Мысленный эксперимент

Мы́сленный экспериме́нт в 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 путём 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.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Широко используется в естественнонаучных исследованиях мысленный эксперимент, моделирующий ситуацию, невоспроизводимую в реальном эксперименте («демон» Максвелла, мысленный эксперимент М. Смолуховского; мысленные эксперименты А. Эйнштейна и Н. Бора, составившие основу их многолетнего научного спора и столь способствующие развитию всего неклассического естествознания). В последние годы разработана остроумная методика исследования даже таких «принципиально недоступных» наблюдательному изучению объектов, как «черные дыры» – по аномальному поведению излучения других тел в «окрестностях» предполагаемых «дыр». В исследованиях сверхплотных объектов, сверхнизких и сверхвысоких температур, в космологических теориях все более используются косвенные аспекты критерия практики, связанные с внутритеоретическими достоинствами конкурирующих теорий, с сохранением результатов теории при переходе к новой, более объемлющей теории, и так далее. Системный характер знания обеспечивает перенос истинности знания с одних фрагментов природы на другие, объединение уже «обкатанных» идеальных конструктов, без непосредственного обращения к практической проверке (например, унификация земных и небесных движений Галилем после открытия Коперника, исследования химического состава космических тел по спектральному анализу их излучения).

В. Г. Торосян, Концепции современного естествознания

Феномен квантовой нелокальности традиционно поясняется так называемым парадоксом Эйнштейна-Подольского-Розена: в ходе мысленного эксперимента при аннигиляции электрона и позитрона возникают два фотона с противоположными спинами и разлетаются в разные концы Вселенной. Собственно парадокс возникает в одной из расширенных его формулировок феномена и заключается в том, что результат измерения одного фотона, зависящий от условий измерения, определяет результат измерения другого независимо от расстояния между наблюдателями. Примечательно, что существование нелокальной связи и, соответственно, возможности «мгновенного», или точнее, независимого от времени воздействия на расстоянии, неоднократно доказывалось экспериментально. Так, весьма примечателен эксперимент А. Аспекта[47], в котором проводилось измерение не спина, а поляризации фотонов, излучаемых атомом при переходе из возбуждённого состояния в состояние с меньшей энергией. Наблюдатели были разделены расстоянием, которое скоррелированные фотоны преодолевают за некоторое время. При этом один из наблюдателей может за это время произвольно менять настройки измерительного прибора. Однако показания прибора второго наблюдателя всё равно будут зависеть от показания прибора первого. Иными словами, эксперимент А. Аспекта показывает, что схлопывание волновой функции одного из двух скоррелированных квантовых объектов «мгновенно» приводит к схлопыванию другого. Причём когеренция здесь осуществляется на макроскопическом расстоянии и в отсутствие пространственно-временного сигнала, опосредующего их связь. Опираясь на этот феномен и на теорию Большого Взрыва, можно утверждать, что вся Вселенная была «приготовлена» как одно квантовое событие и потому состоит из скоррелированных (когерентных, поскольку нелокальная корреляция = когеренции) квантовых объектов, пронизываемых нелокальными связями.

Андрей Пелипенко, Избранные работы по теории культуры, 2014

Галилей сумел выйти за пределы непосредственных наблюдений. Он придумал мысленные эксперименты – абстракции, основанные на увиденном, – при помощи которых можно было делать предсказания о ходе экспериментов, которые никто в то время не мог в реальности поставить. Возможно, самое знаменитое из его предсказаний говорит о том, что все объекты при отсутствии сопротивления падают с одинаковой скоростью. Он не мог реализовать эту идеализированную ситуацию, но предсказал, что произойдет. Галилей понимал, какую роль при падении предметов на землю играет тяготение, как и то, что сопротивление воздуха замедляет их движение. Качественная наука означает учет всех факторов, которые могут повлиять на то или иное измерение. Мысленные эксперименты и настоящие физические опыты помогли ученому лучше понять природу тяготения.

Лиза Рэндалл, Достучаться до небес. Научный взгляд на устройство Вселенной, 2011

Мое обращение к Апелю в данном случае обусловлено желанием обратить внимание на еще одну (на этот раз уже субъектную) характеристику обобщенного принципа соответствия классического, неклассического и постнеклассического этапов эволюции науки. Я имею ввиду характеристику, связанную с присутствием наблюдателя, связанного своеобразной кибернетической петлей с наблюдаемым и эволюционирующим в этом качестве в направлении роста сложности. Этот наблюдатель наделен операциональной функцией коммуникативного интерсубъективного посредника в когнитивном пространстве постнеклассической науки. Наблюдатель – ключевая фигура всех мысленных экспериментов, дискурсов неклассической и постнеклассической науки. И именно осознавание необходимости включения наблюдателя в описание реальности, осознание конструктивно-деятельностного характера его участия в этом процессе и является главной отличительной чертой постнеклассической рациональности и, соответственно, парадигмы сложности. Зафиксируем так же, что сам постнеклассический наблюдатель сложности есть продукт исторического конструирования, исторического развития коммуникативной интенциональности человеческого сознания в связке «Я – Другой». Иными словами, мы приходим к когнитивной конфигурации двух рекурсивно связанных (взаимно отсылающих друг к другу, коммуницирующих) наблюдателей. Наблюдатель, наблюдающий другого наблюдателя, – вот исходный пункт мысленных экспериментов Эйнштейна, а затем Гейзенберга, Бора, Вигнера, Бома, Хокинга, фон Неймана, Тьюринга, Серля. Этот наблюдатель второго порядка (наблюдатель, наблюдающий себя как другого) явно или неявно присутствует в конструктивистских дискурсах автопоэзиса (Варела, Матурана), «теории обществ» Лумана, кибернетики второго порядка фон Фёрстера, синергетики процессов наблюдения.

Коллектив авторов, Инновационная сложность, 2015

Характер и объем этой книги не позволяют в деталях изложить удивительные и многообещающие перемены в картине Вселенной и реальности, предложенные квантово-релятивистской физикой. Заинтересованный читатель найдет более полную информацию в книгах специалистов в этой области. И все же еще один существенный пункт следует упомянуть. Эйнштейн, чьи работы положили начало развитию квантовой физики, до конца своей жизни упорно отказывался признать фундаментальную роль вероятности в природе. Он выразил свою позицию в знаменитом высказывании: «Бог не играет в кости». Даже после нескольких дискуссий с лучшими представителями квантовой физики он сохранил убеждение, что когда-нибудь в будущем будет найдена детерминистская интерпретация в терминах «скрытых локальных переменных». Для того чтобы показать ошибочность боровской интерпретации квантовой теории, Эйнштейн придумал мысленный эксперимент, который позже стал известен как эксперимент Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР). По иронии судьбы этот эксперимент несколькими десятилетиями позже послужил основанием для теоремы Белла, доказавшей, что картезианская концепция реальности несовместима с квантовой теорией (BeП, 1966; Сарга, 1982).

Станислав Гроф, За пределами мозга. Рождение, смерть и трансценденция в психотерапии, 1985

Отрыв теоретического знания от реальности, существование идеальных конструкций самих по себе содержится и в описанной в [1] структуре теоретического знания. «…теоретическое знание является сложной структурой, состоящей из утверждений разной степени общности. Наиболее общий уровень – аксиомы, теоретические законы. Например, …три закона Ньютона…Вторым, менее общим уровнем научной теории являются частные теоретические законы, описывающие структуру, свойства и поведение идеальных объектов, сконструированных из исходных идеальных объектов …Как показал в своих работах В. С. Степин, частные теоретические законы, строго говоря, не выводятся чисто логически (автоматически) из общих. Они получаются в ходе осмысления результатов мысленного эксперимента над идеальными объектами, сконструированными из элементов исходной, «общей теоретической схемы».

Л. С. Якунин, Философские вопросы науковедения, 2017

Трудность была теоретической, и эксперимент не мог помочь: чтобы в лаборатории заметить сферичность Земли, размеры лаборатории должны быть сравнимы с радиусом Земли. Галилей мог, однако, воспользоваться мысленным экспериментом, в чем был большой мастак. Надо было лишь придумать вопрос для мысленного экспериментатора.

Г. Е. Горелик, Кто изобрел современную физику? От маятника Галилея до квантовой гравитации, 2013

Для поиска адекватных причин следует в мысленном эксперименте поочередно выделять и изолировать каждый из антецедентов, наблюдая, когда событие было бы невозможным, либо имело бы существенно иные следствия. Сегодня такой перебор и условная изоляция отдельных антецедентов проводится в компьютерном режиме на основе математико-статистических методов. [219]

С. А. Шавель, Перспективы развития социума, 2015

Эксперименты бывают количественные и качественные, мысленные и социальные. В мысленном эксперименте действия производятся не с реальными предметами и объектами, а с образами-моделями. В социальных экспериментах в роли объекта выступает группа людей, а исследователь становится наблюдателем – участником изучаемой ситуации. Как правило, для больше объективности в социальных экспериментах испытуемые делятся на две группы: экспериментальную и контрольную.

В. Э. Вечканов, Культурология. Учебное пособие для вузов, 2009

Те из вас, кто читал «Понедельник начинается в субботу», возможно, помнят работавших в НИИЧАВО вахтерами демонов Максвелла. В «Словаре-приложении» Стругацкие разъясняют, что существа эти были первоначально созданы «для вероломного нападения на Второе начало термодинамики». Суть мысленного эксперимента, осуществленного Дж. Максвеллом (1860), заключается в следующем. Есть два сосуда с газом, соединенные трубкой; система находится в тепловом равновесии – усредненные энергии молекул любых двух порций газа равны между собой. Это вовсе не означает, что все молекулы одинаковые: среди них есть более быстрые («горячие») и более медленные («холодные»), просто на больших числах это все усредняется. А что, если несколько быстрых молекул (чисто случайно!) перейдут из правого резервуара в левый, а несколько медленных – из левого в правый? Тогда левый сосуд несколько нагреется, а правый охладится (при этом суммарная энергия системы останется неизменной. В системе возникнет разность потенциалов, т. е. возрастет упорядоченность, а энтропия снизится. В реальности такие отклонения будут (по теории вероятностей) сугубо временными. Но давайте вообразим, что в соединяющей сосуды трубке сидит крошечный демон, который будет пропускать быстрые молекулы только слева направо, а медленные – справа налево. Через некоторое время все быстрые молекулы соберутся в правом сосуде, а все медленные – в левом. Левый сосуд нагреется, а правый – охладится; значит, энтропия отступила.

К. Ю. Еськов, Удивительная палеонтология, 2014

Но больше всего Шредингер прославился своим мысленным экспериментом, получившим имя ученого – «Кот Шредингера». В статье Шредингера «Текущая ситуация в квантовой механике» (1935) эксперимент описан так:

Эрвин Шредингер, Квантовый кот вселенной, -1

Давайте проведем мысленный эксперимент (некоторые из вас знакомы с ним как с шуткой). Сначала мать рассказывает дочери историю об Адаме и Еве, затем показывает ребенку изображение пары в райском саду. Дочь смотрит, хмурится и в недоумении говорит: «Мама, скажи мне, кто есть кто. Я бы поняла, если бы на них была одежда».

Томас Кун, После «Структуры научных революций», 2000