Мысленный эксперимент примеры. Гравитационные волны. Гравитационный коллапс двойной системы

Но несмотря на отлично развитое чутье у собак и выдающиеся способности к различению запахов, далеко не все из них собака воспринимает одинаково хорошо. Как же развить нюх у собаки? Постараемся дать подробный ответ в этой статье.

Например, собака прекрасно различает запах масляной кислоты, содержащейся в прогорклом масле. Для того чтобы этот запах почувствовал человек, нужно по крайней мере 7 миллиардов молекул в 1 см2 воздуха, а для собаки — всего 9 тысяч молекул.

Хуже воспринимается уксусная кислота. А вот запах цветов легко распознается собакой, мало того — доставляет ей удовольствие. Однако собаководов больше всего интересует способность собак различать по запаху людей. Исследования показали, что можно искусственно моделировать запах человека. В его состав входят жирные кислоты: масляная, уксусная, пропионовая и другие.

Что влияет на на нюх собаки и на распространение запаха?

Многолетний опыт подтверждает данные научных изысканий: человек оставляет за собой ясно различимый для собаки след. Но его качество далеко не всегда одинаково. Состав и концентрация химических веществ на поверхности кожи у каждого человека своя. Чтобы правильно выдрессировать собаку, ее хозяин должен сначала разобраться в том, что, собственно, представляет собою запах.

По сути дела, он схож с любым текучим веществом. Из физики мы знаем, что любое тело при температуре выше абсолютного нуля испаряет во внешнюю среду молекулы. Интенсивность испарения зависит от величины температуры. Чем выше температура, тем интенсивность больше. Процесс испарения представляет собой эмиссию молекул и их рассеивание в пространстве.

В конце концов эти молекулы оседают на земле и различных предметах. Они-то и образуют запах: химические элементы раздражают различные участки слизистой носа собаки. Доказано, что собаки одинаково хорошо воспринимают вещества, дающие как кислотные, так и щелочные реакции. Качество запаха обусловлено целым рядом факторов.

Температура поверхности земли и различных предметов зависит от интенсивности солнечного освещения. Под действием солнечных лучей с поверхности земли испаряется влага. От интенсивности испарения зависит стойкость запаха. Особенно это заметно днем. Солнечные лучи вызывают активное испарение молекул различных источников — будь то предмет или след человека.

При сильном испарении молекулы быстро рассеиваются в воздухе, иногда поднимаясь на значительную высоту. Это ведет к быстрому ослаблению запаха. Ночью же все запахи гораздо более устойчивы. Охлажденная поверхность земли в это время испаряет гораздо меньше частиц. Происходит конденсация содержащихся в воздухе водяных паров, которые выпадают в виде росы и как бы консервируют запахи. Поэтому ночью след остается свежим гораздо дольше, чем днем.

Атмосферное давление также влияет на распространение запахов. Если оно понижается, интенсивность испарения возрастает — а значит, становится более легко уловимым для собаки и запах. При повышенной влажности и ветре собака легче возьмет след. Влажность, пожалуй — наиболее важный фактор. Идеальной погодой для выслеживания преступников следует считать моросящий дождь и туман, при которых влажность воздуха достигает максимума. А вот ливень нежелателен: он хотя и обеспечивает высокую влажность, но смывает следы. Частички запаха при этом попросту впитываются вместе с водой в землю.

Ветер же может как помогать, так и мешать чутью собак — в зависимости от направления и скорости. С одной стороны, он способствует разреживанию и распылению молекул, ослабляя запах, с другой — повышает интенсивность испарения с поверхности земли и предметов. В этом случае, однако, след быстро теряет свежесть. Вот и все, что можно сказать о тех важных факторах, которые должен принимать в расчет хозяин собаки, если он собирается тренировать ее на открытом воздухе.

Запах человека обусловлен обменом веществ во всех его органах и тканях. Продуктами этого обмена становятся различные выделения: пот, жир, жидкости, газы, частички омертвелой кожи. Все это составляет, так сказать, общий контур запаха человека, который далее распадается на специфические оттенки: дыхания, потения, кожного дыхания и «местные» запахи — от подмышек, головы, ладоней, ног, половых органов.

Кроме того собака чует и запах того окружения, в котором живет и работает человек — например, мебели или орудий труда — не говоря уж о косметике.

Самым распространенным способом выработки обоняния и развития нюха у собак является их обучение распознавать следы человека. Поэтому необходимо помнить все компоненты, образующие их запах.

Помимо индивидуального запаха конкретного человека след содержит сопутствующие запахи, возникающие при перемещении людей в различных средах: в поле, лугу, лесу, городе и т.п. Эти запахи возникают из-за нарушения структуры почвы при ходьбе, повреждения растений, уничтожения микроорганизмов. Сопутствующие запахи никак нельзя игнорировать: часто они так сильны, что заглушают индивидуальный запах человека.

Если вы хотите, чтобы ваш питомец хорошо брал след, начинать развивать чутье у собаки необходимо как можно раньше. Ухаживая за , систематически готовьте его к будущей «профессиональной» деятельности. Старайтесь, чтобы даже в играх он как можно чаще использовал чутье. Любимую еду (например, мясо) или игрушку прячьте в густой траве и всячески поощряйте их поиск. Прячьтесь и сами, например, за дерево или куст, чтобы щенку пришлось находить вас по запаху. Приучайте щенка к команде «Иши!». Важно, однако, не переусердствовать и не зайти слишком далеко, иначе ваш щенок потеряет вкус к игре.

К распознанию же конкретных следов следует приучать уже почти взрослую собаку — когда становится возможным выбор подходящей мотивации. Для некоторых собак это лакомство, для иных — любимая игрушка, иногда — то и другое вместе. Для третьих же — сам хозяин, и тогда приходится работать с помощником. Одна собака не похожа на другую, и поэтому наиболее важны именно первые шаги. Выбор мотивации становится решающим фактором: в случае ошибки вас ждет длинная цепь неудач.

Методика развития чутья, нюха у собак

На всякий случай напомним важнейшее правило любой : постепенный переход от простого к сложному. Собака — хищник, а потому — ночной зверь. Ее активность возрастает в сумерках и перед рассветом. Следовательно, для дрессировки лучше выбрать утренние или вечерние часы. Позаботьтесь об удобном месте: это может быть луг или редкий подлесок. Не забудьте и о климатических условиях. Побудить собаку к поиску следов проще всего, рассыпав по земле кусочки пищи. Хорошо подойдет мелко порезанное нежирное мясо или вареная говяжья печенка.

Печенку мы рекомендуем не потому, что собаки обычно предпочитают ее мясу, а потому, что она легче крошится. При прокладывании следа необходима хорошая ориентация на местности. Если речь идет о вашем собственном следе, это правило важно вдвойне. Начало следа обозначьте колышком, прутиком или большим камнем. Ни в коем случае не используйте для этого свою одежду или предметы личного пользования! Установите, в каком направлении дует ветер, и с учетом этого наметьте подходящий ориентир. Ветер должен дуть сбоку или в спину.

Первый след никогда не прокладывается против ветра!

Рядом с колышком делается так называемый «наступ». Поверхность площадью примерно 3/4 м тщательно утаптывается, и по ней разбрасываются кусочки мяса. Только не слишком сильно работайте ногами — иначе вы повредите почву. Все это нужно для того, чтобы собака на первых порах основательно «распробовала» запах и могла без труда отыскивать его и дальше.

Затем нормальным шагом направляйтесь к заранее выбранному ориентиру, оставляя в каждом следе (или даже и между ними) кусочек мяса. Длина первого следа не должна превышать 10-15 м. В конце следа положите кусочек бумаги или ткани, на котором оставьте куски мяса побольше. Собака в это время должна быть привязана неподалеку, с тем чтобы она могла наблюдать все ваши действия. Если приманкой служит еда, собака должна быть голодна.

Заранее приучите своего пса к ошейнику , который он будет носить только при работе со следом. Длинный поводок будет сильно мешать. Даже на первых порах собака должна самостоятельно определять направление следа. Поэтому к следу подводите ее непременно сбоку, а не от начала к концу. Естественно, во время первых тренировок собака будет собирать и съедать кусочки мяса, которые ведут ее по следу.

Ваша задача — руководить ею и побуждать к поиску. Следите, чтобы ваш пес не бегал взад-вперед по следу и не отвлекался. Используйте при этом команды «Ищи!» и «След!». Во время работы собаки на «наступе» не торопите ее. Вообще вся подобная дрессировка должна вестись спокойно и сосредоточенно. Окрики и попытки подогнать собаку ни к чему хорошему не приведут. В конце следа разрешите собаке не торопясь доесть мясо, похвалите ее и поиграйте с ней.

Один-единственный след, пусть даже повторяемый собакой три раза в неделю — это не дрессировка. На каждом занятии коротких цепочек следов должно быть как минимум несколько. Если вы хотите добиться серьезных успехов, работайте с собакой ежедневно или хотя бы через день. Постепенно уменьшайте поверхность «наступа» и количество разбросанного мяса; увеличивайте интервалы между лежащими кусочками.

В дальнейшем оставляйте мясо только в конце следа, завернутым в бумагу или тряпку. Со временем и вовсе уберите мясо, положите в конце следа какой-либо предмет, а из собственных рук. Вначале короткий и прямой, след удлините, сделайте повороты и петли. Далее повороты должны становиться все круче, от тупых углов при изгибах следа переходите к острым. Оставляйте на следе все больше предметов, уменьшайте степень его свежести.

Начинайте изменять тип местности и облик следа. Особенное внимание уделите переходу от одной местности к другой. Его необходимо отрепетировать отдельно, так как разные участки местности имеют собственные запахи, что создаст для неопытной собаки серьезные трудности. Поэтому при смене места усиливайте запах, несколько раз топая ногой при каждом шаге.

Еще один важный момент — работа собаки на поворотах и изломах следа. Начинающие собаководы часто неловким управлением приучают своего пса игнорировать изгибы. Со временем собака не будет их повторять уже не из-за неудобств короткого поводка, а по привычке. Гораздо лучше тщательным нанесением следов и особым притопыванием на поворотах облегчить собаке работу, но зато уж следить, чтобы все изломы следа она повторяла до конца.

Совершенно недопустимо обозначать повороты палками и другими предметами. Собака сосредоточит внимание именно на них, а не на точном прохождении следа. Разумеется, на поворотах ни в коем случае нельзя дергать за поводок, тянуть или подпихивать собаку. Пес очень быстро привыкнет к подобному обращению и перестанет работать самостоятельно.

Если собака игнорирует повороты, что бывает довольно часто, необходимо проложить свежий след, сократив его протяженность, упростив общий контур и усилив как запах на изломах, так и их число. Работа с коротким поводком, как правило, является слабым местом собаковода. Длина поводка не должна превышать 7-10 м, а обращаться с ним необходимо так, чтобы ни в коем случае не стеснять движений собаки. Когда пес идет по следу, поводок должен немного провисать или быть несильно натянут над спиной собаки. Не должен он мешать и дрессировщику.

Перебирая руками, он уменьшает длину поводка или наоборот увеличивает ее, давая поводку проскользнуть между пальцами. Послушно идти за собакой можно, лишь предварительно убедившись, что она действительно взяла след. Дистанцию между вами и ею регулирует длина поводка. Сопровождая собаку, нельзя идти по следу, но на шаг от него с подветренной стороны. Идти за собакой можно только шагом. Бегать не нужно, это скажется на точности прохождения следа.

Особая осторожность необходима на поворотах, если поводок удлинен. Ни за что нельзя допускать, чтобы собака запуталась в нем. Поднимите поводок повыше, если вашему псу придется вернуться немного назад, чтобы проверить след. Если по поведению собаки видно, что она упустила след на повороте, повторите команду поиска и наберите поводок, когда собака повернет назад. Одновременно сделайте и сами несколько шагов, с тем чтобы вернуться на то место, где след еще был ясен. Таким образом вы облегчите собаке корректировку и приучите ее в случае потери следа немедленно возвращаться обратно.

Не стоит прокладывать следы одинаковой длины и конфигурации с одним и тем же расположением предметов. Собака в этом случае работает с меньшим интересом. Постепенно изменяйте протяженность и степень свежести следа, не забывайте и о перемене местности. Каждая собака будет рада увеличению разнообразия следов, что проявится в ее повышенном внимании.

Если опыты с собственным следом демонстрируют хорошие результаты, вам не составит труда перейти к распознаванию чужих следов. Первый такой след лучше попросить проложить хорошо знакомого собаке человека: кого-нибудь из близких или друзей дома. Затем интересно попробовать поработать со следом совершенно незнакомого человека. Собака берет конкретный след, руководствуясь врожденной способностью к дифференциации запахов. Наша задача — помочь ей развить эту способность. Хорошо помогает тренировка в распознании не только следов, но и предметов. Пока вы натаскиваете собаку на собственный след, учите ее отличать ваши предметы от любых других. Когда же она освоит это упражнение, переходите к распознанию чужих вещей. Здесь тоже необходимо идти от простого к сложному. План занятий мог бы выглядеть так:

• распознание принадлежащей вам вещи среди предметов одного и того же незнакомого запаха;
• распознание вашей вещи среди предметов, имеющих два разных незнакомых запаха;
• распознание вашей вещи среди предметов, каждый из которых имеет свой незнакомый собаке запах.

Все предметы, с которыми работает собака, должны быть изготовлены из одного и того же материала и иметь одинаковые сопутствующие запахи: речь может идти о выборе одного ботинка, шляпы, платья из нескольких ботинок, платьев и шляп. Цель этих опытов — всемерное развитие способности собаки к дифференциации запахов, столь необходимой ей при работе с чужим следом. От подобных опытов можно затем перейти к распознанию людей по запаху принадлежащих им вещей.

Вам понравилось? Делитесь с друзьями!

Ставьте Лайк! Пишите комментарии!

Какие вам встречались самые впечатляющие мысленные эксперименты?

Почему инопланетяне не выходят с нами на контакт

На дороге лежит червяк, и вы проходите мимо него. Знает ли червяк, что вы разумный? Червяк даже не представляет о концепции разума, потому что вы являетесь намного более разумным, чем он. Так, червяк не имеет понятия о том, что что-то разумное прошло мимо него. Это заставляет задуматься, может ли у нас быть представление о том, что некие суперсущества также «проходят» мимо нас. Может, они не заинтересованы нами, потому что мы слишком глупы для них, чтобы даже помыслить о возможном диалоге? Вы не проходите мимо червяка с мыслями вроде «интересно, а о чём он думает?» Это может быть одним из лучших объяснений, почему инопланетяне до сих пор не вошли с нами в контакт. Если и наблюдают за нами, то они могли прийти к выводу, что признаков разумной жизни на Земле нет.

Как «следы» нас с вами путешествуют по Вселенной

У любого объекта, имеющего массу, есть гравитационное поле. Таким образом, в момент рождения ребёнка его гравитационное поле становится самостоятельным и начинает распространяться по космосу со скоростью света в виде постоянно растущей сферы.

Сила нашего гравитационного поля ослабевает на расстоянии, но никогда не достигает нуля. Так, распространяющиеся в бесконечности волны уже спустя 8,3 минуты после нашего рождения коснулись поверхности Солнца. 5,5 часа спустя они достигли Плутона.

Через 1 год наше гравитационное поле расширяется до сферы с диаметром 11,8 триллиона миль. Через 4 года с небольшим поле проскальзывает по поверхности нашей ближайшей из известных звёзд - Проксимы Центавра. К тридцати годам наше гравитационное поле расширяется на 300 триллионов миль вокруг нас в космосе.

Всё ещё чувствуете себя маленькими? От чего становится действительно не по себе, так это от того, что, когда мы умрём, наше гравитационное поле будет продолжать существовать вечно, бесконечно распространяясь по Вселенной, проходя через галактику Андромеды спустя миллионы лет и выходя за её пределы.

Частички всех, кого мы когда-либо знали, живых и нет, проносятся прямо сейчас через глубины космоса. Гравитационные поля наших самых далёких предков и всего, что когда-либо существовало, мчатся через Вселенную, вечно уменьшаясь, но никогда по-настоящему не исчезая.

Как выглядит путешествие назад во времени

Каково это испытать путешествие во времени назад? Сначала кажется, что вы просто будете наблюдать всё как бы в обратной перемотке, но если задуматься, то ощущаться будет это совершенно иначе.

В каждый отдельный момент времени, давайте назовём его T=0, мы обрабатываем информацию, закодированную в нашем мозге, которая отражает воспоминания из прошлого, моменты: T=-1, T=-2, T=-3 и т. д., а также гораздо более нечёткие ожидания и визуализацию будущего: T=1, 2, 3 и т. д.

Обычно от момента T=0 мы следуем к T=1. В это время физические процессы создают в памяти запись о мгновении T=0, которое встаёт в длинной череде моментов из прошлого.

Теперь давайте предположим, что вместо этого мы следуем назад, к T=-1. Есть ли у нас воспоминания о T=0? Нет. Их нет, потому что мы вернулись назад во времени к моменту, когда Вселенная существовала в T=-1, и в то мгновение у нас были воспоминания о T=-2 и только лишь ожидания T=0. И если мы вернёмся к T=-2, тогда в этот момент у нас будут воспоминания о T= -3 и ожидания T=-1.

Таким образом, неважно, как далеко назад мы вернёмся, в каждый отдельный момент времени мы по-прежнему будем помнить о предыдущем и представлять последующий. Момента, в который мы могли бы увидеть, как яйцо собирается в целое вместо того, как оно разбивается, нет. По ощущениям это будет то же самое, что и двигаться вперёд.

И теперь к нам приходит осознание того, что мы не можем двигаться назад. Если каждый момент движения назад ощущается точно так же, как и момент при движении вперёд, тогда что это может значить? Движемся ли мы вообще вперёд?

Твёрдая Земля под нами - миф

В ясную ночь ложитесь на своём заднем дворе и всмотритесь в звёзды.

Сначала вы будете ощущать знакомый комфорт отдыха на устойчивой земле, глядя на звёзды, мерцающие в небе. Но только задумайтесь, что мы на самом деле не «здесь» и звёзды на самом деле не «там». Это всё иллюзия. В реальности мы «прилипли» к поверхности сферы, которую швыряет в пространстве из стороны в сторону с огромной скоростью. Вы не просто смотрите на статичный звёздный небосвод, вы видите просторы космоса почти так, как если бы вы были в кабине гигантского космического корабля.

Как выглядит путешествие в параллельную вселенную

Представьте, что вы чёрный квадрат на белом листе бумаги. Добро пожаловать во Флэтленд. Вы можете перемещаться здесь абсолютно свободно, но только в двух измерениях. Здесь просто нет третьего и не существует верха и низа.
Но существуют ли здесь трёхмерные объекты? Да, они есть. Но жители Флэтленда, такие как вы, никогда не увидят их. Вы можете видеть только плоскость трёхмерного объекта.

Теперь представьте, что на другой стороне листа бумаги вы обнаружили себе подобного. Можете ли вы добраться до другой стороны, чтобы поздороваться с соседом? Ведь с ним вас разделяет плоскость, и кажется невероятным, что вы можете проникнуть на другую сторону, притом что проделать отверстие невозможно, потому что третьего измерения не существует.

Но всё-таки вероятность есть. Если бы лист представлял собой ленту Мёбиуса, то, например, муравей прополз бы по всей длине этого листа и вернулся бы к своей исходной точке, пройдя по обеим его сторонам, но не пересекая его края.

То есть для этого Флэтленду нужен изгиб. Но допустим ли он? Не сделается ли таким образом Флэтленд трёхмерным пространством? И да и нет. Лента Мёбиуса трёхмерна, но, как и муравьи на ней, жители Флэтленда, ограничены двумя измерениями листа бумаги.

Будучи людьми, мы похожи на жителей Флэтленда в том смысле, что мы ограничены тремя измерениями и не можем по желанию путешествовать в четвёртом.

Представьте ленту Мёбиуса, сделанную из нашей Вселенной в трёхмерном пространстве, которое также имеет изгиб, дающий доступ в параллельную вселенную. Так же, как жители Флэтленда, мы можем познакомиться с жителями «другой стороны нашей трёхмерной вселенной», то есть из параллельной вселенной. Мы можем обнаружить вселенную, которая резко отличается от нашей.

Но где же находится этот изгиб? И, вообще, существует ли он? Каковы последствия существования этой ленты Мёбиуса? Возможно ли, что этот изгиб создали суперсущества, имеющие доступ к 4-м измерениям, просто ради забавы, так же как и мы можем склеить ленту Мёбиуса для муравьёв? Это лишь некоторые из многих вопросов...

Каково это - быть слепым

Я наполовину слеп, то есть я абсолютно ничего не вижу левым глазом. Это значит, что я не вижу ничего вообще. Всего этого просто не существует. Большинство людей не понимают, что значит «не видеть ничего». И когда они задаются этим вопросом, я обычно отвечаю так.

Поднимите свою руку перед своим лицом. Посмотрите на неё. Вы видите, как выглядит ваша рука прямо сейчас? Продолжайте думать о своей руке. А теперь уберите руку за голову. Как ваша рука выглядит сейчас? Никак. Рука, которую вы видели перед собой, теперь находится вне поля вашего периферического зрения, и её просто нет. Теперь представьте, что ваше периферическое зрение с левой стороны сократилось, и вы видите только половину поля зрения. Как раз так вижу я.

Американский педагог, предприниматель и бывший аналитик хедж-фонда Сал Хан предложил удивительный и вдохновляющий мысленный эксперимент во время своей речи на церемонии вручения дипломов студентам MIT в 2012 году.

«Представьте себя через 50 лет. Вам недавно стукнуло 70, ваша карьера близится к концу. Вы сидите на диване, только что посмотрев голографическое обращение президента Кардашьян.

Вы начинаете вспоминать свою жизнь, размышлять о всех самых важных моментах. Думать об успехах в карьере, о том, смогли ли вы обеспечить свою семью. Но потом вы задумываетесь, о чём вы сожалеете, обо всех тех вещах, которые вы хотели бы сделать немного иначе. Я догадываюсь, что такие моменты будут.

Представьте, что в момент, как вы будете думать об этом, появится джинн из ниоткуда и скажет: «Я подслушал ваши сожаления. Они действительно веские. Но так как вы хороший человек, я готов дать вам второй шанс, если вы хотите». Вы говорите: «Конечно», и джинн щёлкает пальцами.

Внезапно вы окажетесь там, где вы сидите сегодня. Ощутив своё подтянутое здоровое 20-летнее тело, вы начинаете понимать, что это произошло на самом деле. У вас действительно есть шанс сделать всё заново, чтобы построить карьеру и крепкие отношения».

Перед учеными часто возникает ситуация, когда проверить ту или иную теорию экспериментально очень сложно или даже попросту невозможно. Например, когда речь идет о движении с околосветовыми скоростями или о физике в окрестностях черных дыр. Тогда на помощь приходят мысленные эксперименты. Предлагаем вам поучаствовать в некоторых из них.

Мысленные эксперименты это последовательности логических умозаключений, цель которых - подчеркнуть некое свойство теории, сформулировать разумный контрпример или доказать какой-то факт. В целом, любое доказательство в том или ином виде - мысленный эксперимент. Главная прелесть умственных упражнений заключается в том, что они не требуют никакого оборудования и зачастую - никаких специальных знаний (как, например, при обработке результатов экспериментов LHC). Так что устраивайтесь поудобнее, мы начинаем.

Кот Шредингера

Пожалуй, самый известный мысленный эксперимент - это эксперимент с котом (точнее, кошкой), предложенный Эрвином Шредингером более 80 лет назад. Начнем с контекста эксперимента. В тот момент квантовая механика только начинала свое победное шествие, и ее необычные законы казались противоестественными. Один из таких законов - то, что квантовые частицы могут существовать в суперпозиции двух состояний: например, одновременно «вращаться» по часовой стрелке и против часовой стрелки.

Эксперимент. Представьте себе герметичный ящик (достаточно большой), в котором есть кот, достаточное количество воздуха, счетчик Гейгера и радиоактивный изотоп с известным временем полураспада. Как только счетчик Гейгера обнаруживает распад атома, специальный механизм разбивает ампулу с ядовитым газом и кот погибает. Спустя время полураспада изотоп с вероятностью 50 процентов распался и с точно такой же вероятностью остался цел. А значит и кот либо жив, либо умер - словно бы находясь в суперпозиции состояний.

Интерпретация. Шредингер хотел показать противоестественность суперпозиции, доведя ее до абсурда, - такая большая система, как целый кот, не может быть одновременно живой и мертвой. Стоит отметить, что с точки зрения квантовой механики тот момент, когда счетчик Гейгера срабатывает на распад ядра, происходит измерение - взаимодействие с классическим макроскопическим объектом. В результате суперпозиция должна распадаться.

Интересно, что физики уже проводят эксперименты, аналогичные введению кота в суперпозицию. Но вместо кота в них используются другие крупные по меркам микромира объекты - например, молекулы .

Парадокс близнецов

Этот мысленный эксперимент часто приводят в качестве критики специальной теории относительности Эйнштейна. Он основан на том, что при движении с околосветовыми скоростями замедляется течение времени в системе отсчета, связанной с движущимся объектом.

Эксперимент. Представьте себе далекое будущее, в котором существуют ракеты, которые могут перемещаться со скоростью, близкой к скорости света. На Земле есть два брата-близнеца, один из них - путешественник, а другой - домосед. Предположим, брат-путешественник сел на одну из таких ракет и совершил путешествие на ней, после чего вернулся. Для него, в тот момент, когда он летел на околосветовой скорости относительно Земли, время текло медленнее, чем для брата-домоседа. Значит, когда он вернется на Землю, он окажется моложе своего брата. С другой стороны, его брат сам двигался с околосветовой скоростью относительно ракеты - а значит, положение обоих братьев в некотором смысле эквивалентно и при встрече они вновь должны быть одного возраста.

Интерпретация. В действительности брат-путешественник и брат-домосед не эквивалентны, поэтому, как и подсказывает мысленный эксперимент, путешественник окажется моложе. Интересно, что этот эффект наблюдается и в настоящих экспериментах: короткоживущие частицы, путешествующие с околосветовой скоростью, словно бы «живут» дольше из-за замедления времени в их системе отсчета. Если попытаться расширить этот результат на фотоны, то окажется, что они и вовсе живут в остановившемся времени.

Лифт Эйнштейна

В физике есть несколько понятий массы. Например, есть масса гравитационная - это мера того, как тело вступает в гравитационное взаимодействие. Именно она вжимает нас в диван, кресло, сиденье метро или пол. Есть масса инерционная - она определяет, как мы ведем себя в ускоряющейся системе координат (она заставляет нас отклоняться назад в трогающемся со станции поезде метро). Как видно, равенство этих масс - не очевидное утверждение.

В основе общей теории относительности лежит принцип эквивалентности - неотличимость гравитационных сил от псевдосил инерции. Один из способов это продемонстрировать - следующий эксперимент.

Эксперимент. Представьте себе, что вы находитесь в звукоизолированной, герметично закрытой кабине лифта с достаточным количеством кислорода и всего необходимого. Но при этом вы можете быть в любой точке Вселенной. Ситуация осложняется тем, что кабина может двигаться, развивая постоянное ускорение. Вы ощущаете, что вас слегка притягивает к полу кабины. Можете ли вы отличить - связано ли это с тем, что кабина находится, например, на Луне или с тем, что кабина движется с ускорением 1/6 ускорения свободного падения?

Интерпретация. По мнению Эйнштейна - нет, не сможете. Поэтому и для остальных процессов и явлений нет разницы между равноускоренным движением в лифте и в поле силы гравитации. С некоторыми оговорками из этого следует, что гравитационное поле можно заменить на ускоряющуюся систему отсчета.

Сегодня в существовании и материальности гравитационных волн не сомневается никто - год назад коллаборации LIGO и VIRGO поймали долгожданный сигнал от столкновения черных дыр. Однако в начале XX века, после первой публикации статьи Эйнштейна о волнах искажения пространства-времени, к ним относились скептически. В частности, даже сам Эйнштейн в какой-то момент сомневался в их реалистичности - они могли оказаться лишенной физического смысла математической абстракцией. Чтобы наглядно показать их реалистичность, Ричард Фейнман (анонимно) предложил следующий мысленный эксперимент.

Эксперимент. Для начала - гравитационная волна представляет собой волну изменения метрики пространства. Иными словами, она изменяет расстояние между объектами. Представьте себе трость, вдоль которой с очень малым трением могут перемещаться шарики. Пусть трость расположена перпендикулярно направлению движения гравитационной волны. Тогда, когда волна достигает трости, расстояние между шариками сначала сокращается, а затем увеличивается, в то время как трость остается неподвижной. Значит, они скользят и выделяют тепло в пространство.

Интерпретация. Это значит, что гравитационная волна несет в себе энергию и вполне реальна. Можно допустить, что трость сжимается и вытягивается вместе с шариками, компенсируя относительное движение, но, как сам Фейнман, ее сдерживают электростатические силы, действующие между атомами.

Демон Лапласа

Следующая пара экспериментов - «демоническая». Начнем с менее известного, но от того не менее красивого Демона Лапласа, который позволяет (или нет) узнать будущее Вселенной.

Эксперимент. Представьте себе, что где-то существует огромный, очень мощный компьютер. Настолько мощный, что он может, взяв в качестве отправной точки состояние всех частиц Вселенной, рассчитать, как эти состояния будут развиваться (эволюционировать). Иными словами, этот компьютер может предсказывать будущее. Чтобы было еще интереснее, представим себе, что компьютер предсказывает будущее быстрее, чем оно наступает, - скажем, за минуту он может описать такое состояние всех атомов во Вселенной, какого они достигнут через две минуты от момента начала расчета.

Предположим, в 00:00 мы запустили расчет, дождались его конца (в 00:01) - теперь у нас есть предсказание на 00:02. Запустим второй расчет, который завершится в 00:02 и предскажет будущее в момент 00:03. А теперь обратите внимание на то, что сам компьютер - тоже часть нашей вымышленной Вселенной. Это значит, что в 00:01 он знает свое состояние на момент 00:02 - знает результат расчета состояния Вселенной на момент времени 00:03. А следовательно, повторив такой же прием, можно показать, что машина знает будущее Вселенной в 00:04 и так далее - до бесконечности.

Интерпретация. Очевидно, что скорость расчета, реализующаяся в материальном устройстве, не может быть бесконечной - следовательно, предсказать будущее с помощью компьютера невозможно. Но стоит отметить несколько важных моментов. Во-первых, эксперимент запрещает материального демона Лапласа - состоящего из атомов. Во-вторых, следует отметить, что демон Лапласа возможен в условиях, когда время жизни Вселенной фундаментально ограничено.

Демон Максвелла

И напоследок, Демон Максвелла, - классический эксперимент из курса термодинамики. Он был введен Джеймсом Максвеллом, чтобы проиллюстрировать способ нарушить второе начало термодинамики (то самое, запрещающее создание вечного двигателя в одной из своих формулировок).

Эксперимент. Представьте себе средних размеров герметичный сосуд, разделенный внутри перегородкой на две части. В перегородке есть небольшая дверца или люк. Рядом с ней сидит разумное микроскопическое существо - собственно демон Максвелла.

Наполним сосуд газом при некоторой температуре - для определенности кислородом при комнатной температуре. Важно помнить, что температура - это число, отражающее среднюю скорость движения молекул газа в сосуде. Например, для кислорода в нашем эксперименте эта скорость равна 500 метрам в секунду. Но в газе есть молекулы, двигающиеся быстрее и медленнее этой отметки.

Задача демона - следить за скоростями частиц, подлетающих к дверце в перегородке. Если частица, летящая из левой половины сосуда, имеет скорость больше 500 метров в секунду, демон ее пропустит, открыв дверь. Если меньше - частица не попадет в правую половину. И наоборот, если частица из правой половины бака имеет скорость меньше, чем 500 метров в секунду, демон ее пропустит в левую половину.

Подождав достаточно долго, мы обнаружим, что средняя скорость молекул в правой половине сосуда выросла, а в левой опустилась, - значит выросла и температура в правой половине. Мы можем воспользоваться этим избыточным теплом, например, для работы тепловой машины. При этом для сортировки атомов нам не потребовалась внешняя энергия - всю работу проделал демон Максвелла.

Интерпретация. Главное последствие работы демона - уменьшение общей энтропии системы. То есть, после разделения атомов на горячие и холодные мера хаотичности состояния газа в сосуде уменьшается. Второй закон термодинамики строго запрещает это для замкнутых систем.

Но в действительности эксперимент с демоном Максвелла оказывается не таким парадоксальным, если включить в описание системы самого демона. Он тратит работу на открытие и закрытие створки, а также, и это немаловажно, на измерение скоростей атомов. Все это компенсирует падение энтропии газа. Отметим, что существуют эксперименты по созданию аналогов демонов Максвелла.

Особенно примечательна «броуновская трещотка» - хотя сама она не разделяет молекулы на теплые и холодные, она пользуется хаотичным броуновским движением для произведения работы. Трещотка состоит из лопастей и шестерни, которая может вращаться лишь в одну сторону (ее ограничивает специальный зажим). Лопасть должна вращаться случайным образом, при этом совершить полноценный оборот ей удастся, только если ее предполагаемое направление вращения совпадет с разрешенным вращением шестерни. Однако Ричард Фейнман подробно проанализировал устройство и объяснил, почему оно не работает - усредненное воздействие частиц в камере будет обнуляться.

Владимир Королёв

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

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

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

Теорема о бесконечных обезьянах

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

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

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

Столкновение шаров

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

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

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

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

Донорская лотерея

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

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

Философский зомби

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

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

Мозг в колбе

Этот эксперимент предложил философ Хилари Патнэм.

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

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

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

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

Китайская комната

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

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

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

Занавес неведения

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

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