Лекция
мысленный эксперимент - это умственное упражнение, в ходе которого человек представляет себе ситуацию, событие или проблему и анализирует ее внутри своего разума без фактического проведения эксперимента в реальности. Это мощный инструмент для исследования гипотетических ситуаций, анализа проблем, и даже создания искусства. Мысленные эксперименты могут быть полезными для решения разнообразных задач и развития креативности.
Мысленный экспериме́нт в биологии, физике, философии и некоторых других областях знания — вид познавательной деятельности, в которой ключевая для той или иной научной теории ситуация разыгрывается не в реальном эксперименте, а в воображении. Мысленный эксперимент в физике зачастую напоминает доказательство теоремы методом от противного в математике, когда некоторое положение физической модели или схемы сначала отвергается, а затем путем преобразования модели мы приходим к противоречию с тем или иным принципом, который считается безусловно истинным. Например, с принципом отсутствия достаточного основания в ситуации зеркальной или какой-либо иной геометрической симметрии, принципом галилеевской инвариантности, принципом невозможности вечного двигателя, принципом причинности и т. д.
В научном мире мысленные эксперименты являются важной частью научного метода. Ученые часто используют их, чтобы разработать гипотезы и проверить теории, прежде чем проводить фактические эксперименты. Например, Альберт Эйнштейн в своей теории относительности использовал мысленные эксперименты, чтобы исследовать поведение света и гравитации в различных условиях. Эти эксперименты в уме помогли ему прийти к революционным открытиям в физике.
Примером мыслительного эксперимента может служить демон Дарвина, предложенный Айзеком Азимовым, а также парадокс Левинталя.
История механики в Новое время начинается с нескольких классических мысленных экспериментов Галилео Галилея. Это мысленный эксперимент с комнатой на корабле (находясь в комнате на корабле, мы никакими способами не можем установить, движется ли корабль или стоит на месте); мысленные эксперименты с маятником и так называемыми "горками Галилея"; мысленный эксперимент с падающими телами (если тяжелое тело А падает быстрее легкого тела Б, как это считает Аристотель, то как будет падать тело, составленное из двух этих тел? Легкое тело должно тормозить тяжелое, поэтому тело А+Б будет отставать от тела А. Но с другой стороны, тело А+Б тяжелее тела A, поэтому оно будет обгонять его: противоречие).
Яркие мысленные эксперименты в механике были изобретены Симоном Стевином (равновесие на наклонной плоскости, гидростатическое равновесие) и Христианом Гюйгенсом (движение тел под влиянием удара, определение приведенной длины физического маятника).
Богата мысленными экспериментами и история термодинамики, начинающаяся с работы Сади Карно Рассуждения о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу. В этом трактате были рассмотрены мысленные эксперименты с идеальной тепловой машиной Карно, в которых было показано, что максимальный КПД тепловой машины не зависит от используемого в ней рабочего вещества и определяется только температурами нагревателя и холодильника.
Известны также мысленные эксперименты Густава Кирхгофа и Вильгельма Вина, связанные с термодинамикой излучения.
Ряд мысленных экспериментов лежит в основе релятивистской электродинамики и общей теории относительности. В частности, это мысленный эксперимент с «лифтом Эйнштейна», в котором постулируется невозможность локального эксперимента, позволяющего установить, находимся ли мы в ускоряющейся системе отсчета или во внешнем гравитационном поле (по сути иллюстрирующий принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс в общей теории относительности), и парадокс Эренфеста с вращающимся диском.
В некоторых случаях мысленный эксперимент обнаруживает противоречия теории и «обыденного сознания», что далеко не всегда является свидетельством неверности теории. Многие мысленные эксперименты известны в виде так называемых парадоксов. Так, знаменитый парадокс близнецов является, в сущности, мысленным экспериментом, демонстрирующим неприменимость «обыденного сознания» в релятивистской физике. В свою очередь парадокс убитого дедушки призван наглядно показать невозможность путешествия во времени.
Среди известных мыслительных экспериментов в современной физике, такие как больцмановский мозг, демон Лапласа, демон Максвелла, кот Шредингера.
В философии мысленные эксперименты используются для анализа моральных дилемм, этических вопросов и концептуальных проблем. Например, известный мысленный эксперимент Троллейбус - это ситуация, в которой участник должен решить, пустить ли трамвай, чтобы спасти пять человек, или переключить рельсы и спасти одного, но убить пятерых. Этот эксперимент помогает философам исследовать этические дилеммы и принципы справедливости.
В философии мысленные эксперименты использовались с самого ее зарождения, будучи тесно переплетены с прогнозированием. В частности, когда ученик спросил Конфуция, что тот сделал бы, если бы он был привлечен к управлению государством, тот ответил идеей исправления имен. Сократ также использовал мысленные эксперименты, например, в известной дилемме о смерти в Апологии Сократа (представим себе, что смерть есть вечный покой, но тогда она - не зло; представим себе, что смерть - попадание туда, куда попадают все люди, это значит, что там можно встретить множество известных людей, с которыми было бы крайне интересно пообщаться, но тогда она - не зло, следовательно, смерти не следует бояться) или в рассуждении о идее красоты в Гиппии Большем (представь, что Ты - один из богов, разве для Тебя будет казаться более красивой женщина из людей, чем для всякого человека - самка обезьяны?).
Известными примерами мысленных экспериментов в Античной философии являются также Апории Зенона («Стадион», «Ахиллес и черепаха», «Стрела»), демонстрирующие логическую противоречивость представлений о непрерывности пространства и времени.
Известнейшим рассуждением Нового времени, построенным с учетом мысленных экспериментов, является пари Паскаля. Также большое влияние в последующем развитии философии и науки имели и все еще сохраняют его, как василиск Роко, китайская комната, комната Марии, мозг в колбе, теорема о бесконечных обезьянах, философский зомби, чайник Рассела.
В ХХ в. чрезвычайно популярными в философии, психологии и поведенческой экономике становятся мысленные эксперименты, в которых оцениваются возможные выборы поведения в рамках заданной ситуации. Самым известным таким экспериментом стала этическая проблема вагонетки, к которой фактически сводимы многие другие задачи, связанные с выбором оптимального поведения. Сегодня такого рода мысленные эксперименты в виде тестов со множественными выборами используются для исследований в сфере создания программ беспилотных автомобилей.
Литература и искусство тоже насыщены мысленными экспериментами. Писатели и художники создают миры, персонажей и истории, используя свой воображаемый потенциал. Читатель или зритель вступает в мир автора, исследуя его мысленно, путешествуя во времени и пространстве, переживая эмоции и переживания персонажей. Это позволяет нам углубиться в разнообразные жизни и миры, которые мы могли бы никогда не испытать в реальности.
Развитие креативности: Мысленные эксперименты могут развивать креативность и воображение. Они помогают улучшить способность к решению проблем и поиску альтернативных путей решения.
Исследование гипотез: В научной деятельности мысленные эксперименты позволяют ученым предварительно оценить потенциальные результаты исследований, экономя время и ресурсы.
Этика и мораль: Мысленные эксперименты помогают людям анализировать этические вопросы и ситуации, что способствует развитию чувства ответственности и эмпатии.
Развитие интеллекта: Постоянная практика мысленных экспериментов способствует развитию когнитивных навыков, таких как анализ, логика и абстрактное мышление.
Мысленные эксперименты могут привести к очень важным и различным взглядам на ранее неизвестные или непризнанные теории. Однако они могут сделать сами эти теории неактуальными и, возможно, создать новые проблемы, которые так же трудно, а возможно, и еще труднее решить.
С точки зрения практического применения мысленные эксперименты обычно создаются для того, чтобы:
Вообще говоря, существует семь типов мысленных экспериментов, в которых рассуждают от причин к следствиям или от следствий к причинам:
Предфактические (до факта) мысленные эксперименты – термин «предфактуальный» был придуман Лоуренсом Дж. Санной в 1998 году – размышляют о возможных будущих результатах с учетом настоящего и задаются вопросом: «Каков будет результат, если произойдет событие E?»
Временное представление предфактического мысленного эксперимента.
Временное представление контрфактического мысленного эксперимента.
Контрфактические (противоречащие установленным фактам) мысленные эксперименты – термин « контрафактический» был придуман Нельсоном Гудманом в 1947 году, расширяя понятие Родерика Чизхолма (1946) об «условном выражении, противоположном факту» – размышлять о возможные исходы иного прошлого; и спросить: «Что могло бы произойти, если бы произошло А вместо Б?» (например: «Если бы Исаак Ньютон и Готфрид Лейбниц сотрудничали друг с другом, как бы выглядела математика сегодня?»).
Изучение контрфактических спекуляций все больше привлекает интерес ученых в широком диапазоне областей, таких как философия, психология, когнитивная психология, история, политология , экономика , социальная психология, право, организационная теория, маркетинг, и эпидемиология.
Временное представление полуфактического мысленного эксперимента.
Полуфактические мысленные эксперименты – термин «полуфактуальный» был придуман Нельсоном Гудманом в 1947 году – размышляют о том, в какой степени вещи могли остаться прежними, несмотря на то, что прошлое было другим; и задает вопрос. Даже если бы X произошло вместо E, произошло бы Y? (например, даже если бы вратарь двинулся влево, а не вправо, мог бы он перехватить мяч, летевший с такой скоростью?).
Полуфактические предположения являются важной частью клинической медицины.
Временное представление предсказаний, предсказаний и прогнозов текущей погоды.
Предсказательная деятельность пытается спроецировать обстоятельства настоящего в будущее. По мнению Дэвида Саревица и Роджера Пилке (1999, стр. 123), научное предсказание принимает две формы:
Хотя они выполняют разные социальные и научные функции, единственная разница между качественно идентичными видами деятельности по прогнозированию , прогнозированию и прогнозированию текущей погоды заключается в расстоянии предполагаемого будущего от настоящего момента, занимаемого пользователем. Хотя деятельность по прогнозированию текущей погоды, определяемая как «подробное описание текущей погоды вместе с прогнозами, полученными путем экстраполяции на срок до 2 часов вперед», по существу связана с описанием текущего положения дел, общепринятой практикой является расширение термин «охватывающий очень краткосрочное прогнозирование на срок до 12 часов вперед» (Браунинг, 1982, ).
Временное представление ретроспективного прогнозирования.
Деятельность по ретроспективному прогнозированию включает в себя запуск модели прогноза после того, как событие произошло, чтобы проверить, является ли моделирование модели действительным.
Временное представление ретродикции или постдикции.
Деятельность ретродиктации (или постдикции ) включает в себя движение назад во времени, шаг за шагом, на столько этапов, сколько считается необходимым, от настоящего к предполагаемому прошлому, чтобы установить конечную причину конкретного события (например, реверс-инжиниринг) . и судебная экспертиза ).
Учитывая, что ретродиктация — это процесс, в котором «прошлые наблюдения, события, дополнения и данные используются в качестве доказательства для вывода о процессе (процессах), который их произвел», и что диагноз «включает в себя такие видимые эффекты, как симптомы, признаки и подобие их предшествующим причинам» существенный баланс между предсказанием и ретродиктацией можно охарактеризовать как:
независимо от того, является ли прогноз течения заболевания при отсутствии лечения или применения конкретной схемы лечения при конкретном нарушении у конкретного пациента.
Временное представление обратного прогнозирования.
Деятельность по ретроспективному прогнозированию (термин «обратный прогноз» был придуман Джоном Робинсоном в 1982 году ) предполагает создание описания очень определенной и очень конкретной будущей ситуации. Затем оно включает воображаемое движение назад во времени, шаг за шагом, на столько этапов, сколько считается необходимым, от будущего к настоящему, чтобы раскрыть механизм, с помощью которого это конкретное будущее может быть достигнуто из настоящего.
Ретроспективное прогнозирование не связано с предсказанием будущего:
Главной отличительной чертой ретроспективного анализа является озабоченность не вероятным будущим энергетики, а тем, как можно достичь желаемого будущего. Таким образом, это явно нормативный подход , включающий «движение назад» от конкретной конечной точки будущего к настоящему, чтобы определить, какие политические меры потребуются для достижения этого будущего.
По словам Янсена
В рамках технологического развития «прогнозирование» касается экстраполяции событий в будущее и исследования достижений, которые могут быть реализованы с помощью технологий в долгосрочной перспективе. И наоборот, аргументация в пользу «ретроспективного анализа» такова: на основе взаимосвязанной картины требований, которым технология должна соответствовать в будущем – «критериев устойчивости» – чтобы направлять и определять процесс, который должно пройти развитие технологий, а также, возможно, темпы, с которыми это произойдет. процесс развития должен начать действовать. Ретроспективный анализ [является] одновременно важным подспорьем в определении направления развития технологий и определении целей, которые необходимо поставить для этой цели. Как таковой,
Древнегреческое δείκνυμι , deiknymi , «мысленный эксперимент», «было древнейшим образцом математического доказательства » и существовало до евклидовой математики , где упор делался на концептуальную, а не на экспериментальную часть мысли. эксперимент.
Иоганн Витт-Хансен установил, что Ганс Христиан Эрстед был первым, кто использовал термин Gedankenexperiment (от немецкого : «мысленный эксперимент») примерно в 1812 году. Эрстед был также первым, кто использовал эквивалентный термин Gedankenversuch в 1820 году.
К 1883 году Эрнст Мах использовал термин «мысленный эксперимент» по-другому, чтобы обозначить исключительно воображаемое проведение реального эксперимента, который впоследствии будет выполнен его учениками как реальный физический эксперимент . Тогда можно было бы противопоставить физические и умственные эксперименты: Мах просил своих учеников давать ему объяснения всякий раз, когда результаты их последующего реального физического эксперимента отличались от результатов предыдущего воображаемого эксперимента.
Английский термин «мысленный эксперимент» был придуман (как калька ) из «Геданкен-эксперимента» Маха и впервые появился в английском переводе одной из статей Маха в 1897 году. До своего появления деятельность по постановке гипотетических вопросов с использованием сослагательного рассуждения существовала очень долго (как у ученых, так и у философов). Ирреалистические настроения — это способы классифицировать это или говорить об этом. Это помогает объяснить чрезвычайно широкий и разнообразный диапазон применения термина «мысленный эксперимент» после его появления в английском языке.
Мысленный эксперимент Галилея касался результата (в) присоединения маленького камня (а) к большему (б).
Демонстрация Галилеем того, что падающие объекты должны падать с одинаковой скоростью независимо от их массы, стала значительным шагом вперед в истории современной науки. Широко распространено мнение о том, что это была простая физическая демонстрация, включавшая подъем на Пизанскую башню и сброс с нее двух тяжестей, тогда как на самом деле это была логическая демонстрация с использованием техники «мысленного эксперимента». «Эксперимент» описан Галилеем в «Discorsi e dimostrazioni matematiche» (1638) (от итальянского «Математические беседы и демонстрации») следующим образом:
Сальвиати . Если же мы возьмем два тела, у которых естественные скорости различны, то ясно, что при соединении обоих более быстрое будет отчасти заторможено более медленным, а более медленное будет несколько ускорено более быстрым. Вы не согласны со мной в этом мнении?
Симпличио . Вы, несомненно, правы.
Сальвиати . Но если это правда и если большой камень движется со скоростью, скажем, восьми, а меньший — со скоростью четыре, то при их соединении система будет двигаться со скоростью меньше восьми; но два камня, соединенные вместе, образуют камень больше, чем тот, который раньше двигался со скоростью восемь. Следовательно, более тяжелое тело движется с меньшей скоростью, чем более легкое; эффект, который противоречит вашему предположению. Таким образом, вы видите, как из вашего предположения, что более тяжелое тело движется быстрее, чем более легкое, я делаю вывод, что более тяжелое тело движется медленнее.
Дальнейшую категоризацию мысленных экспериментов можно отнести к конкретным свойствам.
Во многих мысленных экспериментах сценарий будет номологически возможен или возможен в соответствии с законами природы. Китайская комната Джона Сирла номологически возможна .
Некоторые мысленные эксперименты представляют сценарии, которые номологически невозможны. В своем мысленном эксперименте «Земля-близнец» Хилари Патнэм предлагает нам представить сценарий, в котором существует вещество, обладающее всеми наблюдаемыми свойствами воды (например, вкусом, цветом, температурой кипения), но химически отличающееся от воды . Утверждалось, что этот мысленный эксперимент номологически невозможен, хотя он может быть возможен в каком-то другом смысле, например, в метафизическом смысле . Спорным остается вопрос о том, делает ли номологическая невозможность мысленного эксперимента интуицию о нем спорной.
В некоторых случаях гипотетический сценарий можно считать метафизически невозможным или невозможным в каком-либо смысле вообще. Дэвид Чалмерс говорит, что мы можем представить себе зомби или людей, физически идентичных нам во всех отношениях, но лишенных сознания. Предполагается, что это покажет, что физикализм ложен. Однако некоторые утверждают, что зомби немыслимы: мы не можем представить себе зомби так же, как не можем представить себе, что 1+1=3. Другие утверждали, что мыслимость сценария не обязательно влечет за собой его возможность.
Первая характерная закономерность, которую демонстрируют мысленные эксперименты, — это их ориентация во времени. Это либо:
Вторая характерная закономерность — это их движение во времени относительно «точки зрения настоящего момента» человека, проводящего эксперимент; а именно с точки зрения:
Связь с реальными экспериментами может быть весьма сложной, как это снова видно на примере, восходящем к Альберту Эйнштейну. В 1935 году вместе с двумя коллегами он опубликовал статью по недавно созданной теме, названной позже эффектом ЭПР ( парадокс ЭПР ). В этой статье, исходя из некоторых философских предположений, на основе строгого анализа некоторой сложной, но в то же время утверждающе реализуемой модели, он пришел к выводу, что квантовую механику следует назвать «неполной» . Нильс Бор немедленно выступил с опровержением анализа Эйнштейна, и его точка зрения возобладала. Спустя несколько десятилетий было заявлено, что осуществимые эксперименты могут доказать ошибочность статьи ЭПР. В этих экспериментах проверялись неравенства Белла , опубликованные в 1964 году в чисто теоретической статье. Вышеупомянутые философские исходные предположения ЭПР считались фальсифицированными эмпирическими фактами (например, реальными оптическими экспериментами Алена Аспекта ).
Таким образом, мысленные эксперименты относятся к теоретической дисциплине, обычно теоретической физике , но часто и теоретической философии . В любом случае его следует отличать от реального эксперимента, который, естественно, принадлежит к экспериментальной дисциплине и имеет «окончательное решение относительно истинности или ложности », по крайней мере в физике.
Мысленные эксперименты также могут быть интерактивными, когда автор приглашает людей в свой мыслительный процесс, предлагая альтернативные пути с альтернативными результатами в повествовании или посредством взаимодействия с запрограммированной машиной, например компьютерной программой.
Благодаря появлению Интернета цифровое пространство стало новой средой для мысленных экспериментов нового типа. Например, философские работы Стефано Гуалени сосредоточены на использовании виртуальных миров для материализации мысленных экспериментов и игрового обсуждения философских идей. Его аргументы первоначально были представлены в его книге «Виртуальные миры как философские инструменты» .
Аргумент Гуалени заключается в том, что история философии до недавнего времени была просто историей письменной мысли, а цифровые медиа могут дополнять и обогащать ограниченный и почти исключительно лингвистический подход к философской мысли. Он считает виртуальные миры философски жизнеспособными и выгодными в таких контекстах, как мысленные эксперименты, когда ожидается, что получатели определенного философского понятия или точки зрения объективно проверят и оценят различные возможные варианты действий, или в случаях где они сталкиваются с вопросами, касающимися неактуальных или нечеловеческих феноменологий.
Мысленные эксперименты - это мощное средство познания и развития. Они позволяют нам исследовать новые идеи, понимать мир вокруг нас и расширять горизонты нашего ума. Независимо от того, используете ли вы их для решения сложных научных задач, анализа этич
Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.
Комментарии
Оставить комментарий
Моделирование
Термины: Моделирование