Emergence and Reduction in Physics

Ce court livre de la collection des Cambridge Elements, qui se positionnent entre le format des « Que sais-je » français et articles de synthèse, est écrit par Patricia Palacios, chercheuse en philosophie de la physique à l’université de Salzbourg. Il présente le débat contemporain entre émergence et réduction en physique, et défend une approche compatibiliste de la question, dans le sillage de Jeremy Butterfield. La démarche suivie se veut ascendante (bottom-up), partant d’études de cas putatifs d’émergence pour circonscrire différents concepts pouvant s’y rapporter. Dans une première partie introductive, l’autrice dresse le panorama des principaux axes de discussion de l’émergence (ontologique/épistémologique, forte/faible, diachronique/synchronique), comme relation entre une base physique et un émergent, celui-ci étant à la fois « dépendant » de cette base et pourtant «nouveau» ou « autonome » vis-à-vis d’elle. Les différents sens possibles pour ces termes déclinent ainsi un « paysage de l’émergence » sans unité conceptuelle. Dans une deuxième partie, l’exemple paradigmatique des transitions de phase est présenté, avec ses deux grands types : transitions du premier ordre et transitions dites continues, aussi appelées phénomènes critiques. Ce second type concentre l’essentiel de la discussion, en raison de ses propriétés caractéristiques que sont l’invariance d’échelle et l’universalité. La troisième partie introduit la distinction entre émergence (ou réduction) entre la partie et le tout (parts-whole), une relation inter-niveaux classique de la philosophie de l’émergence, et émergence (ou réduction) entre petit et grand nombre (few-many), relation intra-niveau plus adaptée à la discussion. Palacios défend alors l’existence d’une relation de réduction du grand au petit nombre dans le cas des transitions du premier ordre, mais d’une relation d’émergence du petit au grand nombre dans le cas des phénomènes critiques. La quatrième partie présente les méthodes du groupe de renormalisation servant à expliquer l’universalité dans les phénomènes critiques, ainsi que les approches apparentées que sont les théories de champs effectifs. Cette partie introduit le concept d’émergence par granulation (coarse-grained emergence) proposé par l’autrice afin d’en capturer les traits caractéristiques. La cinquième partie revient sur les différentes notions de réductions inter-théoriques existantes, notamment celles de Nagel et de Nickles. Elle montre qu’en adoptant une acception libérale ces dernières peuvent être compatibles avec les relations d’émergence du petit au grand nombre et par granulation, le cas des phénomènes critiques combinant ces quatre relations à différentes étapes. La dernière partie conclut sur la défense d’une approche pluraliste de la réduction et de l’émergence qui accompagne le développement de la recherche en physique. — Contents ; — 1 Introduction, pp. 1-5 ; — 2 Phase Transitions: A Paradigm Case, pp. 5-15 ; — 3 Few-Many Reduction versus Few-Many Emergence, pp. 15-29 ; — 4 Universality, Renormalization, and Effective (-field) Theories, pp. 29-52 ; — 5 Intertheoretic Reduction, pp. 52-72 ; — 6 Conclusion, pp. 72-74 ; — References, pp. 75-81 ; — Acknowledgments.

Q. R.

This short book in the Cambridge Elements series is written by Patricia Palacios, a philosopher of physics at the University of Salzburg. It presents the contemporary debate between emergence and reduction in physics, and argues for a compatibilist view of the issue, following Jeremy Butterfield. The approach is bottom-up, starting from the study of putative cases of emergence in order to circumscribe different concepts that may relate to them. In an introductory section, the author outlines the main positions in the discussion of emergence (ontological vs. epistemological, strong vs. weak, diachronic vs. synchronic), as a relation between a physical basis and an emergent, the latter being both ‘dependent’ on its basis and yet ‘new’ or ‘autonomous’ with respect to its basis. The different possible meanings of these terms thus define a ‘landscape of emergence’ without conceptual unity. In the second section, the paradigmatic example of phase transitions is presented, with its two main types: first-order transitions and so-called continuous transitions, also known as critical phenomena. This second type is the main focus of the discussion, because of its characteristic properties of scale invariance and universality. The third section introduces the distinction between parts-whole emergence (or reduction)—an inter-level relation, the most classic in the philosophy of emergence—and few-many emergence (or reduction), an intra-level relation more appropriate for the discussion. Palacios then argues for the existence of a few-many reduction relation in the case of first-order transitions, but a few-many emergence relation in the case of critical phenomena. The fourth section introduces the renormalization group methods used to explain universality in critical phenomena, as well as the related approaches called effective field theories. This section introduces the concept of coarse-grained emergence proposed by the author in order to capture its characteristic features. The fifth section discusses the different existing notions of intertheoretical reduction, especially those of Nagel and of Nickles. It is shown that by adopting a liberal acceptation, these notions can be compatible with the relations of part-whole emergence and coarse-grained emergence, the case of critical phenomena combining these four relations at different stages. The last section concludes with a defence of a pluralistic approach to reduction and emergence that accompanies the development of research in physics. — Contents; — 1 Introduction, pp. 1-5; — 2 Phase Transitions: A Paradigm Case, pp. 5-15; — 3 Few-Many Reduction versus Few-Many Emergence, pp. 15-29; — 4 Universality, Renormalization, and Effective (-field) Theories, pp. 29-52; — 5 Intertheoretic Reduction, pp. 52-72; — 6 Conclusion, pp. 72-74; — References, pp. 75-81; — Acknowledgments.

Q. R.