Кот Шредингера на корабле Тесея: как двигать науку одной силой мысли

Что такое мысленный эксперимент?

Мысленный эксперимент в науке – это моделирование такой ситуации, которая невозможна в жизни, но помогает лучше познать окружающий мир. Или, как минимум, дает повод для размышлений.

В древности значительная часть научного знания была умозрительной. Людям не хватало измерительных инструментов, а также способов обработки больших массивов информации. Ученым приходилось полагаться на силу мысли, и иногда они оказывались прозорливы. Например, Архимед открыл несколько математических и физических законов благодаря собственной наблюдательности. 

Мысленный эксперимент обычно не дает ответов и объяснений. Напротив, с помощью гипотетической ситуации он задает вопросы, которые помогают лучше разобраться в предмете. Чаще всего этот метод познания используют философы. О некоторых неразрешенных ими дилеммах – в нашей подборке.

1. Задачка Лукреция

Вопрос: конечен или бесконечен космос?

Фото: © NASA Goddard Space Flight Center

Модель.

Представьте воина, который подходит к воображаемой границе мира и стреляет из лука. Если стрела полетит дальше, значит он еще не на границе, и мир больше, чем кажется. Если же она отскочит назад, тогда получается, что воин стоит около некой стены, за которой тоже что-то должно быть. Выходит, космос бесконечен.

Зачем это?

У древних мысленных экспериментов есть общая черта: они пытаются что-то измерить и оценить. Зенон в своих знаменитых апориях измерял, например, скорость Ахиллеса в состязании с черепахой, а Тит Лукреций Кар — пределы вселенной. Их упражнения в измерении неизмеримого помогают освоить правила формальной логики, а также попрактиковаться в размышлении о чем-то, что нельзя увидеть или потрогать.

2. Корабль Тесея

Вопрос: если детали объекта N постоянно меняются, остается ли он объектом N?

Модель.

Представьте корабль, на котором герой древнегреческих мифов Тесей переправился с Крита в Афины и который стал музейным экспонатом. Время безжалостно к деревянному судну: то доска сгниет, то черви подточат. И музейным смотрителям приходится то и дело латать корабль тут и там. В какой-то момент они заменяют абсолютно все: ни к одной вещи на корабле, внешне не изменившемся, Тесей не прикасался. Можно ли считать, что это все еще корабль Тесея?

Зачем это?

Эта метафора описывает то, что происходит с любой сложной системой на Земле. Прежде всего, с биологической. Например, в человеческом теле постоянно умирают клетки, и на их месте появляются новые, так что, по сути, раз в 10–15 лет человек обновляется на 100%. Оставаясь при этом самими собой.

3. Кот Шредингера

Вопрос: есть ли что-то между тем моментом, когда ядро атома еще не распалось, и мигом, когда распад уже состоялся?

Модель.

Представьте ящик, в который помещены кот и защищенная от него машина с готовящимся к распаду атомом. Если распад случится, счетчик Гейгера зафиксирует такое событие, и его стрелка выпустит синильную кислоту, отчего кот умрет в ту же секунду. За час этот атом с равной вероятностью или распадется, или нет. В течение всего часа, очевидно, кошка или жива, или мертва. Она не может быть одновременно мертвой и живой, а значит и атом либо распался, либо нет.

Фото: maxpixel / CC0 Public Domain

Зачем это?

Физик и один из создателей квантовой механики Эрвин Шредингер использовал в 1935 году эту метафору для описания и прояснения явления, которого очень трудно постигнуть разумом и де-факто невозможно увидеть глазами. Ученый придумал метафору, оказавшуюся предельно понятной коллегам и последователям. Выступив в роли просветителя, а просвещение всегда связано с некоторым упрощением и допущением, Шредингер дал возможность квантовой физике развиваться дальше, не застревая в логическом тупике. 

4. Комната Мэри

Вопрос: все ли на свете имеет сугубо физическую (материальную) природу?

Модель.

Представьте талантливую ученую по имени Мэри, которая стала лучшим в мире специалистом по цветам. Она знает о них все: какой длины волна у каждого возможного оттенка, как происходит обработка изображения на сетчатке в мозге. Но сама она живет в черно-белой комнате и никогда не видела цветов воочию. Если выпустить Мэри в наш многоцветный мир, узнает ли она о цвете нечто новое?

Зачем это?

Если правы ученые-физикалисты (те, кто полагает, будто все на свете материально, включая наши мысли и ощущения), то Мэри не получит нового знания от первого контакта с цветом. Однако автор этого мыслительного эксперимента Фрэнк Джексон полагал, что Мэри все-таки узнает нечто новое, выйдя из своего монохромного заточения. Для обозначения этого «нечто» он использовал термин «квалиа».

Существуют ли качества окружающего человека мира вне его восприятия и влияния на него? На эту тему спорят исследователи разных взглядов и дисциплин по всему миру. 

3. Задача Молинью

Вопрос: связаны ли разные человеческие чувства между собой?

Модель.

Представьте, что вы родились совершенно слепым, выросли и научились на ощупь различать геометрические фигуры: куб, сферу, пирамидку. Но однажды, в один по-настоящему прекрасный день, вам делают операцию, благодаря которой вы прозреваете. Сможете ли вы, впервые увидев, например, куб, с которым прежде были знакомы лишь тактильно, понять, что перед вами куб? 

Иллюстрация: Shubham Dhage / Unsplash

Зачем это?

Задачу сформулировал в XVII веке ирландский философ Уильям Молинью в переписке с коллегой Джоном Локком. Подискутировав немного в письмах, выдающиеся умы своего времени дали отрицательный ответ. Но к этой теме позже возвращались многие исследователи в последующие три с лишним века.

Долгое время задачку считали обыкновенным мысленным экспериментом, упражнением для ума, однако недавно ситуация изменилась. В 2011 году в журнале Nature была описана технология, разработанная индийским ученым Паваном Синха, благодаря которой тот смог моментально восстановить зрение у пятерых от рождения слепых детей в возрасте от 8 до 17 лет. Более того, он проверил на пациентах гипотезы Молинью и Локка эмпирически. Оказалось, что прямой связи между тактильным и зрительным восприятием нет — прозревшие у Синхи не смогли определить, какой предмет им впервые показали.

Эмпирика подтвердила правоту мыслителей прошлого, а задача Молинью закрепилась в истории как одна из наиболее удачных и ценных философских дилемм.