Опыт в уме

Чрезвычайно эффективный приём творчества – Мысленный эксперимент. Вот один из его примеров. Мы уже вспоминали, как Галилей сбросил с Пизанской башни два пушечных ядра разного калибра – чем наглядно доказал: все тела падают с одинаковым ускорением. Этому предшествовал, как мы уже тоже вспоминали, изящный мысленный эксперимент – тоже весьма наглядный.

Допустим, что прав Аристотель[76]: лёгкое тело падает медленнее тяжёлого. Возьмём те же два ядра – лёгкое и тяжёлое – и свяжем их вместе. Получившаяся связка тяжелее любого из исходных ядер. Значит, и падать должна быстрей. Но с другой стороны, ведь в эту связку входит лёгкое ядро. Оно будет падать медленнее тяжёлого – и тем самым тормозить его. Таким образом получится, что связка должна падать и быстрее, и медленнее тяжёлого ядра. Очевидная бессмыслица. К такой же бессмыслице приведёт и предположение, что быстрее падает более лёгкое ядро. Значит, приходится придти к выводу: они падают с одинаковой скоростью. А эксперимент на натуре всего лишь подтвердил результаты мысленного.

Заметим: все рассуждения этого мысленного эксперимента вполне логичны. Логика вообще позволяет вывести очень многое. Но логика в чистом виде формальна – перемалывает всё, что будет предложено логически работающей мысли. Нужна подходящая отправная точка. Её правильный выбор – это уже креативный момент.

Такое сочетание логики и креативности ближе к определению диалектической логики, введенному в своё время выдающимся философом Эвальдом Ильенковым. На первый взгляд термин «креативная логика» противоречив: ведь логика – строгое построение цепочки мыслей по единым правилам, а креативность предполагает выход за правила. Но само творчество тоже имеет определённые закономерности построения цепочек. Просто закономерности эти сложнее – но если их удаётся постичь, творчество становится внятным и логичным.

История развития науки свидетельствует о блестящих результатах применения мысленного эксперимента, а современные тенденции развития превращают его в одну из важнейших процедур познания. Мысленный эксперимент использовали Галилей и Ньютон, Мах, Кирхгоф, Максвелл, к нему постоянно обращались Эйнштейн, Бор, Гейзенберг.

Правда, пока отсутствует единая терминология мысленного эксперимента. Его называют умственным, идеализированным, воображаемым, теоретическим.

Мысленный эксперимент – познавательная деятельность, где важное место занимает научное воображение. Д.П. Горский называет мысленным экспериментом метод, «позволяющий прибегнуть к отвлечениям, в результате которых создаётся идеализированный объект (абстракция, идеализация)». С другой стороны мысленный (воображаемый) эксперимент – умственный процесс, строящийся по типу реального эксперимента и принимающий его структуру. Это вид теоретического рассуждения, реализующий одну из основных присущих человеку функций – поиск новых знаний.

Эксперимент[77], осуществляемый практически, есть вид материальной деятельности, имеющий своей целью исследование объекта, проверку полученных знаний и т д. Всякий материальный эксперимент предполагает выбор определённого объекта исследования и определённого способа воздействия на него. Воздействие осуществляется в строго воспроизводимых условиях, что обеспечивает воспроизводимость результата эксперимента[78].

Мысленный эксперимент, в свою очередь, развивается из реального эксперимента. На каких‑то этапах развития эксперимента субъект не отделяет осмысление его течения от объективного хода экспериментального процесса. Позднее появляется способность проделывать эксперимент как бы про себя, в уме, не воздействуя материально на сам ход эксперимента. Это отражает характерную особенность сознательной человеческой жизнедеятельности: прежде чем производить непосредственно, субъект мысленно решает различные практические и теоретические задачи, совершает сложные и разнообразные мысленные операции, предвосхищающие непосредственное действие.

Мысленный эксперимент – вид познавательной деятельности, в котором структура реального эксперимента воспроизводится в воображении. Между мысленным и материальным экспериментом имеется определённая аналогия. Такая аналогия – существенная черта умственного эксперимента. Исследователь мысленно вводит изучаемый объект во всё новые и новые взаимодействия, ставит его в разнообразные условия, постоянно учитывая возникающие причинно‑следственные отношения, пространственно‑временные и другие изменения, которые должны при этом совершаться в объекте, и соотнося их с первоначальными условиями и связями. Изучаемое явление многократно повторяется в различном составе и порядке. При этом в нём обнаруживаются новые, ранее неизвестные свойства и стороны.

Одно из самых впечатляющих применений мысленного эксперимента – установление основ квантовой механики. Самым крупным её оппонентом был Эйнштейн. Хотя ему самому довелось приложить руку к формулировке квантовой теории (и даже получить Нобелевскую премию именно за эти труды, а не за теорию относительности), он никогда полностью не разделял её идей, считая квантовую теорию либо ошибочной, либо в лучшем случае «истинной наполовину». Известно его изречение: «Бог не играет в кости». Эйнштейн был убеждён: за квантовым миром с его непредсказуемостью, неопределённостью и беспорядком скрывается привычный классический мир конкретной действительности, где объекты обладают чётко определёнными свойствами, такими, как положение и скорость, и детерминированно движутся в соответствии с причинно‑следственными закономерностями. «Безумие» атомного мира, по утверждению Эйнштейна, не фундаментальное свойство. Это всего лишь фасад, за которым «безумие» уступает место безраздельному господству разума.

Эйнштейн пытался найти это фундаментальное свойство в нескончаемых дискуссиях с Бором – наиболее ярким выразителем взглядов той группы физиков, которые считали квантовую неопределённость неотъемлемой чертой природы, не сводимой к чему‑либо другому. Эйнштейн с завидным упорством продолжал свои атаки на квантовую неопределённость, пытаясь придумать гипотетические («мысленные», как принято говорить) эксперименты, которые обнаружили бы логический изъян в официальной версии квантовой теории. Бор каждый раз отражал нападки Эйнштейна, опровергая его аргументы.

Особенно памятен один эпизод на конференции, где собрались многие ведущие физики Европы в надежде услышать о последних достижениях новой тогда квантовой теории. Эйнштейн направил свою критику против варианта принципа неопределённости, устанавливающего, с какой точностью можно определить энергию частицы и момент времени, когда частица ею обладает. Эйнштейн предложил необычайно остроумную схему, позволяющую обойти неопределённость энергии – времени. Его идея сводилась к точному измерению энергии с помощью взвешивания: знаменитая формула Эйнштейна E = mc2 сопоставляет энергию E и массу т, а массу можно измерить взвешиванием.

На этот раз Бор был обеспокоен, и те, кто видел, как он провожал Эйнштейна в гостиницу, заметили, что Бор сильно взволнован. Он провёл бессонную ночь за детальным анализом рассуждений Эйнштейна. И на следующий день, торжествуя, обратился к участникам конференции. Развивая свои аргументы против квантовомеханической неопределённости, Эйнштейн упустил из виду один важный аспект созданной им самим теории относительности. Согласно этой теории, гравитация замедляет течение времени. А при взвешивании без гравитации не обойтись. Значит, эффектом замедления времени пренебречь нельзя. Бор показал: при надлежащем учёте этого эффекта неопределённость восстанавливается на обычном уровне.

Примеры из истории высокой науки можно дополнить иллюстрациями вполне обыденными. Ведь мысленный эксперимент возможен и во вполне бытовых условиях. Например, я в своё время работал в районе Политехнического музея в Москве. Мне надо было часто ходить через Старую площадь – к улице Солянке и обратно. В сквере две дорожки – формально совершенно равноценные. Выбор между ними мог со стороны показаться задачей в духе Буриданова осла. Но если сами дорожки одинаковы, то автомобили вокруг сквера движутся по‑разному: с одной стороны вверх по скату, с другой – вниз. Достаточно поставить себя на их место, чтобы понять: машина, идущая вверх, газует куда сильнее – значит, с дальней от центра стороны площади выхлопных газов значительно больше, и гулять здоровее по дорожке, что ближе к центру.

Такое рассуждение выглядит достаточно простым. Но именно поэтому вести мысленные эксперименты можно в любых условиях, почти непрерывно. Голова должна работать постоянно. Тем более что тренировка в мысленном эксперименте ещё и очень приятна.

Потренируемся? Итак, вопрос: «Произойдёт ли затопление материков, если в результате глобального потепления все льды, плавающие в Мировом океане, растают?» Первое ощущение – нет же никаких необходимых для решения задачи данных и слишком большая неопределённость в формулировке задачи: «А сколько льда плавало? В каких широтах? На сколько высоко поднялась температура нижнего слоя атмосферы?». На эти вопросы ответа нет. Но чем больше неопределённость, тем больше свободы для мысленных экспериментов. Поставим мысленно сосуд с водой, где плавает кусок льда, на весы. Пусть стенки сосуда будут достаточно прочными, невесомыми и плотно прилегают к поверхности чаши весов, а дно сосуда отсутствует – вода непосредственно опирается на чашу весов. Но давление воды на чашу не изменится, даже если весь лёд в воде растает – ведь вес содержимого сосуда останется прежним. Так что чаше безразлично, что происходит в сосуде – плавает кусок льда или уже давно растаял. Значит, не меняется и уровень воды в сосуде, так как давление пропорционально высоте столба воды.

На самом деле всё не так просто. Ведь Земля – планета, а не банка с водой и даже не блин на слонах, китах и черепахе. Толщина мирового океана в разных частях планеты (и даже в соседних областях одного и того же моря) отличается, тогда как в идеализированной модели сосуда до дна в любой точке поверхности воды одинаковое расстояние. Земля имеет ядро: оно, судя по всему, не находится точно по центру планеты, а напоминает яичный желток. Вокруг не вполне круглой планеты Земля двигается ещё и Луна, влияя своим тяготением на приливы и отливы. Так что если средний уровень воды в океанах Земли и не изменится от таяния всех айсбергов, плавающих в них, то вследствие разницы в распределении льда по поверхности воды могут быть затоплены значительные (прибрежные) территории. Это пример изначально некорректно сформулированной задачи и идеализированной модели, далёкой от практики.