Сущность мысленного эксперимента как метода: Эксперимент мысленный — Гуманитарный портал

Философия Декарта уходит корнями в его математику. Он изобрел аналитическую геометрию — метод решения геометрических задач алгебраически и алгебраических задач геометрически — которая лежит в основе исчисления бесконечно малых, разработанного сэром Исааком Ньютоном (1642–1727) и Готфридом Вильгельмом Лейбницем (1646–1716). Метод, обсуждаемый в его «Рассуждениях о методе » , по сути, является расширением аналитического математического метода, который он применяет ко всем отраслям науки.

Первыми картезианцами были голландские и французские физики и физиологи, которые пытались объяснить физические и биологические явления исключительно в механистических терминах, то есть исключительно в терминах материи и ее движения и особенно без обращения к аристотелевским понятиям, таким как форма и конечная причина. Первый ученик Декарта в Нидерландах, Хенрик Региус (1598–1679), преподавал картезианскую физику в Утрехтском университете, хотя, к огорчению Декарта, отверг метафизику Декарта как не имеющую отношения к науке.Другой ученик, французский теолог и философ Николя Мальбранш (1638–1715), вместе с Декартом верил, что животные — это просто машины и, следовательно, неспособны ни мыслить, ни чувствовать; Говорят, что он ударил ногой беременную собаку, а затем отчитал критиков, таких как Жан де Лафонтен (1621–1695), французский писатель басен о животных, за то, что они изливали свои эмоции на таких незначительных существ, а не беспокоились о человеческих страданиях. В Париже лекции Пьера-Сильвена Режиса (1632–1707) по картезианской физике, которые он сопровождал зрелищными демонстрациями физических явлений, таких как оптические иллюзии, вызвали такую ​​сенсацию, что Людовик XIV запретил их.Поскольку картезианство бросало вызов традиционной аристотелевской науке, которую поддерживала Римско-католическая церковь, и поскольку церковь также стояла за так называемым «божественным правом» королей править, король опасался, что любая критика традиционной власти может вызвать недовольство. революция. (Позже, в XVIII веке, акцент Декарта на способности каждого человека мыслить самостоятельно поддержал дело республиканизма.)

Достижения в области механического искусства и ремесел послужили практической основой декартова механизма.В 17 веке были хорошо известны механические изобретения, такие как статуи, которые ходили и разговаривали с помощью рычагов и тяг, а также органы, в которых использовалась сила воды. Математик Блез Паскаль (1623–1662) изобрел вычислительную машину, основанную на принципах, разработанных мастерами часов и изобретателями прядильных и вязальных машин, такими как англичанин Уильям Ли. Первыми изобретателями, непосредственно вдохновленными Декартом, были французский мастер Жан Ферье, который попытался создать гиперболические линзы по образцу Декарта, и Этьен де Вильбрессье, который в сотрудничестве с Декартом разработал улучшенный водяной насос.

Механизм был продвинут одним из современников Декарта, математиком и философом Марин Мерсенн (1588–1648). Пьер Гассенди (1592–1655) попытался вывести его теоретически из атомизма древнегреческого философа Эпикура (341–270 до н. Э.), Который считал, что реальность в конечном итоге состоит из «атомов», движущихся в «пустоте». Впервые движение было научно изучено итальянским математиком и астрономом Галилео (1564–1642).

Согласно Декарту, материальная вселенная состоит из бесконечно большой совокупности бесконечно делимой материи, которая разделена на тонкую материю пространства и более плотную материю тел определенным количеством движения, которое передается и сохраняется Богом.Тела кружатся, как листья в вихре, в вихрях, таких же больших, как планеты, вращающиеся вокруг Солнца, и таких же маленьких, как вихри крошечных вращающихся шариков света. Все соединения и разъединения тел являются механическими и возникают в результате столкновений других движущихся тел. Поскольку количество движения сохраняется в соответствии с законами природы, декартовский материальный мир демонстрирует своего рода детерминизм. После первоначального импульса мир закономерно развивается. Если бы скорости и положения всех вращающихся частей материи во Вселенной в любой момент можно было полностью описать, то полное описание их скоростей и положений в любое более позднее время можно было бы вывести с помощью вычислений, основанных на законах движения.Конечно, только Бог обладает безграничным интеллектом, необходимым для выполнения этих вычислений.

Хотя Бог является первичной причиной существования материальной вселенной и законов природы, все физические события — все движения и взаимодействия тел — происходят из вторичных причин, то есть из-за столкновения тел друг с другом. Бог просто олицетворяет единообразие и последовательность законов природы. Это заставило Блеза Паскаля жаловаться на то, что единственная цель, которой Бог служит в системе Декарта, — это инициировать движение в материальном мире и гарантировать его сохранение и единообразие природы.

Картезианство подверглось критике в Англии философом-платоником Генри Мором (1614–1687 гг.) И было популяризировано Антуаном Ле Грандом (1629–1699 гг.), Французским францисканцем, который написал изложение остроумного представления картезианцев о свете и цвете. Согласно популярным версиям этого описания, свет состоит из крошечных вращающихся шариков из высокоэластичной тонкой материи, которые летают по воздуху по прямым линиям и отскакивают, как шары, под углами, соответствующими оптическим законам отражения и преломления.Разные цвета вызваны разной скоростью и вращением глобусов, которые сами по себе определяются текстурой поверхностей, на которых глобусы отражаются, преломляются или проходят. Спектр цветов, наблюдаемый при прохождении света через треугольную призму, объясняется тем, что шары проходят через более толстые части призмы медленнее, чем через более тонкие. Тот же самый спектр цветов возникает, когда свет проходит через более толстые и более тонкие части дождевых капель, образуя радугу.Хотя позже Ньютон и Лейбниц показали, что простые механистические принципы, лежащие в основе этих объяснений, неспособны объяснить силы гравитации и химической связи, следует отметить, что картезианская теория света в принципе аналогична современной точке зрения, согласно которой разные цвета производятся светом с разной длиной волны.

К концу 17 века большая часть картезианской физики была вытеснена ньютоновской математической физикой.Картезианцы признали, что законы движения Декарта ошибочны и что от его принципа сохранения движения следует отказаться в пользу принципов сохранения энергии Ньютона, или vis viva (латинское: «живая сила»), и линейного количества движения. Хотя Трактат (1671) Жака Ро, ведущего исследователя картезианской физики, был переведен на английский в 1723 году учеником Ньютона Сэмюэлем Кларком (1675–1729) и братом Кларка, их исправления и аннотации превратили труд в экспозицию Ньютоновская физика.Тем не менее этот прогресс понравился бы Декарту, который сказал, что для развития научного знания потребуются столетия работы.

Качественные инструменты и экспериментальная философия

Philos Psychol. 2016 16 ноября; 29 (8): 1128–1141.

Джеймс Эндоу

^a Департамент философии , Университет Рединга , Рединг, Великобритания

^a Департамент философии , Университет Рединга , Ридинг, Великобритания

Поступило 18 ноября 2015 г. ; Принята в печать 29 февраля 2016 г.

Abstract

Экспериментальная философия привносит в философию эмпирические методы. Эти методы используются для выяснения того, как люди думают о таких интересных с философской точки зрения вещах, как знания, мораль и свобода. В этой статье исследуется вклад качественных методов в работу этого предприятия. Я утверждаю, что качественные методы могут внести гораздо больший вклад, чем они были до сих пор. Попутно я признаю несколько типов сопротивления, с которыми могут столкнуться сторонники качественных методов в экспериментальной философии, и даю основания считать их необоснованными.

Ключевые слова: Концептуальный анализ, экспериментальная философия, интуиция, интуитивная обработка, философская методология, качественные методы, количественные методы, рефлексивная обработка

Раздел 1 знакомит с экспериментальной философией и описывает современные методы философов-экспериментаторов. Раздел 2 представляет собой базовое введение в качественные методы, сбор и анализ данных, а также формулирует, как такие методы могут способствовать экспериментальной философии. Раздел 3 формулирует главную потенциальную линию сопротивления внедрению качественных методов, которая фокусируется на идее, что экспериментальные философы заинтересованы в исследовании определенных типов умственной обработки — интуитивной обработки — для которых качественная методология была бы плохим ресурсом.Раздел 4 отвечает на это возражение, исследуя основные мотивы экспериментальной философии и различные способы утверждения, что эмпирические данные могут внести важный философский вклад, не находя оправдания почти исключительной ориентации на интуитивную обработку. Затем в разделе 5 рассматривается ряд других возражений и разъясняются мои рекомендации, прежде чем я закончу в разделе 6.

1. Экспериментальная философия

Экспериментальная философия — это новая суб-дисциплина философии.Философы-экспериментаторы стремятся внести свой вклад в философию, используя эмпирические инструменты, чтобы исследовать, как люди (обычно обычные люди, хотя иногда сами философы или другие группы населения) думают о философски интересных явлениях.

Верные своему названию, философы-экспериментаторы проводят эксперименты. В этих экспериментах участники рассматривают случаи, и их суждения о случаях записываются. Например, участник может рассмотреть случай Геттиера (1963) и спросить, в какой степени он согласен с утверждением «Джон знает, что…».Философы-экспериментаторы стремятся не просто выяснить , какие суждения люди выносят по поводу конкретных случаев, они «проводят систематические эксперименты, направленные на понимание того, как людей обычно думают о проблемах, лежащих в основе философских дискуссий» (The Experimental Philosophy Page, nd) . Философские эксперименты исследуют факторы, влияющие на суждения участников. Эти факторы включают межличностные факторы, такие как этническая принадлежность, но чаще всего эти факторы являются внутриличностными.Внутриличностный фактор может иметь отношение к содержанию дела, например, насколько сильно Джон прав. Или это может касаться условий, в которых участник рассматривает дело. Страдает ли участник от истощения эго? Находится ли участник в среде с запахом или без запаха (см. Schnall et al., 2008)? ¹

Хотя экспериментальная философия заинтересована в том, как участники думают о значимых проблемах, участников этих экспериментов почти никогда не спрашивают, какие факторы, по их мнению, имеют значение при принятии решений.Их обычно даже не спрашивают, например:

Укажите уровень вашего согласия со следующим утверждением:

При принятии решения были важны соображения удачи

(не согласен) 1-2-3 — 4 — 5 — 6 — 7 (согласен)

Другими словами, философы-экспериментаторы обычно не пытаются выяснить, что сознательно происходит в головах участников, когда они думают о философски интересных вещах.

Мы рассмотрим, почему это так, в разделе 3. Однако сначала мы должны отметить, что существует множество эмпирических инструментов, предназначенных для того, чтобы понять, как участники думают именно в этом смысле. Приведенная выше шкала — довольно грубый способ сделать это. Лучше всего собрать качественные данные. Давайте быстро посмотрим, что это повлечет за собой и как философы могут использовать качественные данные.

2. Качественные методы

Этот раздел не предназначен как руководство по использованию качественных методов в философии, ни как исчерпывающий обзор качественной методологии.Это краткое и неполное введение в качественные методы для тех, кто с ними не знаком. Я концентрируюсь на тех аспектах качественной методологии, которые, по моему мнению, будут наиболее полезны философам.

2.1. Сбор качественных данных

Отличительной особенностью качественных данных является то, что они включают открытые ответы. ² Участников не просят отвечать «да» или «нет», а также не просят указать уровень согласия с конкретным утверждением.Скорее, задаются вопросы, которые дают участникам возможность дать открытый ответ на их собственном языке.

Самый простой способ сбора качественных данных — это опросы, включающие вопросы с открытыми ответами. Эту форму сбора качественных данных можно рассматривать как альтернативный способ проведения структурированного качественного интервью. Устные интервью исторически являются основой качественных исследований. Интервью могут быть более или менее структурированными.Более структурированное интервью очень похоже на анкету исследования, хотя интервьюер зачитывает вопросы вслух, а интервьюируемый отвечает вслух (Brinkmann, 2014). Сильно структурированные интервью также можно проводить по электронной почте. Можно использовать телефонные интервью (философы-экспериментаторы в некоторой степени использовали телефонные опросы, но не для сбора качественных данных, см. Ahlenius & Tännsjö, 2012).

Личное интервью более типично для качественных исследований, так как дает больше свободы в структуре интервью.На более неструктурированном конце шкалы, «после вступительного запроса на повествование основная роль интервьюера — оставаться слушателем… время от времени задавая вопросы, которые могут прояснить» (Brinkmann, 2014). Во всех случаях, структурированный или неструктурированный, разговор записывается и, при необходимости, транскрибируется. Стоит отметить, что в дополнение к вопросам интервьюер может использовать другие подсказки для получения ответа от участников, такие как изображения, мысленные эксперименты или интересные с философской точки зрения случаи.

Фокус-группы — еще один способ собрать качественные данные. Фокус-группа — это неформальное обсуждение между небольшой группой участников, обычно численностью от шести до восьми и редко более двенадцати (Wilkinson, 1998). Это обсуждение по теме, предложенной исследователем. Опять же, это могут быть вопросы, образы, философски интересный случай или мысленный эксперимент. Обсуждение может быть более или менее структурированным. Обсуждением может руководить модератор, часто исследователь, но цель состоит в том, чтобы зафиксировать обсуждение между участниками.Опять же, обсуждение записывается и расшифровывается.

Последний метод сбора данных, который я рассмотрю, — это то, что я назову «исследованием мысли вслух» (предысторию таких методов см. Van Someren et al., 1994). В контексте, который я имею в виду, такое исследование может предполагать, что участника попросят заполнить анкету того типа, который используется в стандартных философских экспериментах, и при его заполнении попросят думать вслух, озвучивая свои мыслительные процессы, когда они решают, как это сделать. ответьте на вопросы анкеты.Опять же, это можно записать и расшифровать. (Такие методы иногда называют «анализом параллельных протоколов», см. Baldacchino et al., 2014.) Альтернативный метод заключается в том, что участники заполняют опрос, а затем просят их сформулировать, почему они ответили на вопросы именно так.

2.2. Качественный анализ данных

Анализ качественных данных может принимать различные формы. Существует несколько установленных парадигм качественного исследования, которые предусматривают определенные подходы (например, см. Bryant & Charmaz, 2007 on Gounded Theory или Smith et al., 2009 по интерпретативному феноменологическому анализу). Однако я предвижу более простой подход, который больше всего пригодится философам. Здесь я опишу базовый подход к анализу качественных данных (подробнее об основах см. Saldaña, 2013).

При сборе качественных данных обычно получается большой объем текста. Затем этот текст разбивается на сегменты и кодируется. Соответствующая длина сегментов зависит от цели исследования, но довольно типичной единицей может быть предложение или небольшая группа предложений.Исследователь назначает сегменты коду или набору кодов, которые идентифицируют определенные темы в данных. Коды могут отражать определенные идеи, выраженные в тексте. Они также могут представлять другие особенности текста, такие как путаница, очевидное противоречие или пересмотр убеждений. Коды также могут быть сгруппированы под кодами более высокого порядка, чтобы лучше представлять возникающие темы.

Исследователь разрабатывает руководство по кодированию, содержащее четкое и точное описание каждого кода. Это помогает обеспечить последовательность в кодировании.Это облегчает установление межкодерной надежности, так что, когда несколько кодировщиков работают с одним и тем же руководством, можно проверить степень согласия кодировщиков. Руководство по кодированию может быть определено заранее (это иногда называют «априори»). Однако чаще создание окончательного руководства по кодированию при анализе качественных данных представляет собой итеративный процесс. Это означает, что кодирование выполняется в несколько этапов по мере разработки руководства по кодированию.

Полностью готовое руководство по кодированию может подойти для некоторых исследовательских целей.Во многих философских приложениях может оказаться целесообразным заранее установить определенные коды. Например, в исследовании «думай вслух» можно было бы искать определенные типичные проблемы, с которыми сталкиваются участники. На другом конце шкалы исследователи могут быть полностью открыты на первом этапе процесса итеративного кодирования. Это означает, что исследователь подходит к тексту, не имея в виду конкретных гипотез, пытаясь отделить свой анализ от любых ожиданий, которые они имеют в отношении важных тем.Полностью открытое начальное кодирование, вероятно, не подходит для философского использования, поскольку вопросы исследования, вероятно, будут более целенаправленными. Однако разрешение на разработку руководства по кодированию посредством итеративного процесса кодирования не означает, что начальные этапы кодирования должны быть открытыми. Идея такого итеративного процесса состоит в том, что по мере кодирования данных сами коды развиваются по мере развития понимания даты. В ходе этого процесса описания кодов могут быть уточнены. Может возникнуть необходимость свернуть коды или создать новые.Разобравшись в лучшем понимании возникающих тем, вам, вероятно, придется вернуться и перекодировать данные, используя усовершенствованное руководство по кодированию. Процесс качественного анализа часто повторяется, когда исследователи кодируют и перекодируют до тех пор, пока они не будут довольны тем, что коды отражают темы, очевидные в данных.

Важно отметить, что количественная информация может помочь в анализе качественных данных. Например, информация о частотах определенных кодов или слов в данных, данных о совместном использовании слов или наложении определенных кодов может помочь идентифицировать важные темы в данных.

2.3. Философское использование качественных методов

Философы-экспериментаторы не склонны использовать качественные методы. Краткий количественный обзор иллюстрирует этот факт. Был составлен список статей 2014 года, проиндексированных популярным ресурсом философов-экспериментаторов (The Experimental Philosophy Page, n.d.). ³ Полный список содержал 57 статей. Они были классифицированы как неэмпирические (т. Е. Не представляющие новых данных), количественные и качественные.Статьи были классифицированы как качественные только в том случае, если качественные данные были собраны, проанализированы и представлены в представленных результатах (как нечто иное, чем проверка манипуляции). Из 36 эмпирических статей в выборке только одна была классифицирована как качественная. ⁴ Моя главная цель в этой статье — доказать, что качественные методы могут внести гораздо больший вклад в экспериментальную философию, чем в настоящее время.

Как философы-экспериментаторы могут использовать качественные методы? Я думаю, что самый важный вклад, который они должны внести, — это дополнить методы, уже используемые философами-экспериментаторами.Качественные инструменты обычно используются в дополнение к другим типам методов. Например, Уилкинсон (1998) отмечает, что фокус-группы часто используются либо «на начальном этапе исследования или генерации гипотез, до разработки… вопросника» (стр. 184), либо «на последнем этапе наблюдения, чтобы продолжить. интересный результат крупномасштабного исследования или просто для того, чтобы добавить проекту насыщенности и глубины »(стр. 184–185).

Каковы преимущества использования более качественных инструментов? Качественные методы могут использоваться, чтобы понять, как участники думают и говорят о философски интересных для себя явлениях.Конечно, это можно сделать с помощью количественных опросов. Однако качественные методы могут дать исследователям гораздо более глубокое понимание. Причина в том, что они устраняют определенные преграды. Например, в противном случае может быть очень непонятно, как участники понимают вопрос, который им задают. Или могут быть очень важные аспекты того, как данный участник думает о проблеме, которые фиксированный формат ответа может не дать возможности выразить и которые, следовательно, останутся неизвестными философии. Еще один барьер, который устраняется, заключается в том, что участники могут отвечать своими словами, чтобы можно было понять, каким образом «философское» использование термина, используемое в экспериментальных материалах философа, может не совпадать со способами. обычные люди используют этот термин.

Например, Strohminger and Nichols (2014) исследуют народные представления о личной идентичности в пяти экспериментах. ⁵ Главный вывод состоит в том, что «моральные качества [такие как честность и расизм] считаются более важными для личной идентичности, чем любая другая часть разума» (стр. 168). Можно задаться вопросом, как именно эти результаты должны использоваться в философских дебатах о личности. Можно задаться вопросом, следует ли интерпретировать участников как выражающих какие-либо мысли о числовой идентификации личности, когда они выбирают один конец шкалы («Джек теперь совершенно другой»), а не другой («Джек — тот же человек, что и раньше»).Такого рода вопросы можно задать о многих философских экспериментах. Иногда их можно поднимать в пренебрежительном контексте, подразумевая, что участники просто не понимают соответствующих философских концепций, что подрывает результаты. Но я поднимаю их здесь не в этом контексте. Такие результаты, как результаты Штромингера и Николса, ценны не только потому, что они касаются мыслей участников о личной идентичности , как это обычно понимается философами . Если окажется, что обычные люди не имеют особого отношения к философскому понятию личностной идентичности и что ощущение человека, «являющегося тем же человеком, что и прежде», имеет для них совершенно иное значение, это является важным с философской точки зрения открытием.Причина, по которой я поднимаю здесь эти вопросы, заключается в том, что без дополнительных данных трудно определить , какой философски интересный урок извлечь из таких исследований — тот, который касается понимания философами личной идентичности, или другой. Какие еще данные нужны? Самый эффективный метод — это сбор качественных данных, возможно, в формате интервью, который позволит исследователям гибко проверить, как участники думают о личной идентичности. Такое интервью можно начать с просьбы участников просто объяснить своими словами, почему они дают ответы, которые они делают, или что они имеют в виду, когда говорят, что «Джек такой же человек, как и раньше», а затем уточняют этот ответ по порядку. чтобы получить более глубокое понимание. ⁶

Для других философских целей может быть более полезным что-то вроде фокус-группы. Преимущества фокус-групп включают тот факт, что они позволяют понять, как участники говорят и используют философские концепции в реальном мире. В индивидуальном интервью участники беседуют с исследователем, который ведет обсуждение, используя определенный язык и в соответствии с пониманием исследователем проблемы. Конечно, фокус-группа не может гарантировать полной экологической обоснованности, так сказать, поскольку это все еще довольно искусственная обстановка. ⁷ Тем не менее, они представляют собой заметное улучшение ответов на опросы или других типов интервью. Направление и язык разговоров определяется в первую очередь самими участниками, а не исследователем. Философский вопрос, который я могу представить, исследуемый таким образом, — это степень, в которой обычное мышление о различиях между убеждениями, мыслями и знаниями отображается на философских дискуссиях в эпистемологии. Почему это был бы ценный проект? Что ж, многие эпистемологи признают, что такие термины, как «верить» и «знать», используемые философами, во многом не связаны с обычным использованием этих терминов.Является ли это проблемой, зависит от вашей общей метафилософской позиции. Возможно, вы думаете, что термины, используемые философами, — это просто термины искусства, а сходство с обычными английскими словами — отвлекающий маневр, и в этом случае не было бы ничего удивительного, если бы вас не интересовала та эмпирическая работа, которую я предлагаю. Возможно, однако, вы думаете, что важность и интерес многих эпистемологических дебатов коренится в загадках, которые возникают в нашей обычной эпистемологической жизни, в наших обычных способах мышления и разговоров о убеждениях и в наших обычных практиках формирования убеждений.И, если это описание подходит, вы должны признать ценность проекта, который пытается сформулировать, как люди сознательно думают о убеждениях и их формировании.

Хофманн и его коллеги (2014) используют другую технику для той же цели. Они мотивируют свое исследование следующим образом:

Несмотря на значительный научный и практический интерес к вопросам морали, практически ни одно исследование не выводило науку о морали из этих искусственных условий и прямо спрашивало людей о том, думают ли они о морали и аморальности в процессе их повседневный жизненный опыт.

Они предложили каждому участнику своей выборки (N = 1252) отвечать на опрос через свой смартфон пять раз в день в течение трех дней. Во-первых, участников попросили указать, совершили ли они моральное или аморальное действие, стали их целью или были свидетелями. Затем последующие вопросы включали вопросы с открытым ответом о том, о чем было мероприятие, его месте и так далее. Эти ответы были закодированы в соответствии с руководством, основанным на исследованиях по теории моральных основ (см.г., Graham et al., 2012). Хофманн и его коллеги заключают, что их «повседневный подход» предлагает новые категории, такие как честность и самодисциплина, которые не являются частью теории моральных основ. Исследование также показывает, что различия в том, как либералы и консерваторы думают о моральных вопросах, более тонкие, чем можно было бы предположить с помощью контролируемых экспериментов.

Одна область, в которой сбор качественных данных может быть особенно полезен для философов-экспериментаторов, находится в стадии развития.Шкала — это устройство, используемое в количественном исследовании для измерения некоторой конструкции или набора конструкций. В экспериментальной философии шкала свободы воли и моральной ответственности была разработана для оценки степени, в которой участники думают, что в конкретных случаях участвует агент, который является свободным и морально ответственным (см. Andow & Cova, 2016, в качестве примера использования этой шкалы). . Весы состоят из ряда «пунктов» или утверждений. Участников просят указать уровень их согласия с каждым пунктом или указать, насколько близко, по их мнению, данный пункт их описывает. ⁸

Разработка шкалы включает несколько этапов. Первый шаг обычно включает создание ряда элементов, а затем их уточнение, чтобы найти подмножество или подмножества с высокой внутренней достоверностью. Один из способов сделать это для исследователей — предложить ряд вопросов, которые, по их мнению, могут иметь отношение к делу. Однако это потенциально весьма ограничивает, если кто-то действительно хочет понять, как участники думают об этих проблемах.

Использование качественных данных может помочь избежать этих ограничений по крайней мере двумя способами.Во-первых, открытые данные предварительного опроса можно использовать на начальных этапах в качестве источника вопросов для дальнейшей масштабной разработки. Например, в качестве пунктов можно использовать точные цитаты участников. Это дает некоторую уверенность в том, что шкала будет измерять наиболее важные аспекты того, как участники думают о соответствующих проблемах. Во-вторых, качественные данные могут быть полезны при оценке подлинности предметов или наборов предметов. Например, они могут быть применены к конечному продукту, помогая оценить внешнюю достоверность уточненной шкалы.Исследователь может подвергнуть ряд вопросов размышлению вслух. Затем анализ собранных данных может позволить идентифицировать проблемы с элементами, которые могут поставить под сомнение достоверность любой шкалы, использующей их (например, элементы, которые участники систематически понимают так, что не соответствует ожиданиям исследователей). ⁹

3. Качественные методы и интуитивная обработка

В этом разделе я рассматриваю принципиальное возражение против моего предложения о том, что качественные методы могут внести большой вклад в экспериментальную философию.Я серьезно отношусь к этому возражению, поскольку это убедительный аргумент в пользу того, что философы-экспериментаторы должны избегать качественных методов. Тем не менее я считаю это возражение ошибочным. Этот раздел не касается того, почему на самом деле философов-экспериментаторов не слишком широко использовали качественные методы. На этот вопрос не должно быть интересного ответа. Возможно, им просто никогда не приходило в голову, что они еще не дошли до этого или что они оставляют это кому-то другому.

Почему можно подумать, что качественные методы неуместны в экспериментальной философии? Одна правдоподобная причина апеллирует к идее, что экспериментальная философия занимается интуицией . Не все характеристики экспериментальной философии придают этому большое значение. Я не делал этого по причинам, которые должны стать ясными. Однако очень часто экспериментальную философию характеризуют как эмпирическое исследование интуиции (см., Например, Alexander, 2012). Действительно, принято считать, что философская значимость эмпирической работы, проделанной философами-экспериментаторами, основана на идее, что они исследуют интуицию.Идея состоит в том, что интуиция играет роль в философии, и поэтому экспериментальная философия может внести свой вклад в философию, говоря об этом использовании интуиции (подробнее об этом позже).

Если это верно, то есть основания полагать, что качественные методы мало что могут сделать. Существует много споров о том, как охарактеризовать интуицию, но очень распространенная характеристика предполагает, что интуиция — это суждения, не связанные с выводом, которые не являются продуктом сознательного рассуждения, являются довольно немедленными и не обосновываются медленно или тщательно.Может показаться, что есть веские основания полагать, что качественные методы будут почти бесполезны для исследования такого интуитивного мышления. Данные, которые фиксируются качественными методами, касаются более «рефлексивного» мышления. Они фиксируют мысли участников об их процессе обсуждения и их процессе рассуждений, чтобы прийти к ответу. Конечно, нет очевидных причин полагать, что качественные данные в принципе ничего не могут сказать вам о субличностной, «интуитивной» обработке. Другие выступали за такие методы, как изучение мыслей вслух, как способ сделать именно это в контексте изучения интуитивного опыта (Baldacchino et al., 2014). Однако есть основания полагать, что качественные методы не подходят для измерения обычных, субличностных механизмов, лежащих в основе таких процессов, как моральное суждение.

Один из способов развить эту линию возражений основан на психологическом исследовании самопознания участников. Как правило, один из уроков, которые мы извлекли из современной психологии, заключается в том, что участники часто не имеют хорошего доступа к причинам, по которым они выносят суждения, или к тому, как они приходят к решениям — у них, похоже, гораздо меньше доступа, чем мы могли ранее предполагать. (обзор соответствующей литературы см. в Schwitzgebel, 2014).В последние десятилетия психологи обнаружили доказательства того, что большая часть наших решений, по-видимому, определяется процессами, отличными от сознательного мышления.

Иллюстрация Gedankenexperiment. В каждом раунде n = 0, 1, 2,… эксперимента агент \ (\ overline {{F}} \) подбрасывает монету и, в зависимости от результата r , поляризует частицу со спином S в конкретное направление. Затем агент F измеряет вертикальную поляризацию z S. Позже агенты \ (\ overline {{W}} \) и \ ({{W}} \) измеряют все лаборатории \ (\ overline {{L}} \) и \ ({{L}} \) (где последний включает S) для получения результатов \ (\ overline w \) и w соответственно.Для анализа эксперимента мы предполагаем, что все агенты осведомлены обо всей процедуре, как указано во вставке 1, но они расположены в разных местах и, следовательно, проводят разные наблюдения. Агент F, например, наблюдает за z , но не имеет прямого доступа к r . Однако она может использовать квантовую теорию, чтобы сделать выводы о r

. Как указывает термин Gedankenexperiment, мы не утверждаем, что эксперимент технологически осуществим, по крайней мере, не в той форме, которая представлена ​​здесь.Как и другие мысленные эксперименты, его цель не в том, чтобы исследовать природу, а, скорее, в том, чтобы исследовать согласованность наших лучших на данный момент доступных теорий, которые описывают природу — в данном случае квантовой теории. (Можно сравнить это, скажем, с Gedankeneexperiment, позволяя наблюдателю пересечь горизонт событий черной дыры. Хотя у нас нет технологии для проведения этого эксперимента, рассуждения об этом дают нам понимание теории относительности.)

Прежде чем перейти к анализу эксперимента, уместно сделать несколько замечаний о его связи с более ранними предложениями.В случае, когда r = хвосты, агент F получает S, подготовленный в состоянии \ (\ left | \ to \ right \ rangle _ {\ mathrm {s}}. \). Первая часть эксперимента до измерений. выполняется агентами \ (\ overline {\ mathrm {W}} \) и W, тогда эквивалентен оригинальному эксперименту Вигнера, как описано в разделе Введение ² . Кроме того, добавляя к этому измерение лаборатории агента F агентом W, можно получить расширение эксперимента Вигнера, предложенное Deutsch ⁶ (рис.1). Конкретная процедура того, как агент F готовит спин S на первом этапе, описанном во вставке 1, а также выбор измерений мотивированы конструкцией Харди ^7,8 , известной как парадокс Харди. Рассматриваемая здесь схема также аналогична предложению Брукнера ⁹ , который использовал модификацию аргумента Вигнера для получения усиления теоремы Белла ¹⁰ (см. Раздел «Обсуждение»).

Блок 1: Экспериментальная процедура

Этапы повторяются в циклах n = 0, 1, 2,… до тех пор, пока не будет выполнено условие остановки на последнем этапе.Цифры слева указывают время выполнения шагов, и мы предполагаем, что каждый шаг занимает не более одной единицы времени. (Например, в раунде n = 0, агент F начинает свое измерение S в момент времени 0:10 и завершает его до момента времени 0:11.) Определения соответствующих базисных векторов состояния и измерения представлены в таблицах 1 и 2. .

В n : 00 Агент \ (\ overline {\ rm {F}} \) вызывает генератор случайности (на основе измерения квантовой системы R в состоянии \ (\ left | {{\ rm {init }}} \ right \ rangle _ {\ rm {R}} \), как определено в таблице 1), выводит r = головы или r = хвосты с вероятностями \ (\ frac {1} {3} \) и \ (\ frac {2} {3} \) соответственно.Она устанавливает спин S частицы равным \ (\ left | \ downarrow \ right \ rangle _ {\ rm {S}} \), если r = головы и \ (\ left | \ to \ right \ rangle _ {\ rm {S}} \ Equiv \ sqrt {1/2} \ left ({\ left | \ downarrow \ right \ rangle _ {\ rm {S}} + \ left | \ uparrow \ right \ rangle _ {\ rm {S}}} \ right) \) если r = хвосты, и отправляет его F.

На n : 10 Агент F измеряет S wrt основание \ (\ left \ {{\ left | \ downarrow \ right \ rangle _ {\ rm {S}}, \ left | \ uparrow \ right \ rangle _ {\ rm {S}}} \ right \} \ ), записывая результат \ (z \ in \ left \ {{- \ frac {1} {2}, + \ frac {1} {2}} \ right \}.\)

При n : 20 Агент \ (\ overline {\ rm {W}} \) измеряет лабораторные \ (\ overline {\ rm {L}} \) по отношению к. базис, содержащий вектор \ (\ left | {\ overline {{\ rm {ok}}}} \ right \ rangle _ {\ overline {\ rm {L}}} \) (определенный в таблице 2). Если происходит результат, связанный с этим вектором, он объявляет \ (\ overline w = \ overline {{\ rm {ok}}} \), а иначе \ (\ overline w = \ overline {{\ rm {fail}}} \) .

At n : 30 Агент W измеряет L w.r.t. лаборатории. базис, содержащий вектор \ (\ left | {{\ rm {ok}}}} \ right \ rangle _ {{\ rm {L}}} \) (определенный в таблице 2).Если происходит результат, связанный с этим вектором, он объявляет w = ok, а иначе w = неудачно.

При n : 40 Если \ (\ overline w = \ overline {{\ rm {ok}}} \) и w = ok, эксперимент останавливается.

Анализ производственного эксперимента

Мы анализируем эксперимент с точки зрения четырех агентов: \ (\ overline {\ mathrm {F}} \), F, \ (\ overline {\ mathrm {W}} \), и W, у которых есть доступ к разным частям информации (см. рис.2). Мы предполагаем, однако, что все агенты осведомлены обо всей экспериментальной процедуре, описанной во вставке 1, и что все они используют одну и ту же теорию. Таким образом, можно думать об агентах как о компьютерах, которые, помимо выполнения шагов из блока 1, запрограммированы на то, чтобы делать выводы в соответствии с заданным набором правил. Далее мы определяем эти правила как предположения (вставки 2–4).

Первое такое предположение, Предположение (Q), состоит в том, что любой агент A «использует квантовую теорию». Под этим мы подразумеваем, что A может предсказать результат измерения любой системы S вокруг него с помощью квантово-механического правила Борна.{n: 00} \) выше не зависит от каких-либо наблюдений, поэтому время n : 00, которое мы ему присвоили, довольно произвольно. Однако это отличается от следующего оператора, который основан на знании значения r . Предположим, что агент \ (\ overline {\ mathrm {F}} \) получил r = хвосты на выходе генератора случайных чисел в раунде n . {{n: 00}} \ left | {{\ mathrm {init}}} \ right \ rangle = 1 \ ;.{n: 00} \) — оператор Гейзенберга, принадлежащий событию \ (\ overline w = \ overline {{\ mathrm {ok}}} \) и \ (w = {\ mathrm {ok}} \), как определено в таблице 2. Следовательно, согласно квантовой механике, агент W может быть уверен, что результат \ ((\ overline w, w) = (\ overline {{\ mathrm {ok}}}, {\ mathrm {ok}) }) \) происходит после конечного числа раундов. Это соответствует следующему утверждению (которое действительно может быть получено с помощью (Q), как показано в разделе «Методы»).

Заявление W ^{0 : 00} : «Я уверен, что существует раунд n , в котором выполняется условие остановки в момент времени n : 40.

Теперь агенты могут получать дополнительные утверждения, рассуждая о том, как они будут рассуждать с точки зрения других агентов, как показано на рис. 3. Чтобы включить такое вложенное рассуждение, нам нужно другое предположение, Предположение (C); см. вставку 3.

Последовательное рассуждение в соответствии с предположением (C). Если теория T (например, квантовая теория) допускает последовательные рассуждения (C), то она должна позволять любому агенту A продвигать выводы, сделанные другим агентом A ‘, к своим собственным выводам, при условии, что A’ имеет такие же начальные знания об эксперименте. и причины в рамках той же теории Т.{{{n: 00}}} \), у эксперимента есть заключительный раунд n , в котором условие остановки будет выполнено, что, в частности, означает, что агент \ (\ overline {\ mathrm {W}} \) объявляет \ (\ overline w = \ overline {{\ mathrm {ok}}} \). Агент W из этого делает вывод, что утверждение W ^{n : 28} таблицы 3 выполняется в этом раунде, то есть он уверен, что он увидит w = сбой в момент времени n : 31. Однако в этом финальном раунде он, тем не менее, соблюдает w = ok! Таким образом, мы пришли к противоречию — если агент W не согласится с тем, что w одновременно допускает несколько значений.Для нашего обсуждения ниже будет полезно ввести явное предположение, называемое Предположением (S), которое этого не допускает; см. Вставку 4.

Вставка 2: Допущение (Q)

Предположим, что агент A установил, что

Заявление A ⁽ⁱ⁾ : «Система S находится в состоянии \ (\ left | \ psi \ right \ rangle _ {\ rm {S}} \) в момент времени t ₀ ».

Кроме того, предположим, что агент A знает, что

Заявление A ⁽ⁱⁱ⁾ : «Значение x получается путем измерения S w.{t_0} \ left | \ psi \ right \ rangle = 1 \) для некоторого \ (\ xi \; \ in \; \ cal {X} \), тогда агент A может сделать вывод, что

Заявление A ⁽ⁱⁱⁱ⁾ : «Я уверен, что x = ξ в момент времени t ».

Вставка 3: Допущение (C)

Предположим, что агент A установил, что

Заявление A ⁽ⁱ⁾ : «Я уверен, что агент A ‘, рассуждая в рамках той же теории, что и я. используя, уверен, что x = ξ в момент времени t .

Тогда агент А может сделать вывод, что

Заявление A ⁽ⁱⁱ⁾ : «Я уверен, что x = ξ в момент времени t ».

Вставка 4: Допущение (S)

Предположим, что агент А установил, что

Заявление A ⁽ⁱ⁾ : «Я уверен, что x = ξ в момент времени t ».

Тогда агент A должен обязательно отрицать это

Заявление A ⁽ⁱⁱ⁾ : «Я уверен, что x ≠ ξ в момент времени t .”

Запрещенная теорема

Заключение приведенного выше анализа можно сформулировать как запретную теорему.

Теорема 1 . Любая теория, удовлетворяющая предположениям (Q), (C) и (S), дает противоречивые утверждения при применении к Gedankeneexperiment из Box 1.

Чтобы проиллюстрировать теорему, мы рассмотрим следующие различные интерпретации и модификации квантовой теории. Из теоремы 1 следует, что любой из них должен нарушать либо (Q), (C), либо (S). Это дает естественную категоризацию, как показано в таблице 4 и обсуждается в следующих подразделах.

Теории, нарушающие предположение (Q)

Предположение (Q) соответствует квантово-механическому правилу Борна. Поскольку предположение касается только частного случая предсказаний с вероятностью 1, оно в значительной степени не зависит от вопросов интерпретации, таких как значение вероятностей в целом. Однако нетривиальный аспект (Q) состоит в том, что он рассматривает правило Борна как универсальный закон. То есть он требует, чтобы агент A мог применить правило к произвольным системам S вокруг него, включая большие системы, которые могут содержать других агентов.Тем не менее, спецификатор «вокруг» имеет решающее значение: предположение (Q) не требует, чтобы агент A мог описывать себя как квантовую систему. Такое требование действительно было бы чрезмерно ограничительным (см. Исх. ¹³ ), поскольку оно немедленно исключило бы интерпретации в духе Копенгагена, согласно которым наблюдаемая квантовая система и наблюдатель должны отличаться друг от друга ^14,15 .

Предположение (Q) явно нарушается теориями, которые постулируют модификацию стандартной квантовой механики, такие как модели спонтанного ^{16,17,18,19,20} и индуцированного гравитацией ^21,22,23 коллапса (см.24 для обзора). Они отклоняются от стандартной теории уже в микроскопических масштабах, хотя эффекты отклонения обычно становятся заметными только в более крупных системах.

В некоторых подходах к квантовой механике просто постулируется, что большие системы являются «классическими», но физический механизм, объясняющий отсутствие квантовых свойств, остается неопределенным. ²⁵ . В представлении, описанном в исх. ³ , например, постулат гласит, что измерительные устройства являются бесконечномерными системами, тогда как наблюдаемые конечны.Это гарантирует неразличимость когерентных и некогерентных суперпозиций в состоянии измерительного устройства. Аналогично, согласно «подходу ETH» ²⁶ , алгебра доступных наблюдаемых зависит от времени и не позволяет отличить когерентные суперпозиции от некогерентных после завершения измерения. Таким образом, общие измерения в системах, которые считают себя измерительными устройствами, исключены. Другой пример — «онтология CSM» ²⁷ , согласно которой измерения всегда должны выполняться в «контексте», который включает в себя измерительные устройства.Затем постулируется, что этот контекст сам по себе не может рассматриваться как квантовая система. Во всех этих интерпретациях правило Борна по-прежнему сохраняется «для всех практических целей», но больше не является универсально применимым законом в смысле предположения (Q) (см. Обсуждение в ссылке ⁴ ).

Другой класс теорий, которые нарушают (Q), хотя и менее очевидным образом, — это особые «интерпретации скрытых переменных (HV)» ²⁸ , наиболее ярким примером которых является «бомовская механика» ^29,30,31 .Согласно общему пониманию, бомовская механика — это «теория вселенной», а не теория подсистем ³² . Это означает, что агенты, применяющие теорию, в принципе должны всегда смотреть со стороны на всю вселенную, описывая себя как ее часть. Эта внешняя перспектива идентична для всех агентов, что обеспечивает согласованность и, следовательно, обоснованность предположения (C). Однако, поскольку (S) также выполняется, из теоремы 1 следует, что (Q) должно быть нарушено (подробнее см. В разделе «Методы»).

Теории, нарушающие предположение (C)

Если теория удовлетворяет (Q) и (S), то по теореме 1 она должна нарушать (C). Этот вывод применим к широкому кругу распространенных толкований квантовой механики, включая большинство вариантов копенгагенской интерпретации. Одним из конкретных примеров является формализм «последовательных историй» (CH) ^33,34,35 , который также похож на подход «декогерентных историй» ^36,37 . Другой класс примеров — это субъективистские интерпретации, которые рассматривают утверждения о результатах измерений как личные для агента, такие как «реляционная квантовая механика» ³⁸ , «QBism» ^39,40 или подход, предложенный в исх. ⁹ (см. Раздел «Методы» для обсуждения формализма CH, а также QBism).

Тот же вывод применим к HV-интерпретациям квантовой механики при условии, что мы используем их для описания систем вокруг нас, а не Вселенной в целом (в отличие от парадигмы бомовской механики, обсуждаемой выше). В этом случае по построению выполняются и (Q), и (S). Это добавляет еще один пункт в длинный список запрещенных результатов для интерпретаций HV: они не могут быть локальными ¹⁰ , они должны быть контекстными ^41,42 , и они нарушают свободу выбора ^43,44 .Из теоремы 1 следует, что они также нарушают (C). В частности, не может существовать присвоение значений HV, которое согласуется с выводами агентов.

Теории, которые нарушают предположение (S)

Хотя интуитивно понятно, (S) не подразумевается простым математическим формализмом квантовой механики. Среди теорий, которые отвергают это предположение, есть «формулировка относительного состояния» и «многомировые интерпретации» ^{6,45,46,47,48} . Согласно последнему, любое квантовое измерение приводит к разветвлению на разные «миры», в каждом из которых происходит один из возможных результатов измерения.Дальнейшие разработки и вариации включают «интерпретацию множества умов» ^49,50 и «теорию параллельных жизней» ⁵¹ . Связанная с этим концепция — «квантовый дарвинизм» ⁵² , цель которого — объяснить восприятие результатов классических измерений в единично развивающейся Вселенной.

Хотя интерпретации многих миров явно нарушают (S), их совместимость с (Q) и (C) зависит от того, как определяется ветвление. Если рассматривать это как объективный процесс, (Q) может быть нарушен (ср.пример в разделе 10 исх. ⁵³ ). Также сомнительно, может ли (Q) поддерживаться, если ветви не сохраняются с течением времени (см. Взгляд без истории, описанный в ссылке ⁵⁴ ).

Неявные предположения

Любой непреодолимый результат, как, например, теорема Белла ¹⁰ , формулируется в рамках определенной структуры, которая включает набор встроенных предположений. Следовательно, всегда возможно, что теория уклоняется от выводов о непрекращающемся результате, не выполняя эти неявные предположения.Здесь мы кратко обсудим, как теорема 1 сравнивается в этом отношении с другими результатами в литературе.

В оригинальной работе Белла ¹⁰ вероятности рассматриваются как примитивное понятие. Точно так же многие современные аргументы в квантовых основах используют вероятностные рамки ^{55,56,57,58,59,60,61,62} . Напротив, вероятности не используются в представленном здесь аргументе — хотя предположение (Q), конечно, мотивировано идеей, что утверждение можно рассматривать как «определенное», если правило Борна присваивает ему вероятность-1.В частности, теорема 1 не зависит от того, как интерпретируются вероятности, отличные от 1.

Еще одно отличие состоит в том, что используемая здесь структура рассматривает все утверждения о наблюдениях как субъективные, то есть они всегда определяются относительно агента. Это позволяет избежать априорного предположения, что результаты измерений, полученные разными агентами одновременно, имеют определенные значения. (Рассмотрим, например, исходную установку Вигнера, описанную в разделе Введение. Даже когда предположения (C) и (S) выполняются, агент W не вынужден назначать определенное значение результату z , наблюдаемому агентом F.) Предположение об одновременной определенности в остальном довольно распространено. Это не только вводит доказательство теоремы Белла ¹⁰ , но также и вышеупомянутые аргументы, основанные на вероятностных рамках.

Тем не менее, в своих рассуждениях мы использовали такие понятия, как «агент» или «время». Вполне возможно, что выводов теоремы 1 можно избежать с помощью теорий, которые обеспечивают нестандартное понимание этих понятий. Однако нам не известны конкретные примеры таких теорий.

Мысленные эксперименты | Экономист

Охота за меньшими, более безопасными и умными имплантатами мозга

Поговорите с нейробиологами об интерфейсах мозг-компьютер (BCI) достаточно долго, и аналогия со стадионом почти наверняка возникнет. Это сравнивает нейронную активность мозга с шумом, издаваемым толпой на футбольном матче. Снаружи вы можете услышать фоновый шум и по рыку определить, забила ли команда. На дирижабле над стадионом вы можете сказать, кто забил и, возможно, какие игроки были задействованы.Только внутри него можно подробно спросить у вентилятора 72 ряда, как все развернулось.

Точно так же и с мозгом, только приближаясь к действию, вы можете по-настоящему понять, что происходит. Для получения сигналов с высоким разрешением пока нет альтернативы вскрытию черепа. Один из вариантов — разместить электроды на поверхности мозга с помощью так называемой электрокортикографии. Другой способ — протолкнуть их прямо в ткани мозга, например, с помощью сетки микроэлектродов, таких как матрица BrainGate Utah.

Насколько близко вы должны подойти к отдельным нейронам, чтобы управлять BCI, является предметом споров. У людей, страдающих двигательными расстройствами, такими как болезнь Паркинсона, для проведения глубокой стимуляции мозга на довольно большой площади ткани используются спагетти-подобные отведения и большие электроды. Такое лечение обычно считается эффективным. Эндрю Джексон из Университета Ньюкасла считает, что запись активности ансамблей нейронов, которая регистрируется электрокортикографическими матрицами, может быть использована для декодирования относительно простых сигналов движения, таких как намерение схватить что-то или растянуть локоть.

Но для генерации детализированных управляющих сигналов, таких как движение отдельных пальцев, требуется большая точность. «Это очень слабые сигналы, и существует множество нейронов, тесно связанных друг с другом, и все они срабатывают вместе», — говорит Эндрю Шварц из Университета Питтсбурга. Их агрегирование неизбежно означает жертву деталями. В конце концов, отдельные клетки могут иметь очень специфические функции, от навигации до распознавания лиц. Нобелевская премия по медицине 2014 года была присуждена за работу с ячейками места и сетки, которые срабатывают, когда животные достигают определенного места; Идея «нейрона Дженнифер Энистон» проистекает из исследования, показывающего, что отдельные нейроны могут активироваться в ответ на изображения определенной знаменитости.

Такие компании, как Neuralink и Kernel, делают ставку на то, что самые амбициозные концепции BCI, в которых мысли, изображения и движения плавно кодируются и декодируются, потребуют имплантатов с высоким разрешением. То же самое и Американское агентство перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA), подразделение Пентагона, которое в этом году распределило 65 миллионов долларов среди шести организаций на создание имплантируемого интерфейса с высоким разрешением. BrainGate и другие продолжают работать над собственными системами.

Но проблемы, с которыми сталкиваются эти исследователи, поистине устрашающие.Идеальный имплантат был бы безопасным, маленьким, беспроводным и долговечным. Он сможет передавать огромные объемы данных с высокой скоростью. Он будет взаимодействовать с гораздо большим количеством нейронов, чем позволяют современные технологии (программа DARPA устанавливает для получателей гранта цель в 1 миллион нейронов, а также крайний срок 2021 года для начала пилотных испытаний на людях). Ему также придется ориентироваться в среде, которую Клод Клеман из Центра Висс сравнивает с джунглями у моря: влажными, горячими и солеными. «Мозг — не то место, где можно заниматься технологиями», — говорит он.Как технический директор, он должен знать.

Да нейрон, рон, рон

Это не мешает людям пытаться. Усилия, предпринимаемые в настоящее время для создания лучших имплантатов, можно разделить на две большие категории. Первый переосмысливает современную технологию изготовления проволочных электродов небольшого диаметра. Второй направляется в новые, неэлектрические направления.

Начните с того, как сделать электроды меньше и лучше. Кен Шепард — профессор электротехнической и биомедицинской инженерии Колумбийского университета; его лаборатория получает средства DARPA и стремится создать устройство, которое в конечном итоге могло бы помочь слепым людям с неповрежденной зрительной корой видеть, стимулируя именно правильные нейроны для создания изображений внутри их мозга.Он думает, что может сделать это, используя современную электронику CMOS (дополнительный металл-оксидный полупроводник).

Доктор Шепард знает, что любой проникающий электрод может вызвать повреждение клеток, поэтому он хочет построить «мать всех устройств записи на поверхности», которая будет располагаться на поверхности коры и под мембранами, окружающими мозг. Он уже создал прототип КМОП-чипа первого поколения размером примерно 1 на 1 см и содержащим 65 000 электродов; немного более крупная версия второго поколения будет содержать 1-метровые датчики.Но, как и все остальные, пытающиеся заставить имплантаты работать, доктор Шепард не просто втискивает датчики в чип. Он также должен добавить такое же количество усилителей, преобразователь для преобразования аналоговых сигналов потенциалов действия в цифровые нули и единицы машинного обучения и беспроводную связь для отправки (или получения) данных на ретрансляционную станцию, которая будет находиться на нем. кожа головы. Это, в свою очередь, отправит (или получит) данные по беспроводной сети на внешние процессоры для декодирования.

Устройство также должно быть запитано, это еще одна важная часть головоломки с имплантируемыми устройствами.Никто в этой области не верит в аккумуляторы как в источник энергии. Они слишком громоздкие, а риск попадания аккумуляторной жидкости в мозг слишком высок. Как и многие его коллеги, доктор Шепард использует индуктивную связь, при которой токи, проходящие через спиральный провод, создают магнитное поле, которое может индуцировать ток во второй катушке (так, как заряжается электрическая зубная щетка). Эту работу выполняют катушки на микросхеме и на релейной станции.

На западном побережье Америки стартап Paradromics также использует индуктивную связь для питания своих имплантируемых устройств.Но Мэтт Энгл, его начальник, не думает, что улучшенные записи с поверхности обеспечат достаточно высокое разрешение. Вместо этого он работает над созданием крошечных пучков стеклянных и металлических микропроводов, которые можно протолкнуть в ткани мозга, что-то вроде массива Юты, но с гораздо большим количеством датчиков. Чтобы провода не слипались друг с другом и тем самым уменьшали количество нейронов, с которыми они взаимодействуют, фирма использует жертвенный полимер, чтобы раздвинуть их; полимер растворяется, но провода остаются разделенными. Затем они присоединяются к высокоскоростной схеме CMOS.Версия устройства с 65 000 электродов будет выпущена в следующем году для использования в исследованиях на животных.

Еще многое предстоит сделать, прежде чем Paradromics сможет достичь своей цели, финансируемой DARPA, по созданию 1-метрового проводного устройства, которое можно будет использовать на людях. Главный из них — справиться с объемом данных, исходящих из головы. Доктор Энгл считает, что исходное устройство производит 24 гигабита данных каждую секунду (для потоковой передачи фильмов сверхвысокой четкости на Netflix требуется до 7 ГБ в час). У животных эти данные могут быть переданы по кабелю на громоздкий алюминиевый процессор на голове.Это трудный взгляд на людей; кроме того, такие объемы данных генерируют слишком много тепла, чтобы обрабатывать их внутри черепа или передавать из него по беспроводной сети.

Итак, Paradromics вместе со всеми остальными, пытающимися создать сигнал с высокой пропускной способностью в мозг и из него, должны найти способ уменьшить скорость передачи данных без ущерба для скорости и качества отправляемой информации. Доктор Энгл считает, что он может сделать это двумя способами: во-первых, игнорируя моменты тишины между потенциалами действия, вместо того, чтобы старательно кодировать их как строку нулей; и, во-вторых, концентрируясь на волновых формах конкретных потенциалов действия, а не записывая каждую точку на их кривых.В самом деле, он считает сжатие данных важным преимуществом компании и ожидает, что другие, желающие создать определенные BCI-приложения или протезы, просто подключатся к его каналу. «Мы видим себя в качестве основы нейронных данных, как Qualcomm или Intel», — говорит он.

Сетчатый бизнес

Некоторые исследователи пытаются вообще уйти от идеи проволочных имплантатов. В Университете Брауна, например, Арто Нурмикко возглавляет многопрофильную команду по созданию «нейрогранул», каждое размером с сахарное зернышко, которые можно посыпать поверх коры или имплантировать в нее.Каждое зерно должно иметь встроенные усилители, аналого-цифровые преобразователи и возможность отправлять данные на релейную станцию, которая могла бы индуктивно запитывать зерна и передавать информацию внешнему процессору. Доктор Нурмикко тестирует элементы системы на грызунах; он надеется в конце концов вложить в голову десятки тысяч зерен.

Тем временем в лаборатории Гарвардского университета Guosong Hong демонстрирует еще один инновационный интерфейс. Он окунает шприц в стакан с водой и вводит в него маленькую вздымающуюся и блестящую сеточку.Странно красиво смотреть. Доктор Хонг — научный сотрудник лаборатории профессора химии Чарльза Либера; они оба работают над созданием нейронного интерфейса, стирающего границы между биологией и электроникой. Их решение — пористая сетка из гибкого полимера под названием SU-8, усеянная датчиками и проводящим металлом.

Сетка предназначена для решения ряда задач. Один из них связан с иммунным ответом мозга на инородные тела. Воспроизводя гибкость и мягкость нервной ткани и позволяя нейронам и другим типам клеток расти в ней, он должен избегать рубцевания, которые иногда могут вызывать более жесткие твердые зонды.Кроме того, он занимает гораздо меньше места: менее 1% от объема массива Юты. Испытания на животных прошли хорошо; Следующим этапом будет введение сетки в мозг пациентов с эпилепсией, которые не ответили на другие формы лечения и ожидают удаления кусочков ткани.

В миле отсюда, в Массачусетском технологическом институте, сотрудники лаборатории Полины Аникеевой также пытаются создать устройства, соответствующие физическим свойствам нервной ткани. Д-р Аникеева — ученый-материаловед, которая впервые погрузилась в нейробиологию в лаборатории Карла Дайссерота в Стэнфордском университете, который первым применил оптогенетику, способ генетической инженерии клеток, чтобы они включались и выключались в ответ на свет.Ее реакцией, когда она впервые увидела (мышиный) мозг вблизи, было изумление, насколько он мягкий. «Проблематично иметь что-то с эластичными свойствами ножа внутри чего-то с эластичными свойствами шоколадного пудинга», — говорит она.

Один из способов, которым она справляется, — это заимствование из мира телекоммуникаций, создавая многоканальное волокно шириной 100 микрон (один микрон составляет миллионную долю метра), примерно такого же, как человеческий волос. Он плотнее, чем некоторые из устройств, над которыми работают в другом месте, но главное, что его отличает, — это то, что он может выполнять несколько задач.«Электроника только с током и напряжением не поможет», — говорит она, указывая на то, что мозг общается не только электрически, но и химически.

Датчик доктора Аникеевой имеет один канал для записи с помощью электродов, но он также может использовать преимущества оптогенетики. Второй канал предназначен для доставки канала родопсина, белка водорослей, который может быть переправлен в нейроны, чтобы сделать их чувствительными к свету, а третий — для того, чтобы излучать свет, чтобы эти модифицированные нейроны могли быть активированы.

Еще слишком рано говорить о том, можно ли безопасно использовать оптогенетику у людей: каналродопсин должен быть включен в клетки с помощью вируса, и есть вопросы о том, сколько света можно безопасно направить в мозг. Но в настоящее время проводятся клинические испытания на людях, чтобы сделать ганглиозные клетки сетчатки светочувствительными у людей, чьи фоторецепторные клетки повреждены; Другой получатель средств DARPA, Fondation Voir et Entender в Париже, стремится использовать эту технику для передачи изображений из специальных очков непосредственно в зрительную кору полностью слепых людей.В принципе, можно было бы восстановить и другие чувства: оптогенетическая стимуляция клеток внутреннего уха мышей использовалась для контроля слуха.

Доктор Аникеева также пытается найти другой способ стимуляции мозга. Она считает, что слабое магнитное поле может быть использовано для проникновения глубоко в нервную ткань и нагревания магнитных наночастиц, введенных в мозг. Если бы чувствительные к теплу рецепторы капсаицина сработали в модифицированных нейронах поблизости, повышенная температура заставила бы нейроны срабатывать.

Еще одним кандидатом на регистрацию и активацию нейронов, помимо напряжения, света и магнитов, является ультразвук. Хосе Кармена и Мишель Махарбиз из Калифорнийского университета в Беркли — главные сторонники этого подхода, который снова включает введение крошечных частиц (которые они называют «нервной пылью») в ткани. Прохождение ультразвука через тело воздействует на кристалл в этих пылинках, который вибрирует, как камертон; который производит напряжение для питания транзистора. Электрическая активность в прилегающих тканях, будь то мышцы или нейроны, может изменить характер ультразвукового эха, испускаемого частицей, поэтому эту активность можно регистрировать.

Многие из этих новых попыток вызывают еще больше вопросов. Если цель состоит в том, чтобы создать «интерфейс всего мозга», охватывающий несколько областей мозга, должен быть физический предел тому, сколько дополнительного материала, будь то провода, крупинки или частицы, можно ввести в мозг человека. Если такие частицы можно сделать достаточно маленькими, чтобы смягчить эту проблему, возникнет другая неопределенность: будут ли они плавать в мозгу и с какими эффектами? И как можно установить большое количество имплантатов в разные части мозга за одну процедуру, особенно если использование крошечных гибких материалов создает проблему «влажной лапши», когда имплантаты слишком гибкие, чтобы попасть в ткани? (Ходят слухи, что Neuralink может преследовать идею автоматизированной «швейной машины», предназначенной для решения этой проблемы.)

Все это подчеркивает, насколько сложно будет разработать новый нейронный интерфейс, который работал бы одновременно и безопасно, и хорошо. Но и масштаб усилий по созданию такого устройства внушает оптимизм. «Мы приближаемся к точке перегиба, которая позволит производить запись и стимуляцию в широком масштабе», — говорит Андреас Шефер, нейробиолог из Института Крика в Лондоне.

Даже в этом случае возможность получить данные из мозга или в него — это только первый шаг. Следующее — их обработка.

Как Эйнштейн решал сложные задачи

Мысленные эксперименты — это классический инструмент, используемый многими великими мыслителями, который позволяет нам исследовать зачастую невозможные ситуации и предсказывать их последствия и результаты. Освоение мысленных экспериментов может помочь вам напрячь свой ум, отвечая на сложные вопросы.

***

Выпущены тома первый и второй «Великие ментальные модели».
Подробнее о проекте здесь.

Основы мысленного эксперимента

Представьте себе небольшой городок с трудолюбивым парикмахером.Парикмахер бреет всех в городе, кто не бреется. Он не бреет тех, кто сам себя бреет. Итак, кто бреет парикмахера?

«Невозможный цирюльник» — это классический пример мысленного эксперимента — средство исследования концепции, гипотезы или идеи посредством обширных размышлений. Когда найти эмпирические доказательства невозможно, мы обращаемся к мысленным экспериментам, чтобы избавиться от сложных концепций.

В случае с невозможным парикмахером постановка эксперимента по выяснению того, кто его бреет, неосуществима или даже нежелательна.В конце концов, парикмахера существовать не может. Мысленные эксперименты обычно носят риторический характер. Никакого конкретного ответа найти нельзя и не нужно.

Цель состоит в том, чтобы стимулировать размышления, логическое мышление и изменить парадигмы. Мысленные эксперименты выталкивают нас из зоны комфорта, заставляя отвечать на вопросы, на которые мы не можем легко ответить. Они показывают, что мы не знаем всего, а некоторые вещи невозможно узнать.

«Все истинно мудрые мысли были продуманы уже тысячи раз; но чтобы сделать их действительно нашими, мы должны честно обдумать их заново, пока они не пустят корни в нашем личном опыте.”

— Иоганн Вольфганг фон Гете

В статье, озаглавленной «Мысленное экспериментирование досократической философии», Николас Решер пишет:

Homo sapiens — это земноводное, которое может жить и функционировать в двух очень разных сферах — в области реальных фактов, которые мы можем исследовать путем наблюдательного исследования, и в области воображаемой проекции, которую мы можем исследовать мысленно через рассуждение … Мысленный эксперимент — это попытка извлечь инструкции из процесса гипотетических рассуждений, которые основываются на выявлении последствий гипотезы, которая, несмотря на все, что действительно известно об обратном, может быть ложной.Он состоит в рассуждении на основе предположения, которое не принимается как истинное — возможно, даже заведомо ложное, но предполагается временно в интересах высказать точку зрения или сделать вывод.

Как мы знаем из повествовательной ошибки, сложная информация лучше всего усваивается в форме повествований и аналогий. Многие мысленные эксперименты используют этот факт, чтобы сделать их более доступными. Даже те, кто не разбирается в конкретной области, могут прийти к пониманию посредством мысленных экспериментов.Цель состоит в том, чтобы сжать первые принципы в форму, которую можно будет понять посредством анализа и размышлений. Некоторые включают эмпирические данные, рассматривая их с альтернативной точки зрения.

Преимущество мысленных экспериментов (в отличие от бесцельных размышлений) заключается в их структуре. Организованно мысленные эксперименты позволяют нам бросать вызов интеллектуальным нормам, выходить за рамки укоренившихся фактов, постигать историю, принимать логические решения, поощрять новаторские идеи и расширять круг наших интересов.

Несмотря на то, что мысленные эксперименты маловероятны или непрактичны, теоретически они возможны.

История мысленных экспериментов

Мысленные эксперименты имеют богатую и сложную историю, восходящую к древним грекам и римлянам. В качестве ментальной модели они обогатили многие из наших величайших интеллектуальных достижений, от философии до квантовой механики.

Ранним примером мысленного эксперимента является рассказ Зенона об Ахилле и черепахе, датируемый примерно 430 годом до нашей эры.Мыслительные эксперименты Зенона были направлены на вывод первых принципов путем устранения неверных концепций.

В одном случае греческий философ использовал его, чтобы «доказать», что движение является иллюзией. Известный как парадокс дихотомии, он вовлекает Ахилла в гонку на черепахе. Из щедрости Ахиллес дает черепахе фору на 100 метров. Как только Ахиллес начинает бежать, он быстро догоняет его. Однако к этому моменту черепаха переместилась еще на 10 метров. К тому времени, как он снова догонит, черепаха продвинется дальше.Зенон утверждал, что Ахиллес никогда не выиграет гонку, поскольку расстояние между парами будет постоянно увеличиваться.

В 17 веке Галилей развил эту концепцию, используя мысленные эксперименты для подтверждения своих теорий. Одним из примеров является его мысленный эксперимент с двумя шарами (один тяжелый, один легкий), которые падают с Пизанской башни. Предыдущие философы предполагали, что тяжелый мяч приземлится первым. Галилей утверждал, что это неправда, поскольку масса не влияет на ускорение.Мы рассмотрим мысленные эксперименты Галилея более подробно позже в этом посте.

В 1814 году Пьер Лаплас исследовал детерминизм с помощью «демона Лапласа». Это теоретический «демон», который остро осознает местонахождение и движение каждой отдельной существующей частицы. Будет ли демон Лапласа знать будущее? Если ответ положительный, Вселенная должна быть линейной и детерминированной. Если нет, вселенная нелинейна и существует свобода воли.

В 1897 году немецкий термин «Gedankenexperiment» перешел на английский язык, и начала формироваться связная картина того, как мысленные эксперименты используются во всем мире.

Альберт Эйнштейн использовал мысленные эксперименты для некоторых из своих самых важных открытий. Самый известный из этих мысленных экспериментов был с лучом света, который превратился в блестящую детскую книгу. Что бы произошло, если бы вы могли поймать луч света, когда он двигался, спрашивал себя он? Ответы привели его по другому пути во времени, который привел к специальной теории относительности.

В «Об экспериментах с мыслями», философ и физик 19-го века Эрнст Мах пишет, что любопытство — это врожденное качество человека.Мы видим это у младенцев, когда они испытывают окружающий мир и изучают принцип причины и следствия. Со временем наше исследование мира становится все более и более глубоким. Мы достигаем точки, когда мы больше не можем экспериментировать с помощью одних рук. В этот момент мы переходим в сферу мысленных экспериментов.

Мысленные эксперименты — это структурированное проявление нашего естественного любопытства к миру.

Маха пишет:

Наши собственные идеи легче доступны в нашем распоряжении, чем физические факты.Мы, так сказать, экспериментируем с мыслью с небольшими затратами. Поэтому нас не должно удивлять, что зачастую мысленный эксперимент предшествует физическому эксперименту и подготавливает для него почву … Мысленный эксперимент также является необходимым предварительным условием для физического эксперимента. Каждый изобретатель и каждый экспериментатор должны иметь в виду подробный порядок, прежде чем он будет реализовывать его. Даже если Стивенсон знал поезд, рельсы и паровой двигатель по опыту, он, тем не менее, должен был предвосхитить в своих мыслях комбинацию поезда на колесах, приводимого в движение паровой машиной, прежде чем он смог приступить к реализации.В равной степени Галилей должен был предусмотреть в своем воображении механизмы исследования гравитации, прежде чем они были реализованы. Даже новичок в эксперименте учится тому, что недостаточная предварительная оценка или несоблюдение источников ошибок имеет для него не менее трагические комические результаты, чем пресловутый «взгляд перед прыжком» в практической жизни.

Мах сравнивает мысленные эксперименты с планами и образами, которые мы формируем в нашем сознании перед тем, как приступить к делу. Все мы делаем это — репетируем беседу перед ее началом, планируем работу перед ее началом, выясняем каждую деталь еды перед ее приготовлением.Мах считает это неотъемлемой частью нашей способности решать сложные задачи и творчески вводить новшества.

Согласно Маху, результаты некоторых мысленных экспериментов могут быть настолько достоверными, что их физически проводить не нужно. Независимо от точности результата, желаемая цель достигнута.

В этом посте мы рассмотрим несколько ключевых примеров мысленных экспериментов, которые покажут, почему слова Маха так важны. Он добавляет:

Видно, что основной метод мысленного эксперимента такой же, как и в физическом эксперименте, а именно метод вариации.Путем изменения обстоятельств (непрерывно, если возможно) диапазон обоснованности идеи (ожидания), связанной с этими обстоятельствами, увеличивается.

Хотя некоторые люди считают мысленные эксперименты псевдонаукой, Мах считал их достоверными и важными для экспериментов.

«Разве ты не можешь дать мне мозги?» — спросил Страшила.

— Л. Фрэнк Баум, Прекрасный волшебник из страны Оз

Типы мысленных экспериментов

Выявлено несколько ключевых типов мысленных экспериментов:

• Prefactual — Вовлечение потенциальных будущих результатов. Например. «Что вызовет X?»
• Противоречие — Противоречие известным фактам. Например. «Если бы произошло Y вместо X, каков был бы результат?»
• Полу-факт — Размышление о том, как другое прошлое могло привести к тому же настоящему.Например. «Если бы произошло Y вместо X, результат был бы таким же?»
• Prediction — Теоретическое обоснование будущих результатов на основе существующих данных. Прогнозы могут включать ментальные или вычислительные модели. Например. «Если X продолжит происходить, каков будет результат через год?»
• Hindcasting — Выполнение предсказания в обратном порядке, чтобы увидеть, предсказывает ли оно событие, которое уже произошло. Например. «X случилось, мог ли Y предсказать это?»
• Ретродикт — Переход назад от события для обнаружения первопричины.Обратное правило часто используется для решения проблем и предотвращения. Например. «Что вызвало X? Как мы можем предотвратить повторение этого снова? »
• Ретроспективный прогноз — Рассмотрение конкретного будущего результата, а затем продвижение вперед из настоящего, чтобы установить его причины. Например. «Если Х случится в течение одного года, что могло бы его вызвать?»

«Обладая ограниченными чувствами и сознанием, мы видим лишь небольшую часть реальности. Более того, все во Вселенной находится в состоянии постоянного движения.Простые слова и мысли не могут уловить этот поток или сложность. Единственное решение для просветленного человека — позволить уму погрузиться в то, что он переживает, без необходимости формировать суждение о том, что все это означает. Ум должен уметь чувствовать сомнение и неуверенность как можно дольше. Пока он остается в этом состоянии и глубоко исследует тайны вселенной, будут приходить идеи, которые будут более размерными и реальными, чем если бы мы поспешили с выводами и сформировали суждения на раннем этапе.»

— Роберт Грин, мастерство

Мысленные эксперименты в философии

Мыслительные эксперименты были неотъемлемой частью философии с древних времен. Частично это происходит из-за того, что философские гипотезы зачастую субъективны и их невозможно доказать эмпирическими данными.

Философы используют мысленные эксперименты, чтобы в доступной форме излагать теории. Чтобы проиллюстрировать конкретное понятие (например, свободу воли или смертность), философы исследуют воображаемые сценарии.Цель не в том, чтобы найти «правильный» ответ, а в том, чтобы зажечь новые идеи.

Ранним примером философского мысленного эксперимента является Платоновская «Аллегория пещеры», в центре которой диалог между Сократом и Главконом (братом Платона).

Группа людей родилась и живет в темной пещере. Проведя всю свою жизнь, не видя ничего, кроме теней на стене, они не имеют представления о внешнем мире. Не зная ничего другого, они даже не хотят покидать пещеру.В какой-то момент они выводятся наружу и видят мир, состоящий не только из теней.

«Лягушка в колодце ничего не знает о могучем океане».

— Японская пословица

Платон использовал это, чтобы проиллюстрировать неполное представление о реальности, которое есть у большинства из нас. Платон утверждал, что только изучая философию, мы можем видеть больше, чем тени.

Покидая пещеру, люди понимают, что внешний мир намного интереснее и интереснее. Если одинокий человек уйдет, он захочет, чтобы другие поступили так же.Однако если они вернутся в пещеру, их прежняя жизнь покажется неудовлетворительной. Этот дискомфорт стал бы неуместным, что привело бы их к возмущению окружающим миром. Платон использовал это, чтобы выразить (почти навязчиво) глубокую признательность за силу самообразования. Принять мантию собственного образования и начать поиски познания мира — это первый шаг на пути к выходу из пещеры.

Переходя от пещер к насекомым, давайте посмотрим на увлекательный мысленный эксперимент философа ХХ века Людвига Витгенштейна.Представьте себе

Представьте себе мир, в котором у каждого человека есть жук в коробке. В этом мире единственный раз, когда кто-то может увидеть жука, — это заглянуть в свою коробку. Как следствие, представление о жуке у каждого человека основано на собственном. Может случиться так, что у всех что-то свое, или коробки пусты, или даже содержимое аморфное.

Витгенштейн использует мысленный эксперимент «Жук в коробке», чтобы передать свою работу о субъективной природе боли.Каждый из нас может только знать, что для нас боль, и мы не можем чувствовать агонию другого человека. Если бы люди в гипотетическом мире обсуждали тему жуков, каждый мог бы поделиться только своей индивидуальной точкой зрения. У разговора будет мало смысла, потому что каждый человек может передать только то, что он считает жуком. Точно так же для нас бесполезно описывать нашу боль аналогиями («такое чувство, будто раскаленная кочерга колет меня в спину») или весами («боль 7/10.’)

Мысленные эксперименты в науке

Хотя для науки обычно необходимы эмпирические данные, мысленные эксперименты можно использовать для развития гипотезы или для подготовки к экспериментам. Некоторые гипотезы невозможно проверить (например, теория струн) — по крайней мере, с учетом наших текущих возможностей.

Ученые-теоретики могут обратиться к мысленным экспериментам, чтобы выработать предварительный ответ, часто получаемый с помощью бритвы Оккама.

Николас Решер пишет:

В естествознании мысленные эксперименты являются обычным явлением.Подумайте, например, о том, как Эйнштейн размышлял над вопросом о том, как бы выглядел мир, если бы кто-то путешествовал по лучу света. Подумайте также о предположении физиков о теле, которое катится без трения, или предположении экономистов о совершенно эффективном рынке в интересах установления законов спуска или принципов обмена, соответственно… Эрнст Мах [упомянутый во введении] высказал здравый смысл. что любому разумно спланированному реальному эксперименту должен предшествовать мысленный эксперимент, который во всяком случае предвосхищает возможность его исхода.

В статье, озаглавленной «Мысленные эксперименты в научном рассуждении», Эндрю Д. Ирвин объясняет, что мысленные эксперименты являются ключевой частью науки. Они находятся в той же сфере, что и физические эксперименты. Мысленные эксперименты требуют, чтобы все предположения подтверждались эмпирическими данными. Контекст должен быть правдоподобным и давать полезные ответы на сложные вопросы. Мысленный эксперимент может быть фальсифицирован.

Ирвин пишет:

Подобно тому, как физический эксперимент часто имеет последствия для своей базовой теории с точки зрения подтверждения, фальсификации и т.п., то же самое будет и с мысленным экспериментом.Конечно, параллель не точна; мысленные эксперименты… нет, не включают в себя фактическое вмешательство в физическую среду.

В Все ли рациональные люди думают так же, как мы? Барбара Д. Мэсси пишет:

Часто критика мысленных экспериментов требует конкретизации или конкретизации описаний, чтобы то, что могло бы произойти в данной ситуации, стало меньше вопросом догадок или понтификаций. В мысленных экспериментах мы склонны разрабатывать описания с учетом последних научных моделей … Мысленный эксперимент кажется близким родственником лабораторного эксперимента ученого с той важной разницей, что наблюдения могут проводиться с перспектив, которые в действительности невозможны, например, с точки зрения движения со скоростью света… Мысленный эксперимент, кажется, открывает факты о том, как вещи работают в лаборатории разума.

Одним из ключевых примеров научного мысленного эксперимента является кошка Шредингера.

Разработанный в 1935 году Эдвином Шредингером, кот Шредингера пытается более понятным образом проиллюстрировать противоречивую природу квантовой механики.

Хотя трудно представить в упрощенном виде, это идея кошки, которая не живая и не мертвая, заключенная в коробку. Внутри коробки находится счетчик Гейгера и небольшое количество разлагающегося радиоактивного материала.Количество радиоактивного материала невелико, и в течение определенного периода времени одинаково вероятно, что он распадется или нет. Если он все-таки разложится, трубка с кислотой разобьет и отравит кошку. Не открывая коробку, невозможно узнать, жива кошка или нет.

Давайте проигнорируем этические последствия и тот факт, что, если бы это было выполнено, сердитое мяуканье кошки было бы ключом к разгадке. Как и в большинстве мысленных экспериментов, детали произвольны — неважно, какое это животное, что его убивает или временные рамки.

Точка зрения Шредингера заключалась в том, что квантовая механика неопределенна. Когда квантовая система переключается из одного состояния в другое? Может ли кошка быть одновременно живой и мертвой, и зависит ли это от наблюдения? А как насчет собственного наблюдения кошки за собой?

В поисках кота Шредингера, Джон Гриббин пишет:

Ничто не является реальным, если это не наблюдается… в мире нет основополагающей реальности. «Реальность» в повседневном смысле — не лучший способ думать о поведении элементарных частиц, составляющих Вселенную; но в то же время эти частицы кажутся неразрывно связанными в некое невидимое целое, каждая из которых осознает, что происходит с другими.

Сам Шредингер написал в «Природа и греки»:

Мы не принадлежим этому материальному миру, который наука конструирует для нас. Мы не в этом; мы снаружи. Мы всего лишь зрители. Причина, по которой мы считаем, что мы находимся в нем, что мы принадлежим к картине, заключается в том, что наши тела находятся на ней. Наши тела принадлежат ему. Не только мое собственное тело, но и тело моих друзей, также моей собаки, кошки и лошади, и всех других людей и животных. И это мой единственный способ общаться с ними.

Другой важный ранний пример научного мысленного эксперимента — Пизанская башня Галилея Эксперимент .

Галилей стремился опровергнуть преобладающее мнение о том, что на гравитацию влияет масса объекта. Со времен Аристотеля люди предполагали, что объект весом 10 грамм упадет со скоростью, составляющей 1/10 скорости объекта весом 100 грамм. Как ни странно, никто не записал, что это проверял.

Согласно ранней биографии Галилея (написанной в 1654 году), он сбросил два объекта с Пизанской башни, чтобы опровергнуть гипотезу гравитационного отношения масс.Оба приземлились одновременно, открыв новое понимание гравитации. Неизвестно, проводил ли Галилей эксперимент сам, поэтому он рассматривается как мысленный эксперимент, а не как физический. Галилей пришел к своему выводу, используя другие мысленные эксперименты.

«Мы живем не только в мире мыслей,

— Набоков Владимир

Биологи проводят мысленные эксперименты, часто противоречащие фактам.В частности, биологи-эволюционисты задаются вопросом, почему организмы существуют так, как они существуют сегодня. Например, почему овцы не зеленые? Каким бы сюрреалистичным ни был вопрос, он верен. Зеленую овцу лучше замаскировать от хищников. Другой мысленный эксперимент включает вопрос: почему у организмов (кроме некоторых бактерий) нет колес? Опять же, вопрос сюрреалистичный, но все же серьезный. По нашим автомобилям мы знаем, что колеса более эффективны для передвижения со скоростью, чем ноги, так почему же они естественным образом не существуют за пределами микроскопического уровня?

Психология и этика — проблема тележки

Представьте себе сцену.Вы — одинокий прохожий на улице, где по рельсам едет трамвай. Водитель потерял над ним контроль. Если трамвай продолжит движение по своему текущему маршруту, пять пассажиров погибнут в результате аварии. Вы замечаете переключатель, который позволяет трамваю перейти на другой путь, где стоит мужчина. Столкновение убьет его, но спасет пятерых пассажиров. Вы нажимаете переключатель?

Этот мысленный эксперимент обсуждался в различных формах с начала 1900-х годов.Психологи и специалисты по этике подробно обсуждали проблему тележки, часто используя ее в исследованиях. Это вызывает много вопросов, например:

• Требуется ли вмешательство случайного наблюдателя?
• Есть ли измеримая ценность человеческой жизни? Т.е. одна жизнь менее ценна, чем пять?
• Как бы изменилась ситуация, если бы наблюдатель должен был активно толкать человека на рельсы, а не нажимать переключатель?
• Что, если бы человек, которого толкали, был «негодяем»? Или любимый человек наблюдателя? Как это изменит этические последствия?
• Может ли наблюдатель сделать этот выбор без согласия вовлеченных людей?

Исследования показали, что большинство людей гораздо охотнее нажимают на переключатель, чем толкают кого-то на рельсы.Это меняется, если мужчина — «негодяй» — тогда люди гораздо охотнее его подталкивают. Точно так же они сопротивляются, если человек, которого толкают, является любимым человеком.

В книге «Инкогнито: тайные жизни мозга» Дэвид Иглман пишет, что наш мозг совершенно по-разному реагирует на идею о том, чтобы кого-то толкнуть, и на идею нажатия переключателя. Когда мы сталкиваемся с переключателем, сканирование мозга показывает, что наши области рационального мышления активизируются. При изменении нажатия переключателя на толкание человека активируются наши эмоциональные области.Иглман резюмирует, что:

Люди эмоционально регистрируются, когда им приходится кого-то толкать; когда им нужно только повернуть рычаг, их мозг ведет себя как мистер Спок из «Звездного пути».

Проблема с тележкой является теоретической, но она имеет последствия для реального мира. Например, большинство людей, которые едят мясо, не удовлетворились бы самим убийством животного — они с удовольствием нажимают переключатель, но не нажимают на человека. Даже те, кто не потребляет мясо, склонны игнорировать тот факт, что они косвенно способствуют гибели животных из-за производственных квот, а это означает, что мясо, которое они бы съели, оказывается потраченным впустую.Они чувствуют моральное превосходство, поскольку никого активно не подталкивают на рельсы, но все же остаются наблюдателями, которые ни в коем случае не вмешиваются. По мере того, как мы движемся к автономным транспортным средствам, могут быть реальные примеры подобных ситуаций. От транспортных средств может потребоваться утилитарный выбор — например, свернуть в канаву и убить водителя, чтобы избежать скопления детей.

Хотя психология и этика — разные области, они часто используют одни и те же мысленные эксперименты.

«Форд!» он сказал: «Снаружи бесконечно много обезьян, которые хотят поговорить с нами об этом сценарии для Гамлета, который они разработали».

— Дуглас Адамс, Автостопом по галактике

Теорема о бесконечной обезьяне и математика

Теорема о бесконечной обезьяне — это математический мысленный эксперимент. Предпосылка состоит в том, что бесконечные обезьяны с пишущими машинками в конечном итоге напечатают полное собрание сочинений Шекспира. В некоторых версиях задействованы бесконечные обезьяны или одно произведение.Математики используют обезьяну (и) как представление устройства, которое производит случайные буквы.

В обманутых случайностью, Нассим Талеб пишет:

Если поставить бесконечное количество обезьян перед (крепко сложенными) пишущими машинками и позволить им хлопать в ладоши, есть уверенность, что одна из них выйдет с точной версией «Илиады». концепция может быть менее интересной, чем кажется на первый взгляд: такая вероятность смехотворно мала.Но позвольте нам продвинуться в рассуждении еще на один шаг вперед. Теперь, когда мы нашли этого героя среди обезьян, будет ли кто-нибудь из читателей вкладывать свои сбережения в пари, что обезьяна напишет «Одиссею» в следующий раз?

Теорема о бесконечной обезьяне предназначена для иллюстрации идеи о том, что любую проблему можно решить с помощью достаточного количества случайных входных данных, таким образом, чтобы пьяный человек, приходя домой, в конце концов сумел вставить свой ключ в замок, даже если он сделает это без особого изящества.