5 Tankeeksperimenter, der vil smelte din hjerne

Nogle videnskaber er for store, farlige eller underlige til at ske i et laboratorium.

Af Evan Dashevsky

Albert Einstein benyttede berømt ”tankeeksperimenter” (dvs. storslåede ”hvad-hvis” -scenarier, der ville være vanskelige - hvis ikke umulige - at gennemføre i et laboratorium) til at danne hans revolutionære teorier.

Disse teorier var naturligvis mere end blot fantasifulde navle, der kiggede; de blev sikkerhedskopieret med en masse peer-reviewet matematik. Imidlertid bør den rolle, som tankeeksperimenter spillede ved belysning af stien, ikke bagatelliseres. Faktisk blev mange store videnskabelige opdagelser forudsagt af imaginære scenarier, der blev anbragt årtier (undertiden årtusinder, som du vil se nedenfor), før videnskaben fandt måder at teste dem.

Tankeeksperimenter hjælper forskere med at finde ud af, hvilke spørgsmål de burde stille, selvom de endnu ikke har værktøjer til at besvare dem. Mange tankeeksperimenter dykker ned i ting som avancerede fysikprincipper (Schrödingers berømte kat, for eksempel), men der er også flere, der ikke kræver en ph.d.

Her er fem for det meste matematik-fri tankeeksperimenter for at smelte din hjerne bare lidt (hvoraf videnskaben har fanget op, hvoraf nogle stadig fremkalder debat). De kan være sjove at overveje, men husk, at disse stykker retorisk finurlighed kan have meget virkelige konsekvenser, hvis videnskaben nogensinde vil indhente.

1) Døde kaptajn Kirk i hver episode af Star Trek?

Vidste du, at du døde i går aftes? Det gjorde du godt. Men du blev erstattet med en nøjagtig kopi, der har alle de samme fysiske egenskaber - selv de samme minder - om det "du", der døde. Tro mig ikke? Det ville være virkelig svært at bevise forkert.

Det er det grundlæggende koncept for ”Swampman” -tankeeksperimentet, som filosofen Donald Davidson stillede i slutningen af ​​1980'erne. I dette eksperiment rejser en mand gennem en sump og dræbt af en lyn af lyn, men - ved en tilfældig tilfældighed - en anden lyn af lynet rammer en nærliggende sump og omlægger alle de organiske partikler for at skabe en nøjagtig kopi (inklusive alle erindringer og sådan ) af den mand, der blev dræbt. Den nye Swampman vågner op og lever resten af ​​den afdøde mands liv.

Er denne nye Swampman den samme mand, hvis kopien (for ikke at nævne resten af ​​verden) ikke kan fortælle forskellen? Det afhænger af, hvad du betragter som ”jeget”. (Dette særlige eksperiment beder også om mange fortolkninger relateret til forskellige verdens verdensteorier - der er masser af navle, der kigger rundt omkring.)

Hele Swampman-scenariet ser ud som en unødvendig indviklet måde at stille dette spørgsmål på. Især når vi har en langt mere tilgængelig metafor vedrørende replikker fra science fiction: Transportøren fra Star Trek.

Så tænk på det på denne måde - hver gang Captain Kirk gik gennem transportøren, døde han faktisk? Og blev en kopi af sig selv genopbygget på planeten nedenfor? For så vidt angår resten af ​​universet (inklusive den "nye kaptajn Kirk") ændrer intet. Den eneste person, som noget er forkert for, er Kirk 1.0, der bare blev dræbt usædvanligt.

Alt dette kan lyde som interessant - hvis det i sidste ende er ubrugeligt - at overveje, men det er måske ikke altid tilfældet. I en ikke alt for fjern fremtid kan vi meget vel finde en måde at 1) teleportere sagen a la Star Trek eller 2) uploade vores sind i digital form i hele Kurzweil-stil. Og det kan være i vores bedste interesse at få fat på disse slags spørgsmål først - vil du ikke vide, om du begik selvmord, hver gang nogen “strålede dig op”?

2) Alle hovedstarter er uovervindelige

Nogle af de mest berømte og vedvarende tankeeksperimenter er håndværket af en gammel græsk filosof, Zeno fra Elea (der er en vis debat om, hvorvidt moderne videnskab og matematik endelig har besvaret ”Zenos paradokser”, men mere om det nedenfor). Zeno havde tilsyneladende vanvittig fritid på hænderne, hvilket gjorde det muligt for ham at komme med unødvendigt spændende kløfter som den berømte ”Achilles og skildpadden”:

Achilles var den store græske helte, der ifølge Zenos eksperiment besluttede at udfordre en skildpadde til et fodløb. Ifølge Zeno var Achilles så sikker på sine skildpaddedræbningsevner, at han gav sin modstander et betydeligt forspring. Selv med dette handicap burde selvfølgelig den store Achilles - for ikke at nævne noget veludviklet voksent menneske - let overhale skildpadden og igen cementere menneskehedens dominans over testudinerne, ikke?

Nå, som det viser sig, ikke så meget. Når man ser gennem et bestemt logikfilter, er det faktisk umulig for fattige Achilles at nogensinde vinde dette løb. Noget lyder funky her? Lad os først høre problemet som beskrevet af Aristoteles fra fysik: Bog VI:

I et løb kan den hurtigste løber aldrig overhale den langsomste, da forfølgeren først skal nå det punkt, hvor den forfulgte startede, så den langsommere altid skal have føringen.

Lad mig forsøge at forklare. I dette tankeeksperiment antager vi, at Achilles og skildpadden kører med konstante hastigheder: Meget hurtigt og meget langsomt. På et tidspunkt i løbet når Achilles skildpadden oprindelige udgangspunkt. Men i den tid det tog Achilles at komme dertil, er skildpadden gået fremad. Så Achilles næste opgave ville være at udgøre den nye kløft mellem ham selv og skildpadden, men da han gjorde det, ville skildpadden igen have flyttet sig frem med et mindre beløb. Processen gentager sig derefter igen og igen. Achilles står altid over for et nyt (hvis mindre) hul der skal overvindes. Takeaway: Den store Achilles mister et løb mod en stor, dum, klodrende skildpadde, og intet underskud er nogensinde overvindeligt.

Naturligvis er dette ikke virkelighed. Ethvert menneske, der ikke er i stand til at fylde (hvad så meget mere en atlet), kan let overhale en slowpoke-skildpadde, selv med en (med rimelig overtagelig) leder. Men selv om konklusionen er forkert, kan du ikke blot ignorere den logik, der fik dig der. Du kan læse en temmelig detaljeret tilbagevenden af ​​situationen her, der fastgør det tilsyneladende paradoks til en fejlagtig fortolkning af uendeligheden. I mellemtiden vil tilhengere af kvantemekanik sige, at løsningen er vores manglende evne til at vide, hvor ethvert objekt er sikkert. Men dette viser, hvordan et tankeeksperiment kan hjælpe med at anspore til en dybere undersøgelse.

3) Vi burde faktisk ikke være i stand til at gøre noget

Her er en anden fra vores gamle ven Zeno, og det tænker på bevægelsens art (og endnu en gang er der en vis debat om, hvorvidt nutidig videnskab har svaret tilfredsstillende).

Forestil dig først nogen, der skyder en pil ind i et mål et par dusin meter væk. ”Her er endnu et dejligt eksempel på elementær Newtonsk fysik, der fungerer som det skal,” kan du tænke. Når det ses gennem et meget specielt logisk filter, bør dette imidlertid være absolut umuligt.

Lad os nu sige, at du bare frøs tid på et tidspunkt langs pilens bane (al Langoliers-stil, hvis du vil gå super uklar). På det bestemte øjeblik suspenderes pilen i pladsen på et enkelt sted. På et øjeblik er der ingen bevægelse. Pilen kan kun være på det ene eller det andet sted og aldrig i mellem. Så hvordan kommer det fra det ene øjeblik til det andet, hvis der aldrig er et øjeblik, hvor det er mellem de to steder? Intet skal faktisk kunne ændre sin position fra det ene øjeblik til det næste.

Naturligvis er dette ikke rigtig et problem. Ting bevæger sig viljestillet overalt hele tiden, på trods af et sundt tusind-årigt logisk argument om, hvorfor de ikke skulle være i stand til det. Der er nogle fysiske forklaringer på øverste hylde om, hvorfor bevægelse faktisk er mulig. Men der er stadig en vis debat om, hvorvidt Zenos paradokser virkelig er blevet tilfredsstillende besvaret.

4) Virkeligheden eksisterer ikke virkelig

Vi observerer alle verdenen på samme nøjagtige måde, ikke? Nå, det bliver mere og mere indlysende, at det faktisk ikke er tilfældet. Og karakteren af ​​observation og forståelse er i centrum for et problem, der stod fra det 17. århundrede filosof, William Molyneux.

Her er, hvordan han formulerede problemet i et brev til kollegen, John Locke:

”Antag en mand født blind og nu voksen og lært ved sin berøring at skelne mellem en terning og en kugle af samme metal og næsten af ​​den samme værdighed, så han fortæller, hvornår han følte det ene og det andet, hvilket er terningen, som er sfæren. Lad os antage, at terningen og kuglen blev placeret på et bord, og den blinde mand fik se: forespørgsel, om han af hans syn, før han rørte ved dem, nu kunne skelne og fortælle, hvilken er kloden, hvilken terning? Som den akutte og bedømmelige forslagsstiller svarer: 'Ikke. For selvom han har opnået oplevelsen af, hvordan en klode, og hvordan en terning, påvirker hans berøring; alligevel har han endnu ikke opnået oplevelsen, at det, der påvirker hans berøring sådan eller så, skal påvirke hans syn sådan eller så ... ”

Kort fortalt er spørgsmålet, om en blind person, der lærte at skelne grundlæggende former ved berøring, kunne skelne mellem disse objekter, da han pludselig modtog synskraften? Med andre ord, oversættes oplysninger fra en sensation til en anden, eller knytter vi dem kun til vores sind? Vi ved faktisk svaret på denne, så giv dine gæt nu.

Dette spørgsmål har skabt megen debat, siden det først blev stillet århundreder siden. Men som det viser sig, i den meget nylige historie, er medicinsk videnskab kommet frem til det punkt, hvor vi kan vende visioner tilbage til nogle mennesker og derfor besvare dette spørgsmål - og svaret er nej, folk er ikke i stand til at oversætte taktil fornemmelse til visuel information .

Men her ser vi værdien af ​​tankeeksperimenter: Den samtidige eksperimentator ville sandsynligvis aldrig have tænkt på at engang forsøge dette virkelige verdenseksperiment, hvis filosoffer ikke har kæmpet med det i de foregående århundreder.

5) Hvis en Google-bil skal dræbe nogen, hvem skal den være?

Forestil dig dette: Du er på en bro med udsigt over et sæt trolley-spor, og du bemærker, at fem mennesker er blevet bundet ned til sporene af en uærlig (og formodentlig snor-snirrende) skurk. Derefter ser du en ukontrolleret vogn, der tager ned sporene, der helt sikkert vil dræbe de uheldige mennesker, medmindre nogen griber ind. Åh nej!

I dette scenarie er du for mager til at stoppe vognen. Men du er klar over, at du deler din bro med en gigantisk fed mand, der - hvis du skulle skubbe ham foran vognen - ville have nok omkrets til at stoppe vognen og redde de fem bundne mennesker, skønt han bestemt vil blive dræbt .

Du står nu over for følgende muligheder: 1) Gør intet, og de fem mennesker vil dø, eller 2) Skub den fede mand foran vognen og ofre ham for de fem personer. I begge tilfælde er du overhovedet skyld i disse uskyldige folks død? Skal loven foretage nogen sondring?

Denne kvarter er blevet tilpasset på en række måder, inklusive versioner, hvor de fem personer (eller den fede mand) er blevet erstattet med en forkastelig skurk. Historien beder om en masse navle, der kigger på skyldighed og hierarki af værdier med ringe praktiske konsekvenser. . . indtil for nylig.

Dette spørgsmål er meget umiddelbar bekymring, da vi deler veje og motorveje med et stigende antal førerløse køretøjer. Og for at være sikker, vil disse køretøjer (eller rettere sagt deres softwareudviklere) stå overfor lignende scenarier, men dem, hvor resultaterne vil være langt fra så sikre, som de er i det originale problem.

Bør en førerløs bil kaste sig ind i en anden bane for at undgå et lille barn, der lige løb på gaden? Bør det stoppe for at undgå at ramme en galopperende rådyr, vel vidende, at der er en hurtig bil lige bag det? Ændrer disse beslutninger sig, hvis det førerløse køretøj tilfældigvis er en fængselsbuss, der transporterer dømte mordere, eller måske en ambulance med en gravid kvinde på vej til hospitalet for at føde tvillinger? Hvis nogen bliver dræbt eller såret i disse scenarier, hvem skal der stilles til ansvar?

Dette er en af ​​de tidspunkter, hvor problemer falder ned fra skyerne til jorden. Selv hvis teknologien ikke er her endnu, kan det ikke skade at begynde at tale om det.

Læs mere: Dilemmaet med at undervise i etik til selvkørende biler.

Oprindeligt offentliggjort på www.pcmag.com.