Was sind Gedankenexperimente und wie kann man sie nutzen?
Wikipedia beschreibt es ganz gut:
Gedankenexperiment – Wikipedia
Gedankenexperiment Schrödingers Katze : Quantenmechanische Beschreibung nennt zwei einander ausschließende Möglichkeiten mit ihren Wahrscheinlichkeiten. Ein Gedankenexperiment (auch Gedankenversuch ) ist ein Hilfsmittel, um bestimmte Theorien zu untermauern, zu widerlegen, zu veranschaulichen oder weiterzudenken. Es wird dabei in der Vorstellung eine Situation konstruiert, die real so nicht oder nur sehr schwer herzustellen ist (zum Beispiel eine Reise mit annähernd Lichtgeschwindigkeit ). Sodann malt man sich im Geiste aus, welche Folgen sich aus dieser Situation ergeben, wenn man die Theorie auf die Situation anwendet. Ein Experiment wird also in Gedanken simuliert . Ein Gedankenexperiment ist jedoch kein Experiment im eigentlichen Sinne. Letzteres beleuchtet Theorien durch empirische Anschauung von außen , ein Gedankenexperiment ist jedoch innerhalb von Theorien bzw. in geistigen Dimensionen angesiedelt, der empirische Aspekt fehlt. Einige Gedankenexperimente, die zu der Zeit, als sie erdacht wurden, nicht realisierbar waren, sind später als reale Experimente ausführbar geworden. Zum Beispiel wurde empirisch nachgewiesen, dass Uhren abhängig von der relativen Geschwindigkeit, mit der sie bewegt werden, unterschiedlich schnell gehen. Andere Gedankenexperimente haben sich später als prinzipiell nicht durchführbar herausgestellt. So ist beispielsweise heute bekannt, dass der Maxwellsche Dämon prinzipiell nicht funktionieren kann, hauptsächlich aus „quantenmechanischen Gründen“. Als dieses Gedankenexperiment erdacht wurde, war noch nichts über die Quantenmechanik bekannt. Komplexer sind die Zusammenhänge bei der Arbeit von Albert Einstein und Mitarbeitern über das Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon (EPR). Gedankenexperimente unterscheiden sich grundsätzlich von realen Experimenten und sind oft der theoretischen Physik zuzuordnen; aber auch in anderen Disziplinen, z. B. in der Philosophie , spielen sie eine wichtige Rolle. Hans Christian Ørsted führte als Erster den Begriff Gedankenexperiment als Beziehung zwischen mathematischer und physikalischer Erkenntnis bei Kant ein. Vor allem die von Albert Einstein gefundene spezielle Relativitätstheorie macht reichlich Gebrauch von Gedankenexperimenten. Einstein übernahm die Idee dazu von seinem zeitweiligen Lehrer Ernst Mach , auf dessen philosophisches Wirken die Bekanntheit dieses Begriffs zurückgeht. Beliebt sind Gedankenexperimente besonders, um zu prüfen, ob eine Theorie zu paradoxen Situationen führt. So wird das bekannte Beispiel von Schrödingers Katze oft als Beleg dafür angegeben, dass die betroffene Theorie in wenigstens einer Hinsicht unvollständig ist (zum Beispiel, indem sie Verletzungen der quantenmechanischen Kohärenz nicht berücksichtigt). Gedankenexperimente gehören zur jeweiligen theoretischen Disziplin (z. B. Theoretische Physik), während reale Experimente der jeweiligen experimentellen Disziplin angehören. Der Unterschied scheint selbstverständlich zu sein, ist aber subtil, wie am Beisp
https://de.wikipedia.org/wiki/Gedankenexperiment?wprov=sfti1
Ein Gedankenexperiment ist ein erdachter Experimentaufbau, in dem bekannte Gesetzmäßigkeiten auf Situationen angewandt werden, die sich real nicht oder nur sehr schlecht herstellen lassen. Gedankenexperimente werden verwendet, um die Grenzen einer Theorie auszuloten, oder um aus bekannten Theorien neue wissenschaftliche Hypothesen abzuleiten.
Sehr berühmte Gedankenexperimente (nach meinem Kenntnisstand) sind zum Beispiel:
Schrödingers Katze – Wikipedia
Schrödingers Katze: In einer Kiste befinden sich eine Katze, ein radioaktives Präparat, ein Detektor für die beim Zerfall erzeugte Strahlung und eine tödliche Menge Gift, die bei Ansprechen des Detektors freigesetzt wird. Bei Schrödingers Katze handelt es sich um ein Gedankenexperiment aus der Physik , das 1935 von Erwin Schrödinger beschrieben wurde, [1] um einen Schwachpunkt der Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik in Bezug auf die physikalische Realität aufzuzeigen. [2] Schrödinger kritisiert dabei, dass die Quantenmechanik als ein „verwaschenes“ Modell fehlgedeutet und ihre Konsequenz verharmlost wird. Vielmehr, so argumentiert er, besäßen die Bewegungsgleichungen der Quantenmechanik dieselbe Klarheit und Bestimmtheit wie klassische Modelle. Der Begriff der Verwaschenheit wäre für atomare Dimensionen noch hinnehmbar, sei jedoch einfach falsch, wenn auch grob tastbare und sichtbare Dinge von der Unbestimmtheit betroffen sind. Zur Verdeutlichung konstruiert Schrödinger ein Gedankenexperiment, bei dem eine Katze durch die Gesetze der Quantenmechanik in einen Zustand gebracht wird, in dem sie gleichzeitig lebendig und tot ist. Durch eine direkte Beobachtung lässt sich dieser unbestimmte und gemischte Zustand schließlich entscheiden. Erst dann würde die Katze in einen der beiden Zustände „lebendig“ oder „tot“ springen. Im seltsamen Zustand der Mischung sieht Schrödinger jedoch an sich nichts Unklares oder Widerspruchsvolles. [3] Das Gedankenexperiment beruht darauf, dass immer, wenn ein System zwei verschiedene Zustände einnehmen kann, auch die kohärente Überlagerung der beiden Zustände einen möglichen Zustand darstellt. Erst wenn eine Beobachtung oder Messung durchgeführt wird, mit der man zwischen den beiden ursprünglichen Zuständen unterscheiden kann, nimmt das System einen von beiden an. In Anlehnung an das Gedankenexperiment mit einem makroskopischen System spricht man auch bei einem quantenmechanischen System von einem Katzenzustand , wenn man die beiden Zustände in einer solchen Überlagerung durch eine Messung unterscheiden kann. Ohne Wechselwirkung mit der Außenwelt befindet sich Schrödingers Katze, quantenmechanisch beschrieben, in einem überlagerten Zustand. Sie ist sowohl lebendig als auch tot. In dem Gedankenexperiment befinden sich in einem geschlossenen Kasten eine Katze und ein instabiler Atomkern , der innerhalb einer bestimmten Zeitspanne mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zerfällt. Der Zerfall löst mittels eines Geigerzählers die Freisetzung von Giftgas aus, welches die Katze tötet. Schrödinger argumentiert nun, dass – wenn die Quantenphysik auch auf makroskopische Systeme anwendbar wäre – nicht nur der Atomkern, sondern auch die Katze in einen Zustand der Überlagerung geraten müsste. Diese Überlagerung würde erst beendet, wenn jemand den Kasten öffnet und den Zustand der Katze überprüft. Dies stellt eine Messung dar, die entweder das Ergebnis „tot“ oder „lebendig“ feststellt. Bis dahin wäre die Katze also lebendig
https://de.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%B6dingers_Katze?wprov=sfti1
mit Schrödingers Katze wird die Verschränkung von Zuständen in der Quantenphysik illustriert. Neben der rein illustrativen Funktion wirft dieses Gedankenexperiment Fragen in Hinblick auf das „Wesen“ der Quantenmechanik auf und wird als Testfall für,die verschiedenen Interpretationen der Quantenphysik herangezogen (siehe Details im Wikipedia–Artikel)
Die Spezielle Relativitätstheorie und deren Auswirkungen auf Ursachen und Wirkungen ist zu guten Teilen über Gedankenexperimente, in denen lichtschnelle Raumschiffe Lichtsignale austauschen entstanden (siehe http://www.relativitätsprinzip.info/gedankenexperiment/
). Sehr berühmt ist dabei das Gedankenexperiment zum
Zwillingsparadoxon – Wikipedia
Das Zwillingsparadoxon, auch Uhrenparadoxon, ist ein Gedankenexperiment , das einen scheinbaren Widerspruch in der speziellen Relativitätstheorie beschreibt. Im Gedankenexperiment fliegt ein Zwilling mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zu einem fernen Stern, während der andere Zwilling auf der Erde zurückbleibt. Anschließend kehrt der reisende Zwilling mit derselben Geschwindigkeit wieder zurück. Nach der Rückkehr zur Erde stellt sich heraus, dass der dort zurückgebliebene Zwilling älter ist als der Gereiste. Dies ist eine Folge der Zeitdilatation . Die Höhe des Altersunterschieds zwischen den Zwillingen bei der Rückkehr wird durch die Geschwindigkeit der Reise und durch die zurückgelegte Entfernung bestimmt. Die Reisegeschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewirkt zusammen mit den astronomischen Entfernungen zum fernen Stern einen Altersunterschied von mitunter vielen Jahren. Die Zeitdilatation tritt zwar auch bei kleinen Geschwindigkeiten und Entfernungen auf, jedoch ist dann der Zeitunterschied entsprechend kleiner. Im Alltag ist bei den dort auftretenden Geschwindigkeiten und Entfernungen der Unterschied vernachlässigbar klein. Gemäß der relativistischen Zeitdilatation geht eine Uhr, die zwischen zwei synchronisierten Uhren von A nach B bewegt wird, gegenüber diesen Uhren nach. Albert Einstein wies im Jahre 1905 darauf hin, dass das auch der Fall ist, wenn die Uhr zum Ausgangspunkt zurückkehrt. Das bedeutet, dass eine Uhr, die sich von einem beliebigen Punkt entfernt und dorthin zurückkehrt, gegenüber einer am Ausgangspunkt zurückgelassenen unbewegten Uhr nachgeht. [1] 1911 dehnte Einstein diese Überlegung auf lebende Organismen aus: „Wenn wir z. B. einen lebenden Organismus in eine Schachtel hineinbrächten und ihn dieselbe Hin- und Herbewegung ausführen liessen wie vorher die Uhr, so könnte man es erreichen, dass dieser Organismus nach einem beliebig langen Fluge beliebig wenig geändert wieder an seinen ursprünglichen Ort zurückkehrt, während ganz entsprechend beschaffene Organismen, welche an den ursprünglichen Orten ruhend geblieben sind, bereits längst neuen Generationen Platz gemacht haben. Für den bewegten Organismus war die lange Zeit der Reise nur ein Augenblick, falls die Bewegung annähernd mit Lichtgeschwindigkeit erfolgte! Dies ist eine unabweisbare Konsequenz der von uns zugrunde gelegten Prinzipien, die die Erfahrung uns aufdrängt.“ – Albert Einstein: Die Relativitäts-Theorie [2] Die Zeitdilatation selbst ist gemäß dem Relativitätsprinzip symmetrisch. Das heißt, jeder muss die Uhr des anderen als bewegt und somit deren Gangrate als verlangsamt betrachten können. Daraus ergibt sich die Frage, warum die am selben Ort verharrende Uhr nicht aus Sicht der zurückkehrenden Uhr beim Zusammentreffen nachgeht. Das würde einen Widerspruch ergeben, denn beim Zusammentreffen können die Zeigerstellungen beider Uhren nicht jeweils gegenüber der anderen nachgehen. Diese Problemstellung wurde 1911 von Paul Langevin korrekt beantwortet. 1911/13
https://de.wikipedia.org/wiki/Zwillingsparadoxon?wprov=sfti1
Ich denke, Gedankenexperimente sind auch ein wichtiger Teil der Philosophie. Ich persönlich lese ganz gerne die Arbeiten von Nick Bostrom – Wikipedia
, weil er durch Gedankenexperimente zu interessanten Ideen über die mögliche Zukunft der Menschheit kommt. Seine „Simulationshypothese“ ist Ergebnis eines solchen Gedankenexperiments:
Simulationshypothese – Wikipedia
Nick Bostrom (2014) Die Simulationshypothese des Philosophen Nick Bostrom ist die Konsequenz einer Annahme in einem Denkmodell . Dieses Denkmodell nennt Bostrom Simulationsargument . Es besteht aus drei Alternativen, was die reale oder simulierte Existenz entwickelter Zivilisationen betrifft, von denen mindestens eine wahr sein soll. Der Simulationshypothese zufolge sind die meisten gegenwärtigen Menschen Simulationen , also keine real existierenden Menschen. Die Simulationshypothese ist vom Simulationsargument zu unterscheiden, indem sie diese einzige Annahme zulässt. Sie ist nicht wahrscheinlicher oder unwahrscheinlicher als die beiden anderen Möglichkeiten des Simulationsarguments. Bostrom geht in seiner Abhandlung Are you living in a computer simulation? (2003) [1] sowie in späteren, teils etwas weiter gefassten Interviews [2] in einem Denkmodell in Form einer Oder-Verknüpfung ( Disjunktion ) von folgenden drei grundsätzlichen Möglichkeiten technisch „unreifer“ Zivilisationen – wie der unseren – aus. Mindestens eine der genannten Möglichkeiten soll wahr sein. Als „reife“ Zivilisation oder posthumane Stufe bezeichnet Bostrom eine Zivilisation, die über die Computerleistung und das Wissen verfügt, um bewusste, selbstreplizierende Wesen in einem hohen Detaillierungsgrad (ggf. bis hin zur molekularen Nanobotebene ) zu simulieren. Unreife Zivilisationen verfügen nicht über diese Fähigkeit. Bostroms drei Möglichkeiten sind: [1] Die menschliche Zivilisation stirbt sehr wahrscheinlich aus, bevor sie eine „posthumane“ Stufe erreicht hat. Der Anteil „posthumaner“ Zivilisationen, die daran interessiert sind, Simulationen ihrer eigenen Entwicklungsgeschichten oder Variationen derselben zu betreiben, ist wahrscheinlich nahezu Null. Wir leben höchstwahrscheinlich in einer Computersimulation. Wenn 1. zutrifft, dann folgt daraus fast sicher, dass menschliche Zivilisationen auf unserem Stand der technischen Entwicklung eine posthumane Stufe nicht erreichen werden. Trifft 2. zu, dann existiert eine hohe Konvergenz unter den technologisch fortgeschrittenen Zivilisationen. Keine von ihnen enthält Individuen, die ein Interesse daran haben, Simulationen ihrer Vorfahren zu betreiben (Vorgängersimulationen). Wenn 3. zutrifft, dann leben wir ziemlich sicher in einer Simulation, und zwar die allermeisten Menschen. Alle drei Möglichkeiten sind ähnlich wahrscheinlich. [2] Wenn wir heute nicht in einer Simulation leben, dann werden unsere Nachkommen demnach eher keine Vorgängersimulationen betreiben. Mit anderen Worten: Der Glaube daran, dass wir möglicherweise eines Tages eine „posthumane“ Stufe erlangen, auf der wir Computersimulationen betreiben, ist falsch, es sei denn, wir leben bereits heute in einer Simulation. [1] Ein Gehirn im Tank denkt, dass es läuft. Vorstellung und Realität stimmen in diesem Gedankenexperiment nicht überein. Gemäß Bostrom's vorgeschlagenem Denkmodell ist eine der drei obigen Möglichkeiten wahr. Bostrom argumentiert auf der zusätzlichen Annah
https://de.wikipedia.org/wiki/Simulationshypothese?wprov=sfti1
Ich selbst habe mir auch schon solche Gedankenexperimente ausgedacht. Interessant finde ich zum Beispiel das Gedankenexperiment, welche Konsequenzen sich für unsere Moral und Ethik ergeben würden, wenn es für die Menschheit möglich wäre, die Erde zu verlassen und die Menschheit komplett auf einen anderen Planeten umzusiedeln. Welche ethischen Maßstäbe müssten wir in so einem Fall in Hinblick auf Ressourcen–Raubbau und Umweltzerstörung anlegen? Müssten wir und dann noch um die Natur scheren? Falls wir das müssten, warum müssten wir das und welche moralischen Maßstäbe lassen sich für uns heute daraus ableiten?
Auch interessant finde ich den Gedanken, was passiert, wenn man mit fortschreitender Medizin, Teile des Körpers durch Prothesen ersetzt. Wann hört der Mensch auf ein Mensch zu sein? Wenn man alles zuweist ersetzen könnte, dass nur noch ein Gehirn in einer Maschine schwimmt, mit der dieses Gehirn mit seiner Umwelt interagiert, was würde dieses Konstrukt von einer fortgeschrittenen künstlichen Computerintelligenz unterscheiden?
Es gibt ein ganzes Reclamheft über Gedankenexperimente in der Philosophie: https://www.reclam.de/data/media/978-3-15-020414-6.pdf