόν δύο προτάσεις Α και Β να είναι αμφότερες μη-αληθείς, η διάζευξή τους Α ν Β όμως (η οποία παράγει τον χώρο των γραμμικών συνδυασμών τους) να είναι αληθής, καθώς η αντίστοιχη κβαντομηχανική κατάσταση μπορεί να αποτελεί υπέρθεσή τους. Ούτε η αληθοτιμή μίας σύνθετης πρότασης στην κβαντική μηχανική καθορίζεται μονοσήμαντα από τις αληθοτιμές των συνιστωσών της προτάσεων. Σε κάθε φυσικώς σημαντική περίπτωση στη μικροφυσική, η αληθοτιμή μίας πρότασης είναι εν γένει απροσδιόριστη. Επιπλέον, βάσει του θεωρήματος Kochen-Specker, δεν είναι δυνατή η απόδοση αληθοτιμών στο σύνολο των προτάσεων που διέπουν ένα κβαντικό σύστημα, χωρίς να οδηγηθούμε σε λογική αντίφαση εντός της θεωρίας. Ως αποτέλεσμα, η υπόθεση ότι το γνωρίζον υποκείμενο, ο παρατηρητής, είναι πλήρως αποσπασμένος από το υπό διερεύνηση αντικείμενο, φυσικό σύστημα, διαρρηγνύεται στην κβαντική μηχανική. Η πλαισιακή εξάρτηση των ιδιοτήτων ενός κβαντικού συστήματος έχει επισημανθεί από αριθμό σχολιαστών (π.χ. Niels Bohr, John Bell, David Bohm). Η αδυναμία απόδοσης καλώς-ορισμένων αληθοτιμών, σε συνδυασμό με το στοιχείο της πλαισιακής εξάρτησης, δεν καθιστά απαραίτητη την αποδοχή κάποιου είδους αντιρεαλισμού ή μίας σχετικιστικής θεωρίας της αλήθειας. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι να δείξει ότι μία αντιστοιχιστική θεωρία περί αλήθειας είναι δυνατή στο πλαίσιο της κβαντικής θεωρίας χωρίς να οδηγεί σε λογικές αντιφάσεις εντός της θεωρίας. Βασική προϋπόθεση, όμως, αποτελεί η αναθεώρηση του τρόπου κατά τον οποίο οι προτάσεις εντός της θεωρίας εκφράζονται, καθώς και οι συνθήκες, υπό τις οποίες λαμβάνουν αληθοτιμές. Η παρούσα εργασία, συνεπώς, συνιστά μία πρωτότυπη αμφίπλευρη μελέτη τόσο στο φιλοσοφικό επίπεδο, όσο αφορά την αποτίμηση των ήδη υπαρκτών θεωριών αλήθειας, όσο και στο επίπεδο των διερευνήσεων της κβαντικής λογικής.

Ρεαλισμός και κβαντική φυσική

Ρεαλισμός και Κβαντική Φυσική

Σε γενικές γραμμές, ο επιστημονικός ρεαλισμός είναι η φιλοσοφική θέση που υποστηρίζει ότι ο κόσμος, η φυσική πραγματικότητα, έχει μια καθορισμένη και ανεξάρτητη από τον νου δομή και ύπαρξη. Κατά τον επιστημονικό ρεαλισμό, οι επιστημονικές θεωρίες πρέπει να ερμηνεύονται κυριολεκτικά. Συνιστούν αυθεντικές περιγραφές της φυσικής πραγματικότητας και μπορούν να λάβουν αληθοτιμές. Ως εκ τούτου, μπορούν να είναι αληθείς ή ψευδείς. Εάν, λοιπόν, οι επιστημονικές θεωρίες είναι αληθείς, τότε οι μη παρατηρήσιμες οντότητες, τις οποίες θέτουν, κατοικούν τον κόσμο.
Ο επιστημονικός ρεαλισμός προβάλλει δύο παράλληλους ισχυρισμούς. Πρώτον, ότι υπάρχει ένας, ανεξάρτητος από τη γνωστική δραστηριότητα, κόσμος τον οποίο η επιστήμη επιχειρεί να χαρτογραφήσει. Δεύτερον, ότι η επιστήμη είναι ικανή να αναπαραστήσει αξιόπιστα τον κόσμο επιτρέποντας να γνωρίσουμε την αλήθεια (ή μέρος της) για αυτόν.
     Σύμφωνα με τους παραπάνω ισχυρισμούς και στο πλαίσιο των φυσικών επιστημών, οι πειραματικές διαδικασίες που χρησιμοποιούμε για τη διερεύνηση ενός φυσικού συστήματος αποκαλύπτουν εγγενή χαρακτηριστικά του, τα οποία ανήκουν στο σύστημα καθεαυτό, ανεξάρτητα από το είδος της πειραματικής διαδικασίας. Επιπλέον, οι τιμές των ιδιοτήτων ενός φυσικού συστήματος θεωρούνται ως καλώς-ορισμένες ανεξάρτητα από το εάν επιχειρείται ή όχι οποιαδήποτε μέτρηση επ’ αυτών. Η διαδικασία της μέτρησης της ιδιότητας ενός συστήματος απλώς αποκαλύπτει την τιμή της και υπό καμία έννοια δεν θεωρείται ότι τη συνδιαμορφώνει.
Οι επικριτές του ρεαλισμού συχνά επικαλούνται ως επιχείρημα εναντίον του τα προβλήματα που ανακύπτουν από την κβαντική θεωρία. Δεδομένης της επιτυχίας της κβαντικής μηχανικής, σε πειραματικό και θεωρητικό επίπεδο, η πρόκληση που παρουσιάζει η κβαντική θεωρία μπορεί να χαρακτηριστεί ως η πλέον σημαντική για τον ρεαλιστή. Κατά την κβαντική θεωρία, η κυματοσυνάρτηση, η οποία εκφράζει την κατάσταση ενός φυσικού συστήματος, δεν προσδιορίζει μονοσήμαντα το αποτέλεσμα μίας μέτρησης, αλλά μόνο το ποσοστό συμμετοχής όλων των πιθανών αποτελεσμάτων. Τα προβλήματα ή παράδοξα που προέκυψαν (γάτα του Schrödinger, επιχείρημα EPR, κβαντική μέτρηση, κλπ.) ώθησαν εξέχοντες φυσικούς, όπως τον Einstein, στην αμφισβήτηση της πληρότητας της κβαντικής θεωρίας. Από την πλευρά του ρεαλισμού, η λύση που προτάθηκε, μεταξύ άλλων, ήταν αυτή της ύπαρξης λανθανουσών παραμέτρων ή κρυμμένων μεταβλητών στο υπο-κβαντομηχανικό επίπεδο, η άγνοια των οποίων οδηγούσε στα παραπάνω παράδοξα. Όμως, βάσει του θεωρήματος Bell, καμία τοπική ρεαλιστικού τύπου θεωρία λανθανουσών παραμέτρων, η οποία αξιώνει να προσδίδει επακριβώς καθορισμένες τιμές σε φυσικά μεγέθη μικροφυσικών οντοτήτων, είναι σε θέση να αναπαραγάγει το σύνολο των στατιστικών προβλέψεων της κβαντικής μηχανικής. Επιπλέον, το θεώρημα Kochen-Specker περί πλαισιακότητας (contextuality) των τιμών κβαντικών μεγεθών θέτει σοβαρές αμφιβολίες για την πιθανότητα ρεαλιστικής ερμηνείας της κβαντικής μηχανικής μέσω θεωριών λανθανουσών παραμέτρων.
    Συνεπώς, σύμφωνα με την πρότυπη διατύπωση της κβαντικής μηχανικής (χώρου-Hilbert), η θεώρηση ενός προϋπάρχοντος κβαντικού κόσμου, του οποίου τα φυσικά μεγέθη διαθέτουν καλώς- ορισμένες ιδιότητες ή τιμές ανεξαρτήτως του είδους ή των συνθηκών του πειραματικού πλαισίου εντός του οποίου εκδηλώνεται η ύπαρξή τους, είναι μη δόκιμη. Ειδικότερα, εάν θεωρηθεί ότι η λεπτομερής περιγραφή της φυσικής πραγματικότητας είναι δυνατή, ανεξάρτητα από τη γνωστική διαδικασία και τις επιχειρούμενες μεθόδους έρευνας, τότε αυτή η ‘πραγματικότητα’ οφείλει να χαρακτηρίζεται από έντονα στοιχεία μη τοπικότητας ή μη διαχωρισιμότητας. Έτσι θα πρέπει να διαφέρει ριζικά από το εννοιολογικό περιεχόμενο στο οποίο ο όρος ‘πραγματικότητα’ συνήθως αναφέρεται.
      Η επιτυχής αντιμετώπιση, επομένως, της πρόκλησης της κβαντικής θεωρίας από τον ρεαλιστή προϋποθέτει τη ριζική αναθεώρηση των διαισθητικών κλασικών ιδεών περί φυσικής πραγματικότητας. Η βιωσιμότητα οποιασδήποτε δυνατής ρεαλιστικής ερμηνείας της πρότυπης κβαντικής θεωρίας προϋποθέτει την αποσύνδεση της έννοιας του ρεαλισμού από εδραιωμένες ιδέες της συνήθους αντίληψης ή των αντίστοιχων εξιδανικεύσεών τους στο πεδίο της κλασικής φυσικής, όπως ατομισμός, τοπικότητα, διαχωρισιμότητα, ή από παρεμφερείς φιλοσοφικές προϊδεάσεις, όπως πλήρης διαχωρισμός υποκειμένου-αντικειμένου, μηχανιστικός ντετερμινισμός και οντολογικός μικρο-αναγωγισμός. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η συγκρότηση ενός νέου είδους επιστημονικού ρεαλισμού, δηλαδή η συγκρότηση μίας συνεπούς και συνεκτικής εικόνας της πραγματικότητας η οποία βρίσκεται σε συμφωνία με το περιεχόμενο της σύγχρονης φυσικής.

Monday 2 March 2009

Αντικειμενικότητα και κβαντική φυσική

 

Η διαδικασία της αίτησης απαιτεί την σύνταξη όρισμένων 'πακέτων εργασίας'. Τρία τετοια πακέτα συντάχθηκαν με
θέματα Αντικειμενοκότητα, Ρεαλισμός και Αλήθεια. Το πρώτο πακέτο συντάχθηκε αποκλειστικά από τον Β. Καρακώστα, τα άλλα δυο από εμένα με διορθώσεις και υποδείξεις απο τον κ. Καρακώστα.



Αντικειμενικότητα και Κβαντική Φυσική

"Η έννοια της αντικειμενικότητας είναι δυνατόν να εκληφθεί ως όρος-σχέσης μεταξύ τριών βασικών στοιχείων της γνωστικής διαδικασίας, χαρακτηριστικών σε κάθε επιστήμη. Δηλαδή, μεταξύ του γνωρίζοντος υποκειμένου που προσλαμβάνει, παράγει και κατέχει τη γνώση, της ίδιας της γνώσης και του αντικειμένου στο οποίο η γνώση αναφέρεται. Συγκεκριμένα, στο πεδίο της φυσικής επιστήμης, εσωτερικεύεται εξ αρχής στην ερευνητική διαδικασία μία στοιχειώδης μεθοδολογία αντικειμενοποίησης της φυσικής περιγραφής τουλάχιστον στον βαθμό που η προσλαμβάνουσα γνώση θεωρείται ανεξάρτητη από την ιδιοσύσταση του υποκειμένου, οπότε συνιστά τη δυνατή γνώση ενός αποπροσωποποιημένου υποκειμένου, γνώση, η οποία είναι διυποκειμενικά ελέγξιμη. Η έννοια της αντικειμενικότητας στη φυσική επιστήμη δεν εξαντλείται βεβαίως σε αυτή την απαίτηση. Ούτε η έννοια της αντικειμενικότητας φέρει στατικό, άχρονο περιεχόμενο. Κάθε ουσιαστική, ρηξικέλευθη πρόοδος στην επιστήμη συνεπάγεται την αναγνώριση της δυνατότητας προόδου στη φιλοσοφία της. Έτσι, η εννοιολογική τομή που εισάχθηκε στη φυσική μέσω της ανάπτυξης της κβαντικής θεωρίας επιφέρει επίσης μετασχηματισμούς στη φιλοσοφική θεώρηση για την επιστήμη και τη μεθοδολογία της. Η διάρρηξη των καθιερωμένων εννοιών που συντελέσθηκε κατά τη μετάβαση από την κλασική στην κβαντική μηχανική εμπεριέχει αναπόφευκτα μεταβολές τόσο στην αντίληψή μας για τη φύση της πραγματικότητας όσο και στους τρόπους με τους οποίους αναλογιζόμαστε και διερευνούμε αυτήν την πραγματικότητα. Ποιες τροποποιήσεις, συνεπώς, της ευρύτερης σύλληψης της αντικειμενικής επιστημονικής γνώσης απαιτεί η αποδοχή της κβαντικής μηχανικής;
Η διερεύνηση του συγκεκριμένου ερωτήματος επιχειρείται κατά τρόπο συγκριτικό, αντιδιαστέλλοντας, από πλευράς εννοιολογικών θεμελίων, τη σύγχρονη με την προγενέστερη κατάσταση πραγμάτων στην κλασική φυσική. Είναι δυνατόν να δειχθεί ότι στο πεδίο της κλασικής φυσικής, ο ρόλος του γνωρίζοντος υποκειμένου είναι παθητικός. Το γνωρίζον υποκείμενο, ο παρατηρητής, εκλαμβάνεται ως πλήρως αποσπασμένος από το προς παρατήρηση αντικείμενο, το οποίο χαρακτηρίζεται από εγγενείς ιδιότητες. Η αντικειμενική υπόσταση αυτών των ιδιοτήτων αντλείται ακριβώς από το γεγονός ότι θεωρούνται ως να αντιστοιχούν σε ιδιότητες εξατομικευμένων οντοτήτων, οι οποίες υφίστανται αυτοτελώς ανεξάρτητα από τις πειραματικές συνθήκες και περιστάσεις υπό τις οποίες εκδηλώνεται η ύπαρξή τους. Έτσι, στην κλασική φυσική, η αντικειμενικότητα της γνώσης θεμελιώνεται, όσον αφορά τη γνωσιολογική της συνιστώσα, στην παθητικότητα του γνωρίζοντος υποκειμένου, ενώ όσον αφορά την οντολογική της συνιστώσα, στην αυθυπαρξία, στην ανεξάρτητη ύπαρξη τού προς μελέτη αντικειμένου από τον λοιπό περιβάλλοντα κόσμο. Από φιλοσοφικής πλευράς, συνεπώς, η κλασική αντίληψη της αντικειμενικότητας υποβαστάζεται από τη μεταφυσική του ζεύγους υπόσταση-κατηγόρημα· βασίζεται στην υποστασιοκρατική φύση ανεξάρτητα υπαρχόντων οντοτήτων· στηρίζεται, κατ’ επέκταση, στη δυνατότητα αντιστοίχισης εξατομικευμένων αντικειμένων προς τις υποτιθέμενα εγγενείς καταστάσεις και ιδιότητές τους, οι οποίες εκλαμβάνονται ως προσδιοριστικές της ταυτότητας των αντικειμένων. Το σύνολο αυτών των συνθηκών παράγει την εικόνα ενός κόσμου στατικού / παθητικού, αφού αυτός φέρει προ-καθορισμένη δομή, μηχανιστικώς ελεγχόμενη, η οποία αναμένεται να ανακαλυφθεί και, εν τέλει, να αναπαρασταθεί, στο ιδανικό όριο, όπως ‘πραγματικά είναι’.
Σε αντιδιαστολή προς την κλασική φυσική, η κβαντική μηχανική, υπό το πρίσμα οποιουδήποτε προς το παρόν ερμηνευτικού της πλαισίου, δηλώνει απερίφραστα ότι ο υλικός κόσμος δεν συνίσταται από ένα σύνολο διακριτών, εξατομικευμένων οντοτήτων συνδεόμενων εξωτερικά μεταξύ τους μόνο μέσω χωρικών και χρονικών σχέσεων. Η κβαντική μηχανική αποτελεί την κατεξοχήν επιστημονική θεωρία  λογικώς συνεπή, μαθηματικώς διατυπωμένη και εμπειρικώς επικυρωμένη , η οποία ενσωματώνει ως βασικό της χαρακτηριστικό ότι το ‘όλο’ δεν είναι πλήρως αναγόμενο ή ισοδύναμο προς το άθροισμα των ‘μερών’ του, συμπεριλαμβανομένων των μεταξύ τους φυσικών αλληλεπιδράσεων και χωροχρονικών σχέσεων. Είναι αξιοσημείωτο ότι κάθε σύνθετο κβαντικώς συζευγμένο σύστημα διακρίνεται από ιδιότητες οι οποίες, υπό μία σαφώς καθορισμένη έννοια, ενώ χαρακτηρίζουν το όλο σύστημα, δεν είναι ούτε αναγώγιμες προς, ούτε επιγενόμενες των τοπικών ιδιοτήτων των μερών του. Συνεπώς, η αντίληψη περί μίας μεταφυσικής του ζεύγους υπόσταση-κατηγόρημα, ως φιλοσοφικού εργαλείου ανάλυσης, διαρρηγνύεται στο πεδίο της μικροφυσικής.
Είναι δυνατόν να υποστηριχθεί, κατά τρόπο αυστηρό, ότι λόγω της ουσιώδους μη-διαχωρίσιμης δομής της κβαντικής μηχανικής και της συνακόλουθης πλαισιοκρατικής περιγραφής της φυσικής πραγματικότητας, η αντικειμενικότητα δεν φέρει ως αποκλειστικό της τόπο το αντικείμενο. Υπό την οπτική της κβαντικής θεωρίας, η αντικειμενικότητα δεν συνιστά απλώς προϊόν σύγκρισης ή αντιπαράθεσης με ένα δεδομένο αντικείμενο, κατά το κλασικό πρότυπο. Διότι, δεν είναι δυνατόν να προϋποθέτουμε πλέον ότι η αντικειμενικότητα της επιστημονικής γνώσης στηρίζεται στην υποστασιοκρατική φύση εξατομικευμένων, αυτοτελών αντικειμένων. Ούτε η αντικειμενικότητα της γνώσης επιτυγχάνεται μέσω του εξοβελισμού ή της πλήρους απαλοιφής του γνωρίζοντος υποκειμένου. Αντιθέτως, η ορθολογική δράση του υποκειμένου συνιστά αναγκαία συνθήκη ως προς την επιστημονική αντικειμενοποίηση της φυσικής πραγματικότητας. Καθώς, κατά τη διερεύνηση του μικροφυσικού στοιχείου, απομακρυνόμαστε ολοκληρωτικά από το πεδίο της άμεσης εποπτείας, η αντικειμενική γνώση ούτε άμεση είναι, ούτε ενορατική· πηγή της δεν αποτελεί η αισθητηριακή εμπειρία ούτε η καθαρή διάνοια. Η επιστημονικώς αντικειμενική γνώση είναι κατεξοχήν κριτική, αναστοχαστική γνώση· αναστοχαστική επί των μεθόδων επίτευξής της. Έτσι, η αντικειμενικότητα της γνώσης εσωτερικεύεται στη σύγχρονη φυσική επιστήμη μέσω ενός διαρκούς διαλόγου θεωρίας – πειράματος, αποσκοπώντας στη συνύφανση της μαθηματικώς συγκροτημένης θεωρίας με την πειραματικώς συγκροτημένη εμπειρία."




 

Wednesday 11 February 2009

Επί του προβλήματος του ρεαλισμού και της έννοιας της αλήθειας στην κβαντική μηχανική

Ο τίτλος του διδακτορικού έχει αλλάξει ελαφρά αλλά μόνο για την ελληνική απόδοση. Όλα τα απιτούμενα έγγραφα για την αίτηση στον Ηράκλειτο θα πρέπει να είναι στην ελληνική και για αυτό και η ελληνική απόδοση του τίτλου.
Η 3μελής επιτροπή δεν έχει συγκροτηθεί επίσημα ακόμα, αλλά εκτός απροόπτου θα αποτελείται από:

Β. Καρακώστας            Επ. Καθηγητής           Παν/μιο Αθηνών (Επιβλέπων)

Σ. Ψύλλος                      Αν. Καθηγητής           Παν/μιο Αθηνών

Ι. Στεφάνου                  Επ. Καθηγητής             Παν/μιο Αθηνών

Για τον παραπάνω λόγο οι σημειώσεις που ακολουθούν (και αφορούν τον ΗΡΑΚΛΕΙΤΟ) θα είναι στην ελληνική.

Monday 26 May 2008

Some comments on the Kochen-Specker Theorem

In our research the Kochen-Specker Theorem (K-S) will be of significant importance. More generally, we will be trying to focus on the of realism in QM, but always, and as far as it is possible, with an eye on the most current version and developments in quantum theory.

The K-S theorem provides strong indications (if not evidence) against the possibility of interpreting QM in terms of a Hidden Variables (HV)theory. Note that we make no reference here on whether or not this excludes also any realistic interpretation of QM. Therefore, and considering the above the significance of the K-S theorem is that it forces us to review some of the most basic (philosophical/metaphysical) assumptions upon which we base our realistic interpretation of our physical theories.
The important notion under consideration here is that of "contextuality". Simply put, that that the value of a quantum mechanical observable is dependent on the measurement arrangement.

...to be continued
link for more on the K-S theorem

Saturday 24 May 2008

Research Proposal Draft - Take 1

First attempt at a basic introduction to the subject for the research proposal:

Statement Of Topic
Quantum Mechanics is an extremely successful branch of science. It has enabled us to explain the structures of atoms and the details of atomic spectra, radioactivity, and chemical bonding. Elaborations of the fundamental theory has led to satisfactory explanations of nuclear structures and relations, the electrical and thermal properties of solids, superconductivity, the creation and annihilation of elementary particles, the production of anti-matter, Bose-Einstein condensation, the stability of white dwarfs, and neutron stars, and much else. It has also made possible major practical developments such as the electron microscope, the laser, the transistor. Exceedingly delicate experiments have confirmed subtle quantum effects to an astonishing degree of accuracy. It has never been shown to contradict the results of 50 years of experimentation.

If all that is asked from a scientific theory is that it should correctly predict the results of experiments, quantum mechanics works perfectly, and, to paraphrase John Bell, "ordinary quantum mechanics (as far as we know) is just fine for all practical purposes (FAPP)".

However, the basic conceptual foundations of quantum mechanics, when closely examined, can lead, depending on their interpretation, to some puzzling paradoxes and strange, counterintuitive, and to some commentators, unacceptable features. For these reasons, the problem of the interpretation of Quantum Mechanics has produced some very lively debates, and continues to do so. The importance of the interpretation of Quantum Mechanics for the realism-antirealism can hardly be overstressed.

One major point of contention is the way quantum mechanical states are represented within the theory and the conclusions that are to be drawn from such a representation. Quantum Mechanics has the peculiar property that it only assigns probabilities that a physical state will be found at a specific state upon measurement; contrary to a classical theory which could, at least in principle, provide us with definite values for the various properties of the system in question. From a realist point of view, the conclusion to be drawn is that Quantum Mechanics does not provide us with a complete description of the physical system under investigation, something which could, arguably, be achieved through a Hidden Variables theory.

The significance of Bell's Theorem on the possibility of reproducing all of the predictions of quantum mechanics through a (local) hidden variables theory is well known. Bell test experiments to date overwhelmingly show that Bell inequalities are violated. These results provide empirical evidence against local hidden variable theories.
Furthermore, realistic interpretations of quantum mechanics seem to rely, either explicitly or implicitly, on the principles of Value Definiteness and Non Contextuality .

Value Definiteness: All observables defined for a QM system have definite values at all times.

Non Contextuality: If a QM system possesses a property (value of an observable), then it does so independently of any measurement context, i.e. independently of how that value is eventually measured.

At first glance, these two principles might even appear to form a "null" hypothesis for any realistic approach, especially if we are trying to extend our classical intuitions into the quantum domain. Both Value Realism and Non-COntextuality incorporate the basic idea of an independence of physical reality from its being measured. Or in other words, we can view this as a form of Cartesian Dualism and a separating of the mental world from the physical one.
Qauntum Mechanics however challenges in a serious way these basic notions through the Kochen-Specker (KS) theorem. The KS theorem establishes a contradiction between VD and NC. Implying that if we are to accept quantum mechanics, and the experimental results do force us into that direction, we have to renounce either VD or NC. As can be readily appreciated, for the realist, it is unclear how a plausible realist interpretation of QM can be achieved that renounced VD but not NC, or vice versa.

All the above problems seem to reinforce Arthur Fine's pronouncement that “realism is dead”. However, these problems should not deter the realist. After the same man that pronounced the death of realism has also mentioned that realism is a powerful tool in the development of science, and therefore it is not advisable that we abandon it. On the other hand if the realist to meet the challenges level at him from the latest scientific developments, and from quantum mechanics more specifically, he needs to undertake a critical re-evaluation of some of the notions that had hitherto formed the basis, at a foundational level, of any realistic interpretation of any physical theory.
In order to achieve this we need to examine some the notions that have been viewed as principle conditions of our conception of the world, including those that we have already mentioned (Value Definiteness, Non-contextuality) but also notions like separability. In addition, we need to go further back and examine critically what is the function of the various theories of truth, within the context of scientific research and discourse, be it correspondence theories of truth of a Tarskian type or minimalistic theories of truth (e.g. Pascal Engel).

What we are aiming at showing, is that there is a way the realist can meet the challenges that quantum mechanics presents. However, in order to achieve this, the realist will need to incorporate into his conception of the natural world the results of quantum mechanics, or to put it differently, to allow his world view to be instructed by the results of quantum mechanics. An integral part of this effort will be focused in evaluating the possible solutions in escaping the consequences of the Kochen-Specker theorem. In summary, some the of available solutions are:

• Denial of Value Definiteness
• Denial of Non-Contextuality, in the form of either a Casual or an Ontological Contextuality

Although most realistic approaches to the interpretation quantum mechanics are directed at showing that quantum theory is incomplete, by pointing out some its bizarre consequences that run counter to some of our fundamental intuitions about the nature of reality, there is an alternative path that is worth exploring. Taking the traditional approach and turning it on its head, we accept the results of quantum mechanics and use them to instruct our world view.



However, such debates can often leave the reader with a sense of frustration. Such views have been expressed by prominent commentators such as Arthur Fine, when he declared realism as dead and went on produce a colourful portayal of realism when he said that all they seek to add is "A desk-thumping, foot stamping shout of "REALLY"!!".
[http://www.drury.edu/ess/philsci/AFine.html
]
Comments such as these, however, may not need be taken as signaling the end realism as such.