Chasing Individuation: Mathematical Description of Physical Systems
A la poursuite de l'individuation: description mathématique des systèmes physiques
Résumé
This work is a conceptual analysis of certain recent developments in the mathematical foundations of Classical and Quantum Mechanics which have allowed to formulate both theories in a common language. From the algebraic point of view, the set of observables of a physical system, be it classical or quantum, is described by a Jordan-Lie algebra. From the geometric point of view, the space of states of any system is described by a uniform Poisson space with transition probability. Both these structures are here perceived as formal translations of the fundamental twofold role of properties in Mechanics: they are at the same time quantities and transformations. The question becomes then to understand the precise articulation between these two roles. The analysis will show that Quantum Mechanics can be thought as distinguishing itself from Classical Mechanics by a compatibility condition between properties-as-quantities and properties-as-transformations.
Moreover, this dissertation shows the existence of a tension between a certain `abstract way’ of conceiving mathematical structures, used in the practice of mathematical physics, and the necessary capacity to specify particular states or observables. It then becomes important to understand how, within the formalism, one can construct a labelling scheme. The “Chase for Individuation” is the analysis of different mathematical techniques which attempt to overcome this tension. In particular, we discuss how group theory furnishes a partial solution.
Ce travail se veut une analyse conceptuelle de certains développements récents dans les fondements mathématiques de la Mécanique Classique et de la Mécanique Quantique qui ont permis de formuler ces deux théories dans un même langage. Du point de vue algébrique, l’ensemble des observables d’un système physique, soit-il classique ou quantique, est décrit par une algèbre de Jordan-Lie. Du point de vue géométrique, l’espace des états de tout système est décrit par un espace uniforme de Poisson avec transition de probabilité. Ces deux structures mathématiques sont ici interprétées comme une manifestation du double rôle constitutif des propriétés en physique : elles sont à la fois des quantités et des transformations. Il s’agit alors de comprendre l’articulation précise entre ces deux rôles. Au cours de l’analyse, il apparaîtra que la Mécanique Quantique peut être vue comme se distinguant de la Mécanique Classique par une condition de compatibilité entres les quantités et les transformations.
D’autre part, cette thèse met en évidence l’existence d’une tension fondamentale entre une certaine façon abstraite de concevoir les structures mathématiques, présente dans la pratique de la physique mathématique, et la nécessité de spécifier des états ou des observables particulières. Il devient alors important de comprendre comment, dans le formalisme, se construit un schéma d’indexation. La « poursuite de l’individuation » est l’analyse de différentes techniques mathématiques vues comme tentatives de résolution ce problème. En particulier, nous discuterons comment la théorie des groupes permet d’y apporter une solution partielle.
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