5 Gedankenexperimente, die Ihr Gehirn zum Schmelzen bringen

Einige wissenschaftliche Erkenntnisse sind zu groß, gefährlich oder seltsam, um in einem Labor durchgeführt zu werden.

Von Evan Dashevsky

Albert Einstein nutzte bekanntermaßen „Gedankenexperimente“ (dh großartige „Was-wäre-wenn“ -Szenarien, die in einem Labor nur schwer oder gar nicht durchzuführen wären), um seine revolutionären Theorien zu formulieren.

Diese Theorien waren natürlich mehr als nur ein phantasievoller Nabelblick; Sie wurden mit viel Peer-Review-Mathematik unterstützt. Die Rolle, die Gedankenexperimente bei der Beleuchtung des Pfades spielten, sollte jedoch nicht heruntergespielt werden. Tatsächlich wurden viele große wissenschaftliche Entdeckungen durch imaginäre Szenarien vorhergesagt, die Jahrzehnte (manchmal Jahrtausende, wie Sie weiter unten sehen werden) aufgestellt wurden, bevor die Wissenschaft Wege fand, sie zu testen.

Gedankenexperimente helfen Wissenschaftlern dabei, herauszufinden, welche Fragen sie stellen sollten, auch wenn sie noch nicht über die Werkzeuge verfügen, um sie zu beantworten. Viele Gedankenexperimente befassen sich mit Dingen wie fortgeschrittenen Physikprinzipien (zum Beispiel Schrödingers berühmte Katze), aber es gibt auch einige, für die keine Promotion erforderlich ist.

Hier sind fünf meist mathematikfreie Gedankenexperimente, mit denen Sie Ihr Gehirn ein wenig zum Schmelzen bringen können (von denen einige von der Wissenschaft eingeholt wurden, von denen einige immer noch zur Debatte führen). Es mag Spaß machen, über sie zu sprechen, aber denken Sie daran, dass diese rhetorischen Launen sehr reale Konsequenzen haben können, sollte die Wissenschaft jemals aufholen.

1) Ist Captain Kirk in jeder Episode von Star Trek gestorben?

Wussten Sie, dass Sie letzte Nacht gestorben sind? Nun, du hast es getan. Aber Sie wurden durch eine exakte Nachbildung ersetzt, die dieselben physischen Eigenschaften - sogar dieselben Erinnerungen - an das „Sie“ hat, das gestorben ist. Glaubst du mir nicht? Nun, es wäre wirklich schwer, das Gegenteil zu beweisen.

Das ist das Grundkonzept des Gedankenexperiments „Swampman“, das der Philosoph Donald Davidson Ende der 1980er Jahre aufgestellt hat. In diesem Experiment reist ein Mann durch einen Sumpf und wird von einem Blitz getötet, aber zufällig trifft ein anderer Blitz einen nahe gelegenen Sumpf und ordnet alle organischen Partikel neu, um eine exakte Nachbildung (einschließlich aller Erinnerungen und dergleichen) zu erstellen ) des Mannes, der getötet wurde. Der neue Swampman wacht auf und lebt den Rest des Lebens des Verstorbenen.

Ist dieser neue Swampman derselbe Mann, wenn die Replik (ganz zu schweigen vom Rest der Welt) den Unterschied nicht erkennen kann? Das hängt davon ab, was Sie als das „Selbst“ betrachten. (Dieses spezielle Experiment führt auch zu vielen Interpretationen, die sich auf verschiedene Theorien vieler Welten beziehen - es gibt überall viel Nabelblick.)

Das ganze Swampman-Szenario scheint ein unnötig verschlungener Weg zu sein, um diese Frage zu stellen. Besonders wenn wir eine weitaus zugänglichere Metapher in Bezug auf Repliken aus Science-Fiction haben: Der Transporter aus Star Trek.

Stellen Sie sich das so vor - jedes Mal, wenn Captain Kirk durch den Transporter ging, ist er tatsächlich gestorben? Und wurde eine Nachbildung von sich auf dem Planeten unten wieder aufgebaut? Für den Rest des Universums (einschließlich des „neuen Captain Kirk“) ändert sich nichts. Die einzige Person, für die etwas schief geht, ist Kirk 1.0, der nur kurzerhand getötet wurde.

Das mag alles nach interessantem - wenn auch letztendlich nutzlosem - Nachdenken klingen, aber das ist möglicherweise nicht immer der Fall. In nicht allzu ferner Zukunft könnten wir sehr gut einen Weg finden, 1) Materie a la Star Trek zu teleportieren oder 2) unsere Gedanken in digitaler Form im Kurzweil-Stil hochzuladen. Und es könnte in unserem besten Interesse sein, diese Art von Fragen zuerst in den Griff zu bekommen - möchten Sie nicht wissen, ob Sie jedes Mal Selbstmord begehen, wenn jemand Sie „hochgestrahlt“ hat?

2) Alle Vorsprünge sind unüberwindbar

Einige der bekanntesten und beständigsten Gedankenexperimente sind das Werk eines antiken griechischen Philosophen, Zeno von Elea (es gibt einige Debatten darüber, ob die moderne Wissenschaft und Mathematik endlich auf „Zenos Paradoxe“ geantwortet hat, aber mehr dazu weiter unten). Anscheinend hatte Zeno verrückte Freizeit zur Verfügung, was es ihm ermöglichte, unnötig faszinierende Probleme wie den berühmten „Achilles und die Schildkröte“ zu lösen:

Achilles war der große Held der griechischen Überlieferung, der sich nach Zenos Experiment entschied, eine Schildkröte zu einem Fußrennen herauszufordern. Laut Zeno war Achilles von seinen Fähigkeiten im Schildkrötenrennen so überzeugt, dass er seinem Gegner einen beträchtlichen Vorsprung verschaffte. Selbst mit diesem Handicap sollte der große Achilles - ganz zu schweigen von einem leistungsfähigen erwachsenen Menschen - die Schildkröte leicht überholen und erneut die Dominanz der Menschheit über die Testudinen festigen, oder?

Nun, wie sich herausstellt, nicht so sehr. Durch einen bestimmten Logikfilter gesehen ist es für den armen Achilles tatsächlich unmöglich, dieses Rennen jemals zu gewinnen. Hört sich hier etwas funky an? Lassen Sie uns zuerst das Problem hören, wie es von Aristoteles aus der Physik beschrieben wurde: Buch VI:

In einem Rennen kann der schnellste Läufer niemals den langsamsten überholen, da der Verfolger zuerst den Punkt erreichen muss, an dem der Verfolgte gestartet ist, so dass der langsamere immer einen Vorsprung halten muss.

Lassen Sie mich versuchen zu erklären. In diesem Gedankenexperiment nehmen wir an, dass Achilles und die Schildkröte mit konstanter Geschwindigkeit rasen: Sehr schnell bzw. sehr langsam. Irgendwann im Rennen erreicht Achilles den ursprünglichen Startpunkt der Schildkröte. Aber in der Zeit, die Achilles brauchte, um dorthin zu gelangen, hat sich die Schildkröte weiterentwickelt. Achilles 'nächste Aufgabe wäre es also, die neue Lücke zwischen sich und der Schildkröte zu schließen. Zu diesem Zeitpunkt wäre die Schildkröte jedoch wieder um einen geringeren Betrag vorangekommen. Der Vorgang wiederholt sich dann immer wieder. Achilles steht immer vor einer neuen (wenn auch kleineren) Lücke, die es zu überwinden gilt. Das Mitnehmen: Der große Achilles verliert ein Rennen gegen eine große dumme, schwerfällige Schildkröte und kein Defizit ist jemals zu überwinden.

Das ist natürlich nicht die Realität. Jeder leistungsfähige Mensch (geschweige denn ein Spitzensportler) könnte eine Slowpoke-Schildkröte leicht überholen, selbst mit einem (einigermaßen überwindbaren) Vorsprung. Aber obwohl die Schlussfolgerung falsch ist, können Sie die Logik, die Sie dorthin gebracht hat, nicht einfach negieren. Sie können hier eine ziemlich detaillierte Widerlegung der Situation lesen, die das offensichtliche Paradoxon mit einer Fehlinterpretation der Unendlichkeit in Verbindung bringt. In der Zwischenzeit würden Anhänger der Quantenmechanik sagen, dass die Lösung darin besteht, dass wir nicht wissen können, wo sich ein Objekt sicher befindet. Dies zeigt jedoch, wie ein Gedankenexperiment zu tieferen Untersuchungen beitragen kann.

3) Wir sollten eigentlich nichts tun können

Hier ist noch einer von unserem alten Kumpel Zeno, und er denkt über die Natur der Bewegung nach (und es gibt wieder einige Debatten darüber, ob die zeitgenössische Wissenschaft sie zufriedenstellend beantwortet hat).

Stellen Sie sich zunächst vor, jemand schießt einen Pfeil auf ein Ziel, das ein paar Meter entfernt ist. "Hier ist ein weiteres schönes Beispiel für die elementare Newtonsche Physik, die so funktioniert, wie sie sollte", könnte man meinen. Bei Betrachtung durch einen ganz bestimmten logischen Filter sollte dies jedoch absolut unmöglich sein.

Nehmen wir an, Sie haben die Zeit irgendwann auf der Flugbahn des Pfeils eingefroren (alles im Langoliers-Stil, wenn Sie super dunkel werden möchten). In diesem bestimmten Moment ist der Pfeil an einer einzigen Stelle im Raum aufgehängt. Zu jedem Zeitpunkt tritt keine Bewegung auf. Der Pfeil kann sich nur an der einen oder anderen Stelle befinden und niemals dazwischen. Wie kommt es also von einem Moment zum anderen, wenn es nie einen Moment gibt, in dem es zwischen den beiden Orten liegt? Nichts sollte tatsächlich in der Lage sein, seine Position von einem Moment zum nächsten zu ändern.

Das ist natürlich kein wirkliches Problem. Die Dinge bewegen sich die ganze Zeit wohl oder übel, trotz eines jahrtausendealten logischen Arguments darüber, warum sie es nicht können sollten. Es gibt einige erstklassige physikalische Erklärungen darüber, warum Bewegung tatsächlich möglich ist. Es bleibt jedoch eine Debatte darüber, ob Zenos Paradoxe wirklich zufriedenstellend beantwortet wurden.

4) Realität existiert nicht wirklich

Wir alle beobachten die Welt genauso, oder? Nun, es wird immer offensichtlicher, dass dies nicht der Fall ist. Und die Natur des Beobachtens und Verstehens steht im Zentrum eines Problems, das der Philosoph William Molyneux aus dem 17. Jahrhundert gestellt hat.

So artikulierte er das Problem in einem Brief an seinen professionellen Kollegen John Locke:

Angenommen, ein Mann wurde blind geboren und ist jetzt erwachsen und hat durch seine Berührung gelernt, zwischen einem Würfel und einer Kugel aus demselben Metall und nahezu derselben Größe zu unterscheiden, um zu sagen, wann er das eine und das andere fühlte, welches ist der Würfel, der die Kugel ist. Nehmen wir dann an, der Würfel und die Kugel würden auf einen Tisch gelegt, und der Blinde wollte sehen: Fragen Sie, ob er durch sein Sehen, bevor er sie berührte, nun unterscheiden und erkennen konnte, welcher Globus welcher Würfel ist? Darauf antwortet der akute und vernünftige Antragsteller: „Nicht. Denn obwohl er die Erfahrung gemacht hat, wie ein Globus und wie ein Würfel seine Berührung beeinflusst; Dennoch hat er noch nicht die Erfahrung gemacht, dass das, was seine Berührung so oder so beeinflusst, sein Sehvermögen so oder so beeinflussen muss… “

Kurz gesagt, die Frage ist, ob ein Blinder, der gelernt hat, Grundformen durch Berührung zu unterscheiden, diese Objekte unterscheiden kann, wenn er plötzlich die Kraft des Sehens erhält. Mit anderen Worten, werden Informationen von einer Empfindung in eine andere übersetzt oder assoziieren wir sie nur in unseren Gedanken? Wir kennen die Antwort auf diese Frage, also raten Sie jetzt.

Diese Frage hat viele Debatten ausgelöst, seit sie vor Jahrhunderten zum ersten Mal gestellt wurde. Wie sich jedoch herausstellt, ist die medizinische Wissenschaft in der jüngeren Geschichte so weit fortgeschritten, dass wir einigen Menschen das Sehen zurückgeben und diese Frage beantworten können - und die Antwort lautet: Nein, Menschen sind nicht in der Lage, taktile Gefühle in visuelle Informationen umzusetzen .

Aber hier sehen wir den Wert von Gedankenexperimenten: Der zeitgenössische Experimentator hätte wahrscheinlich nie gedacht, dieses Experiment in der realen Welt überhaupt zu versuchen, wenn Philosophen in den vergangenen Jahrhunderten nicht damit gerungen hätten.

5) Wenn ein Google-Auto jemanden töten muss, wer sollte es sein?

Stellen Sie sich Folgendes vor: Sie befinden sich auf einer Brücke mit Blick auf eine Reihe von Oberleitungsgleisen und stellen fest, dass fünf Personen von einem hinterhältigen (und vermutlich schnurrbartwirbelnden) Bösewicht an die Gleise gebunden wurden. Dann sehen Sie einen außer Kontrolle geratenen Wagen, der die Gleise hinunterfährt und die unglücklichen Menschen mit Sicherheit tötet, wenn nicht jemand eingreift. Ach nein!

In diesem Szenario sind Sie zu dünn, um den Wagen anzuhalten. Aber Sie erkennen, dass Sie Ihre Brücke mit einem riesigen dicken Mann teilen, der - wenn Sie ihn vor den Wagen schieben würden - genug Umfang hätte, um den Wagen anzuhalten und die fünf gefesselten Menschen zu retten, obwohl er mit Sicherheit getötet wird .

Sie haben jetzt folgende Möglichkeiten: 1) Tun Sie nichts und die fünf Menschen werden sterben, oder 2) Schieben Sie den dicken Mann vor den Wagen und opfern Sie ihn für die fünf Menschen. Sind Sie in beiden Szenarien überhaupt schuld am Tod dieser unschuldigen Menschen? Sollte das Gesetz einen Unterschied machen?

Dieses Dilemma wurde auf verschiedene Weise angepasst, einschließlich Versionen, in denen die fünf Personen (oder der dicke Mann) durch einen verwerflichen Bösewicht ersetzt wurden. Die Geschichte fordert viel Nabel auf, über Schuld und Hierarchie von Werten mit wenig praktischen Auswirkungen zu blicken. . . bis vor kurzem.

Diese Frage ist von sehr unmittelbarer Bedeutung, da wir Straßen und Autobahnen mit einer zunehmenden Anzahl von fahrerlosen Fahrzeugen teilen. Und natürlich werden diese Fahrzeuge (oder besser gesagt ihre Softwareentwickler) mit ähnlichen Szenarien konfrontiert sein, bei denen die Ergebnisse jedoch bei weitem nicht so sicher sind wie im ursprünglichen Problem.

Sollte ein fahrerloses Auto auf eine andere Fahrspur springen, um einem kleinen Kind auszuweichen, das gerade auf die Straße gerannt ist? Sollte es einen Zwischenstopp einlegen, um ein galoppierendes Reh nicht zu treffen, wenn man weiß, dass sich direkt dahinter ein schnell fahrendes Auto befindet? Ändern sich diese Entscheidungen, wenn es sich bei dem fahrerlosen Fahrzeug um einen Gefängnisbus handelt, der verurteilte Mörder transportiert, oder um einen Krankenwagen mit einer schwangeren Frau, die ins Krankenhaus fährt, um Zwillinge zur Welt zu bringen? Wenn in diesen Szenarien jemand getötet oder verletzt wird, wer sollte zur Rechenschaft gezogen werden?

Dies ist eine dieser Zeiten, in denen Probleme von den Wolken auf den Boden fallen. Auch wenn die Technologie noch nicht ganz hier ist, kann es nicht schaden, darüber zu sprechen.

Lesen Sie mehr: Das Dilemma, selbstfahrenden Autos Ethik beizubringen.

Ursprünglich veröffentlicht unter www.pcmag.com.