Chapter 3: Philosophy of Science After Logical...

12
Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricism Logical Empiricism started out in Austria and Germany in the 20 th  Century between the World Wars.  After the Second World War it dominated much of the thinking about science in the United Kingdom and United States. Problems with it accumulated, however.  The Verification Criterion, the principle for distinguishing scientific statements from non-scientific ones based upon their ability to be empirically verified, was under assault by Popper and others.  Reductionism, the principle that all a posteriori knowledge should grounded in experience, was criticized by Quine.  Also, Quine, Maxwell and Goodman all identified problems with the Logical Empiricists goal of using language to define theoretical terms based on sense terms in a culture-free, bias-free fashion. In retrospect it may have been a bit arrogant for philosophers of science (who were not necessarily scientists) to think they could define what science was and was not for the benefit of scientists.  Scientists like Richard Feynman often ignored, or even mocked, their work. The Logical Empiricists sought to define an a priori program for scientific development and justification in belief in it.  They failed, however, to anticipate (among other things) how well intertwined cultural and other “metaphysical” assumptions were in the very essence of their approach. By the early 1960s the stage had been set for people to try to put culture in science by explicitly appealing to how scientists have or do actually behave in a given cultural context. Historians of science considered how scientists have behaved.  Sociologists considered how scientists currently do behave. 3.1 How to Conceptualize an Ancient Science Say you are a reasonably scientifically-savvy graduate student.  Your university has given you the task of teaching a course on physics in the Greco-Roman world of 1 B.C.E.  How would you fulfill your assignment? You might do the following.  First, get into the ancient mindset.  To the ancients the Universe looked like the following: Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.

Transcript of Chapter 3: Philosophy of Science After Logical...

Page 1: Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricismfacweb.cs.depaul.edu/jphillips/Classes/CSD/lecture2.pdfIn the geocentric vs. heliocentric case the two systems probably agree

Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricism

Logical Empiricism started out in Austria and Germany in the 20th  Century between the World Wars.  After the Second World War it dominated much of the thinking about science in the United Kingdom and United States.

Problems   with   it   accumulated,   however.     The   Verification   Criterion,   the   principle   for distinguishing scientific  statements  from non­scientific  ones based upon  their  ability   to be empirically verified, was under assault by Popper and others.  Reductionism, the principle that all  a posteriori  knowledge should grounded  in experience, was criticized by Quine.   Also, Quine,  Maxwell  and Goodman all   identified problems with   the Logical  Empiricists  goal  of using language to define theoretical terms based on sense terms in a culture­free, bias­free fashion.

In retrospect it may have been a bit arrogant for philosophers of science (who were not necessarily scientists) to think they could define what science was and was not for the benefit of scientists.  Scientists like Richard Feynman often ignored, or even mocked, their work.

The Logical Empiricists sought to define an a priori program for scientific development and justification in belief in it.   They failed, however, to anticipate (among other things) how well intertwined cultural and other “metaphysical” assumptions were in the very essence of their approach.

By the early 1960s the stage had been set for people to try to put culture in science by explicitly appealing to how scientists have or do actually behave in a given cultural context. Historians of science considered how scientists have behaved.  Sociologists considered how scientists currently do behave.

3.1 How to Conceptualize an Ancient Science

Say you are a reasonably scientifically­savvy graduate student.  Your university has given you the task of teaching a course on physics in the Greco­Roman world of 1 B.C.E.   How would you fulfill your assignment?

You  might  do   the   following.    First,  get   into   the  ancient  mindset.    To   the  ancients   the Universe looked like the following:

Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.

Page 2: Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricismfacweb.cs.depaul.edu/jphillips/Classes/CSD/lecture2.pdfIn the geocentric vs. heliocentric case the two systems probably agree

The Earth is firmly at the center.  Above the Earth is a realm of air, then a realm of fire, and then the heavenly bodies.  The heavenly bodies orbit the Earth in perfect circles.  The closest is the Moon.   Mercury, Venus, the Sun, Mars, Jupiter and Saturn all follow as one ascends further from the Earth.  Beyond the circular orbit of Saturn are the stars embedded on a large, outermost crystal sphere.

The second thing to do would be to study the world­view in which their science existed.  To the ancients there were two basic realms: the Terrestrial (below the orbit of the Moon) and the Celestial (the Moon's orbit and above).

Motion in the Terrestrial realm is idealized as linear.  For example, if one shot an arrow into the air its ideal motion would be to go up at an angle for some distance and then to fall mostly vertically down to Earth.

Besides being linear Terrestrial motion also is temporary.   All Terrestrial motions eventually grind to a halt.

Motion in the Celestial Realm, however, is uniform, circular and everlasting.  This motion is “perfect” in the sense that it goes on forever in perfect circles without slowing or stopping.

One big problem of this view of perfect Celestial motion is that it does not easily agree with observations.  When viewed against the background Zodiac some heavenly bodies are mostly circular   (the   Moon,   the   Sun).     Others,   however,   tend   to   double­back   (or   retrograde)   on themselves.

Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.

Page 3: Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricismfacweb.cs.depaul.edu/jphillips/Classes/CSD/lecture2.pdfIn the geocentric vs. heliocentric case the two systems probably agree

Plot of the 2003 Retrograde of Mars

The solution that Ptolemy (a Greek astronomer in Egypt) came up with is the following. The Earth is no longer at the direct center of the Universe, but is offset slightly from the X in the diagram.   Also, there still is a main orbital circle for the retrograding planets like Mars. Mars, however, is not directly on this main circle.   Instead the center of a smaller, second circle orbits on the larger circle.  Mars lies on this smaller circle.

There was also a theory of matter that corresponds with this Celestial/Terrestrial Universe. This theory had five elements.  Listed from most refined to most base they are ether, fire, air, water, and earth.  Ether was the stuff of the heavens.  It is light, perfect, circular­moving and non­existent on Earth.  All other elements tend to eventually stop while ether keeps moving. Fire  was  the   lightest  of  all   terrestrial  materials.     Its   tendency   is   to   rise   just  short  of   the heavens.  Air was a little more dense than fire.  It tends to rise above water and earth.  Water 

Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.

Page 4: Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricismfacweb.cs.depaul.edu/jphillips/Classes/CSD/lecture2.pdfIn the geocentric vs. heliocentric case the two systems probably agree

being more dense only rises above earth.  Earth is the lowest, basest stuff in existence.This theory of matter explains many natural motions.   Flames rise because fire is lighter 

than even air.   Smoke, a combination of fire and air, also rises.   Water tends to flow down. Rain is water flowing down through air.   Rivers and streams are water flowing down to the ocean.     However,   even   below   streams,   rivers   and   oceans   are   riverbeds   and   seabeds composed of the densest, basest stuff: earth.  Except for ever circular­moving ether all other elements tend to move straight­up or down to their natural level, and tend to stop when they reach it.

3.2  Kuhn's Insight

Thomas Kuhn's insight was to realize and accept that to the ancients this world­view made sense.   It is largely self­consistent.   It is also explanatory.   It explains why smoke rises and why rain and stones fall.   It is even predictive.   We can consider what would happen if we were underwater (in the ocean, or a deep lake) and we threw a rock.   The theory would predict (correctly) that the stone would travel through the water for a distance but eventually hit the bottom.

Aspects of this theory may seem incomplete and simplistic to someone of the early 21st 

Century.   Geocentrism seems quaint.   Five elements seems far too few to explain all of the materials that exist.   The circular everlasting motion of ether and the linear motion to some stationary equilibrium for everything else seems like they failed to distinguish among ideas that we consider distinct: density, gravity, momentum and friction.

We should, however, be careful not to take individual principles of this belief system out of their larger context.   To the ancients they worked together to provide a unified system that predicted the motions of nature on Earth and in Heaven.

Kuhn called such unified world views paradigms.  Paradigms are self­congratulatory things in   that   they   tell   researchers   which   data   are   important   to   predict   (for   example,   natural motions)  .   .   .  and then they smile broadly after  they have predicted  it.     (Nevermind other details that they do not predict.)  They also tell the allowable forms that their rules, principles, laws, and equations must have.   For example, the physics of the ancients used linear and uniform circular motion.   By specifying which data are relevant paradigms also define which experiments   make   sense   to   try,   or   more   generally   the   set   of   interesting   phenomena   to observe.   Going underwater to throw a stone makes sense, and its outcome would support the theory.

Paradigms are explicitly taught in schools and universities.  They have exemplars: solved cases that serve both to showcase the range of problems that the paradigm can solve and to act as templates for solving similar problems in the future.  The decomposition of the orbit of Mars into a greater and lesser circle is one such exemplar.   The framework of that solution could be applied to the specifics of Jupiter, Saturn and Venus.  They facilitate the creation of a community   of   students   and   researchers   over   time   and   space   that   adhere   to   the   same principles, think in similar ways, and share the same intellectual culture.

Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.

Page 5: Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricismfacweb.cs.depaul.edu/jphillips/Classes/CSD/lecture2.pdfIn the geocentric vs. heliocentric case the two systems probably agree

When such a coherent intellectual culture exists its practitioners can share ideas and build upon each others work.   In fact, most scientists most of the time do just this.   They identify issues   that   the  given   dominant   paradigm  solves  poorly   and   use   the   tools   given   by   the paradigm to work out solutions.  This is a puzzle­solving activity, and would be exemplified by working out the circles for Jupiter and Saturn given that the exemplar for Mars had already been computed.

It is important to realize that there always is a body of problems that the paradigm has yet to   solve.     Some   predictions   cannot   be   computed.     Others   predictions   disagree   with observations.   Some aspects of the theory appear to be inconsistent.   Attempting to solve these discrepancies keeps the paradigm's practitioners employed.

Further, the paradigm's practitioners are restricted by their paradigm.  They cannot just use any theory that happens to fit the data.  The theory that they use must also organically fit in with the other aspects of the paradigm.  For example, more accurate measurements of Mars may show that even using two circles cannot predicts its location well.  The natural thing to do is to  introduce a third circle whose center orbits on the second circle, and around whose circumference Mars moves.

Problems always accumulate but they generally fall to the problem­solving activities of the paradigm's practitioners.  Crises result, however, when a body of persistent and fundamental problems accumulate  that   resist  being solved.    For  example,   the positions of   the planets became known more accurately and more precisely.   Describing Mars' orbit with two circles was insufficient.  Initially the crises was appeased by introducing more circles, and then evern more.   These solutions, however, rapidly lost their elegance as more circles were added to explain more planets.

The solution to “circle­creep” is of course to dispose of the system all together in favor of a Copernician heliocentric/Keplerian elliptical one.   Adopting this approach, however, takes a break   in   thinking;   a   radical  revolution  in   science.     The   two   systems   (geocentric   and heliocentric) are fundamentally  incompatible, or  incommensurate  in Kuhnian terms.   This incompatibility extends beyond the simple disagreement about whether it is the Earth or Sun at the center of the Universe.  The two systems potentially disagree over which data are worth matching, what the acceptability criteria for statements ought to be, and what the important problems are.

In   the  geocentric  vs.  heliocentric  case   the   two  systems probably  agree   that  planetary position   data   ought   to   be   matched,   but   definitely   disagree   over   statement   acceptability. Geocentrism is part of a larger paradigm that holds uniform circular motion as perfect.   The goal is not just to fit the data, but to support and be supported by the other tenets of ancient physics (the five elements and rules for their motion).

Heliocentrism with elliptical orbits has different rules for acceptability.  One is that the Sun as the light source of the planets ought to be the center of the Universe.  Another is that the elegance of a single ellipse in describing an orbit outweighs the elegance of uniform circular motion applied to multiple circles.

They are also incommensurate in terms of mechanism too.  The geocentrists' mechanism was the inherent properties and tendencies of matter held by the ancients.  Earth, water, air, 

Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.

Page 6: Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricismfacweb.cs.depaul.edu/jphillips/Classes/CSD/lecture2.pdfIn the geocentric vs. heliocentric case the two systems probably agree

and fire each had their separate equilibrium positions while ether moved ceaselessly above all.    The  geocentrists   could  point   to   the  heliocentrists   as  not   having  a  mechanism until Newton's positing of gravity in Philosophiae Naturalis Principia Mathematica in 1687, 82 years after  Johannes  Kepler   found  his  3  Laws of  Planetary  Motion.    And  even   then  Newton's conception of gravity was thought of by some as “spooky” for its instantaneous “action at a distance”.  Resolving that took another paradigm shift, Albert Einstein's General Relativity of 1915 and 1916.

These differences in acceptability also highlight differences in which problems are more important.  For the geocentrists compatibility with the motion­based theory of matter held by the ancients and with a definite mechanism is more important.   For the heliocentrists fitting planetary observations is more important.

Kuhn thought of scientific revolutions as potentially bitter affairs in large part because of this   incommensurateness.     The   fundamental   disagreement   over   the   data   to   match;   the standards for statement acceptance; the presence, absence and details of a mechanism;  and the relative importance of different problems created an environment for the two sides to talk past each other.   If scientists just joining the field perceived that more progress was being made with   the  newer  paradigm  then   they  might   join   it.     If   some practitioners  of   the  old paradigm see more progress then they might switch too.  However, some scientists schooled in the old paradigm might hold its tenets too dear to part with, and may never reject it.  The old paradigm might not die until the last of its practitioners does.

For Kuhn there is no way to objectively say that one paradigm is better.  The two systems disagree about the relative importance of data, statement evaluation, mechanism importance and details, and problems to solve.  Both paradigms can probably point to things that they do better than the other.  Also, initially the newer paradigm may not solve as many problems as (and may have poorly described mechanisms relative to) the older because it  is still  being refined.

Kuhn's next step follows from this lack of the ability to make objective choices, but goes further than many philosophers of science wanted to go.  Because we cannot say objectively  say which paradigm is better, we also cannot say that science is really making progress.  One paradigm is just different from another; we cannot rationally convince ourselves that it is better or worse.

Kuhn gives up any notion of “rational progress” within science but gains agreement with history.  In his book The Structure of Scientific Revolutions he gives us several examples of scientists paradigms, exemplars,  puzzle­solving activities,  crises and revolutions.   He also gives examples of how paradigms are incommensurate, and of paradigms only dying after the last of its practitioners do.

3.3  Kuhn, With Rational Progress

Many of philosophers of science after Kuhn wanted the best of both worlds.  From Logical Empiricism they wanted the notion of “rational progress” in science, they wanted to argue that 

Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.

Page 7: Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricismfacweb.cs.depaul.edu/jphillips/Classes/CSD/lecture2.pdfIn the geocentric vs. heliocentric case the two systems probably agree

science   may   proceed   non­monotonically   but,   over   the   long   term,   its   models   are   more predictive.    From Kuhn they wanted agreement with  history,  and perhaps some notion of “paradigm” and “revolution”.

Imre Lakatos was one such philosopher.   His background was similar to that of many of the German Logical Empiricists, with a slight modification.   He was born Imre  Lipschitz  in Hungary  in  1922.    He was a Jew  in  Central  Europe during  the Second World  War.    He switched  his   family  name  to  Molnár  to  avoid   the  Nazis.    He  graduated  college  in  1944, became a communist and survived the war.  (His mother and grandmother were less fortunate and were killed at Auschwitz.)

After the war he changed his name again to Lakatos (Hungarian for “locksmith”) to honor Geza Lakatos, a Hungarian general who lead a brief revolt against the pro­Nazi Hungarian government during the war.   He fell­out with  the Communists  in  the early 1950s and fled Hungary when the Soviets invaded in 1956.  He first went to Austria but settled in London.

Lakatos modeled his research programmes after Kuhn's paradigms, but with a difference. A   research  programme could  be   identified  with   the  statements   to  which   its  practitioners adhered.    These statements  could be separated  into  two bodies.    The  hard core  of   the research programme was the subset of the statements that to which its practitioners proclaim unshakeable  belief.    For  example,   for  modern  microbiology  one such statement   is   “DNA encodes heredity and is transcribed into RNA.  RNA is then translated into protein.”  Lakatos then borrows from the Logical Empiricists, particularly Popper, when he defines the negative heuristic of science is to protect the hard core from falsification at all costs.

The chief  way  to  protect  a   research  programme's  hard  core   is  with   its   second set  of statements, the auxiliary hypotheses.  These statements are more provisionally included in the research programme.  If it is no longer convenient to hold them then they may be modified or   discarded.     The   gist   of   the   research   programme   remains   unaffected.    Revisiting   the microbiology   example,   such   a   auxiliary   hypothesis   might   be   that   “Gene   ABC   regulates pathway XYZ.”  Later we might find out that gene ABC is only part of the story, or that both it and XYZ are actually regulated by something else.   Learning this would not decrease our commitment to our belief that “DNA encodes heredity and is transcribed into RNA.   RNA is  then translated into protein.”

With research programmes so defined Lakatos turned to consider how we can say that science is making progress over the long term.  A progressive research programme is one that is growing its body of statements to make new predictions and include new techniques.  A research programme does particularly well   if   it  was makes  novel  predictions.   This echos Popper's idea of wanting scientists to make as strong and as novel claims as possible so that their models are (in principle) falsifiable.

Progressive   research  programmes are  contrasted  with  degenerate  ones.    Degenerate ones do not grow.  Rather, they propose ad hoc changes to the hard core instead of adding statements to the protective belt of the auxiliary hypotheses.

Larry Laudan proposed a similar approach, but which emphasized solved problems over Logical Empiricist­like statements.   Laudan is an American with a  less dramatic past than 

Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.

Page 8: Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricismfacweb.cs.depaul.edu/jphillips/Classes/CSD/lecture2.pdfIn the geocentric vs. heliocentric case the two systems probably agree

many of the Central Europeans who ran from Nazism and/or Communism.   His  research traditions kept track of which problems were solved, and tried to maximize their quantity.

For Laudan research traditions faced two kinds of  problems.   The first  were  empirical problems related to missing or incorrect predictions.   These were akin to Kuhn's anomalies. The second were  conceptual  problems  related   to  self­consistency,  and consistency  of  a given research tradition with those in related disciplines.  (For example, the related disciplines of microbiology might be biochemistry and the rest of biology.)

Like Lakatos, Laudan wanted a rational basis for accepting or rejecting a given research tradition, but his approach was more nuanced.  One should accept the research tradition that has solved most problems on the basis that it had the widest empirical support, and therefore we   have   the   confidence   in   its   applicability.     One   should,   however,  pursue  the   research tradition that has is currently solving the most problems.  The rationale for this is that this area offers scientists the most opportunities to publish and gain a reputation for him­ or herself.

In general   the research  traditions  to accept and pursue are different.    For example,   in physics   the   field   of   statics   predicts   the   stability   of   stationary   structures   in   time­invariant gravitational fields.  It is a thoroughly studied, thoroughly believed field.  One of its uses is in predicting whether a given bridge design will stand.  Such decisions impact the expenditure of millions of dollars and affect the safety of thousands of lives daily.

Important as statics is physicists probably view string theory as a “sexier” area of physics. As  of   the  earlier  21st  Century   there   is  no  agreement  about  whether   string   theory   is   the “correct” way to view the Universe, but that is not the point.   String theorests pursue a new and exciting area of physics, and they (hopefully) have fun doing it.

Laudan's   notion   of   progress   is   more   nuanced   than   Lakatos'   in   more   ways   than   just distinguishing between the research tradition to believe vs. the one to pursue.   He gives up Lakatos' desire for cumulative progress.  Some problems that were solved now may become “unsolved” if the research traditions changes dramatically enough.  Also, unlike both Popper and Lakatos there is no special reward for novel predictions.  Predictions are more equal.

3.4  Sociology of Science

For completeness we should cover a second, parallel way of describing science.   A new breed of sociologists started covering scientists  in the 1960s, shortly after Kuhn's seminal work.     While   historians   of   science   like   Kuhn   emphasized   agreement   with   historical developments in science, sociologists studied how contemporary scientists behave.

Some of their work highlights familiar organizations in interesting and novel ways.  ___, for example, studied a high energy physics lab in Toronto for __ years.  He concluded that it was run as a “benign dictatorship”.

It was a “dictatorship” in the sense that it run by the more senior (read: “tenured”) scientists. They exerted their control in committees and other governing bodies of the department, and it went unchallenged.

The dictatorship was “benign” in the sense that the younger (read: “untenured”) scientists knew their older colleagues ran the show, and were happy about it.   The senior scientists were not  trying to aggrandize money or power,  but merely  trying to keep the department 

Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.

Page 9: Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricismfacweb.cs.depaul.edu/jphillips/Classes/CSD/lecture2.pdfIn the geocentric vs. heliocentric case the two systems probably agree

running smoothly for everyone.   This  let  the younger faculty spend more time in  lab, and hopefully publish more.

Sociologists have also considered how scientists interact with the knowledge they produce. The philosopher Ronald Giere has labeled two proposals of sociologists on the more extreme end of   the spectrum.    On  the  topic  of   “do scientists  believe  that   the  things  they discuss (quarks, genes, etc.) actually exist” the epistemological constructist answer is “Maybe yes,  maybe no, but it does not really matter.”   The important thing is that scientists are acting in their own self­interest and doing what it took to, for example, get published.

An even more extreme  idea was  ontological  constructivism,  which held   that quarks, genes and such were just socially constructed and interpreted things, like poems a literary tradition or laws in a judicial system.  One could ascribe no importance or relevance to these ideas   outside   the   socially­constructed   realm   that   scientists   created   in   which   they   were believed.  Scientific knowledge, then, might just be a special­case of convenient social fictions like Santa Claus or Bugs Bunny.

Perhaps this sociological view is too extreme for some.  After all, sociologists like to think of themselves as scientists too.  Are their models also just convenient fictions?  Excuses to get published?  Some sociologists embraced this reduction to nihilism, others did not.

3.5  Model­Based Philosophy of Science

At the end of the 20th Century a new philosophy of science gained momentum, the Model­Based theory of Science.   It was advocated by the American Ronald Giere, and others.   It rejected the statement­based theory of science and proposed a “model­based” one, where a model could be statements, maps or physical representations.

How   ever   they   are   instantiated,   models   are   of   limited   applicability   to   describing   the Universe.  All models describe just some subset of the Universe, and only for a few attributes. For  example,  consider  Hooke's  Law, nowadays commonly written as  F = -kx.    Here  F represents the force on some body due to something pulling or pushing on it, like a spring. The k is a constant that represents the spring's stiffness.  The x is a variable that tells how far the spring is from its equilibrium position.  By using this equation in conjunction with Newton's Laws of motion we can predict the behavior of low­friction spring­mass systems for awhile.

But  look,  however,  at  what  we did  not  do.    We  only  attempted  to predict   the position, velocity and acceleration of the mass.  Most of the mass' properties; its composition, its color, its taste, its smell, how much it costs,  etc., are not predicted.   Furthermore, we  only  apply Hooke's Law to a certain aspects of the Universe.  Besides the obvious masses on springs, we might also apply this model to mechanisms inside wind­up clocks and watches, rulers snapped  on   tables,  etc.    However,  most  aspects  of   the  Universe   (those  associated  with gravity, electromagnetism, etc.) are not modeled.

3.6  The Take­Home Message

In   this  chapter  and  the  last  we discussed some of   the history of  developments  in   the 

Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.

Page 10: Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricismfacweb.cs.depaul.edu/jphillips/Classes/CSD/lecture2.pdfIn the geocentric vs. heliocentric case the two systems probably agree

philosophy of science over the 20th  century.   We did  this because there are philosophical assumptions and ramifications to various approached to computational scientific discovery.  If you ignore this, philosophers of science will “do you the favor” and remind you.  They might do this by rehashing problems with Logical Empiricism.

If  they do this, do not take it personally.   Philosophers make a living attempting to poke holes in the reasoning of other philosophers.  If they did not do this they would not perceive “progress”.  If they did not do this they would have fewer papers to write, and have less ways to distinguish themselves.  It just what philosophers do.

We computer scientists could play this game too.  We could say to the Logical Empiricists “Is language really devoid of metaphysics?” and “Is reduction possible?”.   We could say to Kuhn “Is there really no notion of progress in science?”     We could say to Lakatos “Is the “research programme” view itself a progressive view of science?”   We could say to Laudan “What exactly is a research tradition and how do you know how many problems it has solved?” We could say to the sociologists “Isn't your work just socially­constructed too?”

We could say these things, but then we would sink to their level.  Instead I hope my fellow computer scientists would rise above the din of philosophical conversations about knowledge and reality that have continued since before Aristotle.  We should make concentrate on writing programs that please scientists.  We should let our program speak for themselves and us.

“Is it science if it is not done by humans?”  In the 1970s mathematicians asked themselves the   related   question   “Is   it   mathematics   if   it   is   not   done   by   humans?”   when   they   some mathematicians   proved  The   Four   Color   Map   Theorem,   an   important   problem   in mathematics, with significant computer assistance.  The Four Color Map Theorem states that given any plane separated into regions, such as a political map of the provinces of a country, the regions may be colored using no more than four colors in such a way that no two adjacent regions receive the same color. Some mathematicians may not accept the theorem because it is impractical to check the correctness of the compiler and hardware by hand.  Most modern mathematicians, however, probably accept it as part of the body of mathematics.   (Did not Kuhn have something to say about revolutions, how everybody does not necessarily switch,  and how the older paradigm does not die until its practitioners do?)

After   having   fun   at   the   expense   of   philosophers   of   science   let   us   learn   from   their discussions.     In   all   cases   I   recommend   that  we  adopt   the  stance   favored  by  our  client scientists:

1.  Realism vs. Instrumentalism.   Are scientific models our best guess at the nature of reality or are they just computational tools?  Giere pointed out that all models are “tools” in the sense that they only predict small aspects of reality.  Cognizant of that point, we can see that computer programs range the spectrum.   One can write, for example, a program that simulates the motions of  the planets given Newtonian Laws of motion, gravity,  and  information about  the position and velocities of  the solar systems larger objects.  (Again, we realize that not all comets and asteroids will be included.)  This will be realist  in the sense that there will be actual data structures pertaining to the Sun, planets, moons,  etc.   On the other hand, computer simulations often are purposefully 

Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.

Page 11: Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricismfacweb.cs.depaul.edu/jphillips/Classes/CSD/lecture2.pdfIn the geocentric vs. heliocentric case the two systems probably agree

instrumentalist  in that we know we may lack the memory, time, knowledge about the initial state, or information about the exact interactions that all objects being simulated, yet we want to do the simulation any way to get a gross feel for what they simulated system might do.   Examples include simulating how a protein folds in a vacuum (as opposed to being surrounded by water, the environment that most proteins exists in) and simulations of large economies.

2.  Language.    How general  should  the   language be  in  which our  programs writes  its statements?  Should we be able to construct new terms?  If so these terms will probably be definitional:   “New term = some relationship among existing  terms.”    The artificial intelligence field of  constructive induction  deals with precisely this issue.   It tries to create new attributes to hasten discovery during machine learning.  Our programs might have added expressive power if given an expressive set of language primitives, but this might  increase the search time for something interesting to say.    Is  it  possible  for a program to define its own primitives?  If so, how?  And how would the program re­write old knowledge in this new format?

3. Reductionism.  Sometimes scientists want to find a small set of principles that seem to underlie reality, and sometimes they do not.  Often the task is constructive: build a world that looks like ours from these primitives.  This, of course, may be embedded in a larger, reductionist goal of trying to find the best set of primitives.   Our programs may or may not   directly   influence   the   choice   of   the   primitive   set.     Sometimes   there   is   no “reductionism” in the sense of physics.  This might be the case evolutionary biology, in which evolution might be viewed as a template to super­impose upon the data rather than to reduce the data into.

4.  Progress.     Of   course   scientists   want   progress   in   the   Kuhnian   “Normal   Science” meaning.   But which do scientists what more: empirically justifying as many claims as possible   (Logical   Empiricists),   making   model   that   falsifiable,   but   not   yet   falsified (Popper),  increasing the body of theories (Lakatos),  increasing the number of solved problems (Laudan), or perhaps something else?

5.  Revolutions.   This, of course, is the toughest issue.   It  assumes we have solved the “define   your   own   primitives”   problem   already.     Should   we   worry   about   this?     An argument for “no” is that (according to Kuhn) most of the scientists most of the time do “normal science”.   Restricting our programs to the search space implicit in the current paradigm (by restricting the primitives of the language, by restricting the acceptability of statements, by restricting  the data that we will   try  to predict,  etc.)  we will  make our programs  faster.    However,   the  appeal  writing  a  program  that  could  affect   the  next revolution  is   tempting  to both scientists  and  computer scientists.     (Though scientists might  want   to   steal   all   of   the  credit.)    Computers   probably   are   capable  of   thought experiments, though doing this will require some thought on our part.

References:Giere, Ronald N. “Science Without Laws” The University of Chicago Press, 1999.Kuhn,   Thomas   S.   “The   Structure   of   Scientific   Revolutions,   Second   Ed.,   Enlarged”     The 

University of Chicago Press, 1970.

Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.

Page 12: Chapter 3: Philosophy of Science After Logical Empiricismfacweb.cs.depaul.edu/jphillips/Classes/CSD/lecture2.pdfIn the geocentric vs. heliocentric case the two systems probably agree

Thompson, Mel. “Teach Yourself Philosophy of Science”, Hodder Headline Plc., 2001.

Copyright (c) 2008 by Joseph Phillips.  All Rights Reserved.