ЦЕЛЬ: научить обучающихся пользоваться мысленным экспериментом.

Рассказать о мысленных экспериментах Г.Галилея.

1. МЫСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ – это воображаемый опыт с идеальными объектами, благодаря которому закладываются и проясняются основания некоторой теоретической концепции или устанавливаются её пределы [ 22 ].

Мысленный эксперимент основывается, вообще говоря, на очевидности того или иного положения вещей. Например, можно считать очевидным тот факт, что два равновеликих груза будут уравновешивать равноплечий рычаг. То есть мы можем мысленно вообразить, что весы в этом случае останутся в покое.

Примером более сложного мысленного эксперимента может служить знаменитый мысленный опыт Галилея с равномерно движущимся кораблём. Галилей гордился тем, что проводя мысленные эксперименты с падением тел и др., он с большой достоверностью устанавливал факты физической реальности “не проделав ни ста испытаний, ни даже одного” [ 22 ].

РАССМОТРИМ ЗНАМЕНИТЫЙ ОПЫТ ГАЛИЛЕЯ С КОРАБЛЁМ.

Галилей говорит. Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой какого-нибудь корабля, запаситесь бабочками, мухами и другими летающими насекомыми. Пусть будет у вас также большой сосуд с водой и плавающими в нём маленькими рыбками; подвесьте наверху ведёрко, из которого вода будет падать капля за каплей в другой сосуд с узким горлышком, поставленный внизу. Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте прилежно, как мелкие летающие насекомые с одной и той же скоростью движутся во все стороны помещения; рыбы, как вы увидите, будут плавать безразлично во всех направлениях; все падающие капли попадут в подставленный сосуд; и бросая какой-нибудь предмет, не придётся бросать его в одну сторону с большей силой, чем в другую, если расстояния будут одни и те же; и, если вы будете прыгать, отталкиваясь сразу двумя ногами, то сделаете прыжок на одинаковое расстояние в любом направлении. Прилежно наблюдайте всё это, хотя у вас не возникает никакого сомнения в том, что пока корабль стоит неподвижно, всё должно происходить именно так.

ЗАСТАВЬТЕ ТЕПЕРЬ КОРАБЛЬ ДВИГАТЬСЯ С ЛЮБОЙ СКОРОСТЬЮ РАВНОМЕРНО И БЕЗ КАЧКИ – во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно. Прыгая, вы переместитесь по полу на то же расстояние, что и раньше, и не будете делать больших прыжков в сторону кормы, чем в сторону носа, на том основании, что корабль быстро движется, хотя за то время, что вы будете в воздухе, пол под вами будет двигаться в сторону, противоположную вашему прыжку. Бросая какую-нибудь вещь товарищу, вы не должны будете бросать её с большей силой, когда он будет находиться на носу, а вы на корме, чем, когда ваше взаимное положение будет обратным. Капли, как и ранее будут падать в нижний сосуд, и ни одна не упадёт ближе к корме, хотя, пока капля находится в воздухе, корабль пройдёт некоторое расстояние. Рыбы в воде не с большим усилием будут плыть к передней, чем к задней стенке сосуда; настолько же проворно они бросятся к пище, положенной в какой угодно части сосуда.

Наконец, бабочки будут летать по-прежнему во всех направлениях, и никогда не случится того, чтобы они собрались у стенки, обращённой к корме, как если бы устали, следуя за быстрым движением корабля, от которого они были совершенно обособлены, держась долгое время в воздухе.

Если от капли зажжённого ладана образуется немного дыма, то видно будет, как он восходит вверх и держится на подобии облачка, двигаясь безразлично, в одну сторону не более, чем в другую. Причина СОГЛАСОВАННОСТИ ВСЕХ ЭТИХ ЯВЛЕНИЙ заключается в том, что движение корабля общё всем находящимся на нём предметам, также, как и воздуху.

Мысленный эксперимент с кораблём необычен по своей структуре. И это сказывается в самом стиле изложения. Галилей здесь ничего не изобретает. Им просто описаны явления, наблюдавшиеся и ранее бесчисленное множество раз.

Но, всматриваясь в общеизвестное, он видит то, что не было известно никому.

“Смотрите, говорит он, вот факт, знакомый каждому. Но этот факт, если взглянуть на него ”очами разума”, неопровержимо свидетельствует о том, как устроен мир в его основаниях“.

ТАКИМ ОБРАЗОМ: ЗАКОН ИНЕРЦИИ У ГАЛИЛЕЯ ПОЛУЧЕН МЫСЛЕННЫМ ЭКСПЕРИМЕНТОМ.

Закон инерции гласит ТЕЛА СОХРАНЯЮТ ВЕЛИЧИНУ И НАПРАВЛЕНИЕ СКОРОСТИ, КОГДА НА НИХ НЕ ДЕЙСТВУЕТ НИКАКИЕ СИЛЫ /ИЛИ ДЕЙСТВУЮТ УРАВНОВЕШЕННЫЕ СИЛЫ/.

Мысленный эксперимент может широко применяться в школьных исследованиях. Применение этого метода в школе целесообразно для изучения таких, например, процессов, как:

Равновесие тел на наклонной плоскости;

Действие жидкости в гидравлических машинах;

Процессах, действующих в законе сохранения энергии;

Применение мысленного эксперимента в школе помогает развивать мышление учеников., умение тщательно рассуждать.

Решите логическую задачу: требуется разлить пополам 8-литровое ведро воды, используя пустые бидоны 5-и и 3-х литров.

Растолкуйте выражение: “Люди знают что ХОРОШО, но делают что ПЛОХО” (Сократ).

Вопросы для закрепления материала.

1.В чём заключается ценность мысленного эксперимента для ученика?

2.Какой известный мысленный эксперимент провёл Галилей?

3.Что конкретное используется в мысленном эксперименте?

Этот мысленный эксперимент родился в споре между философами Джоном Локком и Уильямом Молинье.

Представьте слепого с рождения человека, который знает, чем на ощупь отличается шар от куба. Если он внезапно прозреет, сможет ли он визуально отличить эти предметы? Не сможет. До тех пор, пока тактильное восприятие не будет связано с визуальным, он не будет знать, где находится шар, а где - куб.

Эксперимент показывает, что до определённого момента у нас нет никаких знаний о мире, даже тех, которые кажутся нам «естественными» и врождёнными.

Теорема о бесконечных обезьянах

deviantart.net

Мы считаем, что Шекспир, Толстой, Моцарт - гении, ибо их творения уникальны и совершенны. А если бы вам сказали, что их произведения не могли не появиться?

Теория вероятности утверждает, что всё, что может произойти, обязательно произойдёт в бесконечности. Если бесконечное количество обезьян посадить за печатные машинки и дать им бесконечное количество времени, то когда-нибудь одна из них обязательно слово в слово повторит какую-нибудь пьесу Шекспира.

Всё, что может случиться, должно случиться - какое тут место личному таланту и достижениям?

Столкновение шаров

Мы знаем, что утро сменится ночью, что стекло разбивается при сильном ударе, а падающее с дерева яблоко полетит вниз. Но что порождает в нас эту убеждённость? Реальные связи между вещами или наша вера в эту реальность?

Философ Дэвид Юм показал, что наша убеждённость в причинно-следственных связях между вещами не более чем вера, которая порождена нашим предыдущим опытом.

Мы убеждены, что вечер сменит день, только потому, что всегда до этого момента вечер сменял день. Абсолютной уверенности у нас быть не может.

Представим два бильярдных шара. Один бьётся о другой, и мы считаем, что первый шар является причиной движения второго. Однако мы можем представить, что второй шар останется на месте после столкновения с первым. Нам ничто не запрещает сделать это. Значит, из самого движения первого шара логически не вытекает движение второго и причинно-следственная связь основана исключительно на нашем предыдущем опыте (ранее мы множество раз сталкивали шары и видели результат).

Донорская лотерея

Философ Джон Харрис предложил вообразить мир, отличающийся от нашего двумя вещами. Во-первых, в нём считается, что позволить человеку умереть - то же самое, что и убить его. Во-вторых, операции по пересадке органов в нём всегда выполняются удачно. Что из этого следует? В таком обществе донорство станет этической нормой, ведь один донор может спасти множество людей. Тогда в нём проводится лотерея, которая в случайном порядке определяет человека, который должен будет пожертвовать собой, чтобы не дать умереть нескольким больным.

Одна смерть вместо многих - с точки зрения логики это оправданная жертва. Однако в нашем мире это звучит кощунственно. Эксперимент помогает понять, что наша этика построена не на рациональном базисе.

Философский зомби

Философ Дэвид Чалмерс в 1996 году в одном из своих докладов озадачил мир понятием «философского зомби». Это воображаемое существо, которое во всём идентично человеку. Оно встаёт по утрам под звук будильника, идёт на работу, улыбается знакомым. Его желудок, сердце, мозг работают так же, как у человека. Но при этом у него нет одного компонента - внутренних переживаний происходящего. Упав и повредив колено, зомби закричит как человек, но боли он не почувствует. В нём нет сознания. Зомби действует как компьютер.

Если человеческое сознание - результат биохимических реакций в мозге, то чем в таком случае человек будет отличаться от такого зомби? Если зомби и человек на физическом уровне ничем не отличаются, что же тогда такое сознание? Иначе говоря, есть ли в человеке что-то такое, что не обусловлено материальными взаимодействиями?

Мозг в колбе

Этот эксперимент предложил философ Хилари Патнэм.

wikimedia.org

Наше восприятие устроено следующим образом: органы чувств воспринимают данные извне и преобразуют их в электрический сигнал, который отправляется в мозг и расшифровывается им. Представим следующую ситуацию: мы берём мозг, размещаем его в специальном поддерживающем жизнедеятельность растворе, а электрические сигналы посылаем посредством электродов точно таким же образом, как это делали бы органы чувств.

Что бы переживал такой мозг? То же самое, что и мозг в черепной коробке: ему бы казалось, что он человек, он «видел» и «слышал» бы что-то, размышлял бы о чём-то.

Эксперимент показывает, что у нас нет достаточных оснований утверждать, что наш опыт - окончательная реальность.

Вполне возможно, что все мы находимся в колбе, а вокруг нас нечто вроде виртуального пространства.

Китайская комната

Чем отличается компьютер от человека? Можно ли представить будущее, в котором машины заменят людей во всех сферах деятельности? Мысленный эксперимент философа Джона Сёрля даёт понять, что нет.

Представьте человека, запертого в комнате. Он не знает китайского языка. В комнате есть щель, через которую человек получает вопросы, записанные на китайском. Он не может ответить на них сам, он даже прочитать их не может. Однако в комнате имеются инструкции по преобразованию одних иероглифов в другие. То есть там говорится, что если вы видите на бумаге такое-то сочетание иероглифов, то вам следует ответить таким-то иероглифом.

Таким образом, благодаря инструкциям по преобразованию иероглифов человек сможет отвечать на вопросы на китайском языке, не понимая ни смысла вопросов, ни своих собственных ответов. Это и есть принцип работы искусственного интеллекта.

Занавес неведения

Философ Джон Ролз предложил вообразить группу людей, которым предстоит создать некое общество: законы, государственные структуры, социальный порядок. Эти люди не имеют ни гражданства, ни пола, ни какого-либо опыта - то есть, проектируя общество, они не могут исходить из собственных интересов. Они не знают, какая роль выпадет каждому в новом социуме. Какое общество они построят в результате, из каких теоретических предпосылок будут исходить?

Вряд ли им оказалось бы хоть одно из существующих сегодня обществ. Эксперимент показывает, что все социальные организации на практике так или иначе действуют в интересах определённых групп людей.

История развития науки свидетельствует о блестящих результатах применения мысленного эксперимента, а современные тенденции развития знания превращают его в одну из важнейших процедур познания. Мысленных эксперимент использовали Галилей и Ньютон, к нему постоянно обращались А.Эйнштейн, Н.Бор, Г.Гейзенберг. Однако отсутствует единая терминология мысленного эксперимента. Его называют умственным идеализированным, воображаемым, теоретическим.

Мысленный эксперимент и творческое воображение

Мысленный эксперимент - это познавательная деятельность, где важное место занимает научное воображение. Д.П.Горский называет мысленным экспериментом метод, “позволяющий прибегнуть к отвлечениям, в результате которых создается идеализированный объект (абстракция, идеализация) ”. Мысленный эксперимент определяется здесь как одна из форм умственной деятельности познающего субъекта. С другой стороны мысленный (воображаемый) эксперимент характеризуется как умственный процесс, строящийся по типу реального эксперимента и принимающий его структуру. Это вид теоретического рассуждения, реализующий одну из основных присущих человеку функций - поиск новых знаний. Мысленный эксперимент является такой формой умственной деятельности человека, которая имеет широкое распространение в науке как эвристическое средство исследования.

Эксперимент, осуществляемый практически, есть вид материальной деятельности, имеющий своей целью исследование объекта, проверку полученных знаний и так далее. Всякий материальный эксперимент предполагает выбор определенного объекта исследования и определенного способа воздействия на него. Воздействие осуществляется в строго воспроизводимых условиях, что обеспечивает воспроизводимость результата эксперимента.

Мысленный эксперимент, в свою очередь, развивается из материального эксперимента. На каких-то этапах развития эксперимента субъект не отделяет осмысление его течения от объективного хода экспериментального процесса. Позднее появляется способность проделывать эксперимент как бы про себя, в уме, не воздействуя материально на сам ход эксперимента. Характерной особенностью сознательной человеческой жизнедеятельности является то, что прежде чем производить непосредственно, субъект мысленно решает различные практические и теоретические задачи, совершает сложные и разнообразные мысленные операции, предвосхищающие непосредственное действие.

Особенность мысленного эксперимента связана с тем, что это есть вид познавательной деятельности, в которой структура реального эксперимента воспроизводится в воображении. Это означает, что между мысленным и материальным экспериментом имеется определенная аналогия. Такая аналогия - существенная черта умственного эксперимента. “Мы не только можем создавать образы более или менее произвольно, мы их можем также видоизменять и затем выяснять, какие изменения могут вытекать в качестве результата тех или других особенностей. Мы можем осуществлять воображаемый эксперимент, вводя превращения в образы и затем, отмечая, какое дальнейшее содержание может получить образ с точки зрения этих изменений. Эта процедура во многом аналогична физическому эксперименту; образы поддаются манипулирования так же, как и физические объекты”. “Человек в уме оперирует пространственными образами, мысленно ставит тот или иной объект в различные положения и мысленно подбирает такие “экспериментальные” ситуации, - пишет А.П.Чернов, - в которых, как и в обычном опыте, должны появиться более важные или почему-либо интересные особенности данного объекта”. Исследователь мысленно вводит изучаемый объект во все новые и новые взаимодействия, ставит его в разнообразные условия, постоянно учитывая возникающие причинно-следственные отношения, пространственно-временные и другие изменения, которые должны при этом совершаться в объекте, и соотнося их с первоначальными условиями и связями. Изучаемое явление многократно повторяется в различном составе и порядке. При этом в нем обнаруживаются новые, ранее неизвестные свойства и стороны.

Творческое воображение дает возможность предварять многие действия. Мысленно человек может создавать разнообразные связи и тут же их тормозить, если они не дают необходимого эффекта. Он мысленно проверяет многие варианты предварительных гипотез, прежде чем положить их в основу эксперимента. В зависимости от успеха или неудачи тех или иных пробных действий появляется возможность исключать некоторые области поиска, значительно ограничивать его вероятный район.

совокупность мысленно осуществляемых познавательных операций над теоретическими конструкциями в условиях, аналогичных экспериментальным. (См. эксперимент, теоретическое и эмпирическое).

Отличное определение

Неполное определение ↓

мысленный эксперимент

МЫСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ - форма исследования, составляющая (в отличие от традиционного эмпирического эксперимента) часть теоретического уровня познания. Само слово «эксперимент» в пер. с лат. означает «опыт». В истории познания издавна сложилась традиция под опытом понимать, прежде всего, прямое и непосредственное взаимодействие человека с интересующими его фрагментами действительности. С возникновением такого специализированного вида познания, как наука, многие авторы стали отождествлять опыт с экспериментом - одной из важнейших форм эмпирического исследования. Эксперимент долгое время рассматривался в качестве главного критерия, позволяющего надежным образом осуществить проверку производимых знаний и отделять истинные утверждения о мире от ложных. Этому способствовало и распространение возникшей в середине 19 в. философии позитивизма, представители которой надеялись создать собственно научное мировоззрение, опирающееся исключительно на опытные данные. Дальнейшее развитие как самой философии, так и специализированного научного познания, привело ученых к пониманию невозможности строить знание о мире, исходя только из прямого чувственного контакта с объектами этого мира. Чем более глубинные уровни мирового устройства выявляли исследователи, тем меньше они имели дело с «непосредственно данным». «Действительность как она есть» постепенно замещалась теми ее образами, которые формировались в сознании ученых. Уже в середине 20 столетия теоретический уровень познавательной деятельности существенно потеснил привычные для экспериментаторов эмпирические приемы и методы. Главным объектом, с которым теперь имеет дело исследователь, стали мысленные модели, замещающие в познавательных актах реальные предметы и явления. Выражая представления ученых о таких характеристиках действительности, которые не только невозможно зафиксировать с помощью прямого чувственного восприятия, но само действительное проявление которых является проблематичным, мысленные модели позволяют строить более полные и целостные картины мира, в которых данные, полученные на эмпирическом уровне, соединяются с характеристиками, обладающими статусом «возможно существующих». В связи с этим особое значение в современной практике науки приобрел так называемый «М. э.», состоящий в конструировании и целенаправленном преобразовании «идеального объекта», представляющего в сознании ученого тот фрагмент действительности, на который направлено его внимание. В отличие от традиционного эксперимента, в данном случае все познавательные операции осуществляются в воображаемой реальности. Ученый, исходя из имеющихся в его распоряжении знаний, мысленно создает условия, в которых объект его интереса мог бы проявить определенные характеристики, отсутствующие в непосредственной действительности. Изменяя воображаемые условия, исследователь как бы подвергает идеальный объект различным воздействиям, фиксируя возможные изменения в его поведении. Одним из первых ученых, использовавших в своей практике М. э., считается Г. Галилей. В современной науке этот вид познавательной деятельности распространен достаточно широко в самых различных областях. С помощью М. э. ученые получают возможность отвлекаться от некоторых ограничений, с которыми они сталкиваются в конкретных ситуациях при практическом взаимодействии с окружающим миром. В результате удается построить общее абстрактное описание действительности, «какой она могла бы быть в идеальных условиях». Сегодня теоретики создают множество различных описаний реальных и воображаемых состояний мира (так называемые «возможные миры»), что обеспечивает целостный характер научной картины мира. С.С. Гусев

Одной из наиболее очевидных форм проявления деятельности воображения в науке является мысленный эксперимент. К мысленному эксперименту обращался еще Аристотель, доказывая невозможность пустоты в природе, т. е. используя мысленный эксперимент, чтобы отвергнуть существование тех или иных явлений. Широкое применение мысленного эксперимента начинается, видимо, с Галилея. Во всяком случае, Э. Мах в своей «Механике » полагает, что именно Галилей первым дал достаточное методологическое указание на мысленный эксперимент как на особое познавательное образование, квалифицируя его как воображаемый эксперимент.

Мысленный эксперимент не сводим к оперированию понятиями, но представляет собой познавательное образование, возникающее на основе воображения в процессе рационального познания.

Мысленный эксперимент - это вид познавательной деятельности, строящийся по типу реального эксперимента и принимающий структуру последнего, но развивающийся целиком в идеальном плане . Именно в этом принципиальном пункте проявляется здесь деятельность воображения, что и дает основание называть данную процедуру воображаемым экспериментом.

Мысленный эксперимент - деятельность, осуществляемая в идеальном плане, способствующая появлению у познающего субъекта новых эвристических возможностей как в логикопонятийном, так и в чувственнообразном отображении действительности. Мысленный эксперимент, замещая в некотором роде материальный, служит его продолжением и развитием. Субъект может произвести, например, косвенную проверку истинности знания, не прибегая к реальному экспериментированию там, где это затруднительно или невозможно. Кроме того, мысленный эксперимент позволяет исследовать ситуации, нереализуемые практически, хотя и принципиально возможные.

Поскольку мысленный эксперимент протекает в идеальном плане, особую роль в обеспечении реальной значимости его результатов играет корректность форм мысленной деятельности. При этом очевидно, что мысленное экспериментирование подчиняется логическим законам. Нарушение логики в оперировании образами в мысленном эксперименте ведет к его разрушению. В мысленном эксперименте активность развертывается в идеальном плане, и специфическими основаниями объективности в данном случае являются логическая корректность оперирования с образами, с одной стороны, и активность воображения - с другой. Причем решающая роль, как и должно быть в эксперименте, принадлежит здесь «чувственной» стороне, т. е. воображению.

Мысленный эксперимент, таким образом, отличается от реального эксперимента, с одной стороны, своей, так сказать, идеальностью, а с другой - присутствием в нем элементов воображения как базиса оценки идеальных конструкций.

Так с помощью воображения, достаточно жестко направляемого логикой, Галилей представляет ситуацию, в которой причины, мешающие свободному движению тела, полностью устранены. Тем самым он преступает грань реально возможного, но зато со всей возможной очевидностью демонстрирует осуществимость инерциального движения - тело будет сохранять свое движение бесконечно долго.

Продуктивная мощь воображения представила здесь ситуацию, невозможную с точки зрения аристотелевской физики. И Галилей отдавал себе отчет в том, что аристотелевской физике противостоит воображаемый результат мысленного эксперимента - тело, продолжающее движение в отсутствии движущих его сил, есть нечто невозможное с точки зрения физики.

Таким образом, именно логическая оппозиция конкурирующих теорий образует контекст, в котором вполне допустимыми оказываются недопустимые (с какой-либо из конкурирующих позиций) предположения и сумасшедшие гипотезы. Короче, допустимым оказывается воображение во всех смыслах этого слова.