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.

Термин «мысленный эксперимент» (нем. Gedankenexperiment) ввёл немецкий учёный Эрнст Мах.

Мысленный эксперимент в физике

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 тяжёлое тело А падает быстрее лёгкого тела Б, как это считает Аристотель, то как будет падать тело, составленное из двух этих тел? Лёгкое тело должно тормозить тяжёлое, 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 приведённой 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 отсчёта или во внешнем гравитационном поле, 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. Так, знаменитый парадокс близнецов является, в сущности, мысленным экспериментом, демонстрирующим неприменимость «обыденного сознания» в релятивистской физике.

Мысленный эксперимент в философии

Апории Зенона («Стадион», «Ахиллес и черепаха», «Стрела») также являются мысленными экспериментами, демонстрирующими логическую противоречивость представлений о дискретности пространства и времени.

Мозг в колбе — ещё один пример мысленного эксперимента.

Литература

• Ахутин А.В. История принципов физического эксперимента от античности до XVII в. М: Наука, 1976.
• Библер В.С. Мышление как творчество: Введение в логику мысленного диалога. М.: Политиздат, 1975.
• Дюгем П. Физическая теория. Её цель и строение. Спб.: Образование, 1910.
• Макаревичюс К. Место мысленного эксперимента в познании. М., 1971.
• Мах Э. Принцип сохранения работы. История и корень его. СПб, 1909.
• Мах Э. Механика. Историко-критический очерк её развития. Ижевск: РХД, 2001.
• Начала гидростатики. Архимед, Стевин, Галилей, Паскаль. М.–Л.: ГТТИ, 1932.
• Роджерс Э. Физика для любознательных. В 3 т. М.: Мир, 1970.
• Шепф Х.-Г. От Кирхгофа до Планка. М.: Мир, 1981.
• Щетников А. И. Мысленный эксперимент и рациональная наука. — М.: Аспект-пресс, 1994.
• Brown J.R. The laboratory of the mind: thought experiments in the natural sciences. London: Routledge, 1993.
• Cohen M. Wittgenstein's beetle and other classic thought experiments. Oxford: Blackwell, 2005.
• Cohnitz D. Gedankenexperimente in der Philosophie. Paderborn: Mentis, 2006.
• Gendler T.S. Thought experiment: on the powers and limits of imaginary cases. New York: Garland, 2000.
• Kuhne U. Die Methode des Gedankenexperiments. Frankfurt/M: Suhrkamp, 2005.
• Shick T., Vaugn L. Doing philosophy: an introduction through thought experiments. New York: McGraw Hill, 2003.
• Sorensen R.A. Thought experiments. Oxford UP, 1992.

Отрывок, характеризующий Мысленный эксперимент

– Charmant, – сказал он вдруг, – le colonel de ces Wurtembourgeois! C'est un Allemand; mais brave garcon, s'il en fut. Mais Allemand. [Прелестно, полковник этих вюртембергцев! Он немец; но славный малый, несмотря на это. Но немец.]
Он сел против Пьера.
– A propos, vous savez donc l'allemand, vous? [Кстати, вы, стало быть, знаете по немецки?]
Пьер смотрел на него молча.
– Comment dites vous asile en allemand? [Как по немецки убежище?]
– Asile? – повторил Пьер. – Asile en allemand – Unterkunft. [Убежище? Убежище – по немецки – Unterkunft.]
– Comment dites vous? [Как вы говорите?] – недоверчиво и быстро переспросил капитан.
– Unterkunft, – повторил Пьер.
– Onterkoff, – сказал капитан и несколько секунд смеющимися глазами смотрел на Пьера. – Les Allemands sont de fieres betes. N'est ce pas, monsieur Pierre? [Экие дурни эти немцы. Не правда ли, мосье Пьер?] – заключил он.
– Eh bien, encore une bouteille de ce Bordeau Moscovite, n'est ce pas? Morel, va nous chauffer encore une pelilo bouteille. Morel! [Ну, еще бутылочку этого московского Бордо, не правда ли? Морель согреет нам еще бутылочку. Морель!] – весело крикнул капитан.
Морель подал свечи и бутылку вина. Капитан посмотрел на Пьера при освещении, и его, видимо, поразило расстроенное лицо его собеседника. Рамбаль с искренним огорчением и участием в лице подошел к Пьеру и нагнулся над ним.
– Eh bien, nous sommes tristes, [Что же это, мы грустны?] – сказал он, трогая Пьера за руку. – Vous aurai je fait de la peine? Non, vrai, avez vous quelque chose contre moi, – переспрашивал он. – Peut etre rapport a la situation? [Может, я огорчил вас? Нет, в самом деле, не имеете ли вы что нибудь против меня? Может быть, касательно положения?]
Пьер ничего не отвечал, но ласково смотрел в глаза французу. Это выражение участия было приятно ему.
– Parole d'honneur, sans parler de ce que je vous dois, j'ai de l'amitie pour vous. Puis je faire quelque chose pour vous? Disposez de moi. C'est a la vie et a la mort. C'est la main sur le c?ur que je vous le dis, [Честное слово, не говоря уже про то, чем я вам обязан, я чувствую к вам дружбу. Не могу ли я сделать для вас что нибудь? Располагайте мною. Это на жизнь и на смерть. Я говорю вам это, кладя руку на сердце,] – сказал он, ударяя себя в грудь.
– Merci, – сказал Пьер. Капитан посмотрел пристально на Пьера так же, как он смотрел, когда узнал, как убежище называлось по немецки, и лицо его вдруг просияло.
– Ah! dans ce cas je bois a notre amitie! [А, в таком случае пью за вашу дружбу!] – весело крикнул он, наливая два стакана вина. Пьер взял налитой стакан и выпил его. Рамбаль выпил свой, пожал еще раз руку Пьера и в задумчиво меланхолической позе облокотился на стол.
– Oui, mon cher ami, voila les caprices de la fortune, – начал он. – Qui m'aurait dit que je serai soldat et capitaine de dragons au service de Bonaparte, comme nous l'appellions jadis. Et cependant me voila a Moscou avec lui. Il faut vous dire, mon cher, – продолжал он грустным я мерным голосом человека, который сбирается рассказывать длинную историю, – que notre nom est l'un des plus anciens de la France. [Да, мой друг, вот колесо фортуны. Кто сказал бы мне, что я буду солдатом и капитаном драгунов на службе у Бонапарта, как мы его, бывало, называли. Однако же вот я в Москве с ним. Надо вам сказать, мой милый… что имя наше одно из самых древних во Франции.]
И с легкой и наивной откровенностью француза капитан рассказал Пьеру историю своих предков, свое детство, отрочество и возмужалость, все свои родственныеимущественные, семейные отношения. «Ma pauvre mere [„Моя бедная мать“.] играла, разумеется, важную роль в этом рассказе.
– Mais tout ca ce n'est que la mise en scene de la vie, le fond c'est l'amour? L'amour! N'est ce pas, monsieur; Pierre? – сказал он, оживляясь. – Encore un verre. [Но все это есть только вступление в жизнь, сущность же ее – это любовь. Любовь! Не правда ли, мосье Пьер? Еще стаканчик.]
Пьер опять выпил и налил себе третий.
– Oh! les femmes, les femmes! [О! женщины, женщины!] – и капитан, замаслившимися глазами глядя на Пьера, начал говорить о любви и о своих любовных похождениях. Их было очень много, чему легко было поверить, глядя на самодовольное, красивое лицо офицера и на восторженное оживление, с которым он говорил о женщинах. Несмотря на то, что все любовные истории Рамбаля имели тот характер пакостности, в котором французы видят исключительную прелесть и поэзию любви, капитан рассказывал свои истории с таким искренним убеждением, что он один испытал и познал все прелести любви, и так заманчиво описывал женщин, что Пьер с любопытством слушал его.
Очевидно было, что l'amour, которую так любил француз, была ни та низшего и простого рода любовь, которую Пьер испытывал когда то к своей жене, ни та раздуваемая им самим романтическая любовь, которую он испытывал к Наташе (оба рода этой любви Рамбаль одинаково презирал – одна была l'amour des charretiers, другая l'amour des nigauds) [любовь извозчиков, другая – любовь дурней.]; l'amour, которой поклонялся француз, заключалась преимущественно в неестественности отношений к женщине и в комбинация уродливостей, которые придавали главную прелесть чувству.