Έξι διάσημα πειράματα σκέψης: από την Αρχαία Ελλάδα στην Κβαντομηχανική

Οράτε επίσης, εδώ

πηγή

Επιμέλεια: Σοφία Παπαδημητρίου

Από την Αρχαία Ελλάδα στην Κβαντομηχανική 

 ή Τι σχέση έχουν ένα κινέζικο δωμάτιο και μια γάτα με το άπειρο;

Μπορεί μια γάτα να είναι και ζωντανή και νεκρή;
Μπορεί ένας υπολογιστής να σκέπτεται;
Πώς μια χελώνα νίκησε τον Αχιλλέα σε έναν αγώνα δρόμου;

Η σειρά animation 60-Second Adventures in Thought του Open University αναδεικνύει έξι διάσημα πειράματα σκέψης σε 60 δευτερόλεπτα το καθένα. 

Στη σειρά των έξι animations, ο κωμικός Ντέιβιντ Μίτσελ παρουσιάζει και εξηγεί έξι διάσημα πειράματα σκέψης, από τους αρχαίους Έλληνες έως τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, που έχουν αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο βλέπουμε τον κόσμο. Θέματα όπως ταξιδιωτικός χρόνος, άπειρο, κβαντομηχανική και τεχνητή νοημοσύνη συμπυκνώνονται σε 60 δευτερόλεπτα και απογειώνουν τη σκέψη.

Όλα ξεκινούν από την αρχαιότητα με «Το Παράδοξο του Ζήνωνα» ή «Το Παράδοξο του Αχιλλέα και της χελώνας» (The Paradox of the Tortoise and Achilles) που διερευνά την κίνηση ως μια ψευδαίσθηση. Το Παράδοξο καταλήγει στο συμπέρασμα ότι «ο βραδύτερος ουδέποτε θα προσπεραστεί από τον ταχύτερο».

Στη συνέχεια κατευθυνόμαστε προς τον 20ο αιώνα με πέντε διάσημα πειράματα σκέψης στη φυσική, τα μαθηματικά και την επιστήμη των υπολογιστών.

The Grandfather Paradox («Το Παράδοξο του Παππού») διερευνά τον ταξιδιωτικό χρόνο. Η ιδέα της δυνατότητας να ταξιδέψουμε προς το μέλλον ή προς το παρελθόν διέγειρε πάντα τους συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας. 

Το «Παράδοξο του Παππού» είναι ένα επιχείρημα που χρησιμοποιούν αρκετοί άνθρωποι για να πείσουν ότι το τα ταξίδια στο χρόνο είναι αδύνατα. Τι θα συνέβαινε αν πηγαίνατε πίσω στο χρόνο και εμποδίζατε τον παππού σας να γνωρίσει την γιαγιά σας, έτσι ώστε η μητέρα σας δεν θα γεννιόταν ποτέ; Τότε και εσείς δεν θα γεννιόσαστε και …ούτω καθ’ εξής.

Το Chinese Room («Κινέζικο Δωμάτιο») προέρχεται από το έργο του John Searle, που δημοσιεύτηκε το 1980 και διαπραγματεύεται την τεχνητή νοημοσύνη. Ένας άνθρωπος βρίσκεται μόνος του μέσα σε ένα δωμάτιο. Κάποιος που βρίσκεται έξω από το δωμάτιο, σπρώχνει χαρτιά κάτω από την πόρτα του, στα οποία είναι γραμμένο κείμενο στα κινέζικα.

Ο άνθρωπος του δωματίου δεν γνωρίζει κινέζικα, αλλά έχει ένα βιβλίο το οποίο αντιστοιχίζει τις κατάλληλες αποκρίσεις στα κινέζικα, που ταιριάζουν με τα κείμενα που εισέρχονται στο δωμάτιο. Έτσι, για κάθε κείμενο που λαμβάνει στέλνει έξω την κατάλληλη απάντηση.

Για έναν εξωτερικό παρατηρητή, φαίνεται ότι ο άνθρωπος του πειράματος γνωρίζει κινέζικα. Το νοητικό αυτό πείραμα προτάθηκε από τον φιλόσοφο John Searle, με σκοπό να καταρρίψει τις θεωρίες που υποστήριζαν την τεχνητή νοημοσύνη. 

Ο επεξεργαστής ενός υπολογιστή όπως και ο άνθρωπος του πειράματος στερείται κατανόησης του έργου που εκτελεί και γι” αυτόν το λόγο δεν έχει πραγματική νοημοσύνη.

Hilbert’s paradox of the Grand Hotel («Το Άπειρο Ξενοδοχείο του Hilbert») προτάθηκε από τον Γερμανό Δαβίδ Χίλμπερτ (David Hilbert), από τους πιο σημαντικούς μαθηματικούς του 19ου και 20ου αιώνα και αντιμετωπίζει το γιγάντιο θέμα του απείρου. Το «Άπειρο Ξενοδοχείο» έχει παιδέψει πολλούς μαθηματικούς, φυσικούς ακόμα και θεολόγους. 

Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός ξενοδοχείου με άπειρα δωμάτια στο οποίο έρχονται με διάφορους τρόπους άπειροι επισκέπτες, εξετάζει την έννοια του απείρου. Μια δύσκολη υπόθεση στην οποία αντιτίθενται οι αισθήσεις μας που την βλέπουν μάλλον ως αριθμό και όχι ως έννοια.

The Twin Paradox, («Το παράδοξο των δίδυμων αδελφών»), ένα αποτέλεσμα της διαστολής το χρόνου επεξηγήθηκε πρώτα από τον Paul Langevin το 1911 και εξετάζει την ειδική θεωρία της σχετικότητας. Το «Παράδοξο των Διδύμων» που περιέγραψε ο Αϊνστάιν σχετίζεται με τη θεωρία της σχετικότητας και τη διαστολή του χρόνου. 

Ο ένας αδελφός από ένα ζευγάρι διδύμων κάνει ένα ταξίδι στο διάστημα με ένα διαστημόπλοιο που κινείται με την ταχύτητα του φωτός. Όταν επιστρέφει βρίσκει τον αδελφό του, που παρέμεινε στη Γη, να έχει γεράσει περισσότερο από τον ίδιο: πώς γίνεται αυτό εφόσον βάσει της θεωρίας της διαστολής του χρόνου θα έπρεπε να τον είχε βρει νεότερο;

Schrödinger’s Cat, («Η γάτα του Σρέντιγκερ») επινοήθηκε από
τον Αυστριακό φυσικόΈρβιν Σρέντιγκερ (Erwin Schrödinger) το 1935, έναν από τους θεμελιωτές της Κβαντικομηχανικής προκειμένου να υποστηρίξει την άποψη ότι στον μικρόκοσμο υπάρχει κάτι μόνο αν παρατηρηθεί. Μία γάτα είναι κλεισμένη σε ένα καλά σφραγισμένο και μονωμένο κουτί που περιέχει ραδιενεργό υλικό, έναν μετρητή Geigerκαι έναν μηχανισμό που είναι ρυθμισμένος να απελευθερώνει δηλητήριο εάν χτυπήσει ένα φωτόνιο στο σύστημα. Σύμφωνα με τον Schrödinger, η γάτα μέσα στο κουτί δεν είναι ούτε ζωντανή, ούτε νεκρή, αλλά υπάρχει συγχρόνως και στις δύο αυτές πιθανές καταστάσεις. 

Οι δύο αυτές πιθανές καταστάσεις καταρρέουν σε μία, μόλις παρατηρηθεί το φαινόμενο από κάποιον παρατηρητή. Μέχρι να γίνει όμως αυτό, η κατάσταση του συστήματος εμπεριέχει συγχρόνως και τις δύο πιθανότητες. Το νοητικό αυτό πείραμα προτάθηκε με στόχο να εξετάσει την κβαντική απροσδιοριστία σε ένα μακροσκοπικό φαινόμενο.

Πηγές
The Open University http://www.open.ac.uk/

Maria Popova Six Famous Thought Experiments, Animated in 60 Seconds Each

Κβαντικά Παράδοξα Jim Al-Khalili

Η φυσική στο Δίκτυο http://www.physics4u.gr/5lessons/lesson5.html

Τα πιο διάσημα πειράματα σκέψης http://tech.pathfinder.gr/xpaths/x-science/295270.html

πηγή