Понятие мысленного эксперимента. Содержательный анализ некоторых знаменитых мысленных экспериментов в физике.

Понятие мысленного эксперимента

Определение из лекции Эрекаева:

М.Э. — это особая теоретическая процедура, заключающаяся в получении нового или проверке имеющегося знания путем конструирования идеализированных объектов и манипулирования ими в искусственно, в условно задаваемых ситуациях.

Определение из Философского словаря:

М.Э. — это особая теоретическая процедура, заключающаяся в получении нового или проверке имеющегося знания, экспликации (дополнение/расшифровка информации) законов и положений теории путем конструирования и/или использования уже существующих идеализированных объектов и/или образов реальных объектов, процессов и ситуаций и (теоретического) манипулирования ими в искусственно, условно задаваемых ситуациях.

Знаменитые М.Э.

Классическая механика

1. Эксперимент Галилея об одновременном падении тел
2. Эксперимент Галилея “в трюме корабля”
3. Ньютон: вращающееся ведро с водой .

Релятивизм

1. Эйнштейн: бег за световой волной
2. Поезд Эйнштейна (СТО)
3. Лифт Эйнштейна (ОТО)

Квантовая механика

1. ЭПР-эксперимент (КМ)
2. Кот Шредингера (КМ)
3. Друг Вигнера (КМ)
4. Черная дыра как генератор энергии

Методология М.Э.:

• Увидеть идею М.Э.
• Подобрать объекты и процессы для конструирования М.Э.
• Корректно сконструировать М.Э.
• Провести (осуществить) М.Э.
• Проанализировать результаты.
• Сделать адекватные выводы М.Э.

Эксперимент Галилея об одновременном падении тел

Эксперимент Галилея “в трюме корабля”

Ньютон: вращающееся ведро с водой

Эйнштейн: бег за световой волной

Поезд Эйнштейна (СТО)

Лифт Эйнштейна (ОТО)

ЭПР-парадокс (парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена)

Схема эксперимента такова. Берутся две элементарных частицы с суммарным нулевым импульсом, разнесенные на достаточное расстояние, так, чтобы они не могли взаимодействовать. Потом у одной частицы точно (т. е. с очень малой погрешностью) измеряется импульс, а у другой частицы после этого точно измеряется координата. Тогда у второй частицы будет точно измерен и импульс, и координата, что невозможно согласно соотношению Гейзенберга.
Авторы этого парадокса полагали, что подобный эксперимент либо не согласуется с квантовой механикой, либо не будет выполнен принцип причинности, согласно которому по их мнению первая частица, изменив свое состояние, не может мгновенно на расстоянии подействовать на вторую.

Объяснение парадокса согласно современной интерпретации квантовой механики заключается в том, что измерение одной частицы меняет сразу состояние всей системы, состоящей из двух частиц. После измерения импульса у первой частицы, вторая частица перейдет также в состояние с определенным импульсом. Это указывает на нелокальность законов квантовой механики, а парадокс вызывает явно или неявно допускаемая локальность физических законов. С помощью аналогов ЭПР-эксперимента описано явление под названием «квантовая телепортация».

Кот Шредингера

Друг Вигнера

Черная дыра как генератор энергии