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CHAPTER IV: Scientific Description of Reality
4.6: Theories, Programs, Adequacy, Knowbot Development Environment
'95-Knowbot

(The english annotations below are only a rough characterization of the content of the german text)




KAPITEL IV: Wissenschaftliche Beschreibung der Wirklichkeit
4.6: Theorien, Programme, Adäquatheit, Knowbot Entwicklungsumgebung
AUTHOR: Gerd Döben-Henisch
COAUTHOR: Joachim Hasebrook
DATE OF FIRST GENERATION: March 3, 1998
DATE OF LAST CHANGE: April 27, 1998
ADDRESS: INM - Institute for New Media, Frankfurt, Germany
EMAIL: doeb@inm.de
URL: INM
Copyright (c) Gerd Döben-Henisch
STATUS: Work in Progress
COOPERATION: Everybody is invited to share the discussions, to contribute with own ideas. The authors decide whether such contributions are accepted for incorporation in the final version.

    (3rd version; preliminary outline)

    The elements of a process of investigation and of a theory


    		Nach den vorausgehenden Überlegungen gehören zu einem Untersuchungsprozeß die Elemente:
    1. Untersucher INV (z.B. Wissenschaftler),
    2. ein vorausgesetzter Untersuchungsbereich DOM
    3. vereinbarte Meßverfahren MOP, die für endliche Zeitintervalle und Raumbereiche Meßereignisse liefern können, die sich mittels endlicher Zeichenketten einer Sprache L_dat als Daten D repräsentieren lassen
    4. deutende Strukturen STR einer Sprache L_str, die die Untersucher generieren, um die diskreten Daten in mögliche Klassen, Beziehungen und Gesetzmäßigkeiten einzuordnen.
    Eine Theorie TH wäre dann eine Struktur STR, zu der Daten D von vereinbarten Meßverfahren MOP im Kontext von Untersuchungsbereichen DOM gehören, dazu eine Gruppe von Untersuchern INV. Alle diese Elemente interagieren miteinander in einer Weise, die durch die Beziehungen R_th und die Gesetzmäßigkeiten X_th expliziert werden:

    TH(x) iff x = <<DOM,INV,MOP,D,STR>,R_th,A_th>

    Anmerkung: Normalerweise wird nur das Element STR zum Theoriebegriff gerechnet (siehe z.B. W.BALZER [1982], Empirische Theorien, W.BALZER/ C.U.MOULINES/ J.D.SNEED [1987], An Architectonic for Science, W.BALZER/ DAWE, Chris M. [1997], Models for Genetics, N.BOURBAKI [1970], Elements de Mathematique, ESSLER, Wilhelm K. [1970], Wissenschaftstheorie I, , ESSLER, Wilhelm K. [1971], Wissenschaftstheorie II, KUTSCHERA, F.v. [1972] Wissenschaftstheorie I+II, G.LUDWIG [1978], Die Grundstrukturen einer physikalischen Theorie, G.LUDWIG [1978b, 2nd. ed.], Einführung in die Grundlagen der Theoretischen Physik, D.PEARCE [1981], Is there any theoretical Justification for a Non-statement View of Theories?, E.SCHEIBE [1983], Ein Vergleich der Theoriebegriffe von Sneed und Ludwig, E.SCHEIBE (ed) [1988a], The Role of Experience in Science, E.SCHEIBE [1988b], Struktur und Theorie in der Physik, SCOTT, Dana/ SUPPES, Patrick [1958], Foundational Aspects of Theories of Measuirement, .J.D.SNEED [1971], The Logical Structure of Mathematical Physics, STEGMÜLLER, W. [1973a], Logische Analyse der Struktur ausgereifter physikalischer Theorien, STEGMÜLLER, W. [1973b], Theoriendynamik. Normale Wissenschaft und wissenschaftliche Revolutionen. Methodologie der Forschungsprogramme oder epistemologische Anarchie? .F.SUPPE (ed) [1977, 2nd ed.1979], The Structure of Scientific Theories, R.WESTERMANN [1987], Strukturalistische Theorienkonzeption und empirische Forschung in der Psychologie. Eine Fallstudie). Will man aber über das Zusammenspiel der hier beteiligten Komponenten explizit sprechen, dann muß man diese Elemente ausdrücklich einbeziehen. Theoriebegriffe, die nur die Komponente STR thematisieren, sollen hier pragmatikfreie Strukturen oder nichtsituierte Kerne genannt werden. Explizierte Strukturen <<DOM,INV,MOP,D,STR>,R_th,A_th>, wie sie hier benutzt werden, sollen hingegen pragmatisch interpretierte Strukturen heißen oder situierte Kerne.


    Intertheoretical Relations


    		Zwischen beliebigen Theorien T, T' kann man unterschiedliche Beziehungen definieren. Grundlegend sind Begriffe wie z.B. T ist isomorph zu T', T ist enthalten in T', T ist stärker als T'. Im Falle von situierten Kernen sind diese Begriffe natürlich komplexer als im Fall von pragmatikfreien Kernen.


    Recognizability and semiotic expressibility


    		Bisher sind im Zusammenhang mit den einzelnen Komponenten situierter Kerne und ihres Zusammenspiels ansatzweise immer auch schon Faktoren thematisiert worden, die die Erkennbarkeit und die zeichenvermittelte Beschreibbarkeit solcher 'aktiver' situierter Kerne betreffen. Die Erkennbarkeit von unterstellten Sachverhalten wurde in Abhängigkeit von Strukturen des Bewußtseins gesehen, das wiederum weiter verweist auf zugrundeliegende biologische Strukturen und Prozesse. Und die zeichenvermittelte Beschreibbarkeit hängt zusätzlich ab von den Bedingungen der (körperlichen) Interaktion verschiedener Untersucher.

    Im Folgenden werden - z.T. im Vorgriff auf nachfolgende Kapitel - die Bedingungen im Umkreis von Erkennbarkeit und zeichenvermittelter Beschreibbarkeit soweit thematisiert, daß die Ausgangslage für die weiteren Überlegungen hinreichend klar ist.-


    Phenomena, structures, signs, consciousness


    		Die Bedingungen der Erkennbarkeit zeigen sich zunächst im Bereich des Erlebens.

    Das Erleben als der primäre Zugang zur Wirklichkeit stellt sich nicht beliebig dar, sondern zeigt eine Struktur, die allem Erleben inhärent ist. Im Rahmen dieser Struktur des Erlebens ist es möglich (siehe nachfolgende Kapitel), Begriffe wie z.B. innen/ außen zu bilden, aufgrund deren dann weitergehende Konzepte wie Objekt, belebtes/ nichtbelebtes Objekt, Ich/ Selbst, Anderes Selbst usf. möglich werden.

    Diese Struktur läßt sich zusätzlich durch Zeichen anreichern. Aufgrund einer handlungsbasierten Koordination mit anderen belebten Objekten ist es möglich, Zeichenmaterial mit Ereignissen so zu verknüpfen, so daß dieses Zeichenmaterial in zukünftigen Verwendungen in bestimmter Weise zu einem zeichenhaften Repräsentanten, sprich zu einem Zeichen, für die Ereignisse werden kann, für die es steht. Der hier mögliche Raum syntaktischer Regeln, semantischer Beziehungen sowie von steuernden Kontextgegebenheiten ist zwar sehr groß, unterliegt aber klaren Einschränkungen.

    Mittels Zeichen ist es dann möglich, die Basisstruktur des Bewußtseins als eine korrelative Beziehung zwischen den unterscheidbaren Erlebnisgrößen (Phänomenen) und einem phänomenalistisch nicht beschreibaren X zu rekonstruieren, für das diese Erlebnisse als Erlebnisse gegeben sind.


    Physiological basis


    		Thematisiert man die impliziten Voraussetzungen des Erlebens bzw. des Bewußtseins weiter, stößt man auf die - zwar prinzipiell hypothetische, aber doch immer wahrscheinlichere - Voraussetzung der physiologischen Basis des Erlebens. Primär das Gehirn, sekundär aber auch der Körper, in den das Gehirn eingebettet ist, liefern die 'realen' Bedingungen, unter denen das Erleben mit all seinen Ausprägungen stattfindet.

    Der Zugang zur physiologischen Basis des Erlebens läuft über das Erkennen als einer speziellen Weise des Erlebens. Die Physiologie ist von daher immer nur indirekt, als abgeleitete Struktur des Erkennens gegeben und damit selbst wieder von den Voraussetzungen des Erkennens abhängig.

    Rekonstruiert man im Rahmen der wissensmäßig zugänglichen Physiologie die Struktur des Bewußtseins als eine Teilstruktur der Physiologie, dann kann man den Bewußtseinsinhalten (den einzelnen unterscheidbaren Erlebnissen) physiologische Zustände zuordnen, die als Objekt-Zustände für andere Zustände fungieren, die dann relativ zu den Objekt-Zuständen Meta-Zustände darstellen. Diese Meta-Zustände entsprächen dann dem phänomenalistisch nicht weiter beschreibaren postulierten X in der Relation, die dem Bewußtsein zugrunde liegt.

    Damit erscheint es zumindest denkbar, daß man im Rahmen einer Neuropsychologie (natürlich im Rahmen eines ausgearbeiteten Phänomenalismus) die im Erleben implizit gegebenen Beschränkungen durch Rekurs auf die physiologischen Voraussetzungen weiter klären und präzisieren kann.


    Data, structures, theories, programmable machines


    		Es ist also der Körper, der mit seinem Gehirn und dem darin realisierten Bewußtsein in der Lage ist, zeitlich und räumlich lokalisierte Ereignisse in allgemeinere Strukturen zu transformieren und diese semiotisch zu artikulieren.

    Welche Meßverfahren auch immer Verwendung finden werden, die resultierenden Daten werden -sofern Menschen sie erkennen können sollen - immer diskret sein und sich in endlichen Zeichen einer bestimmten Sprache L_dat repräsentieren lassen.

    Das Gleiche gilt für die semiotisch erzeugten Strukturen. Abhängig von einer Sprache L_str werden alle Strukturen, mittels deren Menschen Wissen darstellen und kommunizieren, endliche Strukturen sein, die sich mit endlichen Mitteln hinschreiben lassen. Menschen sind nicht in der Lage, mit aktualen Unendlichkeiten zu operieren. Dies können sie nur indirekt, indem sie endliche Repräsentanten von potentiell unendlichen Strukturen benutzen (z.B. endliche Zeichenketten, für die im Rahmen eines Zeichenkalküls festgelegt ist, wie sie für 'reelle Zahlen' stehen, die sich als konkrete Objekte nicht hinschreiben lassen).

    Für den Bereich programmierbarer Maschinen (Computer), die als mögliche berechenbare Modelle im Rahmen von Theorieanwendungen dienen sollen, muß man zwischen der semiotischen Repräsentation solcher Maschinen und ihrer physikalischen Realisierung unterscheiden.

    Die semiotische Repräsentation programmierbarer Maschinen SCM mittels der Sprache L_cm kann rein theoretisch im Bereich des 'Abstrakten' auch Maschinen beschreiben, die mit nichtendlichen Elementen (z.B. mit reellen Zahlen) arbeiten. Für reale programmierbare Maschinen CM, die auf der Basis einer theoretischen Beschreibung erstellt werden sollen, können allerdings nur endlich viele Bestandteile zugelassen werden. Zudem muß jeder Bestandteil als solcher identifizierbar sein. Eine in diesem Sinne diskrete Maschine kann in einem definierten Bereich wahrnehmbare bzw. meßbare Zustandsänderungen erzeugen, die so beschaffen sind, daß sich einem definierten endlichen Zeitintervall (t,t') in einem definierten endlichen Raumgebiet r ein eindeutiger Meßwert (n,u) zuordnen läßt.


    Turing machine, Super-Turing machine, computational model


    		Das Konzept einer programmierbaren Maschine schlechthin ist das Konzept der Turingmaschine TM von Alan Matthew TURING (siehe: [1936-7], On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungsproblem). Sie besteht aus endlich vielen diskreten Zuständen, die mit einer Umgebung (= Band) über ein Lese-Schreibfenster verbunden sind, wobei die Anzahl der addressierbaren Raumstellen nicht-endlich ist. Außerdem gibt es eine ausgezeichnete Raumstelle.

    Es ist schwer zu sehen, wie es unter den zuvor genannten Bedingungen eine reale programmierbare Maschine geben soll, die in ihrer Leistungsfähigkeit eine Turingmaschine substantiell übertrifft. Solch eine Super-Turingmaschine STM bräuchte mindestens ein nicht-endliches Element. Dies wäre aber nur in semiotischer Form verfügbar. Eine Existenz rein als semiotische Entität würde aber der Intention einer programmierbaren Maschine als physikalischer Maschine widersprechen.

    Eine programmierbare Maschinen kann zu einem berechenbaren Modell CMod werden, wenn es eine durch Daten interpretierte Struktur STR gibt und dazu eine Abbildung f: STR ---> CMod, so daß Elementen aus STR Elemente aus CMod zugeordnet werden.


    Decidable theories, horn clauses, prolog


    		Für Turingmaschinen ist die grundsätzliche Frage, ob Theorien mittels Turingmaschinen entscheidbar sind, seit den grundlegenden Resultaten von GÖDEL 1931 und TURING 1936/7 für Theorien 1.Stufe oder stärker negativ entschieden. Solange die Realisierung von Super-Turingmaschinen nicht gelöst ist fokussiert sich die Aufgabenstellung damit auf die Frage, welche Theorien sich so auf Turingmaschinen darstellen lassen, daß eine 1-zu-1 Entsprechung theoretisch nachweisbar und praktisch durchführbar ist.

    Eine Möglichkeit besteht darin, sich auf sogenannte Hornklauseln [horn] zu beschränken und nur solche Theorien zuzulassen, in denen keine Ausdrücke auftreten, die ausdrucksstärker als Hornklauseln sind, also T|\horn. Von solchen Theorien gilt, daß sie sich 1-zu-1 (bijektiv) auf Prologprogramme abbilden lassen.

    (Zum Paradigma des logischen Programmierens siehe z.B.: FUCHS, Norbert E. [1997], Logische Programmierung, HEIN, James L.[1995], Discrete Structures, Logic, and Computability, STERLING, Leon/ SHAPIRO, Ehud[1994], The Art of Prolog. Advanced Programming Techniques, O'KEEFE, Richard A.[1990], The Craft of Prolog, FUCHS, Norbert E. [1990], Kurs in Logischer Programmierung, W.F.CLOCKSIN/ C.S.MELLISH [1984, 2nd ed.], Programming in Prolog)

    Für das weitere Vorgehen wird - sofern es nicht ausdrücklich anders mitgeteilt wird - von solchen auf Hornklauseln beschränkten endlichen Theorien Gebrauch gemacht.


    Adequacy


    		Die Daten D, die im Rahmen einer Untersuchung gemessen werden, können im Idealfall die zu messende Quelleigenschaft 1-zu-1 widergeben. Im Normalfall wird man aber wohl mit Schwankungen rechnen müssen, mit Verzerrungen und Ungenauigkeiten. Dies imliziert einen möglichen Irrtum, der aber nur relativ zu anderen Daten erkannt werden kann! Es gibt keine absoluten Wahrheitspunkte.

    Bezogen auf die Abstraktionen und Regelbildungen im Rahmen der deutenden Struktur kann sich die Menge der Daten entweder regelkonform verhalten oder aber regel-diskonform. Von bekannten Regeln abweichende Daten erscheinen ungeordnet, zufällig, chaotisch. Die Übereinstimmung mit den Regeln erweckt den Eindruck von Ordnung und von Geseltzmäßigkeit.

    Auch der Begriff der Ordnung bzw. der Un-Ordnung ist somit nur relativ zu den gewählten Daten und relativ zu den gewählten deutenden Strukturen.

    Zu diesen genannten Schwierigkeiten bei der Konstruktion einer adäquaten Deutung kommt noch der weitere Umstand, daß die verfügbaren endlich vielen diskreten Daten immer mit mehr als nur mit einer deutenden Struktur STR 'verträglich' sind. Gemessen an den semiotisch möglichen abstraken Strukturen und deren interner 'Auflösung' sind verfügbare Meßdaten immer unterbestimmt. Die Ausdrucksstärke nicht-endlicher deutender Strukturen, die weit über die Möglichkeiten von turingmaschinen-äquivalenten Maschinen hinausgehen erzeugen einen semantischen Überschuß, der entweder auf ein mögliches Mehr in den Objekten hindeutet oder aber auf einen selbsterzeugten Unsinn aufgrund der Eigenart des verwendeten semiotischen Mediums. Ferner läßt sich zumindest der Gedanke erzeugen, daß sämtliche verfügbare Meßverfahren hinter den zu messenden Eigenschaften zurückbleiben, ohne daß sich dieser Gedanke jedoch praktisch nutzen ließe, weil nicht klar ist, was heißt, in einer Weise zu messen, die jenseits der menschlich verfügbaren Möglichkeiten liegt.


    Human behavior, natural language, computational mechanics, evolutionary mechanics


    		Wendet man sich dem menschlichen Verhalten inklusive dem Sprachverhalten zu, so kann man im Bereich der Daten die Bereiche beobachtbares Verhalten [D_p_sr c D_p_w], Physiologie [D_p_n](des Körpers und des Gehirns) und Erleben [D_p] unterscheiden. Dabei sind alle Daten primär Erlebnisgrößen D_p, die sich anhand von inhärierenden Eigenschaften sekundär spezifizieren lassen (D_p_sr, D_p_n).

    Diesen Datentypen korrespondieren die zentralen Strukturtypen STR_p_sr c STR_p_w, STR_p_n, STR_p, die um zusätzliche Strukturen STR_p_wn sowie STR_p_np erweiterbar sind. Bei STR_p_wn und STR_p_np handelt es sich um Brücken-Strukturen, die eine Korrelation zwischen zwei unterschiedlichen Datenbereichen etablieren.

    Bei dem Versuch einer theoretischen Deutung der meßbaren Eigenschaften {D_p, D_p_sr, D_p_n} mittels geeigneter Strukturen STR_x wird man auf Dauer bestrebt sein, das äußerlich emergente Verhalten von Menschen durch Konstruktion geeigneter interner generierender Modelle zu einem inneren emergenten Verhalten zu machen. Solche internen Modelle können, wenn sie adaptiv sind, den Ausgangspunkt für eine berechenbare Mechanik (computational mechanics) oder sogar für eine evolutionäre Mechanik (evolutionary mechanics) bilden.

    Zur computational und evolutionary mechanics siehe CRUTCHFIELD, James P. [1994a] The Calculi of Emergence: Computation, Dynamics, and Induction und CRUTCHFIELD, James P. [1994b] Is Anything Ever New? Considering Emergence. Crutchfield kritisiert am normalen Emergenzbegriff, daß er immer nur relativ zu einem Beobachter gilt und er will durch Rückgriff auf die erzeugenden Strukturen in einem Emergenz-Produzenten dieser Abhängigkeit entgehen.

    Die Postulierung eines inneren Modells bringt allerdings als solche keineswegs eine generelle Befreiung von der Beobachterabhängigkeit mit sich. Jedwedes Modell, sofern es von Menschen benutzt wird, ist notwendigerweise beobachterabhängig.


    A Knowbot Development Environment as an experimental philosophical tool


    		In diesem Essay soll der theoretische Aufweis eines Zusammenhangs zwischen dem menschlichen Sprachvermögen und dessen theoriegeleiteten Darstellung auf einer programmierbaren Maschine Gegenstand sein, nicht aber die Details solch eines Programs. Aufgrund der zuvor beschlossenen Vorgehensweise, sich auf Theorien zu beschränken, deren Ausdrücke maximal Hornklauseln sind, sowie auf die zugehörigen Prologprogramme, wird es ausreichen, hier einen Überblick über die Softwarearchitektur eines solchen potentiellen Computermodells zu geben. Die inhaltliche Füllung wäre dann entlang der im folgenden zu skizzierenden (endlichen) Theorie des menschlichen Sprachvermögens vorzunehmen.

    Diese Designentscheidungen samt den daraus möglicherweise resultierenden substantiellen Einschränkungen bzgl. der Angemessenheit der Rekonstruktion gegenüber der 'Vorlage' sind bewußt getroffen und von daher abänderbar. Sollte sich ergeben, daß reale Alternativen zu diesem Vorgehen existieren, besteht kein grundsätzliches Hindernis, auch diesen Weg auszuprobieren.

    Da die Details der Softwarearchitektur für die theoretischen Überlegungen des Essays von geringer Bedeutung sind, werden diese im ANHANG III dargestellt. Es handelt sich um die Beschreibung einer allgemeinen Softwareplattform, die konform ist zu FIPA-97 (FIPA := Foundation of Physical Intelligent Agents). Sie beinhaltet ein allgemeines Managementsystem für Agenten im Netz (Agenten-Plattform) sowie drei Typen von Agenten: einen Welt-Agenten, einen Benutzer-Agenten sowie einen Knowbot-Agenten. Durch die besondere Auslegung der Agenten stellt dieses Ensemble eine spezielle Softwareumgebung dar, die Knowbot Development Environment [KDE] genannt wird.


    The theory of the observer as a reflexive cognitive loop


    		Die Einbeziehung der Untersucher (Beobachter) als konstitutive Faktoren des Theoriebegriffs führt also zu einem rekursiven Prozeßmodell des Erkennens (siehe Bild: REFLEXIVE COGNITION).

    Die Untersucher beginnen (1) mit dem in ihrem Erleben (D_p) zugänglichen Datenmaterial, das sie strukturieren (STR_p). Im weiteren Verlauf können sie im Bereich der phänomenalistischen Daten (2a) spezielle Teilbereiche des Verhaltens (D_sr) und (2b) der Physiologie (D_n) besonders hervorheben. Auch diese lassen sich strukturieren (STR_sr, STR_n). Die physiologischen Daten haben dabei den besonderen Status, daß sie als Kandidaten eines Modells gelten, das die Grundlagen des primären Erlebens zu rekonstruieren vermag. Schließlich kann man (3) mittels der physiologischen Daten und Strukturen ein physiologisch motiviertes Computermodell (CM_n) konstruieren, das (4) mit einem verhaltensbasierten Modell (CM_sr) korreliert wird. Innerhalb dieses Modells, speziell innerhalb von CM_n, muß man dann solche Zustände auszeichnen können, die (5) als Pendant des Erlebens mit den ursprünglichen Erlebnisdaten verglichen werden können.

    Aufgrund der Komplexität der beteiligten Strukturen wird dieser Konstruktionsprozeß vermutlich nur über viele kleine Schritte die den Untersuchern bekannten Phänomenen rekonstruieren können. Der Gesamtprozeß ist reflexiv in dem Sinne, daß sämtliche Komponenten in der sich selbst bewußten Erlebnisschicht verankert sind.


    INHALT