[論文レビュー] Physics and the Totalitarian Principle

Helge Kragh|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2019

Quantum Mechanics and Applications参考文献 33被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、物理学における「全体主義的原理」——すべての物理的に許容される実体が存在しなければならない——を検討する。この原理のルーツ、『豊穣の原理』に由来する哲学的基盤、および理論的予測における役割をたどる。磁気モノポール、放射性陽子、ミュー粒子ニュートリノといった歴史的ケースを分析し、実証的裏付けがなくても、理論的推論を導く手がかりとしてこの原理が果たした役割を示す。

ABSTRACT

What is sometimes called the "totalitarian principle," a metaphysical doctrine often associated with the famous physicist Murray Gell-Mann, states that everything allowed by the laws of nature must actually exist. The principle is closely related to the much older "principle of plenitude." Although versions of the totalitarian principle are well known to physicists and often appear in the physics literature, it has attracted little reflection. Apart from a critical examination of the origin and history of the totalitarian principle, the paper discusses this and the roughly similar plenitude principle from a conceptual perspective. In addition it offers historical analyses of a few case studies from modern physics in which reasoning based on the totalitarian principle can be identified. The cases include the prediction of the magnetic monopole, the hypothesis of radioactive protons, and the discovery of the muon neutrino. Moreover, attention is called to the new study of metamaterials.

研究の動機と目的

• 理論物理学における全体主義的原理の概念的・歴史的基盤を調査すること。
• 全体主義的原理と形而上学における古くからの『豊穣の原理』との関係を検討すること。
• 現代物理学において、全体主義的原理に基づく推論が理論的予測に与えた影響を特定し、分析すること。
• 実証的証拠と哲学的検証の観点から、この原理の認識論的立場と科学的有用性を評価すること。

提案手法

• 全体主義的原理と豊穣の原理との関連性を、歴史的・哲学的分析により検討すること。
• この原理の知的系譜を形而上学的伝統から20世紀の理論物理学への受け入れまでたどること。
• 3つの主要な事例研究を分析する：磁気モノポールの予測、陽子の放射性崩壊仮説、ミューオンニュートリノの発見。
• 実証的裏付けが欠如しているにもかかわらず、理論的推論におけるヒューリスティックとしてのこの原理の機能を評価すること。
• メタマテリアル研究分野における現代的応用を検討し、この原理の継続的関連性を評価すること。
• アーカイブ資料および出版済み資料を用いて、物理学文献におけるこの原理の発展と使用を再構築すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物理学における全体主義的原理の歴史的・哲学的起源は何か？
• RQ2 全体主義的原理は、形而上学における『豊穣の原理』とどのように関係しているか？
• RQ3 全体主義的原理は理論物理学において、どのような形でヒューリスティックとして機能してきたか？
• RQ4 磁気モノポールやミューオンニュートリノといった事例が、この原理の予測的力をどの程度示しているか？
• RQ5 理論物理学において全体主義的原理に依存することに伴う認識論的制限とリスクは何か？

主な発見

• 理論物理学において広く用いられているにもかかわらず、全体主義的原理は、理論的期待を導く基盤的役割を果たしているにもかかわらず、批判的な哲学的検証をほとんど受けていない。
• この原理は、論理的または自然的条件下で許容されるすべての可能性が存在しなければならないという形而上学的教義である『豊穣の原理』にそのルーツを発する。
• 磁気モノポールの事例では、対称性とゲージ不変性に基づく理論的予測が、実証的証拠が欠如している状況でも、この原理によって動機づけられた。
• 陽子の放射性崩壊仮説も、すべての許容される崩壊モードが実現しなければならないという考えに基づいていたが、そのような崩壊は観測されていない。
• ミューオンニュートリノの発見は、すべてのレプトンのフレーバーが説明されなければならないという期待に影響を受けており、全体主義的原理の一形態が反映されている。
• メタマテリアル研究分野における現代的取り組みは、この原理が異常な電磁的性質を持つ材料の設計に再び活用されていることを示しており、そのヒューリスティック的価値が継続的に保たれている可能性を示唆している。