Reduksjon, korrespondanse og komplementaritet

Med reduksjonisme forstår jeg en holdning som sier at en skal forklare alt (alle fenomener, hendelser, greier, egenskaper) ut fra et lite antall prinsipper eller egenskaper/lover på et mer `grunnleggende' nivå, og som påstår at det som opptrer på dette grunnleggende nivået er det eneste egentlig virkelige. Alt annet er da egentlig bare kombinasjoner eller modifikasjoner av dette, og begrepene som uttrykker disse modifikasjonene er egentlig overflødige.

I (fundamental)fysikken søker man alltid etter de mest mulig generelle og omfattende prinsipper, som mest mulig kan avledes av. Målet er det som man i fysikkretser i dag (noe uærbødig) omtaler som en `Theory of Everything' (TOE). Kan man erstatte ett sett med prinsipper med et mer generelt sett (et med videre gyldighetsområde), er det alltid en stor triumf. Dette kaller jeg en reduksjon. Jeg bruker her begrepet reduksjon både om det som kan betraktes som reduksjon i streng forstand -- når man formelt kan forklare eller avlede en teori (redusendum) ut fra en annen (redusens), som kan betraktes som mer grunnleggende -- og om det som heller burde betegnes som en vitenskapelig revolusjon, der en gammel teori avløses av en ny, som etter at den har slått gjennom kan anses som mer grunnleggende, og som kan forklare alt det den gamle teorien kunne forklare.

En reduksjon tjener flere siktemål, og det er flere krav som må stilles til den for at den skal kalles vellykket:

Hovedsiktemålet er å gi en dypere, mer grunnleggende forklaring og forståelse av verden, og å kunne forklare og forstå flere fenomener. Ofte reduserer en teorimangfoldet ved at redusens er skapt opprinnelig for å forklare fenomener som ikke omfattes av redusendum. Dermed kommer en nærmere målet om ett grunnleggende prinsipp som verden kan forstås ut fra.

Det regnes som en ytterligere triumf om reduksjonen bidrar til å forklare eller forutsi ytterligere fenomener som tidligere var ukjente eller uforklarlige (f.eks. kan man i statistisk mekanikk, i motsetning til i klassisk termodynamikk, behandle energifluktuasjoner på en skikkelig måte).

Naturligvis må den nye teorien forklare alt det som ble forklart i den gamle -- dette ligger implisitt i begrepet om reduksjon. Men man kan ikke være fornøyd med bare det -- det at en teori (delvis) avløser en annen, bringer inn et nytt problem som krever en løsning: Hvordan kunne den gamle teorien fungere så godt? Som regel kan den ikke avledes direkte av den nye, ettersom de ligger på forskjellige logiske plan. Og selv om deler av teoriene kan vises å gi formelt like resultater, kan man peke på at det generelle begrepsapparatet gjør at formalismen representerer helt forskjellige greier. Teoriene er altså logisk inkommensurable, og i lys av den nye teorien blir den gamle meningsløs og uforståelig.

Fysikere ser vanligvis ikke dette som noe problem, ettersom de som regel er mer opptatt av empirisk evidens enn av logiske spissfindigheter. For filosofer og vitenskapsteoretikere føles det mer problematisk. En føler at en står overfor et valg mellom to slags svar, dersom man mener at den nye teorien er riktig: Enten kan en forkaste den gamle teorien fullstendig (som meningsløs), eller si at vi i dag snakker om noe helt annet i vitenskapen enn tidligere (dersom man ikke ønsker å kun gi en rent sosiologisk forklaring på hvordan folk kunne tro på noe slikt meningsløst sludder) -- eller en kan si at den gamle teorien fremdeles har et visst (innskrenket) gyldighetsområde, hvor den altså er noenlunde riktig. Det første alternativet foretrekkes av en god del vitenskapsteoretikere, men er egentlig ikke særlig tilfredsstillende: Fortidas vitenskap og tenking blir gjort nærmest verdiløs og vitenskapelig irrelevant, og vår egen vitenskap står i fare for også å bli det, i lys av den utviklingen man antar vil komme til å skje. Dessuten kan selv de teorier som forkastes mest fullstendig, vises å ha en viss gyldighet: Den ptolemeiske astronomien ga de riktige forutsigelser, og aristotelisk fysikk fungerer som en første (og ofte tilstrekkelig) forklaring i dagliglivet: Steiner faller nedover og ild stiger opp -- ferdig med det. Velger en så det andre alternativet, må en vise en korrespondanserelasjon mellom de to teoriene, for å forklare at den nye er almengyldig, mens den gamle fortsatt har en viss gyldighet.

Begrepet korrespondanserelasjon blir brukt i flere betydninger når det gjelder å beskrive forholdet mellom en gammel og en ny teori.²⁰

Først kan korrespondanseprinsippet ses som en metoderegel i arbeidet med en ny teori: Den nye teoriens begreper korresponderer med de begrepene som forekommer i den gamle teorien, og har en analog eller tildels formalt lik funksjon. Spesielt er metodene for måling eller observasjon omtrent de samme. Dette er nødvendig for at vi skal kunne snakke om at det er en ny teori innenfor den samme vitenskapen, og ikke en helt ny vitenskap. I tillegg fungerer det både som et middel til å dempe motstanden mot den nye teorien, og som en kilde til nye idéer for utvikling. Dette var Bohrs viktigste anvendelse av prinsippet.

Dernest kan det sies å uttrykke kravet om at en ny teori skal forklare minst like mye som den gamle gjorde. Dette ligger imidlertid innbakt også i andre metodeprinsipper.

Den tredje betydningen er mer interessant og mer kontroversiell blant filosofer og logikere. Man sier at den gamle teorien ligger implisitt i den nye, gjerne som et grensetilfelle -- selv om de to formelt er usammenlignbare eller motsier hverandre. Man sier for eksempel at klassisk fysikk fremkommer fra kvantemekanikken når $\hbar$ $\rightarrow$ 0. Tolker man dette bokstavelig, er det meningsløst. Fra en fysikers synspunkt er det derimot ikke noe særlig annet enn det en bestandig gjør: Foretar tilnærminger der en ser bort fra det som kan anses som irrelevant for det problemet man akkurat nå beskjeftiger seg med. Dermed kommer en frem til løsninger som en vet er til en viss grad idealiserte, men som likevel danner en god tilnærming til virkeligheten -- alle teorier innebærer en idealisering. På akkurat samme måte kan en f.eks. for store systemer anse alle de effekter som skyldes Heisenbergs uskarphetsrelasjon som så små at de ikke har noen betydning. Man får dermed ut en formell løsning av det kvantemekaniske problem som er identisk med den klassiske (bortsett fra i de tilfeller der en har makroskopiske kvanteeffekter). Altså er klassisk mekanikk å betrakte som en tilnærming til kvantemekanikken innenfor et visst område, og innenfor dette området kan hele det klassiske begrepsapparat brukes, når en kjenner grensene for dets gyldighet. Ved å vise dette, har en også forklart hvorfor klassisk mekanikk fungerte så godt, ved å påvise en korrespondanserelasjon mellom den og kvantemekanikken. Man kan også si at klassisk mekanikk er redusert til kvantemekanikk. Og dette gjelder ikke bare for forholdet mellom disse to teoriene, men for forhold mellom overlappende fysiske teorier generelt, hvor den ene anses som mer fundamental enn den andre.²¹

Men, som sagt -- teoriene bygger også ofte på helt inkompatible eller inkommensurable begrepsapparat: De greiene den ene teorien behandler, passer overhodet ikke inn i den andre. Dette gjelder ikke bare i de tilfeller hvor den ene teorien gjerne sies å motsi den andre (som kvantemekanikk og klassisk mekanikk), men også i de typiske tilfeller av reduksjon, som termodynamikk og statistisk mekanikk: Selv i de tilfeller hvor en termodynamisk størrelse (som temperatur) har en direkte analogi i statistisk mekanikk, har de to begrepene helt forskjellig mening, og er logisk usammenlignbare. Innen visse områder vil teoriene overlappe; her må de (eller begrepsapparatene) betraktes som komplementære.²²

Her må en legge merke til en ting til: Som jeg nevnte ovenfor, har nesten alle teorier et begrenset gyldighetsområde. Dette kommer frem ved at en enkelt teori sjelden (aldri?) kan stå helt på egne bein -- en enkelt vitenskap (som fysikken) kan heller ikke det. Den essensielle delen av en fysisk teori kan det. Den konstruktive, og spesielt den operasjonelle delen, derimot, krever at det forekommer fenomener som ikke kan beskrives utelukkende fysisk. Når det gjelder den operasjonelle delen, er dette åpenbart: For at den skal gi noen mening, må vi som bevisst handlende (eksperimenterende) vesener være underforstått. Den `omvendte forutsetningen' i den konstruktive delen er litt mer subtil:

Den konstruktive delen av teorien er den som først og fremst danner en bru til vår daglige verden. Denne brua har som regel mange spenn -- spesielt når teorien ligger på et nivå fjernt fra vårt. For at en teori skal fungere, er det ikke nødvendig at alle disse bruspennene er fullt utbygd, men en må ha idéer om hvor de går. Har en ikke det, er teorien bortimot verdiløs som fysisk teori, ettersom man ikke vet hva man snakker om og det man snakker om i hvert fall ikke har noen relevans som forklaring av verden. F.eks. er Demokrits atomisme, som ikke sier noe om hvor mange atomer av vilke størrelser som inngår i et legeme, og heller ikke angir hvordan man skulle kunne finne det ut, kun en metafysisk posisjon.

Først når en har en idé om hvor en kan finne forbindelsen mellom sin fundamentale teori og de øvrige nivåer av virkeligheten, kan en begynne å tenke på å foreta en reduksjon. Og en reduksjon er, som sagt, i alminnelighet noe ganske annet enn en enkel negasjon. Formålet med reduksjonen skal være å forklare de begreper, fenomener eller egenskaper en reduserer; dette gjøres naturligvis ikke ved å forkaste deres gyldighet. Tvert imot: Man forutsetter at de begreper en reduserer er kjente og gitte og har sin anvendelse på sitt område. Og finnes det en vitenskap som omhandler dette området, er denne fremdeles like verdifull, og har heller fått en ekstra dimensjon og rettferdiggjøring ved reduksjonen: Den knytter en forbindelse mellom den mer fundamentale teorien og et plan av virkeligheten som ligger (vanligvis, i hvert fall) nærmere vårt daglige.

En enøyd reduksjonisme overser disse momentene, og ser det som opptrer på det grunnleggende nivået som det eneste egentlige virkelige, og begrepene som opptrer på de øvrige nivåene som egentlig overflødige, for ikke å si tomme -- og teoriene om dem er gale (punktum). Man kan bare godta de begreper som er direkte (logisk-matematisk) konstruert fra de primære, grunnleggende -- de kan være ledd i en slags `tanke-økonomi'. Dette gjelder for fysisk reduksjonisme (alt er egentlig materie eller atomer i bevegelse eller kvantemekaniske tilstander), som jeg har underforstått hittil, og som bare bryr seg om fysiske teoriers essensielle del. Denne posisjonen (som også kan karakteriseres som `ultra-realisme') innebærer egentlig at vi ikke kan si noe om verden før vi har den grunnleggende, altomfattende teorien -- dersom en ikke dogmatisk fastlår at vi allerede er i besittelse av denne teorien.

Denne enøyde forkastingen av alt annet enn det grunnleggende nivået finner en også i det jeg vil kalle psykisk reduksjonisme (at alt egentlig er en konstruksjon fra sanseinntrykk, følelser, tanker eller assosiasjonsprinsipper -- altså mentale størrelser), som bare bryr seg om teorienes operasjonelle del (og knapt nok det). Jeg skal se nærmere på en viktig variant av psykisk reduksjonisme i neste avsnitt. Til syvende og sist er ikke en reduksjonistisk posisjon i stand til å forklare noe som helst. Og verden, i den grad den finnes, blir oss fullstendig fremmed.

På den annen side blir reduksjonismens motsetning -- en relativisme som ikke anerkjenner noen grunnleggende sammenhenger eller noen felles prinsipper eller kriterier -- like lite i stand til å forklare noe: Alt av teorier, verdenssyn, hendelser osv. blir bare løse fragmenter uten noen verdi eller innbyrdes forhold. Her er det virkelig snakk om å være kastet ut i en fiendtlig, kaotisk verden.

I arbeidet med en fysisk teori er det helt legitimt (og nødvendig) å betrakte alt annet som kun manifestasjoner av det som opptrer i teorien -- å oppfatte teorien som altomfattende og altforklarende. Fysikken skal forklare alt i verden, og kan ikke godkjenne noe utenfor seg, noe som ikke er knyttet til materiebegrepet. Immaterielle fenomener er fysisk umulig eller selvmotsigende. Dette innebærer ingen problemer så lenge en innser at alt det som skjer på sekundære nivåer, betraktet på og fra disse nivåene, har sider som er fremmede for det primære nivået. Man må både ha en formell forbindelse (korrespondanse) mellom fundamentalteorien og de sekundære teoriene, og anerkjenne teorienes selvstendighet og nødvendighet på sine nivåer (komplementaritet).

Jeg kan illustrere dette med noen tanker om hva som kan ses og sies av en observatør fra forskjellige nivåer: Vi illustrerer ofte (som regel?) våre teorier ved å forestille oss en observatør på nivå med de størrelsene vi arbeider med. (Vi befinner oss altså fremdeles innenfor fysikkens område.) Denne observatøren vil da se helt andre ting enn vi ser -- formodentlig primært de greiene vi antar finnes på dette nivået. En kan dog også gjøre observatøren til `fysiker' som gjør undersøkelser på vårt nivå. Dette forutsetter at observatøren kan oppfatte seg selv som en `ting', for at den skal kunne håndtere greiene på sitt nivå. Jeg skal ikke hefte meg alt for mye ved dette her.

En galaktisk observatør vil sannsynligvis se galakser, radiogalakser, kvasarer og lignende greier. Dette er greier som vi egentlig oppfatter som mer eller mindre tilfeldige ansamlinger av stjerner, interstellart plasma og støv. I den grad vi kan forestille oss dem som `ting', er det fordi vi har nedskalert dem i tanken. De består dessuten nesten utelukkende av plasma (`ild'), som for den galaktiske observatøren blir den primære aggregattilstanden, men som for oss aldri kan danne ting. Fast stoff, som våre ting stort sett består av, ser ikke den galaktiske observatøren noe særlig til. Han vil også knapt merke effektene av at det finnes ting (i vår forstand) og mennesker. Vårt plan risikerer å bli det mest irrelevante.

På atomært nivå finnes ikke lenger aggregattilstandene, som er så viktige for vår oppfatning av tingene. Greiene er også definert mer i kraft av sine relasjoner, og mindre som selvstendige `ting'. På subatomært nivå kan en vanskelig finne noe i det hele tatt som fortjener betegnelsen `ting', som jeg skal vise i kap. 4.1. Hva er det da en ser på dette nivået? En subatomær observatør i vår forstand er en selvmotsigelse: En elementærpartikkel må være blind -- observasjon forutsetter en metode og et middel for observasjon. Dette kan man ikke ha viss dette planet er det laveste: En metode ville forutsette at observatøren har en fleksibel struktur, og kan differensiere mellom de ulike delene av seg selv. Hvordan skal f.eks. et elektron ellers kunne ha noen kriterier for å si at det ble truffet av et foton som kom fra en bestemt retning med en bestemt energi? Det kunne i høyden si at `noe skjedde'. En subatomær observatør forutsetter altså et enda lavere plan, som vi (så langt) ikke har det ringeste kjennskap til. Om vi likevel tenker oss en slik observatør, er det svært lite vi kan anta om hva vedkommende kan `se'.²³ Vi kan imidlertid med stor sikkerhet påstå at det skal mye til for at den skal kunne `se' (eller konstruere begrepet om) oss.