Perception, Physics and the Role of Light in Philosophy

Πραγματικότητα,,en,όπως το αντιλαμβανόμαστε,,en,δεν είναι απολύτως πραγματικό,,en,Αυτή η ανισότητα οφείλεται στον χρόνο που χρειάζεται για να φτάσει το φως από τα μακρινά αστέρια και τους γαλαξίες,,en,Ακόμα και ο ήλιος που γνωρίζουμε τόσο καλά είναι ήδη οκτώ λεπτά από τη στιγμή που τον βλέπουμε,,en,Αυτό το γεγονός δεν φαίνεται να παρουσιάζει ιδιαίτερα σοβαρά επιστημολογικά προβλήματα,,en,Πρέπει μόνο να «διορθώσουμε»,,en,Το ίδιο φαινόμενο στο να βλέπεις έχει μια λιγότερο γνωστή εκδήλωση στον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε τα κινούμενα αντικείμενα,,en,Μερικά ουράνια σώματα εμφανίζονται σαν να κινούνται πολλές φορές την ταχύτητα του φωτός,,en,ενώ οι «πραγματικοί» τους,,en,Η ταχύτητα πρέπει να είναι πολύ μικρότερη από αυτήν,,en,δεν μπορούμε να υπολογίσουμε με τον ίδιο τρόπο όπως μπορούμε για να διορθώσουμε την καθυστέρηση στην παρατήρηση του ήλιου,,en,δεν μπορούμε να υπολογίσουμε πόσο γρήγορα ή ακόμη και σε ποια κατεύθυνση είναι «πραγματικά,,en, as we sense it, is not quite real. The stars we see in the night sky, for instance, are not really there. They may have moved or even died by the time we get to see them. This unreality is due to the time it takes for light from the distant stars and galaxies to reach us. We know of this delay.

Even the sun that we know so well is already eight minutes old by the time we see it. This fact does not seem to present particularly grave epistemological problems – if we want to know what is going on at the sun now, all we have to do is to wait for eight minutes. We only have to ‘correct’ for the distortions in our perception due to the finite speed of light before we can trust what we see. The same phenomenon in seeing has a lesser-known manifestation in the way we perceive moving objects. Some heavenly bodies appear as though they are moving several times the speed of light, whereas their ‘real’ speed must be a lot less than that.

What is surprising (and seldom highlighted) is that when it comes to sensing motion, we cannot back-calculate in the same kind of way as we can to correct for the delay in observation of the sun. If we see a celestial body moving at an improbably high speed, we cannot calculate how fast or even in what direction it is ‘really’ να κινείται χωρίς να χρειάζεται να κάνει ορισμένες περαιτέρω παραδοχές,,en,Ο Αϊνστάιν επέλεξε να επιλύσει το πρόβλημα αντιμετωπίζοντας την αντίληψη ως παραμορφωμένη και εφευρίσκοντας νέες θεμελιώδεις ιδιότητες στην αρένα της φυσικής,,en,στην περιγραφή του χώρου και του χρόνου,,en,Μια βασική ιδέα της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας είναι ότι πρέπει να εγκαταλειφθεί η ανθρώπινη αντίληψη για μια ομαλή ακολουθία γεγονότων,,en,αφού χρειάζεται χρόνος για να φτάσει το φως από μια εκδήλωση σε μακρινό μέρος,,en,και να το συνειδητοποιήσουμε,,en,η έννοια του «τώρα»,,en,δεν έχει πλέον νόημα,,en,για παράδειγμα,,en,όταν μιλάμε για ένα ηλιακό σημείο που εμφανίζεται στην επιφάνεια του ήλιου τη στιγμή που ο αστρονόμος προσπαθούσε να το φωτογραφίσει,,en,Αντίθετα, ο Αϊνστάιν επαναπροσδιόρισε την ταυτότητα χρησιμοποιώντας τα στιγμιαία εγκαίρως ανιχνεύοντας το συμβάν,,en.

Einstein chose to resolve the problem by treating perception as distorted and inventing new fundamental properties in the arena of physics – in the description of space and time. One core idea of the Special Theory of Relativity is that the human notion of an orderly sequence of events in time needs to be abandoned. In fact, since it takes time for light from an event at a distant place to reach us, and for us to become aware of it, the concept of ‘now’ no longer makes any sense, for example, when we speak of a sunspot appearing on the surface of the sun just at the moment that the astronomer was trying to photograph it. Simultaneity is relative.

Einstein instead redefined simultaneity by using the instants in time we detect the event. Detection, as he defined it, περιλαμβάνει μια διαδρομή μετ 'επιστροφής του φωτός παρόμοια με την ανίχνευση ραντάρ,,en,Στέλνουμε ένα σήμα που κινείται με την ταχύτητα του φωτός,,en,και περιμένετε τον προβληματισμό,,en,Εάν ο ανακλώμενος παλμός από δύο γεγονότα φτάσει την ίδια στιγμή,,en,τότε είναι ταυτόχρονα,,en,Αλλά ένας άλλος τρόπος να το κοιτάξετε είναι απλά να καλέσετε δύο συμβάντα ταυτόχρονα,,en,αν το φως από αυτά φτάσει την ίδια στιγμή,,en,μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το φως που παράγεται από τα υπό παρακολούθηση αντικείμενα αντί να στέλνουμε σήματα σε αυτά και να κοιτάμε την αντανάκλαση,,en,αλλά κάνει μια τεράστια διαφορά στις προβλέψεις που μπορούμε να κάνουμε,,en,συμπεριλαμβανομένης της καθιστώντας την περαιτέρω θεωρητική ανάπτυξη πιο κομψή,,en,Ο Αϊνστάιν πίστευε,,en,ως θέμα πίστης φαίνεται,,en,ότι οι κανόνες που διέπουν το σύμπαν πρέπει να είναι «κομψοί.,,en. We send out a signal travelling at the speed of light, and wait for the reflection. If the reflected pulse from two events reaches us at the same instant, then they are simultaneous. But another way of looking at it is simply to call two events ‘simultaneous’ if the light from them reaches us at the same instant. In other words, we can use the light generated by the objects under observation rather than sending signals to them and looking at the reflection.

This difference may sound like a hair-splitting technicality, but it does make an enormous difference to the predictions we can make. Einstein’s choice results in a mathematical picture that has many desirable properties, including that of making further theoretical development more elegant. But then, Einstein believed, as a matter of faith it would seem, that the rules governing the universe must be ‘elegant.’ However, η άλλη προσέγγιση έχει ένα πλεονέκτημα όσον αφορά την περιγραφή αντικειμένων σε κίνηση,,en,Επειδή,,en,δεν χρησιμοποιούμε ραντάρ για να δούμε τα αστέρια σε κίνηση,,en,Ωστόσο, χρησιμοποιώντας αυτό το είδος αισθητήριου παραδείγματος,,en,αντί για «ανίχνευση τύπου ραντάρ,,en,να περιγράψει το σύμπαν οδηγεί σε μια άσχημη μαθηματική εικόνα,,en,Ο Αϊνστάιν δεν θα το εγκρίνει,,en,ας υποθέσουμε ότι παρατηρούμε,,en,με περίπου το ίδιο σχήμα,,en,μέγεθος και ιδιότητες,,en,Το μόνο πράγμα που γνωρίζουμε με βεβαιότητα είναι ότι τα ραδιοκύματα από αυτά τα δύο διαφορετικά σημεία του ουρανού μας φτάνουν την ίδια στιγμή,,en,Μπορούμε να μαντέψουμε μόνο όταν τα κύματα ξεκίνησαν τα ταξίδια τους,,en,Αν υποθέσουμε,,en,καταλήγουμε με μια εικόνα δύο «πραγματικών»,,en,διαφορετική πιθανότητα και αυτό είναι ότι τα κύματα προέρχονταν από το ίδιο αντικείμενο,,en. Because, of course, we don’t use radar to see the stars in motion; we merely sense the light (or other radiation) coming from them. Yet using this kind of sensory paradigm, rather than ‘radar-like detection,’ to describe the universe results in an uglier mathematical picture. Einstein would not approve!

The mathematical difference spawns different philosophical stances, which in turn percolate to the understanding of our physical picture of reality. As an illustration, suppose we observe, through a radio telescope, two objects in the sky, with roughly the same shape, size and properties. The only thing we know for sure is that the radio waves from these two different points in the sky reach us at the same instant in time. We can only guess when the waves started their journeys.

If we assume (as we routinely do) that the waves started the journey roughly at the same instant in time, we end up with a picture of two ‘real’ symmetric lobes more or less the way see them. But there is another, different possibility and that is that the waves originated from the same object (which is in motion) at two different instants in time, reaching the telescope at the same instant. Αυτή η δυνατότητα θα εξηγούσε επιπλέον ορισμένες φασματικές και χρονικές ιδιότητες τέτοιων συμμετρικών ραδιο πηγών,,en,Λοιπόν, ποια από αυτές τις δύο φωτογραφίες πρέπει να τραβήξουμε τόσο πραγματική,,en,Έχει σημασία ποιο είναι το "πραγματικό",,en,«Είναι πραγματικό,,en,Η Ειδική Σχετικότητα δίνει μια σαφή απάντηση σε αυτήν την ερώτηση,,en,Ακόμη,,en,αν ορίσουμε γεγονότα με αυτό που αντιλαμβανόμαστε,,en,η μόνη φιλοσοφική στάση που έχει νόημα είναι αυτή που αποσυνδέει την αισθητή πραγματικότητα από τις αιτίες που βρίσκονται πίσω από αυτό που αισθάνεται,,en,την πραγματικότητα των «πραγμάτων στον κόσμο»,,en,Η υποκείμενη πραγματικότητα,,en,Ωστόσο, υπάρχει ένα χάσμα μεταξύ των απόψεων της φιλοσοφίας και της σύγχρονης φυσικής,,en,Όχι για τίποτα, ο φυσικός που κέρδισε το βραβείο Νόμπελ,,en,θαύμα,,en,στο βιβλίο του Dreams of a Final Theory,,en,γιατί η συμβολή της φιλοσοφίας στη φυσική ήταν τόσο εκπληκτικά μικρή,,en. So which of these two pictures should we take as real? Two symmetric objects as we see them or one object moving in such a way as to give us that impression? Does it really matter which one is ‘real’? Does ‘real’ mean anything in this context?

Special Relativity gives an unambiguous answer to this question. The mathematics rules out the possibility of a single object moving in such a fashion as to mimic two objects. Essentially, what we see is what is out there. Yet, if we define events by what we perceive, the only philosophical stance that makes sense is the one that disconnects the sensed reality from the causes lying behind what is being sensed.

This disconnect is not uncommon in philosophical schools of thought. Phenomenalism, for instance, holds the view that space and time are not objective realities. They are merely the medium of our perception. All the phenomena that happen in space and time are merely bundles of our perception. In other words, space and time are cognitive constructs arising from perception. Thus, all the physical properties that we ascribe to space and time can only apply to the phenomenal reality (the reality of ‘things-in-the-world’ as we sense it. The underlying reality (which holds the physical causes of our perception), by contrast, remains beyond our cognitive reach.

Yet there is a chasm between the views of philosophy and modern physics. Not for nothing did the Nobel Prize winning physicist, Steven Weinberg, wonder, in his book Dreams of a Final Theory, why the contribution from philosophy to physics had been so surprisingly small. Ίσως επειδή η φυσική δεν έχει ακόμη συμβιβαστεί με το γεγονός ότι όταν βλέπεις το σύμπαν,,en,που πιθανότατα εννοούσε ο Γκαίτε όταν είπε,,en,«Η οπτική ψευδαίσθηση είναι οπτική αλήθεια.,,en,είναι στην πραγματικότητα η περίπτωση.,,en,ExternalToBrain,,es,AbsolutelToBrain,,es,όπως κάνει η Ειδική Σχετικότητα,,en,Η άλλη επιλογή είναι να υποθέσουμε ότι υπάρχει ένα «υψηλότερο,,en,Καμία από αυτές τις επιλογές δεν είναι ιδιαίτερα ελκυστική,,en,Σε αυτό το πλαίσιο πρέπει να κατανοήσουμε τη σοφία πίσω από τη δήλωση ότι «η γη ήταν χωρίς μορφή,,en,λέγοντας «Ας υπάρχει φως.,,en,Το Κοράνι λέει επίσης,,en,«Ο Αλλάχ είναι το φως των ουρανών και της γης,,en,«Με οδηγήστε από το σκοτάδι στο φως,,en,Υπάρχουν παραλληλισμοί μεταξύ της νουμενικής-φαινομενικής διάκρισης του Καντ και των φαινομενιστών αργότερα,,en, there is no such thing as an optical illusion – which is probably what Goethe meant when he said, ‘Optical illusion is optical truth.’

The distinction (or lack thereof) between optical illusion and truth is one of the oldest debates in philosophy. After all, it is about the distinction between knowledge and reality. Knowledge is considered our view about something that, in reality, is ‘actually the case.’ In other words, knowledge is a reflection, or a mental image of something external, as shown in the figure below.

ExternalToBrain

In this picture, the black arrow represents the process of creating knowledge, which includes perception, cognitive activities, and the exercise of pure reason. This is the picture that physics has come to accept. While acknowledging that our perception may be imperfect, physics assumes that we can get closer and closer to the external reality through increasingly finer experimentation, and, more importantly, through better theorization. The Special and General Theories of Relativity are examples of brilliant applications of this view of reality where simple physical principles are relentlessly pursued using formidable machine of pure reason to their logically inevitable conclusions.

But there is another, alternative view of knowledge and reality that has been around for a long time. This is the view that regards perceived reality as an internal cognitive representation of our sensory inputs, as illustrated below.

AbsolutelToBrain

In this view, knowledge and perceived reality are both internal cognitive constructs, although we have come to think of them as separate. What is external is not the reality as we perceive it, but an unknowable entity giving rise to the physical causes behind sensory inputs. In the illustration, the first arrow represents the process of sensing, and the second arrow represents the cognitive and logical reasoning steps. In order to apply this view of reality and knowledge, we have to guess the nature of the absolute reality, unknowable as it is. One possible candidate for the absolute reality is Newtonian mechanics, which gives a reasonable prediction for our perceived reality.

To summarize, when we try to handle the distortions due to perception, we have two options, or two possible philosophical stances. One is to accept the distortions as part of our space and time, as Special Relativity does. The other option is to assume that there is a ‘higher’ reality distinct from our sensed reality, whose properties we can only conjecture. In other words, one option is to live with the distortion, while the other is to propose educated guesses for the higher reality. Neither of these choices is particularly attractive. But the guessing path is similar to the view accepted in phenomenalism. It also leads naturally to how reality is viewed in cognitive neuroscience, which studies the biological mechanisms behind cognition.

The twist to this story of light and reality is that we seem to have known all this for a long time. The role of light in creating our reality or universe is at the heart of Western religious thinking. A universe devoid of light is not simply a world where you have switched off the lights. It is indeed a universe devoid of itself, a universe that doesn’t exist. It is in this context that we have to understand the wisdom behind the statement that ‘the earth was without form, and void’ until God caused light to be, by saying ‘Let there be light.’

The Koran also says, ‘Allah is the light of the heavens and the earth,’ which is mirrored in one of the ancient Hindu writings: ‘Lead me from darkness to light, lead me from the unreal to the real.’ The role of light in taking us from the unreal void (the nothingness) to a reality was indeed understood for a long, long time. Is it possible that the ancient saints and prophets knew things that we are only now beginning to uncover with all our supposed advances in knowledge?

There are parallels between the noumenal-phenomenal distinction of Kant and the phenomenalists later, και τη διάκριση Brahman-Maya στην Advaita,,en,Η σοφία σχετικά με τη φύση της πραγματικότητας από το ρεπερτόριο της πνευματικότητας επαναπροσδιορίζεται στη σύγχρονη νευροεπιστήμη,,en,είναι κάτι που η φυσική δεν μπορεί ακόμη να συμβιβαστεί,,en,καθώς προωθούμε τα όρια της γνώσης μας όλο και περισσότερο,,en,ανακαλύπτουμε μέχρι τώρα ανυποψίαστες και συχνά εκπληκτικές διασυνδέσεις μεταξύ διαφόρων κλάδων των ανθρώπινων προσπαθειών,,en,Πώς μπορούν οι διαφορετικοί τομείς της γνώσης μας να είναι ανεξάρτητοι ο ένας από τον άλλο, εάν όλες οι γνώσεις είναι υποκειμενικές,,en,Εάν η γνώση είναι απλώς η γνωστική αναπαράσταση των εμπειριών μας,,en,Είναι η σύγχρονη πλάνη να πιστεύουμε ότι η γνώση είναι η εσωτερική μας αναπαράσταση μιας εξωτερικής πραγματικότητας,,en. Wisdom on the nature of reality from the repertoire of spirituality is reinvented in modern neuroscience, which treats reality as a cognitive representation created by the brain. The brain uses the sensory inputs, memory, consciousness, and even language as ingredients in concocting our sense of reality. This view of reality, however, is something physics is still unable to come to terms with. But to the extent that its arena (space and time) is a part of reality, physics is not immune to philosophy.

In fact, as we push the boundaries of our knowledge further and further, we are discovering hitherto unsuspected and often surprising interconnections between different branches of human efforts. Yet, how can the diverse domains of our knowledge be independent of each other if all knowledge is subjective? If knowledge is merely the cognitive representation of our experiences? But then, it is the modern fallacy to think that knowledge is our internal representation of an external reality, and therefore distinct from it. Instead, Η αναγνώριση και η χρήση των διασυνδέσεων μεταξύ των διαφόρων τομέων της ανθρώπινης προσπάθειας μπορεί να είναι η απαραίτητη προϋπόθεση για το επόμενο στάδιο ανάπτυξης της συλλογικής μας σοφίας,,en,Κουτί,,en,Το τρένο του Αϊνστάιν,,en,Ένα από τα διάσημα πειράματα σκέψης του Αϊνστάιν δείχνει την ανάγκη να ξανασκεφτούμε τι εννοούμε με ταυτόχρονα γεγονότα,,en,Περιγράφει ένα τρένο υψηλής ταχύτητας που τρέχει σε μια ευθεία πίστα πέρα ​​από έναν μικρό σταθμό καθώς ένας άντρας στέκεται στην πλατφόρμα του σταθμού παρακολουθώντας την ταχύτητα από,,en,Προς έκπληξή του,,en,καθώς το τρένο τον περνά,,en,δύο μπουλόνια φωτισμού προσκρούουν στην πίστα δίπλα σε κάθε άκρο της αμαξοστοιχίας,,en,Βολικά,,en,για μεταγενέστερους ερευνητές,,en,αφήνουν σημάδια καψίματος τόσο στο τρένο όσο και στο έδαφος.,,en,Στον άντρα,,en,φαίνεται ότι τα δύο μπουλόνια φωτισμού χτυπούν ακριβώς την ίδια στιγμή,,en,Αργότερα,,en.

Box: Einstein’s TrainOne of Einstein’s famous thought experiments illustrates the need to rethink what we mean by simultaneous events. It describes a high-speed train rushing along a straight track past a small station as a man stands on the station platform watching it speed by. To his amazement, as the train passes him, two lightening bolts strike the track next to either end of the train! (Conveniently, for later investigators, they leave burn marks both on the train and on the ground.)

To the man, it seems that the two lightening bolts strike at exactly the same moment. Later, Τα σημάδια στο έδαφος από την πίστα του τρένου αποκαλύπτουν ότι τα σημεία όπου χτύπησε ο κεραυνός απέχουν ακριβώς από αυτόν,,en,Από τότε τα μπουλόνια φωτισμού ταξίδεψαν στην ίδια απόσταση προς αυτόν,,en,και αφού φάνηκαν στον άντρα να συμβαίνει ακριβώς την ίδια στιγμή,,en,Δεν έχει κανένα λόγο να συμπεράνει ότι τα μπουλόνια φωτισμού χτύπησαν ακριβώς την ίδια στιγμή,,en,Ήταν ταυτόχρονα,,en,υποθέστε λίγο αργότερα,,en,ο άντρας συναντά μια κυρία επιβάτη που έτυχε να κάθεται στο αυτοκίνητο σε μπουφέ,,en,ακριβώς στο κέντρο της αμαξοστοιχίας,,en,και κοιτάζοντας έξω από το παράθυρο τη στιγμή που χτύπησαν τα μπουλόνια φωτισμού,,en. Since then the lightening bolts travelled the same distance towards him, and since they appeared to the man to happen at exactly the same moment, he has no reason not to conclude that the lightening bolts struck at exactly the same moment. They were simultaneous.

However, suppose a little later, the man meets a lady passenger who happened to be sitting in the buffet car, exactly at the centre of the train, and looking out of the window at the time the lightening bolts struck. Αυτός ο επιβάτης του λέει ότι είδε το πρώτο μπουλόνι φωτισμού να χτυπά το έδαφος κοντά στον κινητήρα στο μπροστινό μέρος της αμαξοστοιχίας λίγο μπροστά από όταν ο δεύτερος χτύπησε το έδαφος δίπλα στο αυτοκίνητο αποσκευών στο πίσω μέρος της αμαξοστοιχίας,,en,Το αποτέλεσμα δεν έχει καμία σχέση με την απόσταση που έπρεπε να διανύσει το φως,,en,καθώς τόσο η γυναίκα όσο και ο άντρας ήταν σε απόσταση μεταξύ των δύο σημείων που χτύπησε η ελαφριά,,en,Ωστόσο, παρατήρησαν την ακολουθία των γεγονότων πολύ διαφορετικά,,en,Αυτή η διαφωνία για το χρονοδιάγραμμα των γεγονότων είναι αναπόφευκτη,,en,Λέει ο Αϊνστάιν,,en,καθώς η γυναίκα στην πραγματικότητα κινείται προς το σημείο όπου η λάμψη της αστραπής χτύπησε κοντά στον κινητήρα -και μακριά από το σημείο όπου η λάμψη της αστραπής χτύπησε δίπλα στο αυτοκίνητο αποσκευών,,en.

The effect has nothing to do with the distance the light had to travel, as both the woman and the man were equidistant between the two points that the lightening hit. Yet they observed the sequence of events quite differently.

This disagreement of the timing of the events is inevitable, Einstein says, as the woman is in effect moving towards the point where the flash of lightening hit near the engine -and away from the point where the flash of lightening hit next to the luggage car. Στο μικρό χρονικό διάστημα που χρειάζεται για να φτάσουν οι ακτίνες φωτός στην κυρία,,en,γιατί το τρένο κινείται,,en,η απόσταση που πρέπει να ταξιδέψει το πρώτο φλας προς τη συρρίκνωση της,,en,και αυξάνεται η απόσταση που πρέπει να ταξιδέψει το δεύτερο φλας,,en,Αυτό το γεγονός μπορεί να μην παρατηρηθεί στην περίπτωση αμαξοστοιχιών και αεροπλάνων,,en,αλλά όταν πρόκειται για κοσμολογικές αποστάσεις,,en,η ταυτότητα δεν έχει νόημα,,en,την έκρηξη δύο μακρινών σουπερνόβων,,en,θεωρείται ταυτόχρονη από το πλεονεκτικό μας σημείο στη γη,,en,φαίνεται να εμφανίζεται σε διαφορετικούς χρονικούς συνδυασμούς από άλλες οπτικές γωνίες,,en,Στη σχετικότητα,,en,Η Ειδική και Γενική Θεωρία,,en,Ο Αϊνστάιν το έθεσε έτσι,,en,«Κάθε σώμα αναφοράς,,en,σύστημα συντονισμού,,en,έχει τον δικό του συγκεκριμένο χρόνο,,en,εκτός αν μας λένε το σώμα αναφοράς στο οποίο αναφέρεται η δήλωση του χρόνου,,en, because the train moves, the distance the first flash must travel to her shrinks, and the distance the second flash must travel grows.

This fact may not be noticed in the case of trains and aeroplanes, but when it comes to cosmological distances, simultaneity really doesn’t make any sense. For instance, the explosion of two distant supernovae, seen as simultaneous from our vantage point on the earth, will appear to occur in different time combinations from other perspectives.

In Relativity: The Special and General Theory (1920), Einstein put it this way:

‘Every reference-body (co-ordinate system) has its own particular time; unless we are told the reference-body to which the statement of time refers, δεν υπάρχει νόημα σε μια δήλωση του χρόνου μιας εκδήλωσης.,en’

Comments