Часть 2
Учебное пособие
Курс лекций
Философские проблемы современной физики
Часть 2
Оглавление
Лекция 5. Статус мысленного эксперимента в современной физике…………………………………………………………………………. 4
Приложение 1. Упражнение. Вариант редакции определения МЭ……………………………………………………………………………. 20
Приложение 2. Ответ к МЭ1. Галилеевский МЭ об одновременном падении тел………………………………………………………………….. 21
Приложение 3. МЭ Галилея в трюме корабля……………………... 21
Приложение 4. Текст к МЭ4. Поезд Эйнштейна…………………... 23
Приложение 5. Текст к МЭ5. Лифт Эйнштейна…………………… 25
Приложение 6. Текст к МЭ7. ЭПР-эксперимент…………………... 32
Приложение 7. Мах Э. Умственный эксперимент………………… 36
Приложение 8. Илларионов С.Б. Мысленный эксперимент в физике, его сущность и функции……………………………………………………. 54
Приложение 9. Литература………………………………………….. 77
Лекция 5. Статус мысленного эксперимента в современной физике.
Хорошо известно, что мысленные эксперименты (МЭ) сыграли существенную роль в науке и в первую очередь при построении, осознании и трактовке фундаментальных физических теорий. Но они имеют не только физическую область приложения. В истории философии известны МЭ, обладающие глубоким смыслом.
Одним из широко известных философских экспериментов является "обмен сознаниями между принцем и сапожником", предложенный Дж. Локком в качестве доказательства, что «тождество личности состоит в тождестве сознания». В наше время аналогичные эксперименты рассматриваются в широком научном аспекте с привлечением психофизических, биологических, медицинских, социальных, и этических аспектов[1].
Нетривиальные мысленные эксперименты рассматривал и А.Шопенгауэр. Обсуждая вопрос о природе жизни и смерти, он писал: «То, что я сказал здесь, можно пояснить путем своеобразного мысленного эксперимента, который можно было бы назвать метафизическим. Именно, попробуйте себе представить то, во всяком случае, недалекое время, когда вас уже не будет в живых. Вы себя мысленно исключаете, а мир продолжает существовать. Но к вашему собственному изумлению вы начинаете ощущать, что и вы продолжаете существовать вместе с миром. Дело в том, что вы пытались представить мир без себя». И далее очень глубокий, но неприятный вывод: «Смерть поражает только познающее сознание» (А.Шопенгауэр. «Мир как воля и представление»).
Актуальность изучения природы и роли МЭ в современной науке определяется в первую очередь тем, что современное физическое познание подошло к «слишком» «глубоким» уровням реальности. Слишком глубоким для непосредственного приборного экспериментирования. В силу все большей трудности осуществления непосредственного экспериментирования в тех областях реальности, с которыми работает современная физика (в частности, на масштабах планковских величин, на космологических мегамасштабах), все большее значение будет приобретать опосредованность исследования физической реальности. Причем скорость нарастания такой опосредованности, судя по всему, в связи с ускоряющейся эволюцией современного человечества будет столь стремительной, что, несомненно, приведет к серьезным противоречиям и к новым «кризисам» физики. В виду этого можно предположить, что в дальнейшем, при исследовании этих уровней, все большую роль должен будет играть мысленный эксперимент. Становится необходимым все более активное применение МЭ и развитие его технологий. Так что же такое мысленный эксперимент и каков его статус в современной физике?
К настоящему времени существует достаточно много МЭ, которые стали широко известными и вошли в историю физики. Среди них:
Галилеевский МЭ об одновременном падении тел,
МЭ Галилея в трюме корабля
Вращающееся ведро с водой (Ньютон),
Бег за световой волной (Эйнштейн, СТО),
Эйнштейновский поезд (СТО),
Лифт Эйнштейна (ОТО),
ЭПР-эксперимент (КМ),
Кот Шредингера (КМ),
Друг Вигнера (КМ),
и др.
Несмотря на их обилие, дать точное и однозначное определение МЭ не просто. Рассмотрим, например, следующее определение.
«Мысленный эксперимент — особая теоретическая процедура, заключающаяся в получении нового или проверке имеющегося знания путем конструирования идеализированных объектов и манипулирования ими в искусственно, условно задаваемых ситуациях. М. Э. может выступать как самодостаточный (который в принципе не может быть реализован натурно, а часто и модельно) или рассматриваться как "проигрывание" будущего реального эксперимента».[2] (Упражнение. Дать критический анализ этого определения. Сравнить свой вариант с вариантом, представленным в Приложении 1).
В чем же заключается природа, или в чем состоит, словами С.В.Илларионова, сущность МЭ?
Ряд исследователей считает, что в современной науке МЭ тесно связан с методом математической гипотезы и в целом с интерпретацией математических формализмов. «Особым видом М. Э. являются сценарные разработки возможного развития хода событий. По своей логической структуре М. Э. строится по принципам гипотетико-дедуктивного рассуждения, состоящего из двух относительно самостоятельных фаз: 1) квазиэмпирической (задание наглядных образов - идеализированных объектов); 2) логико-схематической (поиск способа перевода образов на язык теории, объективации М. Э. в концептуальных положениях). Различают три типа М. Э.: 1) конструирующие М. Э., связанные с "пространированием" понятийных фундаментальных схем теории; 2) аналитические М. Э., ориентированные на построение либо примера, подтверждающего истинность теории, либо контрпримера (как правило, в форме парадокса); 3) синтетические М. Э., выступающие средством конструирования научной гипотезы»[3].
МЭ тесно связан с операцией идеализации, элементом которой является абстрагирование и которая допускает чувственную наглядность. МЭ также называют умственным (как его называл Э.Мах), субъективным, воображаемым, идеализированным. Он предполагает выполнение операций не с материальными объектами как в реальном приборном эксперименте, а с идеализированными объектами (замещающими в абстракции объекты реальные, и само оперирование производится в сознании исследователя, т. е. чисто умозрительно), которые заключаются в мысленном подборе тех или иных положений, ситуаций, позволяющих обнаружить какие-то важные особенности исследуемых объектов или процессов, в которых они участвуют.
В этом проявляется определенное сходство мысленного (идеализированного) эксперимента с реальным. В реальном эксперименте приходится считаться с реальными физическими и иными ограничениями его проведения, с невозможностью в ряде случаев устранить мешающие ходу эксперимента воздействия извне, с искажением получаемых результатов. В МЭ от многих из этих трудностей и препятствий можно освободиться, поэтому в этом плане он имеет преимущество перед экспериментом реальным. Возможность абстрагироваться от действия нежелательных факторов, проведя его в идеализированной форме, дает способ исследовать определенные процессы в «чистом» виде», что в научном познании чрезвычайно важно.
Дж. Браун (J.Brown) придерживается в этом вопросе платоновского рационализма, а Дж.Нортон (J.Norton) - классического эмпиризма. По существу их точки зрения представляют предельные позиции. Нортон считает, что любой мысленный эксперимент - это реальный (возможно неявный) аргумент, который исходит из опыта и использует логические или индуктивные правила для вывода результата. С его точки зрения в процессе мысленного экспериментирования исследователь никогда не выходит за рамки эмпирических предпосылок.
Браун придерживается другой позиции. В некоторых особых случаях, считает он, для получения новых априорных знаний о природе мы всё же отбрасываем старые эмпирические данные. При этом он ссылается на МЭ Галилея о падении тел. Подобное понимание мысленного эксперимента развивается им далее путём привязывания априорной эпистемологии к прежним представлениям о законах природы как связях между существующими абстрактными сущностями, что вполне соответствует платоновскому подходу к математике[4].
В духе Э.Маха Р.Соренсен (R.Sorensen) рассматривает МЭ как «предельный случай» обычного приборного эксперимента, подчеркивая, что первый способен достичь цели без фактического выполнения. Н.Мисцевис (N.Miscevic) и Н Нерсессян (N.Nersessian) обсуждают связь мысленного эксперимента с «ментальными моделями».
Рассмотрим некоторые примеры МЭ.