Роль мысленного эксперимента в становлении научной теории. Анализ одного из мысленных экспериментов А. Эйнштейна.

(Из Лекций). Мысленный эксперимент (часто формулируется как парадокс, с нарушением привычной логики)- особый теоритический процесс получения новых знаний или проверка старых предположений и теорий, осуществляется с помощью разыгрывания ситуаций с идеализированными объектами в воображении, а не в реальном эксперименте. Может быть самодостаточным или в будущем быть осуществленным.

Фазы мысленного эксперимента: 1 фаза – задание образа, 2 фаза – перевод образа в модель.

Пример мысленного эксперимента: парадокс Эйнштейна — Подольского — Розена.

Суть парадокса (из википедии). Согласно соотношению неопределённостей Гейзенберга, нет возможности одновременно точно измерить координату частицы и её импульс. Предполагая, что причиной неопределённости является то, что измерение одной величины вносит принципиально неустранимые возмущения в состояние и производит искажение значения другой величины, можно предложить гипотетический способ, которым соотношение неопределённостей можно обойти.

Допустим, две одинаковые частицы А и Б образовались в результате распада третьей частицы С. В этом случае, по закону сохранения импульса, их суммарный импульс Па+Пб должен быть равен исходному импульсу третьей частицы Пс, то есть, импульсы двух частиц должны быть связаны. Это даёт возможность измерить импульс одной частицы (А) и по закону сохранения импульса рассчитать импульс второй (Б), не внося в её движение никаких возмущений. Теперь, измерив координату второй частицы, можно получить для этой частицы значения двух неизмеримых одновременно величин, что по законам квантовой механики невозможно. Исходя из этого, можно было бы заключить, что соотношение неопределённостей не является абсолютным, а законы квантовой механики являются неполными и должны быть в будущем уточнены.

Если же законы квантовой механики в данном случае не нарушаются, то измерение импульса одной частицы равносильно измерению импульса второй частицы. Однако это создаёт впечатление мгновенного воздействия первой частицы на вторую в противоречии с принципом причинности и дополнительности->нелокальность, феномен дальнодействия разлетевшихся частиц.

Еще пример мысленных экспериментов – кот Шрёдингера. Проблема в том, что момент наблюдения примерно соответствует моменту информирования. Суть эксперимента (из википедии). В закрытый ящик помещён кот. В ящике есть механизм, содержащий радиоактивное ядро и ёмкость с ядовитым газом. Параметры эксперимента подобраны так, что вероятность того, что ядро распадётся за 1 час, составляет 1/2. Если ядро распадается, оно приводит в действие механизм, который открывает ёмкость с ядовитым газом, и кот умирает. Согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдение, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний — распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мёртв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор может увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние — «ядро распалось, кот мёртв» или «ядро не распалось, кот жив». Вопрос стоит так: когда система перестаёт существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента — показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции, и кот либо становится мёртвым, либо остаётся живым, но перестаёт быть смешением того и другого.

Роджер Пенроуз. Квантовая теория сознания (коллапс волновой функции в момент осознания). Утверждая, что смоделировать интеллект на машине нельзя, Пенроуз предлагает физический механизм, на котором, возможно, основаны наши интеллект и сознание - а может быть, и то неуловимое, что мы называем личностью человека. Пенроуз математически аргументирует возможности алгоритмически смоделировать разум. Существенную роль в таком неотъемлемом свойстве разума, как сознание, играет некий "квантовый процесс" в так называемых микротрубочках нейронов мозга. Этот процесс влияет на сигналы, которыми обмениваются нейроны, внося принципиально важный ингредиент: невычислимость (а без нее не обойтись, если мы согласны с выводами отрицательной программы). В рамках существующей квантовой теории описать этот процесс невозможно (так как в ней все вычислимо, пусть даже и в вероятностном смысле).

Мысленные эксперименты по осуществляемости:

· С помощью естественных объектов и процессов

· С помощью искусственных объектов (поезд Эйнштейна)

· Теоретически выполнимы, но трудно реализуемы

· Принципиально невыполнимые в природе (пролет через черную дыру)

(Из википедии). 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.

Парадокс Эйнште́йна — Подо́льского — Ро́зена (ЭПР-парадокс) — попытка указания на неполноту квантовой механики с помощью мысленного эксперимента, заключающегося в измерении параметров микрообъекта косвенным образом, не оказывая на этот объект непосредственного воздействия. Целью такого косвенного измерения является попытка извлечь больше информации о состоянии микрообъекта, чем даёт квантовомеханическое описание его состояния. Изначально споры вокруг парадокса носили скорее философский характер, связанный с тем, что следует считать элементами физической реальности — считать ли физической реальностью лишь результаты опытов и может ли Вселенная быть разложена на отдельно существующие «элементы реальности» так, что каждый из этих элементов имеет своё математическое описание.