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科学哲学において、構造主義[ α ]（科学的構造主義[ 1 ]または構造主義理論概念とも呼ばれる）[ 2 ]は、現実のあらゆる側面は、具体的な実体そのものという観点ではなく、実体とその関係に関する経験的な科学的構成物という観点で最もよく理解できると主張する。[ 3 ]
構造主義は科学哲学における活発な研究プログラムであり、1960年代後半から1970年代にかけて、数名の分析哲学者によって初めて発展させられた。
構造主義の一例として、物質の概念は、それ自体が自然の絶対的な性質としてではなく、科学的に根拠づけられた数学的関係によって、物質の概念が他の性質とどのように相互作用するかを記述するものとして解釈されるべきである。それは、質量を生み出す重力場のような広い意味での相互作用であれ、物質が身体の感覚システムとどのように相互作用して重さなどの感覚を生み出すかという、より経験的な意味での相互作用であれ、同様である。[ 4 ]
構造主義の目的は、経験理論の重要な側面すべてを1つの形式的な枠組みにまとめることである。このメタ理論の提唱者は、フレデリック・サップ、パトリック・サップス、ロナルド・ギーレ、[ 5 ] [ 3 ]ジョセフ・D・スニード、ヴォルフガング・シュテグミュラー、カルロス・ウリセス・ムーリンズ、ヴォルフガング・バルツァー、ジョン・ウォーラル、エリー・ジョルジュ・ザハール、パブロ・ロレンツァーノ、オタビオ・ブエノ、アンジャン・チャクラヴァルティ、ティアン・ユー・カオ、スティーブン・フレンチ、マイケル・レッドヘッドである。
構造主義的議論に動機づけられた科学的実在論の変種を表す「構造的実在論」という用語は、 1968年にアメリカの哲学者グローバー・マックスウェルによって造語された。 [ 6 ] 1998年、イギリスの構造的実在論哲学者ジェームズ・ラディマンは、構造的実在論の認識論的形態と存在論的形態を区別した。 [ 7 ] [ 3 ]
（科学的）構造主義の哲学的概念は、認識論的構造実在論（ESR）の概念と関連している。[ 3 ] ESRは、もともとアンリ・ポアンカレ（1902年）[ 8 ] [ 9 ] 、バートランド・ラッセル（1927年）[ 10 ]、ルドルフ・カルナップ（1928年）[ 11 ]がそれぞれ独立して主張した立場であり、ジョン・ウォーラル（1989年）によって復活させられた。ウォーラルは、理論の変化を超えて構造が保持されると提唱している。例えば、ウォーラルは、フレネルの方程式は光が構造を持つことを意味し、フレネルの方程式に取って代わったマクスウェルの方程式も同様であると主張した。どちらも光を振動として特徴づけている。フレネルは、振動は「エーテル」と呼ばれる機械的媒体にあると仮定し、マクスウェルは、振動は電場と磁場にあると仮定した。どちらの場合も構造は振動であり、マックスウェルの理論がフレネルの理論に取って代わったときにもそれは保持された。[ 12 ]構造が保持されるため、構造的実在論は（a）悲観的なメタ帰納法[ β ]を回避し、（b）科学の成功を奇跡のように見せない、つまり奇跡なしの議論を提示する。[ 13 ]
いわゆるニューマン問題（ニューマンの問題、ニューマンの反論とも呼ばれる）は、マックス・ニューマンが1928年に発表したラッセルの『物質の分析』（1927年）に対する批判的意見を指す。[ 14 ] [ 3 ] [ 15 ]ニューマンは、外部世界の抽象的な構造しか知ることができないというESRの主張は、科学的知識を矮小化するものだと主張した。彼の議論の根拠は、「適切な数のものがあれば、どんなものの集合でも構造Wを持つように組織化できる」という認識であり、ここでWは任意の構造である。[ 16 ]
ジョン・ウォーラル（2000）は、物理理論のラムゼイ文再構成によって拡張されたESRのバージョンを提唱している[ 17 ]（ラムゼイ文は、観測不可能な理論的用語を含む命題を、観測可能な用語に置き換えることによって明確にすることを目的としている）。ジョン・ウォーラルとエリー・ジョルジュ・ザハール（2001）は、ニューマンの反論は、観測用語と理論的用語の区別がなされない場合にのみ適用されると主張している[ 18 ] 。
ラムジー流の認識論的構造実在論は、ラッセル流の認識論的構造実在論[ 19 ]とは区別され、両立しない（両者の違いは、ラムジー流のESRはラムジー文に認識論的コミットメントをするのに対し、ラッセル流のESRは抽象構造、すなわち世界の観察構造の（2次）同型類に認識論的コミットメントをし、（1次）物理構造自体にはコミットメントをしない点にある）。[ 20 ]イオアニス・ヴォツィス（2004）は、ラッセル流のESRはニューマンの反論にも影響されないと主張している。ニューマンは「特定の抽象構造との関係が存在する」という自明な主張をESRに誤って帰属させたが、ESRは、唯一の物理的関係が唯一の観察関係と因果的に結びついており、両者が同型であるという非自明な主張をしている。 [ 21 ]
伝統的な科学的実在論者であり、構造的実在論の著名な批判者であるスタティス・プシロス（1999）は、「構造的実在論は、何が知られ得るか、そして科学理論が何を明らかにできるかについて認識論的な制約を課すものとして最もよく理解できる」と述べている。[ 22 ]彼は、ESRには克服できない多くの反論があると考えている。[ 23 ]これには、ESRの唯一の認識論的コミットメントは、それ自体では予測を生み出すのに十分ではない解釈されていない方程式であること[ 24 ] [ 15 ]、そしてESRが依拠する「構造対自然」の区別は維持できないことなどが含まれる。[ 25 ]
ヴォツィス（2004）は、構造的実在論者は「解釈された方程式を支持するが、用語を観察に結びつける解釈とそうでない解釈を区別しようとする」[ 26 ]と答えており、「自然」とは単に実体の非同型的に特定可能な部分を意味するというラッセルの見解に訴えることができる[ 27 ] 。
プシロスはまた、デイビッド・ルイスの記述的因果的参照理論[ 28 ] [ 3 ]（理論変更後に放棄された理論的用語は「結局」参照に成功したとみなされる）[ 3 ] [ 28 ]を擁護し、理論的用語が放棄される概念的移行における参照の連続性を適切に扱うことができると主張し[ 29 ] 、 ESRを不要にする。
ヴォツィス（2004）は、科学的実在論者は理論の近似的な真実性を指示の成功に結びつける必要はないと答えている。[ 30 ]注目すべきは、構造的実在論は当初、特定の指示理論を規定していなかったことである。[ 31 ]しかし、ヴォツィス（2012）は、「科学用語は個々の対象、すなわち用語ごとに指示することができるが、この指示を確定するには、これらの対象が具現化する関係を考慮に入れる必要がある」という構造主義的指示理論を提案した（この見解では、構造的記述が指示の決定要因として機能する）。[ 32 ]
ESRは現実の構造のみが認識可能であると主張する一方、存在論的構造実在論（OSR）はさらに進んで、構造こそがすべてであると主張する。この見解では、現実には観察される構造の根底にある「本質」は存在しない。むしろ、現実は根本的に構造的であるが、OSRの様々な形態は、構造のどの側面が原始的であるかを正確には示していない。OSRは、特に量子場理論などの現代物理学に強く影響を受けており、量子場理論は、固有の性質を持つ識別可能な対象という直観的な概念を覆すものである。[ 3 ]ヘルマン・ワイル（1931年）[ 33 ] 、エルンスト・カッシーラー（1936年）[ 34 ] 、アーサー・エディントン（1939年） [ 35 ]など、初期の量子物理学者の中にはこの見解を持つ者もいた。最近では、OSRは「現代物理学における最も流行の存在論的枠組み」と呼ばれている。[ 36 ]
マックス・テグマークはこの概念をさらに発展させ、数学的宇宙仮説を提唱した。この仮説は、もし私たちの宇宙が特定の構造に過ぎないならば、それは他の構造よりも現実的ではないとしている。[ 37 ] [ 38 ]
数理論理学において、数学的構造は標準的な概念である。数学的構造とは、抽象的な実体の集合であり、それらの間に関係が存在する。算術における自然数は、「割り切れる」や「より大きい」といった関係を持つ構造を構成する。ここで、「より大きい」という関係は要素 (3, 4) を含むが、要素 (4, 3) は含まない。ユークリッド幾何学における空間上の点と実数は別の構造であり、「点 P1 と点 P2 の間の距離は実数 R1 である」といった関係を持つ。同様に、「距離」という関係は要素 (P1, P2, R1) を含む。その他の構造には、一般相対性理論のリーマン空間や量子力学のヒルベルト空間などがある。数学的構造内の実体は、関係への参加以外には独立した存在を持たない。構造の 2 つの記述は、すべての関係を保持する対応関係が存在する場合、同等であり、同じ基礎構造を記述しているとみなされる。[ 37 ] [ 39 ]
構造的実在論の支持者の多くは、形式的または非形式的に抽象的な対象に「特性」を帰属させている。一部の人は、そのような特性は関係の形式主義に「無理やり押し込む」ことはできるかもしれないが、関係とは区別して考えるべきだと主張している。[ 40 ]
量子場理論（QFT）では、「最も基本的な既知の構造」に関する従来の提案は、粒子のフォック空間に実在性を帰属させるなどの「粒子解釈」と、量子波動関数が基礎となる実在性と同一であると考えるなどの「場解釈」に分かれます。量子力学の解釈の多様性は一つの複雑さをもたらします。もう一つの、おそらく些細な複雑さは、標準的なQFTでは場も粒子も完全に局在していないことです。3つ目の、あまり明白ではない複雑さは、「ユニタリ的に非等価な表現」がQFTに固有のものであることです。たとえば、同じ時空領域は、慣性観測者からは真空として表現されますが、アンルー放射を知覚する加速観測者からは熱浴として表現されます。これは、真空構造と熱浴構造のどちらが真の構造なのか、あるいはこれら2つの非等価な構造がそれぞれ別々に実在するのかという難しい問題を提起します。曲がった時空の複雑さを必要としない別の例として、強磁性では、対称性の破れ解析によって等価でないヒルベルト空間が生じる。より広く言えば、QFTの無限の自由度は、一般の場合に等価でない表現をもたらす。[ 36 ]
一般相対性理論では、学者たちは時空構造に「基本構造」としての地位を与えることが多く、時にはその計量を通してそれを与えることもある。[ 3 ]