Гравитационные волны. Эксперимент Э

Их используют в таких областях, как философия и теоретическая физика, когда провести физический эксперимент невозможно.

Они служат хорошей пищей для размышлений, и заставляют пересмотреть то, что мы считаем, как данное.

Вот одни из самых известных мысленных экспериментов.

Научные эксперименты

1. Обезьяна и охотник

“Охотник следит за обезьяной на дереве, прицеливается и стреляет. В момент, когда пуля вылетает из оружия, обезьяна падает с ветки на землю. Как должен прицелиться охотник, чтобы попасть в обезьяну ?

1. Целится в обезьяну

2. Целится выше головы обезьяны

3. Целится ниже обезьяны

Результат может быть неожиданным. Гравитация действует на обезьяну и пулю с той же скоростью, поэтому независимо от того, как быстро летит пуля (учитывая сопротивление воздуха и другие факторы), охотник должен целиться в обезьяну.

Результат можно посмотреть в этой компьютерной симуляции

2. Пушечное ядро Ньютона

В этом мысленном эксперименте, нужно представить себе пушку, находящуюся на очень высокой горе, которая выстреливает свое ядро под углом 90 градусов к Земле .

Диаграмма показывает несколько возможных траекторий полета пушечного ядра, в зависимости от того, как быстро оно будет лететь в момент запуска.

Если оно будет двигаться слишком медленно, то, в конце концов, упадет вниз на Землю.

Если же оно будет очень быстрым, оно может освободиться от гравитации Земли и направиться в космос. Если оно достигнет средней скорости, то будет двигаться по орбите Земли .

Этот эксперимент сыграл большую роль в изучении гравитации, заложив основу для создания спутников и космических полетов.

Пример эксперимента

3. Загадка токсина Кавки

“Эксцентричный миллиардер предлагает вам флакон с токсичным веществом, который, если вы его выпьете, вызовет у вас мучительную боль на один день, но не будет угрожать жизни, и не будет иметь каких-либо долговременных последствий.

Миллиардер заплатит вам 1 миллион долларов на следующее утро, если сегодня в полночь вы намереваетесь выпить токсичное вещество завтра в полдень . При этом, вам не обязательно выпить токсин, чтобы получить деньги. Деньги уже будут на вашем счету за несколько часов до того, как настанет время его выпить. Но … в случае если вам это удастся.

Все что нужно сделать, это намереваться сегодня в полночь выпить токсин завтра в полдень. Вы можете передумать после того, как получите деньги и не пить токсин. Вопрос состоит вот в чем: можно ли намереваться выпить токсичное вещество ?

Согласно американскому философу Грегори Кавке, было бы очень сложно, практически невозможно, намереваться сделать что-то, если мы не намереваемся сделать это. Рациональный человек знает, что он не выпьет яд, и потому не может намереваться его выпить.

4. Загадка слепого

Эту загадку задал ирландский философ Ульям Молинье (William Molyneux) британскому мыслителю Джону Локку.

Представьте себе, что слепой с рождения человек, который научился с помощью прикосновений различать между кубом и шаром, внезапно прозрел.

Сможет ли он с помощью зрения, до того как коснется объектов, определить, что есть куб, а что шар ?

Ответ: Нет. Несмотря на то, что он получил опыт, используя осязание, это не повлияет на его зрение.

Ответ на этот вопрос сможет решить одну из фундаментальных проблем человеческого разума.

Так, например, эмпиристы считают, что человек рождается как “чистая доска” и становится суммой всего накопленного опыта. Напротив нативисты возражали, что нашразум с самого начала содержит представления , которые потом активизируются зрением, звуками и прикосновениями.

Если бы слепой человек внезапно прозрел и смог сразу различить, где куб и где шар, это означало бы, что знания являются врожденными.

Несколько лет назад профессор Паван Синха (Pawan Sinha) из Массачусесткого технологического института провел исследование на пациентах, которым вернули зрение. Результаты подтвердили предположение Молинье.

Эксперимент (видео)

5. Парадокс близнецов

Эйнштейн так сформулировал эту проблему:

“Представьте себе двух близнецов Джо и Фрэнка. Джо домосед, а Фрэнк любит путешествовать.

На свое 20-летие, один из них отправляется на космическом корабле в космос, путешествуя со скоростью света . Его путешествие на этой скорости занимает 5 лет, и он возвращается, когда ему уже 30 лет. Вернувшись домой, он узнает, что на Земле прошло 50 лет. Его брат близнец сильно состарился и ему уже 70 лет.

Тут вступает в силу закон относительности, согласно которому, чем быстрее вы движетесь в космосе, тем медленнее вы продвигаетесь во времени .

6. Квантовое бессмертие и квантовое самоубийство

В этом мысленном эксперименте, предложенном американским теоретиком Максом Тегмароком, участник направляет на себя ружье, которое снабжено механизмом, измеряющим вращение квантовой частицы.

В зависимости от измерений, ружье может либо выстрелить, либо нет. Этот гипотетический процесс стал известен, как квантовое самоубийство .

Если верна многомировая интерпретация, то есть существование параллельных Вселенных, то Вселенная расщепится на две, в одной из которых участник будет жить, а в другой он умрет .

Такое разветвление будет происходить каждый раз при нажатии на курок. Сколько бы выстрелов не произошло, в одном из миров всегда останется версия участника, которая выживет. Таким образом, он приобретет квантовое бессмертие.

Эксперименты ученых

7. Бесконечные обезьяны

Этот эксперимент, который известен, как “теорема бесконечных обезьян “, утверждает что, если бесконечное количество обезьян случайным образом нажмут на клавиши бесконечного числа пишущих машинок, в какой-то момент они совершенно точно создадут произведения Шекспира.

Основная идея состоит в том, что бесконечное количество действующих сил и бесконечное время случайным образом создадут все и вся . Теорема является одним из лучших способов продемонстрировать природу бесконечности.

В 2011 году американский программист Джесси Андерсон (Jesse Anderson) решил проверить эту теорему с помощью виртуальных обезьян. Он создал несколько миллионов “виртуальных обезьян ” – специальные программы, которые вводят случайную последовательность букв. Когда последовательность букв совпадает со словом из Шекспировского произведения, оно выделяется. Таким образом, почти через месяц ему удалось воспроизвести поэму Шекспира “Жалоба влюбленной”.

8. Кот Шредингера

Парадокс кота Шредингера связан с квантовой механикой и был впервые предложен физиком Эрвином Шредингером. Эксперимент состоит в том, что кот, заперт внутри коробки вместе с радиоактивным элементом и пузырьком смертельного яда . Шанс того, что радиоактивный элемент распадется в течение часа, составляет 50/50. Если это произойдет, молот, прикрепленный к счетчику Гейгера, разобьет пузырек, выпустит яд и убьет кота.

Так как существуют равные шансы того, что это случится, или не случится, то до того, как коробку откроют, кот может быть одновременно и жив и мертв.

Суть состоит в том, что, так как никто не наблюдает за тем, что происходит, кот может существовать в разных состояниях . Это похоже на известную загадку, которая звучит так: “Если дерево упало в лесу, и никто этого не слышит, издает ли оно звук?”

Кот Шредингера показывает необычную природу квантовой механики, согласно которой некоторые частицы настолько малы, что мы не можем их измерить, не изменив их . До того, как мы их измерим, они существуют в суперпозиции – то есть в любом состоянии одновременно.

Эксперимент науки:

9. Мозг в колбе

Этот мысленный эксперимент пронизывает многие области, начиная от когнитивной науки до философии и популярной культуры.

Суть эксперимента состоит в том, что некий ученый извлек ваш мозг из тела и помесил его в колбу с питательным раствором . К мозгу подключили электроды и подсоединили к компьютеру, который генерирует изображения и ощущения.

Так как вся информация о мире проходит через мозг, этот компьютер может симулировать ваш опыт.

Вопрос: Если бы это было возможно, как бы вы могли действительно доказать, что мир вокруг вас реален , а не является симуляцией компьютера?

Все это похоже на сюжет фильмы “Матрица”, на который в частности повлиял эксперимент “мозг в колбе”.

По сути, этот эксперимент заставляет вас задуматься о том, что значит быть человеком. Так известный философ Рене Декарт задавался вопросом, можно ли действительно доказать, что все ощущения принадлежат нам самим, а не являются иллюзией, вызванной “злым демоном”. Он отразил это в своем знаменитом высказывании “Cogito ergo sum”(“Я мыслю, и значит, существую”). Однако в данном случае мозг, подключенный к электродам, тоже может думать.

10. Китайская комната

Китайская комната – еще один известный мысленный эксперимент, предложенный в 1980-х годах американским философом Джоном Серлем.

Представьте, что человека, говорящего на английском языке заперли в комнате, в которой есть небольшая щель для писем. У человека есть корзины с китайскими иероглифами и учебник с инструкциями на английском языке , который поможет перевести с китайского. Через щель в двери ему передают листки бумаги с набором китайских иероглифов. Мужчина может использовать учебник, чтобы перевести фразы и отправить ответ на китайском языке.

Хотя сам он ни слова не говорит на китайском, он может убедить находящихся снаружи, что в совершенстве владеет китайским.

Этот эксперимент был предложен с целью опровергнуть предположение, что компьютеры или другие виды искусственного интеллекта могут думать и понимать . Компьютеры не понимают информацию, которая им дается, но у них может быть программа, которая создает видимость человеческого интеллекта.

Какие вам встречались самые впечатляющие мысленные эксперименты?

Почему инопланетяне не выходят с нами на контакт

На дороге лежит червяк, и вы проходите мимо него. Знает ли червяк, что вы разумный? Червяк даже не представляет о концепции разума, потому что вы являетесь намного более разумным, чем он. Так, червяк не имеет понятия о том, что что-то разумное прошло мимо него. Это заставляет задуматься, может ли у нас быть представление о том, что некие суперсущества также «проходят» мимо нас. Может, они не заинтересованы нами, потому что мы слишком глупы для них, чтобы даже помыслить о возможном диалоге? Вы не проходите мимо червяка с мыслями вроде «интересно, а о чём он думает?» Это может быть одним из лучших объяснений, почему инопланетяне до сих пор не вошли с нами в контакт. Если и наблюдают за нами, то они могли прийти к выводу, что признаков разумной жизни на Земле нет.

Как «следы» нас с вами путешествуют по Вселенной

У любого объекта, имеющего массу, есть гравитационное поле. Таким образом, в момент рождения ребёнка его гравитационное поле становится самостоятельным и начинает распространяться по космосу со скоростью света в виде постоянно растущей сферы.

Сила нашего гравитационного поля ослабевает на расстоянии, но никогда не достигает нуля. Так, распространяющиеся в бесконечности волны уже спустя 8,3 минуты после нашего рождения коснулись поверхности Солнца. 5,5 часа спустя они достигли Плутона.

Через 1 год наше гравитационное поле расширяется до сферы с диаметром 11,8 триллиона миль. Через 4 года с небольшим поле проскальзывает по поверхности нашей ближайшей из известных звёзд - Проксимы Центавра. К тридцати годам наше гравитационное поле расширяется на 300 триллионов миль вокруг нас в космосе.

Всё ещё чувствуете себя маленькими? От чего становится действительно не по себе, так это от того, что, когда мы умрём, наше гравитационное поле будет продолжать существовать вечно, бесконечно распространяясь по Вселенной, проходя через галактику Андромеды спустя миллионы лет и выходя за её пределы.

Частички всех, кого мы когда-либо знали, живых и нет, проносятся прямо сейчас через глубины космоса. Гравитационные поля наших самых далёких предков и всего, что когда-либо существовало, мчатся через Вселенную, вечно уменьшаясь, но никогда по-настоящему не исчезая.

Как выглядит путешествие назад во времени

Каково это испытать путешествие во времени назад? Сначала кажется, что вы просто будете наблюдать всё как бы в обратной перемотке, но если задуматься, то ощущаться будет это совершенно иначе.

В каждый отдельный момент времени, давайте назовём его T=0, мы обрабатываем информацию, закодированную в нашем мозге, которая отражает воспоминания из прошлого, моменты: T=-1, T=-2, T=-3 и т. д., а также гораздо более нечёткие ожидания и визуализацию будущего: T=1, 2, 3 и т. д.

Обычно от момента T=0 мы следуем к T=1. В это время физические процессы создают в памяти запись о мгновении T=0, которое встаёт в длинной череде моментов из прошлого.

Теперь давайте предположим, что вместо этого мы следуем назад, к T=-1. Есть ли у нас воспоминания о T=0? Нет. Их нет, потому что мы вернулись назад во времени к моменту, когда Вселенная существовала в T=-1, и в то мгновение у нас были воспоминания о T=-2 и только лишь ожидания T=0. И если мы вернёмся к T=-2, тогда в этот момент у нас будут воспоминания о T= -3 и ожидания T=-1.

Таким образом, неважно, как далеко назад мы вернёмся, в каждый отдельный момент времени мы по-прежнему будем помнить о предыдущем и представлять последующий. Момента, в который мы могли бы увидеть, как яйцо собирается в целое вместо того, как оно разбивается, нет. По ощущениям это будет то же самое, что и двигаться вперёд.

И теперь к нам приходит осознание того, что мы не можем двигаться назад. Если каждый момент движения назад ощущается точно так же, как и момент при движении вперёд, тогда что это может значить? Движемся ли мы вообще вперёд?

Твёрдая Земля под нами - миф

В ясную ночь ложитесь на своём заднем дворе и всмотритесь в звёзды.

Сначала вы будете ощущать знакомый комфорт отдыха на устойчивой земле, глядя на звёзды, мерцающие в небе. Но только задумайтесь, что мы на самом деле не «здесь» и звёзды на самом деле не «там». Это всё иллюзия. В реальности мы «прилипли» к поверхности сферы, которую швыряет в пространстве из стороны в сторону с огромной скоростью. Вы не просто смотрите на статичный звёздный небосвод, вы видите просторы космоса почти так, как если бы вы были в кабине гигантского космического корабля.

Как выглядит путешествие в параллельную вселенную

Представьте, что вы чёрный квадрат на белом листе бумаги. Добро пожаловать во Флэтленд. Вы можете перемещаться здесь абсолютно свободно, но только в двух измерениях. Здесь просто нет третьего и не существует верха и низа.
Но существуют ли здесь трёхмерные объекты? Да, они есть. Но жители Флэтленда, такие как вы, никогда не увидят их. Вы можете видеть только плоскость трёхмерного объекта.

Теперь представьте, что на другой стороне листа бумаги вы обнаружили себе подобного. Можете ли вы добраться до другой стороны, чтобы поздороваться с соседом? Ведь с ним вас разделяет плоскость, и кажется невероятным, что вы можете проникнуть на другую сторону, притом что проделать отверстие невозможно, потому что третьего измерения не существует.

Но всё-таки вероятность есть. Если бы лист представлял собой ленту Мёбиуса, то, например, муравей прополз бы по всей длине этого листа и вернулся бы к своей исходной точке, пройдя по обеим его сторонам, но не пересекая его края.

То есть для этого Флэтленду нужен изгиб. Но допустим ли он? Не сделается ли таким образом Флэтленд трёхмерным пространством? И да и нет. Лента Мёбиуса трёхмерна, но, как и муравьи на ней, жители Флэтленда, ограничены двумя измерениями листа бумаги.

Будучи людьми, мы похожи на жителей Флэтленда в том смысле, что мы ограничены тремя измерениями и не можем по желанию путешествовать в четвёртом.

Представьте ленту Мёбиуса, сделанную из нашей Вселенной в трёхмерном пространстве, которое также имеет изгиб, дающий доступ в параллельную вселенную. Так же, как жители Флэтленда, мы можем познакомиться с жителями «другой стороны нашей трёхмерной вселенной», то есть из параллельной вселенной. Мы можем обнаружить вселенную, которая резко отличается от нашей.

Но где же находится этот изгиб? И, вообще, существует ли он? Каковы последствия существования этой ленты Мёбиуса? Возможно ли, что этот изгиб создали суперсущества, имеющие доступ к 4-м измерениям, просто ради забавы, так же как и мы можем склеить ленту Мёбиуса для муравьёв? Это лишь некоторые из многих вопросов...

Каково это - быть слепым

Я наполовину слеп, то есть я абсолютно ничего не вижу левым глазом. Это значит, что я не вижу ничего вообще. Всего этого просто не существует. Большинство людей не понимают, что значит «не видеть ничего». И когда они задаются этим вопросом, я обычно отвечаю так.

Поднимите свою руку перед своим лицом. Посмотрите на неё. Вы видите, как выглядит ваша рука прямо сейчас? Продолжайте думать о своей руке. А теперь уберите руку за голову. Как ваша рука выглядит сейчас? Никак. Рука, которую вы видели перед собой, теперь находится вне поля вашего периферического зрения, и её просто нет. Теперь представьте, что ваше периферическое зрение с левой стороны сократилось, и вы видите только половину поля зрения. Как раз так вижу я.

Американский педагог, предприниматель и бывший аналитик хедж-фонда Сал Хан предложил удивительный и вдохновляющий мысленный эксперимент во время своей речи на церемонии вручения дипломов студентам MIT в 2012 году.

«Представьте себя через 50 лет. Вам недавно стукнуло 70, ваша карьера близится к концу. Вы сидите на диване, только что посмотрев голографическое обращение президента Кардашьян.

Вы начинаете вспоминать свою жизнь, размышлять о всех самых важных моментах. Думать об успехах в карьере, о том, смогли ли вы обеспечить свою семью. Но потом вы задумываетесь, о чём вы сожалеете, обо всех тех вещах, которые вы хотели бы сделать немного иначе. Я догадываюсь, что такие моменты будут.

Представьте, что в момент, как вы будете думать об этом, появится джинн из ниоткуда и скажет: «Я подслушал ваши сожаления. Они действительно веские. Но так как вы хороший человек, я готов дать вам второй шанс, если вы хотите». Вы говорите: «Конечно», и джинн щёлкает пальцами.

Внезапно вы окажетесь там, где вы сидите сегодня. Ощутив своё подтянутое здоровое 20-летнее тело, вы начинаете понимать, что это произошло на самом деле. У вас действительно есть шанс сделать всё заново, чтобы построить карьеру и крепкие отношения».

Перед учеными часто возникает ситуация, когда проверить ту или иную теорию экспериментально очень сложно или даже попросту невозможно. Например, когда речь идет о движении с околосветовыми скоростями или о физике в окрестностях черных дыр. Тогда на помощь приходят мысленные эксперименты. Предлагаем вам поучаствовать в некоторых из них.

Мысленные эксперименты это последовательности логических умозаключений, цель которых - подчеркнуть некое свойство теории, сформулировать разумный контрпример или доказать какой-то факт. В целом, любое доказательство в том или ином виде - мысленный эксперимент. Главная прелесть умственных упражнений заключается в том, что они не требуют никакого оборудования и зачастую - никаких специальных знаний (как, например, при обработке результатов экспериментов LHC). Так что устраивайтесь поудобнее, мы начинаем.

Кот Шредингера

Пожалуй, самый известный мысленный эксперимент - это эксперимент с котом (точнее, кошкой), предложенный Эрвином Шредингером более 80 лет назад. Начнем с контекста эксперимента. В тот момент квантовая механика только начинала свое победное шествие, и ее необычные законы казались противоестественными. Один из таких законов - то, что квантовые частицы могут существовать в суперпозиции двух состояний: например, одновременно «вращаться» по часовой стрелке и против часовой стрелки.

Эксперимент. Представьте себе герметичный ящик (достаточно большой), в котором есть кот, достаточное количество воздуха, счетчик Гейгера и радиоактивный изотоп с известным временем полураспада. Как только счетчик Гейгера обнаруживает распад атома, специальный механизм разбивает ампулу с ядовитым газом и кот погибает. Спустя время полураспада изотоп с вероятностью 50 процентов распался и с точно такой же вероятностью остался цел. А значит и кот либо жив, либо умер - словно бы находясь в суперпозиции состояний.

Интерпретация. Шредингер хотел показать противоестественность суперпозиции, доведя ее до абсурда, - такая большая система, как целый кот, не может быть одновременно живой и мертвой. Стоит отметить, что с точки зрения квантовой механики тот момент, когда счетчик Гейгера срабатывает на распад ядра, происходит измерение - взаимодействие с классическим макроскопическим объектом. В результате суперпозиция должна распадаться.

Интересно, что физики уже проводят эксперименты, аналогичные введению кота в суперпозицию. Но вместо кота в них используются другие крупные по меркам микромира объекты - например, молекулы .

Парадокс близнецов

Этот мысленный эксперимент часто приводят в качестве критики специальной теории относительности Эйнштейна. Он основан на том, что при движении с околосветовыми скоростями замедляется течение времени в системе отсчета, связанной с движущимся объектом.

Эксперимент. Представьте себе далекое будущее, в котором существуют ракеты, которые могут перемещаться со скоростью, близкой к скорости света. На Земле есть два брата-близнеца, один из них - путешественник, а другой - домосед. Предположим, брат-путешественник сел на одну из таких ракет и совершил путешествие на ней, после чего вернулся. Для него, в тот момент, когда он летел на околосветовой скорости относительно Земли, время текло медленнее, чем для брата-домоседа. Значит, когда он вернется на Землю, он окажется моложе своего брата. С другой стороны, его брат сам двигался с околосветовой скоростью относительно ракеты - а значит, положение обоих братьев в некотором смысле эквивалентно и при встрече они вновь должны быть одного возраста.

Интерпретация. В действительности брат-путешественник и брат-домосед не эквивалентны, поэтому, как и подсказывает мысленный эксперимент, путешественник окажется моложе. Интересно, что этот эффект наблюдается и в настоящих экспериментах: короткоживущие частицы, путешествующие с околосветовой скоростью, словно бы «живут» дольше из-за замедления времени в их системе отсчета. Если попытаться расширить этот результат на фотоны, то окажется, что они и вовсе живут в остановившемся времени.

Лифт Эйнштейна

В физике есть несколько понятий массы. Например, есть масса гравитационная - это мера того, как тело вступает в гравитационное взаимодействие. Именно она вжимает нас в диван, кресло, сиденье метро или пол. Есть масса инерционная - она определяет, как мы ведем себя в ускоряющейся системе координат (она заставляет нас отклоняться назад в трогающемся со станции поезде метро). Как видно, равенство этих масс - не очевидное утверждение.

В основе общей теории относительности лежит принцип эквивалентности - неотличимость гравитационных сил от псевдосил инерции. Один из способов это продемонстрировать - следующий эксперимент.

Эксперимент. Представьте себе, что вы находитесь в звукоизолированной, герметично закрытой кабине лифта с достаточным количеством кислорода и всего необходимого. Но при этом вы можете быть в любой точке Вселенной. Ситуация осложняется тем, что кабина может двигаться, развивая постоянное ускорение. Вы ощущаете, что вас слегка притягивает к полу кабины. Можете ли вы отличить - связано ли это с тем, что кабина находится, например, на Луне или с тем, что кабина движется с ускорением 1/6 ускорения свободного падения?

Интерпретация. По мнению Эйнштейна - нет, не сможете. Поэтому и для остальных процессов и явлений нет разницы между равноускоренным движением в лифте и в поле силы гравитации. С некоторыми оговорками из этого следует, что гравитационное поле можно заменить на ускоряющуюся систему отсчета.

Сегодня в существовании и материальности гравитационных волн не сомневается никто - год назад коллаборации LIGO и VIRGO поймали долгожданный сигнал от столкновения черных дыр. Однако в начале XX века, после первой публикации статьи Эйнштейна о волнах искажения пространства-времени, к ним относились скептически. В частности, даже сам Эйнштейн в какой-то момент сомневался в их реалистичности - они могли оказаться лишенной физического смысла математической абстракцией. Чтобы наглядно показать их реалистичность, Ричард Фейнман (анонимно) предложил следующий мысленный эксперимент.

Эксперимент. Для начала - гравитационная волна представляет собой волну изменения метрики пространства. Иными словами, она изменяет расстояние между объектами. Представьте себе трость, вдоль которой с очень малым трением могут перемещаться шарики. Пусть трость расположена перпендикулярно направлению движения гравитационной волны. Тогда, когда волна достигает трости, расстояние между шариками сначала сокращается, а затем увеличивается, в то время как трость остается неподвижной. Значит, они скользят и выделяют тепло в пространство.

Интерпретация. Это значит, что гравитационная волна несет в себе энергию и вполне реальна. Можно допустить, что трость сжимается и вытягивается вместе с шариками, компенсируя относительное движение, но, как сам Фейнман, ее сдерживают электростатические силы, действующие между атомами.

Демон Лапласа

Следующая пара экспериментов - «демоническая». Начнем с менее известного, но от того не менее красивого Демона Лапласа, который позволяет (или нет) узнать будущее Вселенной.

Эксперимент. Представьте себе, что где-то существует огромный, очень мощный компьютер. Настолько мощный, что он может, взяв в качестве отправной точки состояние всех частиц Вселенной, рассчитать, как эти состояния будут развиваться (эволюционировать). Иными словами, этот компьютер может предсказывать будущее. Чтобы было еще интереснее, представим себе, что компьютер предсказывает будущее быстрее, чем оно наступает, - скажем, за минуту он может описать такое состояние всех атомов во Вселенной, какого они достигнут через две минуты от момента начала расчета.

Предположим, в 00:00 мы запустили расчет, дождались его конца (в 00:01) - теперь у нас есть предсказание на 00:02. Запустим второй расчет, который завершится в 00:02 и предскажет будущее в момент 00:03. А теперь обратите внимание на то, что сам компьютер - тоже часть нашей вымышленной Вселенной. Это значит, что в 00:01 он знает свое состояние на момент 00:02 - знает результат расчета состояния Вселенной на момент времени 00:03. А следовательно, повторив такой же прием, можно показать, что машина знает будущее Вселенной в 00:04 и так далее - до бесконечности.

Интерпретация. Очевидно, что скорость расчета, реализующаяся в материальном устройстве, не может быть бесконечной - следовательно, предсказать будущее с помощью компьютера невозможно. Но стоит отметить несколько важных моментов. Во-первых, эксперимент запрещает материального демона Лапласа - состоящего из атомов. Во-вторых, следует отметить, что демон Лапласа возможен в условиях, когда время жизни Вселенной фундаментально ограничено.

Демон Максвелла

И напоследок, Демон Максвелла, - классический эксперимент из курса термодинамики. Он был введен Джеймсом Максвеллом, чтобы проиллюстрировать способ нарушить второе начало термодинамики (то самое, запрещающее создание вечного двигателя в одной из своих формулировок).

Эксперимент. Представьте себе средних размеров герметичный сосуд, разделенный внутри перегородкой на две части. В перегородке есть небольшая дверца или люк. Рядом с ней сидит разумное микроскопическое существо - собственно демон Максвелла.

Наполним сосуд газом при некоторой температуре - для определенности кислородом при комнатной температуре. Важно помнить, что температура - это число, отражающее среднюю скорость движения молекул газа в сосуде. Например, для кислорода в нашем эксперименте эта скорость равна 500 метрам в секунду. Но в газе есть молекулы, двигающиеся быстрее и медленнее этой отметки.

Задача демона - следить за скоростями частиц, подлетающих к дверце в перегородке. Если частица, летящая из левой половины сосуда, имеет скорость больше 500 метров в секунду, демон ее пропустит, открыв дверь. Если меньше - частица не попадет в правую половину. И наоборот, если частица из правой половины бака имеет скорость меньше, чем 500 метров в секунду, демон ее пропустит в левую половину.

Подождав достаточно долго, мы обнаружим, что средняя скорость молекул в правой половине сосуда выросла, а в левой опустилась, - значит выросла и температура в правой половине. Мы можем воспользоваться этим избыточным теплом, например, для работы тепловой машины. При этом для сортировки атомов нам не потребовалась внешняя энергия - всю работу проделал демон Максвелла.

Интерпретация. Главное последствие работы демона - уменьшение общей энтропии системы. То есть, после разделения атомов на горячие и холодные мера хаотичности состояния газа в сосуде уменьшается. Второй закон термодинамики строго запрещает это для замкнутых систем.

Но в действительности эксперимент с демоном Максвелла оказывается не таким парадоксальным, если включить в описание системы самого демона. Он тратит работу на открытие и закрытие створки, а также, и это немаловажно, на измерение скоростей атомов. Все это компенсирует падение энтропии газа. Отметим, что существуют эксперименты по созданию аналогов демонов Максвелла.

Особенно примечательна «броуновская трещотка» - хотя сама она не разделяет молекулы на теплые и холодные, она пользуется хаотичным броуновским движением для произведения работы. Трещотка состоит из лопастей и шестерни, которая может вращаться лишь в одну сторону (ее ограничивает специальный зажим). Лопасть должна вращаться случайным образом, при этом совершить полноценный оборот ей удастся, только если ее предполагаемое направление вращения совпадет с разрешенным вращением шестерни. Однако Ричард Фейнман подробно проанализировал устройство и объяснил, почему оно не работает - усредненное воздействие частиц в камере будет обнуляться.

Владимир Королёв

Получить разрешение на проведение того или иного эксперимента сегодня очень сложно. И даже если это происходит, в работу могут вмешаться непредвиденные обстоятельства. Таким образом, чтобы преодолеть все проблемы и завершить начатое дело, очень важно сохранять чистоту мышления. Ниже представлены десять из наиболее странных мысленных экспериментов, предложенных философами, которые должны помощь нам понять окружающий мир.

10. Буриданов осел

Представьте, что осла поместили точно между двумя одинаково соблазнительными кипами сена. Между обеими из потенциальных обедов, по сути, нет никакой разницы. Что будет делать осел? Ведь чем голоднее он становится, тем больше он хочет кушать и тем более важным будет его выбор. Если ни одна из кип сена не лучше другой, то, как осел должен выбрать, какую из них скушать? Он будет продолжать обдумывать свой выбор, пока не умрет.

Хотя этот мысленный эксперимент называется "Буриданов осел", он не описан ни в одной из множественных работ философов XIV века, именно к этому периоду времени относят момент появления этого мыслительного эксперимента. Подобные идеи выражались разве что при жизни Аристотеля. Возможно, чтобы ответить на важные вопросы о свободе воли, поднимаемые в данном эксперименте, проще выполнить его на практике и посмотреть, как настоящий осел поведет себя в подобных условиях. Но, если найти осла в академических кругах вполне реально, то предоставить ему две абсолютно одинаковые кипы сена не так уж и просто.

9. Пещера Платона

Миф о пещере — знаменитая аллегория Платона, объясняющая суть его концепции реальности. С точки зрения Платона, реальность, с которой мы контактируем посредством наших чувств, это не что иное, как тень высшей реальности. Эту идею не так просто понять, поэтому он выразил ее с помощью аллегории:

Представьте, что вы оказались прикованными в пещере и теперь не в состоянии двигать головой. Все, что вы можете видеть - это стена, расположенная прямо перед вами. Вы слышите других людей, прикованных рядом с вами, но не может их видеть. Где-то позади вас горит огонь, проливающий свет на эту стену. Когда люди проходят между огнем и стеной, вы можете видеть их тени и слышать приглушенные отзвуки их шагов. Вы уверены, что все тени, которые вы видите, вполне реальны. Затем вы каким-то образом оказываетесь свободными от пут. Вы стоите, смотрите на огонь и видите все объекты, отбрасывающие свои тени на стену. Также вы видите выход из пещеры. Оттуда светит яркий солнечный свет, который слепит вам глаза, но совсем скоро вы познаете реальный мир. Но если после этого вас вновь затащат обратно в пещеру, ваши глаза опять будут плохо видеть во внезапно окутавшей вас темноте. Если вы попытаетесь объяснить природу реальности другим прикованным людям, они подумают, что вы сошли с ума, начнут дразнить вас и возможно даже убьют.

8. Китайская комната

Давайте предположим, что вы не можете говорить или читать по-китайски. Вы оказываетесь в комнате, полной книг, написанных на китайском языке и набором инструкций, написанных на английском, в которых детально объясняется, что вам нужно делать. В комнату приносят листок бумаги с китайскими письменами.

Следуя инструкциям, вы старательно выписываете все китайские иероглифы, переводите их и передаете свой ответ тому, кто ждет его за дверью. Для этого человека будет казаться, что вы хорошо знаете китайский язык, тогда как на самом деле вы лишь следовали основному набору правил для перевода.

Этот мысленный эксперимент исходит от Джона Серла и является своеобразным ответом на тест Тьюринга. Если компьютер способен заставить нас поверить, будто мы говорим с человеком, неужели это доказывает, что он обладает интеллектом? Люди в комнате Серла действуют так же, как компьютер. Они следуют определенному набору правил, но, не понимают сути того, что делают.

7. Разделенный мозг Дерека Парфита

Дерек Парфит - философ, который изучал теорию о тождестве личности и ставит под сомнение идею о ее стабильном существовании в течение долгого времени.

Давайте представим, что нашим врачам удалось достичь небывалых высот в трансплантации мозга. Ваш мозг извлекли, разделили на две части и каждую половину поместили в два клона вашего собственного тела. Затем каждый из них проснулся, обрел свои воспоминания, и теперь думает и чувствует, будто является вами. То есть сейчас есть два человека, претендующих на то, чтобы быть вами. Теперь существует два разных вас.

А теперь вопрос: "Вы смогли бы уничтожить то, что было создано из двух частей вашего мозга?"

6. Болотный Человек

В своей работе с аполлонским названием «Понимание собственного разума» Дэвид Дональдсон углубляется в теорию идентичности:

Однажды Дональдсон шел по болоту. Как назло, в него попадала молния, и он упал замертво. В то же время, еще одна молния ударила в другую часть болота. Это второй удар перестроил атомы той части болота по точно такой же схеме, какая была у Дональдсона, прежде чем тот был поражен молнией. Так появился новый Болотный Человек, который, не обращая особого внимания на окружающую обстановку, вышел из болота и стал думать и действовать как Дэвид Дональдсон, так никогда и не узнав правды о собственном происхождении.

Можем ли мы сказать, что Дэвиду Дональдсону был нанесен существенный ущерб? Является ли Болотный Человек настоящим Дэвидом Дональдсоном? К сожалению, мы сможем ответить на этот вопрос только тогда, когда дождемся создания телепортации, потому что это именно то, что происходит во время этого процесса.

5. Мозг в колбе

Что если вам сказать, что прямо сейчас, вы не читаете эту статью с помощью своих глаз? Что если на самом деле вы - это просто мозг, плавающий в колбе? Вы можете подумать, что вы бы заметили такое положение дел, но эта колба является сложной машиной. В ней все сенсорные данные передаются прямо в оголенный мозг. Все, что вы видите и слышите, к чему прикасаетесь и запах, который ощущаете - это просто электрические сигналы, передающиеся в серое вещество вашего мозга. Если имитация окружающего мира является настолько совершенной и беспрерывной, то, как вы сможете доказать, что все это происходит в действительности?

4. Утилитарный монстр

Утилитаризм является этической философией, которая утверждает, что мы должны действовать таким образом, чтобы создать наибольшее количество блага для наибольшего числа людей. Только краткое изложение ее сути делает ее практически идеальной, но с помощью мысленных экспериментов можно исследовать пределы полезности утилитаризма.

Представьте себе, что мы создали существо, которое извлекает больше пользы из вещей, чем обычные люди. Когда мы едим торт, мы получаем от этого определенное количество счастья, но наше творение - Утилитарный монстр, - получает его в 1000 раз больше. То есть, если есть только один торт, очевидно, что для извлечения из последнего максимальной пользы, его следует отдать Утилитарному монстру. Если есть два пирожных, то мы все равно должны отдать их обоих нашему монстру, поскольку съев их вместе, он получит больше счастья, чем, если бы мы разделили их на двоих. Таким образом, если Утилитарный монстр станет получать больше пользы от любых вещей, чем обычный человек, то он сделает большинство из нас несчастными, но общий уровень счастья в мире будет по-прежнему увеличиваться и расти. Кстати, это именно то что происходит в современном обществе.

3. Знаменитый скрипач Томсона

Еще одними яростными критиками утилитаризма выступают те, кто ценит личные права. Представьте, что прямо сейчас десятки люди ждут пересадки органов, в то время как вы - ходячий мешок здоровых органов. Вы можете быть счастливы, но десятки людей, нуждающихся в ваших органах, будет куда более счастливее, если вы отдадите их им. С точки зрения утилитаризма вы должны согласиться на то, чтобы убить себя (что немного грустно) и отдать свои органы другим людям (что принесет много счастья).

Джудит Джарвис Томпсон предложила следующий мысленный эксперимент: однажды утром вы просыпаетесь прикрепленным к бессознательному скрипачу. Он болен, и только ваша кровь может сохранить ему жизнь. Общество любителей музыки заплатило врачами, чтобы те ночью подсоединили вашу кровеносную систему к больному. И для того, чтобы сохранить известному скрипачу жизнь вы должны пролежать так в течение девяти месяцев. Если вы отключитесь от скрипача, он умрет. Позволите ли вы себе отключиться от больного человека? Даже если вы никогда не соглашались на проведение подобной процедуры, чувствуете ли вы ответственность перед скрипачом?

2. Жуки Витгенштейна

Представьте себе, что каждый человек получил ящик, в который может заглянуть только он один. У каждого в коробке есть так называемый «жук». Каждый называет вещь, лежащую в их коробке «жуком», но никто и никогда не сможет сравнить содержимое своих коробок с тем, что лежит в коробках других людей. Мы знаем только то, как выглядит «жук» в нашей собственной коробке. Вполне возможно, что у всех остальных в коробках лежит что-то совершенно иное. А возможно их коробки вообще совершенно пустые.

Суть эксперимента состоит в том, что каждый из нас ссылается на те вещи, которые другие не могут увидеть так, как это видим мы. В какой-то момент, дети спрашивают у взрослых, является ли тот синий цвет, который они видят точно таким же, каким видят его другие люди. Когда я чувствую боль, как я могу знать, является ли она точно такой же болью, которую испытываете вы, когда говорите, что у вас что-то болит?

1. Комната Мэри

Мэри - ученый мирового класса. Она знает все, что касается цвета. Не существует ни одного физического, химического или нейрофизиологические аспекта цвета, который она еще не изучила и не освоила. Но здесь есть один существенный недостаток: она выполняет все свои исследования, сидя в черно-белой комнате. Однажды Мэри выйдет из своей комнаты и увидит все цвета в первый раз. Узнает ли она что-то новое после этого либо еще раз удостоверится в том, все ее знания были верны?

Этот мысленный эксперимент описан в работе Фрэнка Джексона «То, что Мэри не знала» и он касается одной из самых глубоких проблем философии: что такое знание? Возможно, даже в рамках чисто мысленного эксперимента, мы так и не сможем узнать того, чего еще не знаем.

Перевод: http://muz4in.net/

Не потеряйте. Подпишитесь и получите ссылку на статью себе на почту.

Что такое мысленный эксперимент?

Мысленным экспериментом в философии, физике и ряде других наук называется форма познавательной деятельности, где какая-либо ситуация моделируется не в привычном для каждого из нас виде реального эксперимента, а в воображении. Данное понятие впервые было введено в употребление австрийским философом-позитивистом, механиком и физиком Эрнстом Махом.

На сегодняшний день термин «мысленный эксперимент» активно употребляется различными учёными, предпринимателями, политиками и специалистами в различных областях по всему миру. Кто-то из них предпочитает проводить свои собственные мысленные эксперименты, а кто-то приводит всевозможные их примеры, с лучшими образцами которых мы и хотим вас познакомить.

Как и стало понятно из названия, всего мы рассмотрим восемь экспериментов.

Философский зомби

Представьте себе ожившего мертвеца. Но не зловещего, а такого скромного, безобидного, похожего на обычного человека. Единственное, что отличает его от людей, это то, что он не может ничего чувствовать, не обладает осознанным опытом, однако в состоянии повторять за людьми их действия и реакции, к примеру, если его обжечь огнём, он искусно сымитирует боль.

Если бы такой зомби существовал, это пошло бы вразрез с теорией физикализма, где восприятие человека обусловлено только процессами физического плана. Философский зомби также никак не соотносится и с бихевиористскими воззрениями, согласно которым любые проявления, желания и сознание человека сведены к поведенческим факторами, а такого зомби невозможно отличить от обычного человека. Данный эксперимент частично касается также и проблемы искусственного разума, ведь на месте зомби может быть и пресловутый андроид, способный копировать человеческие повадки.

Квантовый суицид

Второй эксперимент касается квантовой механики, но здесь меняется — с позиции очевидца на позицию участника. Взять для примера кота Шредингера, стреляющего себе в голову из ружья с механизмом, работающем на распаде радиоактивного атома. Ружьё может дать осечку в 50% случаев. , происходит столкновение двух квантовых теорий: «копенгагенской» и многомировой.

По первой, кот не сможет быть в двух состояниях одновременно, т.е. он будет либо жив, либо мёртв. Но согласно второй, любая новая попытка выстрела как бы разделяет вселенную на две альтернативы: в первой кот жив, во второй – мёртв. Однако альтер-эго кота, оставшееся жить, так и останется в неведении о своей кончине в параллельной реальности.

Автор эксперимента, профессор Макс Тегмарк, склоняется к теории мультивселенной. Но большая часть специалистов в области квантовой механики, которые были опрошены Тегмарком, доверяет «копенгагенской» квантовой теории.

Яд и вознаграждение

Занавес неведения

Прекрасный эксперимент на тему социальной справедливости.

Пример: всё, что касается социальной организации, доверено определённой группе людей. Чтобы та концепция, которую они придумали, была максимально объективной, эти люди были лишены знаний о своём статусе в обществе, принадлежности к классам, коэффициенте интеллекта и других , которые могут гарантировать конкурентное превосходство – это всё и есть «занавес неведения».

Вопрос состоит в том, какую концепцию организации общества выберут люди, будучи неспособными к учёту своих собственных личных интересов?

Китайская комната

Человек, который , находится в комнате с корзинами, наполненными иероглифами. В его распоряжении подробное пособие на родном языке, объясняющее законы сочетания необычных знаков. Понимать значение всех иероглифов не нужно, т.к. применяются только правила начертания. Но в процессе работы с иероглифами можно создать текст, ничем не отличающийся от письменной речи жителя Китая.

За дверью комнаты стоят люди, передающие затворнику карточки с вопросами на китайском языке. Наш герой, учитывая правила из учебника, отвечает на них – его ответы для него смысла не имеют, однако для китайцев вполне логичны.

Если представить героя в качестве компьютера, учебник – в качестве информационной базы, а послания людей – в качестве вопросов компьютеру и ответов на них, эксперимент покажет ограничения возможностей компьютера и его неспособность к тому, чтобы овладеть мышлением человека в процессе простого реагирования на исходные условия посредством запрограммированного способа.

Теорема о бесконечных обезьянах

Исходя из этого эксперимента, абстрактная обезьяна, если будет в хаотичном порядке бить по клавишам печатного механизма в течение вечности, в один из моментов сможет напечатать любой текст, заданный изначально, например, «Гамлета» Шекспира.

По воплощению этого эксперимента в жизнь даже были предприняты попытки: преподаватели и студенты Плимутского университета собрали две тысячи долларов, чтобы выдать шести макакам в зоопарке компьютер. Прошёл месяц, но «испытуемые» так и не достигли успеха – их литературные наследие содержит всего пять страниц, где преобладает буква «S». Компьютер же был практически полностью уничтожен. Но сами экспериментаторы сказали, что извлекли из своего проекта много полезного.

Вы можете придумать и какие-то свои необычные мысленные эксперименты – для этого нужно лишь включить голову и . А не задумывались ли вы, кстати говоря, о том, что многие из нас практически каждый мысленно проводят всевозможные эксперименты с участием, например, себя, кого-то из близких или даже домашних животных? В следующий раз, представляя какую-нибудь ситуацию, запишите на бумаге или вообще опубликуйте – быть может, ваши идеи получат неплохое развитие.