Hans Halvorson Physics, Logic, Philosophy

Ugeseddel 4: Videnskabelig forståelse og matematisering

Hvad vil det sige at forstå noget i fysikken? Er forståelse overhovedet et videnskabeligt mål — eller er det tilstrækkeligt at kunne forudsige resultaterne af eksperimenter?

Disse spørgsmål er ikke nye. Men de er heller ikke blot historiske. Matematiseringen af fysikken — fra Newton over Maxwell til kvantefeltteori — har gentagne gange skabt spændinger: nye teorier gav enormt præcise forudsigelser, men til prisen af, at de fysiske billeder og mekaniske forklaringer, som ældre videnskabsmænd havde regnet for selve forståelsen, forsvandt. Er det, vi kalder forståelse, så blot en vane, der kan afvennes?

I løbet af denne uge etablerer vi en ramme for at tænke over videnskabelig forståelse (De Regt og Dieks), og vi tester den på et historisk hårdt tilfælde: hvad skete der med forståelsen, da matematikken overtog fysikken?

Forelæsning — ved Hans Halvorson

Læs dette inden forelæsningen:

  • De Regt og Dieks (2005): A contextual approach to scientific understanding
  • Gingras (2001): What did mathematics do to physics?

Øvelser

Time 1: De Regt og Dieks’ forståelsesteori

Gruppeoplæg (Gruppe 1, 10–15 minutter)

De Regt og Dieks forsøger at genoplivet begrebet forståelse som et epistemisk relevant mål for videnskaben — på trods af at filosoffer som Hempel afviste det som rent psykologisk. Oplægget skal dække følgende:

  1. Hvad er forskellen på at vide at og at vide hvorfor? Og hvad er så forståelse — er det en tredje kategori?
  2. Forklar De Regt og Dieks’ to kriterier: CUP (Criterion for Understanding Phenomena) og CIT (Criterion for the Intelligibility of Theories). Giv et konkret eksempel på, hvordan CIT fungerer i praksis.
  3. Hvad mener De Regt og Dieks med, at forståelse er kontekstuel — og hvordan undgår de, at dette gør forståelse til rent subjektiv psykologi?

Gruppeopgaver (20 minutter)

  1. CIT siger, at en teori er intelligibel, hvis man kan genkende dens kvalitativt karakteristiske konsekvenser uden at udføre eksakte beregninger. Er dette kriterium forudindtaget til fordel for intuitiv, billedlig forståelse på bekostning af matematisk forståelse? Kan man have matematisk forståelse af en teori, selv om man ikke kan visualisere den?
  2. De Regt og Dieks hævder, at kausalitet og visualiserbarhed er redskaber for forståelse, men ikke nødvendige betingelser. Hvad ville en kartesiansk fysiker sige til dette? Har De Regt og Dieks et godt svar?
  3. Tænk på et tilfælde fra jeres egne studier, hvor I kom til at forstå noget i fysikken. Hvad skete der? Opfylder det CIT?

Plenumopsamling

Time 2: Matematisering og forståelse

Gruppeoplæg (Gruppe 2, 10–15 minutter)

Yves Gingras beskriver de virkninger, som matematiseringen har haft på praksis inden for fysik. Oplægget skal dække følgende:

  1. Gingras skelner mellem tre typer af konsekvenser af matematisering (s. 385). Hvilke tre betegnelser bruger han, og hvad dækker de?
  2. Hvilken effekt havde matematiseringen på diskussionen af fysik blandt dem uden matematisk uddannelse — og på selve spørgsmålet om, hvad en god forklaring er?
  3. Hvad mener Gingras, at matematiseringen gjorde ved begrebet substans i fysikken?

Gruppeopgaver (20 minutter)

  1. Den forrige generation af fysikere kritiserede Newtons mekanik for at introducere kræfter, der virker på afstand uden en mekanisk forklaring. Matematiseringen muliggjorde Newtons teori — men til prisen af en mekanisk forklaring på tyngdekraften. Gingras beskriver dette som et ontologisk tab. Er det et tab af forståelse i De Regt og Dieks’ forstand — eller bare en ændring i, hvad vi forventer af forståelse?
  2. Gingras antyder, at matematiseringen afskærer ikke-specialister fra at deltage i fysikkens diskussioner. Er det et problem — og for hvem? Har demokratisering af videnskab noget at gøre med videnskabelig forståelse?
  3. Synes I, at der er for meget eller for lidt matematik i jeres fysikuddannelse? Har matematikken en tendens til at hjælpe eller hindre jeres forståelse af de fysiske fænomener?

Plenumopsamling

Time 3: Forudsigelse uden forståelse? Et første møde med AI

Fælleslæsning (15 minutter)

Læs følgende artikel sammen i gruppen:

Artiklen beskriver, hvordan AlphaFold løste det såkaldte protein structure prediction problem — men hvordan det bagvedliggende protein folding problem stadig er uløst. En forsker i artiklen formulerer det således: AI kan fortælle os, hvad den endelige struktur er, men ikke hvorfor eller hvordan proteinet folder sig.

Gruppeopgaver (20 minutter)

  1. Artiklen skelner mellem at forudsige en proteins endelige struktur og at forstå foldningsprocessen. Hvad er forskellen — og hvorfor mener nogle forskere i artiklen, at den første præstation ikke er det samme som en videnskabelig forståelse?
  2. Anvend De Regt og Dieks’ CIT på AlphaFold: kan en forsker genkende kvalitativt karakteristiske konsekvenser af AlphaFold uden at køre modellen? Hvad siger det om, hvorvidt AlphaFold giver videnskabelig forståelse af proteinfoldning — eller blot forudsigelsesevne?
  3. En forsker i artiklen siger, at videnskaben i 500 år har handlet om at forstå den proces, hvorved ting sker. Er I enige? Og er det et rimeligt krav at stille til AlphaFold?

Plenumopsamling