dva215 information - kunskap - vetenskap grundlÄggande vetenskapsteori

1

DVA215 INFORMATION - KUNSKAP - VETENSKAP

GRUNDLÄGGANDE VETENSKAPSTEORI

VETENSKAP: VERKLIGHET, OBSERVATIONER, BEGREPP, MODELLER, TESTER

Gordana Dodig-CrnkovicAkademin för innovation, design och teknik, Mälardalens högskola

2

GRÄNSSNITT

VÄRLDEN

MÄNNISKAN

VÄRLDEN SOM INFORMATIONSNÄTVERK FÖR MÄNNISKAN

3

LÄR

AN

DE

OC

H K

UN

SK

AP

http://ww

w.alexeikurakin.org/

Hebbs teori: "celler som avfyras tillsammans, sammankopplas" (eng. "cells that fire toghether, wire togher").

Barnet föds med nervsystemet och hjärnan och förmågan att ta olika intryck från världen.

4

MÄNNISKAN

ELEMENTÄRA PARTIKLAR

ATOMER

MOLEKYLER

CELLER

ORGANISMERSOCIALA GRUPPER

EKOLOGIER

PLANETSYSTEM

GALAXER

UNIVERSUM

5

REKURSIVA STRUKTURER

Olika skalor bygger på varandra (elementära partiklar, atomer, molekyler, …universum)

6http://mathworld.wolfram.com/Fractal.html

FRAKTALER

7

Hur byggs upp kunskaper?VÄRLDEN SOM INFORMATION FÖR EN AGENT

Bilden från: http://www.alexeikurakin.org

8

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=vJG698U2Mvo

VI KAN INTE OBSERVERA HELA VÄRLDEN SAMTIDIGT –

VI HAR SELEKTIV UPPMÄRKSAMHET

“An agent interprets all the flow of external information in the framework of the paradigm system that already pre-exists in the mind at the moment of perception/interaction. “

http://www.youtube.com/watch?v=qhF_baBVIOs

9

KUNSKAPER SKAPAS AV INDIVIDER OCH FÖRS VIDARE AV SAMHÄLLET

Bilden från: http://www.alexeikurakin.org

10

11

http://www.youtube.com/watch?v=F5t93VQmkpU

MÄNSKLIG KOGNITION ÄR ETT RESULTAT AV EVOLUTION.

DJUR HAR OCKSÅ KOGNITION

http://www.youtube.com/watch?v=ofjo26O0z_o

12

http://www.youtube.com/watch?v=-euMlL9O1Kc

Apornas kultur: Japanska snöapor tvättar potatis

http://www.youtube.com/watch?v=SSVF4CuXYno Intelligenta apor

APOR HAR ÄVEN KULTUR

13

MÄNNISKAN HAR UTVECKLATS GENOM EVOLUTIONSOM ÄVEN OMFATTAR UTVECKLINGEN AV SAMHÄLLET OCH DESS KULTURER

Till utseende skiljer vi oss mindre från apor än vad våra kulturer gör. Mänsklig kultur bygger på en mängd olika kunskaper och teknologiska artefakter.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7c/Ape_and_Human_Evolution_Tree.JPG

14

Thomas Kuhn, The Structure of Scientific Revolutions, (De vetenskapliga revolutionernas struktur ), 1962beskriver paradigmskiften inom vetenskapen - byte av vetenskapliga tankemönster och förebilder

Det gamla vetenskapliga paradigmet var mekanistisk – värden som en mekanism, som ett mekaniskt urverk.

Det nya paradigmet: världen som nätverk av nätverk, komplexa system, kaotiska system, icke-linjära fenomen, självorganisation (self-organization).

ETT PARADIGMSKIFTE PÅ GÅNG

15

Fysik är naturvetenskapen som handlar om materia - dess strukturer och förändringar (dynamik) genom de fundamentala krafter som verkar mellan dess beståndsdelar.

Fysik studerar problem på alla storleksskalor, från de minsta beståndsdelarna på subatomär nivå (partikelfysik och kärnfysik) till universums struktur på den allra största skalan (kosmologi).

Däremellan finns en rad forskningsfält som atomfysik, molekylfysik och fasta tillståndets fysik, mekanik, strömningsmekanik, elektromagnetism, termodynamik och plasmafysik, till rymdfysik och astrofysik. Biofysik och geofysik är exempel på tvärvetenskapliga forskningsfält med koppling till fysik. (Wiki)

FYSIKENS VÄRLD OCH DEN FYSISKA VÄRLDEN

16

Materia definieras som allting som ytterst består av några få mest

fundamentala enheterna som kallas för elementärpariklar och dess

växelverkan. Den materia vi är i kontakt med består av atomer (i form

av kemiska föreningar, blandningar eller rena grundämnen). Atomer

består i sin tur av mindre partiklar, elementarpartiklar.

HUR MYCKET VET VI OM UNIVERSUM?

http://www.youtube.com/watch?v=bhofN1xX6u0

http://www.youtube.com/watch?v=xmdIbp87KLg

http://www.youtube.com/watch?v=ae9Kwfzh4T8 A Measure of Everything (From Space to Atoms)

17

Elementarpartiklar är materiens minsta beståndsdelar.

Till elementarpartiklarna räknar man också de partiklar som är

bärare av de fyra fundamentala krafterna i naturen.

Elementarpartiklar studeras inom partikelfysiken, där de

partiklar man för närvarande känner till beskrivs av den så

kallade Standardmodellen.

HUR MYCKET VET VI OM UNIVERSUM?

18

Växelverkan Teori Kraftbärare Relativ styrka

Stark växelverkanKvantkromodynamik(QCD)

gluon 1038

Elektromagnetisk Kvantelektrodynamik(QED)

foton 1036

Svag växelverkan Elektrosvag teori W-boson och Z-boson 1025

GravitationAllmänna relativitetsteorin

(inte en kvantteori)

graviton 1

FUNDAMENTAL VÄXELVERKAN - DE FYRA FUNDAMENTALA NATURKRAFTERNA

19

ELEMENTÄRA PARTIKLAR OCH FUNDAMENTAL VÄXELVERKAN

http://en.wikipedia.org/wiki/Fundamental_interaction

20

Materia har massa. Albert Einstein visade att massa och energi är

ekvivalenta genom sin berömda formel E=mc², där E står för energi,

m för massa, och c² för ljusets hastighet i kvadrat. Massa har en

inbyggd attraherande fundamental kraft, gravitationen.

HUR MYCKET VET VI OM UNIVERSUM?

21

22

STRÄNGTEORI

Strängteori är en modell inom fysiken som beskriver materiens allra minsta byggstenar.

De fundamentala byggstenarna inom strängteorin är endimensionella vibrerande strängar, vilket innebär att de har en rumslig utsträckning till skillnad från tidigare fysikaliska modeller som baserades på punktlika (noll-dimensionella) partiklar.

Genom att använda denna modell kan fysiker undvika vissa problem som annars uppkommer.

Strängteori har ännu inte fått experimentell bekräftelse – inga förutsägelser som direkt kan testas experimentellt har kunnat göras hittills.

http://www.pbs.org/wgbh/nova/elegant/scale.html A SENSE OF SCALE

http://www.youtube.com/watch?v=_B0Kaf7xYMk&feature=player_embedded

23

PROBLEM MED STRÄNGTEORI

Lee Smolin: The Trouble with Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science and What Comes Next

Se också: String Theory and General MethodologyLars-Göran Johansson & Keizo Matsubara

http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0912/0912.3160v1.pdf

24

Universums sammansättning enligt en analys av data från WMAP

VAD BESTÅR UNIVERSUM AV?

http://public.web.cern.ch/public/en/Science/Dark-en.html

25

Garrett Lisi: A beautiful new theory of everything

HUR MÅNGA ELEMENTÄRPARTIKLAR?

An Exceptionally Simple Theory of Everything is a preprint proposing a basis for a unified field theory, which attempts to describe all known fundamental interactions in physics, and to stand as a possible theory of everything. The preprint was posted to the physics arXiv by Antony Garrett Lisi in 2007, and was not submitted to a peer-reviewed scientific journal.´The title is a pun on the algebra used, the Lie algebra

of the largest "simple," "exceptional" Lie group, E8.

http://www.youtube.com/watch?v=y-Gk_Ddhr0M&feature=related

26

OLÖSTA PROBLEM INOM FYSIK

Fysikens teoretiska modeller av verkligheten har avlöst varandra genom tiderna. I dag pågår sökandet av en modell som kan sammanfatta alla fenomen i universum - "teorin om allt".

Som en del av detta sökande kommer man vid Large Hadron Collider (LHC) som är världens största partikelaccelerator, söka efter Higgspartikeln, för att visa att Higgsmekanismen är det sätt genom vilket olika elementarpartiklar får olika massa.

(wiki)

http://en.wikipedia.org/wiki/Unsolved_problems_in_physics

27

De teoretiska försök som pågått i över ett halvt århundrade i syfte att förena kvantmekanik och generell relativitetsteori har ännu inte lyckats. De befintliga förslagen är M-teori, supersträngteori och loop-kvantgravitation.

Många astronomiska och kosmologiska fenomen är ännu oförklarade, som till exempel det faktum att universum består av mycket mer materia än antimateria samt att den består till övervägande del av okänd mörk energi och mörk materia.

OLÖSTA PROBLEM INOM FYSIK

28

A strongly recommended book:

Order out of chaos: Man's new dialogue with nature Ilja Prigogine & Isabelle Stengers

OLÖSTA PROBLEM INOM FYSIK

Även inom den klassiska fysiken kvarstår teoretiska problem med fenomen som turbulens och kaos och andra icke-linjära fenomen.Biologiska strukturer och processer är fortfarande en utmaning (nätverkstrukturer och icke-linjära processer är typiska där).

29

http://www.physics.ohio-state.edu/~jay/880/moreisdifferent.pdf

P. W. Anderson, More Is DifferentScience, New Series, Vol. 177, No. 4047 (Aug. 4, 1972), pp. 393-396

BYGGSTENAR, PROCESSER & COMPLEXITET: MORE IS DIFFERENT!

30

http://www.youtube.com/watch?v=hoLvOvGW3Tk&feature=related Black Holes, Neutron Stars, White Dwars, Space and Time

Black Hole Montage - NASA Galaxy Big Bang - PHJ

Welcome to the Hubble Universe: Nebula & Galaxies: A Cosmic Journey

http://www.youtube.com/watch?v=SMgi2j9Ks9k&feature=related Quarks: Inside the Atom

FYSIKENS VÄRLD SOM VI SER DEN IDAG

http://www.snotr.com/video/3393 LHC LARGE HADRON COLLIDER

http://www.youtube.com/watch?v=Zr7wNQw12l8&feature=related Journey to the Edge of the Universe

31

http://www.youtube.com/watch?v=7ImvlS8PLIo&feature=SeriesPlayList&p=D62809AD452EDB98 'A Universe From Nothing' by Lawrence Krauss, AAI 2009

Rekommenderas!

FYSIKENS VÄRLD SOM VI SER DEN IDAG

32

MÄNNISKAN I CENTRUM

”Människan är alltings mått: måttet för det varande, att det är, och för det icke varande, att det icke är.” (Protagoras)

33

http://www.wimp.com/journeymind/ Vilayanur Ramachandran: A journey to the center of your mind, TED

MÄNNISKAN I CENTRUM

Vetenskapens gränser är nära relaterade till människans gränser – våra fysiska begränsningar som vi kringgår med hjälp av instrument (mikroskop, teleskop, accelleratorer och liknande) och våra kognitiva begränsningar som vi först måste inse och förstå (forskningen pågår just nu inom kognitiv vetenskap, neurovetenskap osv.) och sedan få fram datorer och programvara, robotar och liknande intelligenta system som kommer att hjälpa oss vidga och fördjupa vår förståelse av världen.

MODELLER

34

Modeling is a process that always occurs in science, in a sense that the phenomenon of interest must be simplified in order to be studied. That is the first step of abstraction. A model has to take into account the relevant features of a phenomenon.

It obviously means that we are supposed to know which features are relevant. That is possible because there is always some theoretical ground that we start from when doing science.

MODELLER

35

A simplified model of a phenomenon means that we have a sort of description in some symbolic language, which enables us to predict observable or measurable consequences of given changes in a system. Theory, experiment and simulation are all about (more or less detailed) models of phenomena.

MODELLER

36

“REAL WORLD”

AS IT IS:

MODELED

PHENOMENA

SIMPLIFIED

MODEL

COMPARISON:

DOES IT WORK?

“REAL WORLD”

AS IT IS:

MODELED

PHENOMENA

SIMPLIFIED

MODEL

COMPARISON:

DOES IT WORK?

37

However, no model is reality itself as no map is as detailed as a territory – for quite obvious reasons!

R. Magritte – The two misteriesR. Magritte – This is not a pipe

38

“DEN VETENSKAPLIGA METODEN” - TESTER

Den offentliga, forskarsamhälleliga cykeln

Den hypotetisktdeduktiva cykeln

BEFINTLIGA TEORIER OCH OBSERVATIONER

1

URVAL MELLAN KONKURRERANDE TEORIER

6

BEFINTLIG TEORI BEKRÄFTAD

(i en ny kontext) eller

NY TEORI PUBLICERAD

5

Hypotesen måste justeras

FÖRUTSÄGELSER

3

HYPOTES

2

TESTER OCH NYA

OBSERVATIONER4

Hypotesen måste

omarbetas radikalt

Överensstämmelse uppnådd

Hypotesen måste justeras

Induktion -deduktion, analogi,

intuition...

Deduktion

39

KLASSISKA VETENSKAPER SOM NÄTVERK

Kultur6

Naturvetenskaper(Fysik, Kemi,

Biologi, …)2

Samhälsvetenskaper(Ekonomi, Sociologi,

Antropologi, …)3

Humaniora(Filosofi, Historia,

Linguistik …)4

Logik &

Matematik

1

Kunskap5

40

KUNSKAP OCH OKUNSKAP1. Vissa saker vi vet inte och vi förstår att vi inte vet.

2. En del saker vi tror at vi vet, fast det vi “vet” är fel.

3. Och en del saker vi anar inte ens att vi inte vet för att de är helt utanför vår världsbild.(Exempelvis visste inte gamla Grekerna att de inte visste att det fanns antimateria.)

Svåraste okunskaper är de under (2), för de kräver en aktivt och medveten process av revidering av existerande uppfattningar (“unlearning”) vilket är svårt!