[論文レビュー] On emergence from the perspective of physical science

Joon-Young Moon, Eric LaRock|arXiv (Cornell University)|May 16, 2017

Philosophy and History of Science参考文献 17被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、物理的系における出現現象が、特に微視的レベルと巨視的レベルの間の「所属関係の破れ」を通じて生じると提案する。微視的・巨視的レベル間の対称性の破れと、自発的対称性の破れおよびヒステリシスの関連を示す3つの仮説を提示し、新出現主義的立場を支持する対称性・非対称性の枠組みを提示する。これは物理学および科学哲学における新出現主義的立場に影響を及ぼす。

ABSTRACT

In this paper, we summarize the development of the concept of emergence in physical science and propose key concepts of emergence in the form of conjectures. Our conjectures are threefold: I. A system having a broken-symmetry in membership relation with respect to micro and macro scales can have emergent properties. II. Spontaneous symmetry-breaking is an example of an emergent property. III. The phenomenon of hysteresis accompanies spontaneous symmetry-breaking. We argue that these conjectures and their relationship can illuminate the concept of emergence from the perspective of symmetry breaking.

研究の動機と目的

• 微視的・巨視的レベル間の対称性の破れおよび所属関係の破れという視点から、物理科学における出現の概念を再定式化すること。
• 物理現象に基づく検証可能な仮説を提示することで、新出現主義的立場を形式化すること。
• 微視的レベルの法則とは異なる出現的性質が、対称性・非対称性の関係を通じて、同等の形而上的な地位を有することを明確にすること。
• キュリーの原理およびレノルマル化群理論が出現現象の妥当性をどのように支持するかを検討すること。
• 出現が、実証的確認が得られれば、認識論的に裏付けられ、かつ本体論的にも現実的である可能性を主張すること。

提案手法

• 3つの仮説を用いた出現の形式化: (I) 微視的・巨視的レベル間の対称性の破れが出現を可能にする；(II) 自発的対称性の破れ自体が出現的性質である；(III) ヒステリシスは自発的対称性の破れを伴う。
• ピエール・キュリーの対称性の原理を応用し、対称的な原因と非対称的な効果の因果関係を分析すること。
• 階層的実在論を構造的枠組みとして用いる：レベルYの部分はレベルXの全体の部分集合であるが、全体はその部分の部分集合ではない。
• レノルマル化群（RG）理論を用いて、微視的詳細に依存しないまま巨視的性質がどのように出現するかを示すこと。
• 相転移および臨界現象を、対称性の破れと出現の物理的例証として分析すること。
• ポパー主義的基準に従い、偽証可能性と理論的一致性を評価することで、出現の認識論的立場を検討すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 微視的・巨視的レベル間の所属関係における対称性の破れを通じて、物理系における出現的性質を説明できるか？
• RQ2 自発的対称性の破れ自体が出現現象であるとみなせるか？ もしそうならば、微視的レベルの力学とはどのように異なるか？
• RQ3 ヒステリシス現象は、自発的対称性の破れおよびしたがって出現の物理的兆候として機能するか？
• RQ4 対称性と非対称性のキュリーの原理が、巨視的系における出現的性質の因果的起源をどの程度まで正当化できるか？
• RQ5 レノルマル化群理論は、微視的詳細に依存しない新しい巨視的法則の出現を理論的に説明可能か？

主な発見

• 本稿は、微視的・巨視的レベル間の所属関係における対称性の破れが、出現的性質が生じるための必要条件であると提唱する。
• 自発的対称性の破れは、微視的レベルの法則から単独で導出できない出現的性質であると位置づけられ、新出現主義的立場を支持する。
• ヒステリシスは、自発的対称性の破れの物理的対応物と特定され、出現状態の不可逆性と新規性を強化する。
• キュリーの原理は、原因における非対称性が効果における非対称性を要請することを支持するが、逆は成り立たない—効果は原因よりも対称的であることがある。
• レノルマル化群理論は、巨視的性質が微視的詳細に依存せず出現することを理論的に説明するメカニズムを提供し、高次のレベルに普遍的かつ新しい法則の存在を支持する。
• いかなる理論も絶対的な真実であると証明できないが、現在の枠組みは、出現が認識論的に裏付けられ、現在の科学的理解の範囲内で本体論的に現実的であるとみなせる、偽証可能性のある基盤を提供する。