¿Qué es fundamentalmente físicamente imposible?

Esta es una cuestión de filosofía de la ciencia. Algunos filósofos han sostenido que los principios genéricos, como las leyes de conservación, son más convencionales que realmente verdaderos (ni verdaderos ni falsos, por ejemplo, Wittgenstein vio el principio de causalidad y quizás todas las leyes científicas como una 'red de pesca' para aprehender la realidad. Algo que no sigue el principio de causalidad, asumía, no es pensable lo que no implica que ese principio pertenezca al mundo mismo) Poincaré también sostuvo tesis convencionalistas.

La diferencia entre necesidad lógica y física a menudo se expresa en términos de una distinción "analítica/sintética", cuyos términos se remontan a Kant. Algo es analítico si: - su contradicción es absurda - es verdadero sólo en virtud de su significado (por ejemplo, los solteros no están casados) Estas definiciones se toman como equivalentes. Otro punto de vista sería que las verdades analíticas son lógicamente necesarias. Algo analítico puede pensarse como una mera convención lingüística, o una tautología. Algo es sintético si puede ser verdadero o falso, según el mundo. Kant pensó que la verdad lógica (el medio excluido) es una verdad analítica pero no matemática porque, digamos, negar el quinto axioma de la geometría de Euclides no es absurdo. Las verdades matemáticas se conocen por intuición. Más tarde, Wittgenstein y los empiristas lógicos concibieron todo lo lógico, la verdad matemática y conceptual (el rojo es un color) como analítica y toda la verdad científica como sintética. Para ellos analítico es igual a necesario (pero una verdad analítica es puramente tautológica, resulta de una convención) y sintético es igual a contingente.

Quine criticó más tarde la distinción analítica sintética en 'dos ​​dogmas del empirismo', donde argumentó que debido al holismo de confirmación (siempre hacemos más de una suposición cuando probamos una hipótesis) los componentes lingüísticos y fácticos nunca se pueden distinguir claramente. Incluso los principios matemáticos y lógicos se ponen a prueba cuando se verifica una suposición, aunque revisar un principio lógico cuando falla una prueba sería una opción extrema (pero señaló que algunos han propuesto reemplazar la lógica clásica con la lógica intuicionista para resolver algún dilema en la mecánica cuántica) .

Si los argumentos de Quine son sólidos, existe una continuidad entre lo que es cierto en virtud de las convenciones lingüísticas (la lógica, quizás los principios científicos genéricos) y lo que es cierto en virtud del mundo (observaciones directas) con las leyes científicas en el medio. Podemos ser pragmáticos y suponer que el desarrollo de la ciencia y el conocimiento en términos más generales equivale a elegir las convenciones que funcionan bien en la interacción con el mundo.

EDITAR: Me gustaría desarrollar un poco. El punto principal, en mi opinión, es que cuanto más necesario es algo (su negación es imposible), más puede interpretarse como una definición. La ley del tercero excluido (a es verdadero o no-a es verdadero) puede verse como un principio profundo, pero también puede interpretarse como una mera explicación, junto con otros principios, de lo que queremos decir con "no", "o " y verdadero". Algunos lógicos han argumentado que la lógica intuicionista no es una revisión de la lógica, sino un cambio en las definiciones (con "probablemente cierto" reemplazando a "verdadero").

De manera similar, el principio cosmológico puede interpretarse como un principio profundo sobre la naturaleza del mundo, pero también como una mera definición de lo que entendemos por "ley física" y si resultara ser falso, seguramente habría un físico para argumentar que lo que descubrimos es simplemente que lo que pensábamos que eran leyes físicas eran en realidad hechos contingentes, que solo son válidos en algunas partes del universo, pero que el principio sigue siendo cierto. Lo mismo ocurre con la conservación de la energía: puede interpretarse como una definición de energía como una cantidad que se conserva a lo largo del tiempo.

Lo que realmente socavaría estos principios es si descubrimos que, por ejemplo, no puede haber ninguna ley física en absoluto (tal vez en virtud de otro principio), pero eso probablemente socavaría todo el esfuerzo científico tal como se conoce hoy.

Por el contrario, si asume que todos los cisnes son blancos y luego ve un cisne negro, es posible decir "bueno, en realidad ese no es un cisne, ya que todos los cisnes son blancos". parte de la definición de cisne. Pero claramente este no es el movimiento más inteligente. Lo que demuestra que los cisnes no son necesariamente blancos.

En conclusión, la pregunta de si algo es más o menos imposible/necesario equivale a una pregunta pragmática: ¿cuánto cuesta cambiar una definición o una característica adjunta a un concepto? En el caso de los cisnes blancos, no mucho. En el caso de un principio físico genérico, mucho. En el caso de la lógica o las matemáticas, ni siquiera está claro que podamos seguir pensando correctamente sobre algo si lo cambiamos.

Primero discutiré la diferencia entre la verdad en Física y Matemáticas.

En matemáticas inventamos un montón de axiomas y con nuestras herramientas lógicas derivamos muchos teoremas. Pero la Física, nos guste o no, tiene una base experimental . No hacemos axiomas/postulados/definiciones arbitrarias, se supone que deben dar alguna descripción de lo que observamos en la vida real.

Esto quiere decir, que en Física, algo es verdadero si funciona (hay muchas más sutilezas: debe ser simple , aceptado por una amplia comunidad, tratar de dar alguna explicación fundamental, etc).

Por ejemplo, la termodinámica y la conservación de la energía se violan en niveles fundamentales. Pero lo que importa es la escala . En su dominio la termodinámica es perfectamente válida, al igual que la Mecánica Clásica, QM, GR... Se podría decir que no se puede demostrar que están equivocados (sutilezas posibles pero improbables: hemos estado haciendo todos nuestros experimentos mal, el Universo cambia tan tanto que nuestras teorías no tienen sentido (supongamos que se destruye toda la carga, el electromagnetismo desaparecería), etc.).

Puedes ver que la verdad tiene un significado más suave en Física. Algunas personas pueden usar la verdad en un sentido riguroso, pero son la minoría.

Si queremos extender el dominio de una teoría a todos los procesos, necesitaríamos algo de TOE. E incluso entonces no podemos saber si es cierto en un nivel fundamental.

Consideramos como "imposible" cualquier cosa que viole cualquiera de esas leyes o principios, pero ¿son algunas violaciones "más imposibles" que otras porque algunas leyes son "más fuertes"?

Seguro. Conservación de energía en reacciones de partículas, causalidad, invariancia de Lorentz...

¿Estamos seguros de que los principios de la física son consistentes o podríamos terminar con contradicciones entre, digamos, los principios de Einstein y la mecánica cuántica?

Las contradicciones son posibles, pero esperamos que no sea el caso. IIRC, algunas teorías de la gravedad cuántica (LQG) dijeron que la invariancia de Lorentz se rompió.

Por ejemplo, la termodinámica o la conservación de la energía son definitivamente incuestionables a nuestra escala, pero dado que están conectados con el principio cosmológico a gran escala (que puede criticarse), ¿estamos seguros de que son "absolutamente ciertos"?

Como he dicho, son falsos en un sentido estricto.

¿Y tenemos algo parecido al teorema de Gödel en física para afirmar que algunas cosas que observamos (¿materia oscura?) son imposibles de describir con nuestras leyes actuales, pero que necesitamos algunas más?

No necesitamos nada como Gödel. Si nuestro modelo no predice algunos fenómenos observados, eso es suficiente para implicar que nuestro modelo falla.

En física, solo conocemos verdades en un rango particular. La verdad absoluta es lo que la filosofía quiere pero nunca alcanza.

Construyamos algo fundamentalmente imposible como una violación macroscópica de la Segunda Ley:

Una envoltura de vacío duro aislada herméticamente contiene dos placas conductoras de electricidad paralelas y en registro, estrechamente espaciadas pero que no se tocan, que tienen superficies internas con micropuntas. Están conectados con un cable, que quizás contenga una carga disipativa (motor pequeño). Una placa tiene una gran superficie interna de material de función de trabajo de vacío (por ejemplo, osmio a 5,93 eV). La otra placa tiene una pequeña superficie interna de material de función de trabajo de vacío (por ejemplo, "nitruro de carbono" de diamante dopado con n a 0,1 eV). Por encima de 0 kelvin, la emisión catódica fría espontánea hace funcionar el sistema aislado cerrado. Los electrones emitidos caen continuamente por el gradiente de potencial de 5,8 voltios. La evaporación del nitruro de carbono enfría esa placa. La colisión acelerada contra el osmio calienta esa placa. Vueltas y vueltas. Las placas nunca entran en equilibrio térmico cuando se cortocircuitan eléctricamente.

Eso es obviamente una tontería oficial, pero ¿por qué? Alternativamente, es bastante fácil de construir y observar, no ejecutar (no se ejecutará, por muy buenas razones, no se ve comprometida por las notas al pie). Si se ejecuta (no se ejecutará, y no por razones sutiles), la ciencia cambia. Eventualmente, se completa un conjunto de reglas que limitan la operación de la realidad, y se definen por completo operaciones fundamentalmente físicamente imposibles.

¿Cómo sabemos cuándo se completa ese conjunto de reglas?

En mi opinión, no hay nada fundamentalmente físicamente imposible. Aquí está la versión simple de lo que entiendo cómo funciona la ciencia moderna.

Tienes un conjunto de teorías. Y describe el mundo con él. Digamos las leyes del movimiento de Newton. Y se puede decir que según esa teoría, algo es imposible. DE ACUERDO. Pero, debe recordar de dónde proviene la teoría y cómo se convierte en una. Una teoría proviene de observaciones, envuelta en lenguaje matemático. Nada más y nada menos. Es una descripción matemática de lo que observamos, y podemos probarla repetidamente.

Entonces, cuando hay un experimento que nos muestra resultados diferentes a las predicciones teóricas, entonces dices que la teoría está equivocada o que su aplicación es limitada. Esto siempre es verdad. Y no se puede probar que ninguna teoría física sea completa.

Otra versión de esto es una declaración simple que he escuchado de algunos físicos fundamentales más o menos establecidos y famosos, que toda teoría física debe ser falsable. (Creo que este también es un enfoque de la física moderna). Esto tiene una gran implicación. No hay nada fundamentalmente imposible, ya que toda teoría debe ser posible de refutar con un experimento.

Algo fundamentalmente imposible, sería algo imposible de observar. Entonces, algo que no podemos probar o medir. Sólo puedo pensar en Dios y los milagros.

Nota al margen: creo que un buen físico nunca descartará un milagro. Sin embargo, no le preocupa, ya que se trata de un hecho singular, y la física trata de la posibilidad de recrear resultados en la realidad. En otras palabras, si un físico arrojara 100 piedras en un experimento y una deidad le robara una, o la desplazara, pero los resultados generales siguieran la teoría dentro del rigor estadístico requerido, estaría contento con su teoría. Hasta ahora funciona =)