miniatura|La dualitat ona-partícula, en què s'aprecia com un mateix fenomen pot ser percebut de dues maneres diferents, fou un dels problemes filosòfics que plantejà la mecànica quàntica La filosofia de la física es refereix al conjunt de reflexions filosòfiques sobre la interpretació, epistemologia i principis de les teories físiques i la naturalesa de la realitat. Encara que rarament l'exposició estàndard de les teories físiques discuteix els aspectes filosòfics, la veritat és que les concepcions filosòfiques dels científics han tingut un paper destacat en el desenvolupament d'aquestes teories. Això ha estat notori a partir de Newton i Kant, i molt important al , quan la teoria de la relativitat donà lloc a una anàlisi minuciosa d'assumptes tradicionalment objecte d'estudi de la filosofia, com la naturalesa del temps i l'espai. La filosofia de la física hi contribueix amb la crítica dels elements de la física, retroalimentant-la.
Introducció En l'intent humà de comprendre la realitat han existit tres enfocaments d'aproximació per entendre el desenvolupament dels esdeveniments físics:
El primer n'és l'aproximació miticoreligiosa, que busca conéixer les coses basant-se en revelacions, la tradició, i els llibres sagrats. En aquesta interpretació s'atribueix voluntat als fenòmens, de la mateixa manera que la conducta d'altres éssers humans sembla dependre de pensaments inobservables. En aquest sentit, tant les creences animistes com les religions teistes suposen que hi ha algun tipus de ments autoconscients (forces naturals autoconscients, déus, esperits, etc.) les accions voluntàries de les quals són els fenòmens físics i, per tant, hi ha una possibilitat de comunicació humana amb aquestes entitats, la qual cosa és el fonament d'aquestes religions. El segon n'és l'aproximació racionalista, per mitjà del raonament deductiu; tradicionalment aquests són els mètodes preferits tant de la filosofia com de les matemàtiques, encara que en aquestes s'ha usat també certa observació i inducció per guiar-ne el desenvolupament. El tercer n'és l'aproximació empírica, que elabora nou coneixement mitjançant l'observació, l'experimentació i el raonament inductiu. La física es val principalment d'aquesta última manera de fer recerca, tot i que també fa un ús notable del raonament deductiu.
Els dos últims enfocaments assumeixen que hi ha relacions recurrents, intemporals i universals en la forma en què esdevenen els fets físics, que són formulables amb proposicions lògiques, lleis universals o lleis físiques (a diferència de les interpretacions misticoreligioses, arbitràries en la relació d'uns i altres fets). La física i la ciència, en general, són intents de descobrir les lleis que governen l'univers, basant-se en esdeveniments coneguts, per entendre el passat i pronosticar el comportament futur de la natura. Els filòsofs de la ciència estan interessats en qüestions tals com la naturalesa de les teories científiques i la seua relació amb el món físic, la manera en què les teories expliquen els fenòmens del món, la base evidencial i inferencial d'aquestes teories i la forma en què aquesta evidència es pot utilitzar per recolzar o descoratjar la creença en una hipòtesi.
Supòsits comuns L'edifici de la ciència es basa en el coneixement adquirit per l'observació i experimentació, per pronosticar amb ajuda del raonament deductiu, el comportament futur de la natura. La manera en què els científics investiguen les seues teories es basen en certs supòsits filosòfics comunament assumits:
Comprensibilitat del món físic, consistent a suposar que la natura es regeix per lleis que poden ser compreses racionalment pels éssers humans. Aquestes lleis són proposicions lògiques la veracitat de les quals explica per què certs patrons o relacions apareixen de manera recurrent i constant. Tant l'ésser humà com la resta dels animals han adquirit una intel·ligència més àmplia, al llarg del temps. La intel·ligència discursiva dels éssers humans juntament amb la transmissió cultural complexa d'una generació a una altra, els ha permés satisfer les funcions biològiques elementals i construir representacions abstractes dels fets del món. La possibilitat de la conceptualització abstracta és gairebé exclusiva dels éssers humans i primats superiors. Les habilitats cognitives dels éssers humans els han permés fer generalitzacions sobre patrons recurrentment observats, i formular lleis que regeixen els fenòmens naturals. Objectivitat del món físic, consistent a suposar que els fenòmens físics són independents del subjecte que els observa: hi ha intersubjectivitat entre diferents observadors: dos observadors poden posar-se d'acord sobre certs fets observats per tots dos. També ha d'existir objectivitat temporal i espacial, és a dir, hi ha relacions i patrons constants que no canvien d'un lloc a un altre, ni d'un moment a un altre. Les conseqüències d'una acció ací són les mateixes que ocorren allà, sota la mateixa acció i en condicions semblants. El que ocorre hui serà el mateix que ocorrerà demà, si les condicions en són semblants. Consistència: hi ha una sola certesa sobre un fet o un fenomen, independentment de les visions o interpretacions que s'hi puguen tenir. Un aspecte molt important, sobre aquest postulat, és que no pot haver-hi dues certeses que es contraposen i que siguen vàlides simultàniament. L'assumpció filosòfica de consistència implica que les proposicions que són deduccions lògicament vàlides de lleis físiques vàlides són fets que seran recolzats per les observacions experimentals.
Problemes de filosofia de la física Entre les qüestions de les quals s'ha ocupat la filosofia de la física hi ha:
El propòsit de la físic: es refereix a si la física és una descripció de l'essència real dels fenòmens i la naturalesa de la realitat o només rastreja i prediu formalment les relacions quantitatives i qualitatives entre fenòmens observables. La cosmologia física o la naturalesa de l'espai, el temps, l'origen de l'univers i el seu darrer destí, així com problemes relacionats amb l'existència i la immanència de certes propietats. Actualment es conceben els camps físics i la matèria com a estats excitats de l'espaitemps on l'energia no és prop del mínim possible. L'espaitemps és un tipus d'entitat més bàsic que la matèria, que serien configuracions possibles de la geometria d'aquest espaitemps (alguna cosa que reverteix la concepció clàssica de l'espai i la matèria). La naturalesa de la termodinàmica i la mecànica estadística, que tracta tant el problema del determinisme com el paper de la informació, i com s'ha d'interpretar l'atzar i la probabilitat en el context de les teories físiques. A nivell microscòpic, moltes equacions d'evolució temporal són reversibles, és a dir, són idèntiques tant si el temps es desplaça cap endavant com cap enrere; macroscòpicament, però, l'univers sembla evolucionar de manera irreversible en la direcció de màxima entropia. La mecànica quàntica, sobre la qual hi ha discrepàncies sobre quina interpretació donar al problema de la mesura i al fet que certs fenòmens responguen a descripcions probabilístiques i no deterministes.
Història La física aristotèlica
miniatura|445x445px Els filòsofs de la natura de l'antiga Grècia no pretenien donar una explicació detallada dels mecanismes que regeixen el comportament de la natura, i molt menys aspiraven a aconseguir prediccions quantitatives de resultats experimentals. Per contra, buscaven analogies dels fenòmens naturals en termes més familiars, i és per això que hi usaven sovint el cos humà, les relacions humanes, els conflictes socials, etc. Així, el magnetisme es podia descriure com a semblant a l'atracció que determinades persones són capaces d'exercir les unes sobre les altres en virtut d'una simpatia innata i que no tots posseeixen. Els conceptes d'atracció i repulsió eren centrals en la ciència prearistotèlica, en ser presos com a agents fonamentals de canvis en la natura.
La distinció entre matèria, subjecte pacient dels canvis, i forces, els seus agents, ja és un fet en l'antiga ciència grega cap al segle V ae.
S'establien quatre tipus de causes de canvis, de les quals, la causa eficient es prenia com a font primària de tot canvi, i representava el més semblant al que hui denominem acció o força en un moviment.
La Física d'Aristòtil (384-322 ae) es dedica fonamentalment a l'estudi de les causes eficients i la seua relació amb el moviment. Es desenvolupa sobre la base de quatre principis:
Negació del buit. L'existència d'espais buits suposaria velocitat infinita, per ser aquesta inversament proporcional a la resistència del medi. I dins de l'esquema aristotèlic no resultava admissible l'existència d'un mòbil amb aquesta propietat. Existència d'una causa eficient en tot canvi. La causa eficient es localitzava en la tendència generalitzada al "propi lloc", que no és sinó la tendència que tot cos té a ocupar el lloc que li correspon per la seua pròpia naturalesa. Aquesta propensió al "propi lloc" ha estat interpretada, de vegades, com una energia potencial introduïda de manera rudimentària; d'altres, s'ha vist com la primera insinuació d'un model d'acció a distància, que seria l'exercida per la Terra sobre els altres cossos. Principi de l'acció per contacte. En tots els moviments, excepte en els naturals, ha d'existir com a causa eficient un agent en contacte amb l'objecte mòbil. Es prenia com a resultat experimental, encara que hi havia dificultats concretes a l'hora d'explicar els moviments de projectils, el magnetisme i les marees. En els tres casos, l'agent semblava operar per la continuïtat del medi. Existència d'un primer agent immòbil. No té interés per al problema de les interaccions.
La física de Descartes El filòsof francès Descartes (1596-1650) comença amb una intrepidesa sense límits, en crear tot un sistema del món en què la matèria s'identificava amb l'espai, i no existia el buit. Així, per l'exemple, el moviment planetari al voltant del Sol es devia a vòrtexs de partícules que giraven al voltant del Sol, encara que el sistema cartesià no intentava explicar-ne els detalls.
La llei fonamental del sistema de Descartes és la conservació del moviment. Déu va infondre a l'univers certa quantitat de moviment, que continua inalterat. Per a Descartes "moviment" és moment (mv), prescindint del caràcter direccional de la velocitat. Pot haver-hi transferència de moviment entre partícules que xoquen, però mai pot ser creat ni destruït. Això és un clar antecedent de la primera llei de Newton, encara que n'hi ha diferències de detall importants.
La causalitat física es redueix a un principi purament mecànic: tot canvi és moviment i tota alteració del moviment es deu al contacte entre els cossos. Per a Descartes la qüestió clau de la física, que mai s'havia plantejat fins llavors, raïa en les lleis dels xocs entre els cossos, que ell mateix va formular.
La física de Newton La física newtoniana prenia com a punt de partida un univers constituït per corpuscles extensos i per espai buit. Cadascun d'aquests corpuscles tenia la possibilitat d'interactuar per contacte i també a distància, exercint forces gravitatòries proporcionals a la seua massa i instantàniament sobre els altres. Amb aquest esquema bàsic, Newton desenvolupà les seues conegudes teories sobre el moviment i sobre la gravitació, publicades el 1686.
En els Principia mathematica de Newton (1642-1727) es descriu com les forces produeixen moviment:
La proporcionalitat entre la intensitat de la força i l'acceleració (segona llei). La llei d'inèrcia (primera llei), per la qual un cos es manté en el seu estat de moviment si no hi actuen forces a sobre. El principi d'acció i reacció (tercera llei), pel qual la força que exerceix un cos sobre un segon cos és igual i de sentit contrari a la que exerceix el segon sobre el primer.