Experimente de gândire interesante. Experimentul E
Nu pierde. Abonați-vă și primiți un link către articol în e-mailul dvs.
Ce este un experiment de gândire?
Un experiment de gândire în filozofie, fizică și o serie de alte științe este o formă de activitate cognitivă, în care o situație este modelată nu sub forma unui experiment real familiar fiecăruia dintre noi, ci în imaginație. Acest concept a fost introdus pentru prima dată în uz de către filozoful, mecanicul și fizicianul austriac pozitivist Ernst Mach.
Astăzi, termenul „experiment de gândire” este folosit în mod activ de diverși oameni de știință, antreprenori, politicieni și specialiști din diverse domenii din întreaga lume. Unii dintre ei preferă să-și conducă propriile experimente de gândire, iar unii dau tot felul de exemple ale acestora, cu cele mai bune exemple pe care vrem să vi le prezentăm.
După cum sugerează și numele, vom lua în considerare opt experimente în total.
Zombi filosofic
Imaginează-ți un mort viu. Dar nu sinistru, ci atât de modest, inofensiv, asemănător cu o persoană obișnuită. Singurul lucru care îl deosebește de oameni este că nu poate simți nimic, nu are experiență conștientă, dar este capabil să repete acțiunile și reacțiile lor după oameni, de exemplu, dacă este ars de foc, imită cu pricepere durerea.
Dacă ar exista un astfel de zombi, ar merge împotriva teoriei fizicismului, unde percepția unei persoane se datorează doar proceselor planului fizic. De asemenea, zombiul filosofic nu se corelează în niciun fel cu opiniile comportamentale, conform cărora orice manifestări, dorințe și conștiință ale unei persoane sunt reduse la factori comportamentali, iar un astfel de zombi nu poate fi distins de o persoană obișnuită. Acest experiment se referă parțial și la problema inteligenței artificiale, deoarece în locul unui zombi poate exista un android notoriu capabil să copieze obiceiurile umane.
sinucidere cuantică
Al doilea experiment se referă la mecanica cuantică, dar aici se schimbă - de la poziția unui martor ocular la poziția unui participant. Luați pisica lui Schrödinger, de exemplu, care se împușcă în cap cu un pistol alimentat de descompunerea unui atom radioactiv. Pistolul poate rata rau în 50% din timp. , există o ciocnire a două teorii cuantice: „Copenhaga” și multi-lumi.
Potrivit primei, pisica nu poate fi în două stări în același timp, adică. el va fi fie viu, fie mort. Dar, potrivit celei de-a doua, orice nouă încercare de a împușca, așa cum spune, împarte universul în două alternative: în prima, pisica este vie, în a doua, este moartă. Cu toate acestea, alter-ego-ul pisicii, care a rămas să trăiască, va rămâne neconștient de moartea sa într-o realitate paralelă.
Autorul experimentului, profesorul Max Tegmark, înclină spre teoria multiversului. Dar majoritatea experților din domeniul mecanicii cuantice, care au fost intervievați de Tegmark, au încredere în teoria cuantică „Copenhaga”.
Otrava si recompensa
Cortina ignoranței
Un experiment minunat pe tema justiției sociale.
Exemplu: tot ce ține de organizarea socială este încredințat unui anumit grup de oameni. Pentru ca conceptul pe care l-au venit să fie cât mai obiectiv, acești oameni au fost lipsiți de cunoștințele despre statutul lor în societate, apartenența la clase, coeficientul de inteligență și altele care pot garanta superioritatea competitivă - aceasta este tot „cortina ignoranței”. ”.
Întrebarea este, ce concept de organizare a societății vor alege oamenii, fiind incapabili să țină cont de propriile interese personale?
Cameră chinezească
Un bărbat care se află într-o cameră cu coșuri pline cu hieroglife. Are la dispoziție un manual detaliat în limba sa maternă, care explică legile combinării semnelor neobișnuite. Nu este necesar să înțelegem sensul tuturor hieroglifelor, deoarece se aplică doar regulile de desen. Dar în procesul de lucru cu hieroglife, puteți crea un text care să nu fie diferit de limba scrisă a unui rezident chinez.
În afara ușii sălii sunt oameni care le transmit recluzaților cărți cu întrebări în chineză. Eroul nostru, ținând cont de regulile din manual, le răspunde - răspunsurile lui nu au sens pentru el, dar pentru chinezi sunt destul de logice.
Dacă ne imaginăm eroul ca pe un computer, manualul ca bază de informații și mesajele oamenilor ca întrebări și răspunsuri la computer, experimentul va arăta limitările computerului și incapacitatea acestuia de a stăpâni gândirea umană în procesul de a răspunde pur și simplu la condițiile inițiale prin mod programat.
Teorema maimuței infinite
Pe baza acestui experiment, o maimuță abstractă, dacă bate cheile unui mecanism de tipărire într-o manieră haotică pentru eternitate, într-unul dintre momente va putea tipări orice text care i-a fost dat inițial, de exemplu, Hamletul lui Shakespeare.
S-au încercat chiar să dea viață acestui experiment: profesori și studenți de la Universitatea din Plymouth au strâns două mii de dolari pentru a oferi un computer șase macaci din grădina zoologică. A trecut o lună, dar „testații” nu au obținut succes - moștenirea lor literară conține doar cinci pagini, unde predomină litera „S”. Computerul a fost aproape complet distrus. Dar experimentatorii înșiși au spus că au învățat multe din proiectul lor.
Puteți veni cu unele dintre propriile experimente de gândire neobișnuite - pentru aceasta trebuie doar să vă întoarceți capul și. Dar te-ai gândit vreodată, apropo, că mulți dintre noi, aproape toată lumea, conducem mental tot felul de experimente care implică, de exemplu, pe noi înșine, pe cineva apropiat sau chiar cu animale de companie? Data viitoare când îți imaginezi o situație, notează-o pe hârtie sau chiar publică-o - poate ideile tale vor avea o bună dezvoltare.
Ele sunt folosite în domenii precum filosofia și fizica teoretică, când este imposibil să se efectueze un experiment fizic.
Ele servesc drept hrană bună pentru gândire și ne obligă să reconsiderăm ceea ce considerăm de la sine înțeles.
Iată câteva dintre cele mai faimoase experimente de gândire.
experimente științifice
1. Maimuta si vanator
„Vânătorul urmărește maimuța din copac, țintește și trage. În momentul în care glonțul zboară din armă, maimuța cade de pe ramură la pământ. Cum ar trebui să urmărească un vânător să lovească o maimuță?
1. Țintind maimuța
2. Țintind deasupra capului maimuței
3. Țintind mai jos de maimuță
Rezultatul poate fi neașteptat. Gravitația acționează asupra maimuței și asupra glonțului cu aceeași viteză, așa că indiferent cât de repede se deplasează glonțul (ținând cont de rezistența aerului și de alți factori), vânătorul trebuie să țintească maimuța.
Rezultatul poate fi văzut în această simulare pe computer
2. ghiulele lui Newton
În acest experiment de gândire, imaginați-vă un tun pe un munte foarte înalt care își trage miezul la un unghi de 90 de grade față de Pământ.
Diagrama arată mai multe căi de zbor posibile pentru o ghiule, în funcție de cât de repede va zbura în momentul lansării.
Dacă se mișcă prea încet, va cădea în cele din urmă pe Pământ.
Dacă este foarte rapid, se poate elibera de gravitația Pământului și se poate îndrepta în spațiu. Dacă atinge viteza medie, atunci se va mișca pe orbita pământului.
Acest experiment a jucat un rol important în studiul gravitației, punând bazele creării de sateliți și zboruri spațiale.
Exemplu de experiment
3. Misterul toxinei Kawka
„Un miliardar excentric îți oferă o fiolă cu o substanță toxică care, dacă o bei, îți va provoca dureri chinuitoare pentru o zi, dar nu va pune viața în pericol și nu va avea niciun efect pe termen lung.
Miliardarul vă va plăti 1 milion de dolari a doua zi dimineață dacă intenționați să beți o substanță toxică la miezul nopții azi la prânz mâine. Acestea fiind spuse, nu trebuie să bei toxina pentru a obține banii. Banii vor fi deja în contul tău cu câteva ore înainte de a fi timpul să-i bei. Dar... în caz că reușești.
Tot ce trebuie să faci este să intenționezi să bei toxina la miezul nopții diseară, mâine la prânz. Vă puteți răzgândi după ce primiți banii și nu beți toxina. Întrebarea este aceasta: dacă este posibil să intenționezi să bei o substanță toxică?
Potrivit filozofului american Gregory Kavka, ar fi foarte greu, aproape imposibil, să intenționăm să facem ceva dacă nu avem de gând să facem. O persoană rațională știe că nu va bea otrava și, prin urmare, nu poate intenționa să o bea.
4. Ghicitoare a orbului
Această ghicitoare a fost pusă de filozoful irlandez William Molyneux gânditorului britanic John Locke.
Imaginați-vă că o persoană orb din naștere, care a învățat să distingă între un cub și o minge cu ajutorul atingerii, și-a primit brusc vederea.
Poate cu ajutorul vederii, înainte de a atinge obiectele, determinați ce este un cub și ce este o minge?
Răspuns: Nu. Chiar dacă a câștigat experiență folosind atingerea, aceasta nu îi va afecta vederea.
Răspunsul la această întrebare poate rezolva una dintre problemele fundamentale ale minții umane.
De exemplu, empiriştii cred că că o persoană se naște ca o „tablie goală”și devine suma tuturor experienței acumulate. Dimpotrivă, nativiștii au obiectat că noștri mintea conţine reprezentări încă de la început, care sunt apoi activate prin vedere, sunete și atingere.
Dacă un orb ar vedea brusc lumina și ar putea distinge imediat unde este cubul și unde este bila, aceasta ar însemna că cunoașterea este înnăscută.
În urmă cu câțiva ani, profesorul Pawan Sinha de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts a efectuat un studiu asupra pacienților care și-au recăpătat vederea. Rezultatele au confirmat ipoteza lui Molyneux.
Experiment (video)
5. Paradoxul geamănului
Einstein a formulat problema astfel:
„Imaginați-vă doi gemeni Joe și Frank. Joe este o persoană de casă și lui Frank îi place să călătorească.
La 20 de ani, unul dintre ei merge cu o navă spațială în spațiu, călătorind cu viteza luminii. Călătoria lui cu această viteză durează 5 ani și se întoarce când are 30 de ani. Întorcându-se acasă, află că au trecut 50 de ani pe Pământ. Fratele său geamăn este foarte bătrân și are deja 70 de ani.
Aici intervine legea relativității, conform căreia, cu cât te miști mai repede în spațiu, cu atât te miști mai încet în timp.
6. Nemurirea cuantică și sinuciderea cuantică
În acest experiment de gândire, propus de teoreticianul american Max Tegmarok, un participant îndreaptă spre sine un pistol, care este echipat cu un mecanism care măsoară rotația unei particule cuantice.
În funcție de măsurători, pistolul poate să tragă sau nu. Acest proces ipotetic a devenit cunoscut ca sinucidere cuantică.
Dacă interpretarea multi-lumilor este corectă, adică existența universurilor paralele, atunci Universul se va împărți în două, într-unul dintre care participantul va trăi, iar în celălalt va muri.
Această ramificare va avea loc de fiecare dată când trăgaciul este apăsat. Indiferent de câte focuri sunt trase, într-una dintre lumi va exista întotdeauna o versiune a participantului care va supraviețui. Astfel, el va dobândi nemurirea cuantică.
Experimente ale oamenilor de știință
7. Maimuțe fără sfârșit
Acest experiment, cunoscut sub numele de „ teorema maimuței infinite', susține că, dacă un număr infinit de maimuțe apasă aleatoriu tastele unui număr infinit de mașini de scris, la un moment dat, cu siguranță, vor crea operele lui Shakespeare.
Ideea principală este că un număr infinit de forțe active și un timp infinit vor crea la întâmplare totul și totul. Teorema este una dintre cele mai bune moduri de a demonstra natura infinitului.
În 2011, programatorul american Jesse Anderson a decis să testeze această teoremă folosind maimuțe virtuale. A creat câteva milioane maimuțe virtuale” sunt programe speciale care introduc o secvență aleatorie de litere. Când o secvență de litere se potrivește cu un cuvânt dintr-o piesă shakespeariană, aceasta este evidențiată. Astfel, aproape o lună mai târziu a reușit să reproducă poezia lui Shakespeare „Plângerea unui iubit”.
8. Pisica lui Schrödinger
Paradoxul pisicii lui Schrödinger este legat de mecanica cuantică și a fost propus pentru prima dată de către fizicianul Erwin Schrödinger. Experimentul este că o pisică închisă într-o cutie împreună cu un element radioactiv și o fiolă cu otravă mortală. Șansa ca un element radioactiv să se descompună într-o oră este de 50/50. Dacă se întâmplă acest lucru, ciocanul atașat la contorul Geiger va sparge flaconul, va elibera otrava și va ucide pisica.
Deoarece există șanse egale ca acest lucru să se întâmple sau să nu se întâmple, pisica poate fi atât vie, cât și moartă înainte ca cutia să fie deschisă.
Concluzia este că, din moment ce nimeni nu urmărește ce se întâmplă, o pisică poate exista în diferite stări. Aceasta este asemănătoare cu celebra ghicitoare care spune așa: „Dacă un copac cade în pădure și nimeni nu-l aude, scoate un sunet?”
Pisica lui Schrödinger arată natura neobișnuită a mecanicii cuantice, conform căreia unele particule sunt atât de mici încât nu le putem măsura fără a le schimba. Înainte de a le măsura, ele există în suprapunere - adică în orice stare în același timp.
Experiment științific:
9. Creierul într-un balon
Acest experiment de gândire traversează multe domenii, variind de la știința cognitivă la filozofie până la cultura populară.
Esența experimentului este că un om de știință ți-a scos creierul din corp și l-a pus într-un balon cu soluție nutritivă. Electrozii au fost atașați la creier și conectați la un computer care generează imagini și senzații.
Deoarece toate informațiile despre lume trec prin creier, acest computer vă poate simula experiența.
Întrebare: Dacă ar fi posibil, cum ai putea dovedi cu adevărat că lumea din jurul tău este reală mai degrabă decât o simulare pe computer?
Toate acestea sunt similare cu intriga filmului „The Matrix”, care în special a fost influențată de experimentul „creier într-un balon”.
Practic, acest experiment te face să te gândești la ce înseamnă să fii om. Așa că celebrul filozof Rene Descartes s-a întrebat dacă este cu adevărat posibil să dovedim că toate senzațiile ne aparțin și nu sunt o iluzie cauzată de un „demon rău”. El a reflectat acest lucru în celebrul său proverb „Cogito ergo sum” („Gândesc, deci sunt”). Cu toate acestea, în acest caz, creierul conectat la electrozi poate gândi și el.
10. Camera chinezeasca
Camera chinezească este un alt experiment de gândire binecunoscut propus în anii 1980 de filozoful american John Searle.
Imaginați-vă că o persoană care vorbește engleză este închisă într-o cameră care are un slot pentru litere mici. Persoana are coșuri cu caractere chinezești și un manual cu instrucțiuni în limba engleză, care va ajuta la traducerea din chineză. Prin golul din ușă, i se dau bucăți de hârtie cu un set de caractere chinezești. Bărbatul poate folosi manualul pentru a traduce frazele și a trimite un răspuns în chineză.
Deși el însuși nu vorbește un cuvânt de chineză, îi poate convinge pe cei din afară că vorbește fluent chineza.
Acest experiment a fost propus pentru a infirma presupunerea că computerele sau alte tipuri de inteligență artificială pot gândi și înțelege. Calculatoarele nu înțeleg informațiile care le sunt date, dar pot avea un program care dă aspectul inteligenței umane.
Oamenii de știință se confruntă adesea cu o situație în care este foarte dificil sau chiar imposibil să testeze experimental o anumită teorie. De exemplu, când vine vorba de mișcare la viteze apropiate de lumina sau de fizică în vecinătatea găurilor negre. Apoi experimentele de gândire vin în ajutor. Vă invităm să participați la unele dintre ele.
Experimentele de gândire sunt secvențe de inferențe logice, al căror scop este de a sublinia o anumită proprietate a unei teorii, de a formula un contraexemplu rezonabil sau de a dovedi un fapt. În general, orice dovadă într-o formă sau alta este un experiment de gândire. Principala frumusețe a exercițiilor mentale este că nu necesită nici un echipament și adesea nici cunoștințe speciale (cum ar fi, de exemplu, atunci când se prelucrează rezultatele experimentelor LHC). Așa că stai confortabil, începem.
Pisica lui Shroedinger
Poate cel mai faimos experiment de gândire este experimentul cu pisica (mai precis, pisica) propus de Erwin Schrödinger în urmă cu peste 80 de ani. Să începem cu contextul experimentului. În acel moment, mecanica cuantică tocmai începea marșul său victorios, iar legile ei neobișnuite păreau nefirești. Una dintre aceste legi este că particulele cuantice pot exista într-o suprapunere a două stări: de exemplu, ele se pot „roti” simultan în sensul acelor de ceasornic și în sens invers acelor de ceasornic.
Experiment. Imaginați-vă o cutie sigilată (suficient de mare) care conține o pisică, suficient aer, un contor Geiger și un izotop radioactiv cu un timp de înjumătățire cunoscut. De îndată ce contorul Geiger detectează degradarea unui atom, un mecanism special sparge fiola cu gaz otrăvitor și pisica moare. După timpul de înjumătățire, izotopul s-a degradat cu o probabilitate de 50 la sută și a rămas intact cu exact aceeași probabilitate. Aceasta înseamnă că pisica este fie vie, fie moartă - ca și cum ar fi într-o suprapunere de stări.
Interpretare. Schrodinger a vrut să arate caracterul nefiresc al suprapunerii, aducând-o la punctul de absurd - un sistem atât de mare ca o pisică întreagă nu poate fi atât viu, cât și moartă. Este de remarcat faptul că din punctul de vedere al mecanicii cuantice, momentul în care contorul Geiger este declanșat de dezintegrarea nucleului, are loc o măsurătoare - o interacțiune cu un obiect macroscopic clasic. Ca urmare, suprapunerea ar trebui să se rupă.
Interesant este că fizicienii efectuează deja experimente similare cu introducerea unei pisici într-o suprapunere. Dar în loc de pisică, ei folosesc alte obiecte mari conform standardelor microlumii - de exemplu, molecule.
Paradoxul gemenilor
Acest experiment de gândire este adesea citat ca o critică a teoriei speciale a relativității a lui Einstein. Se bazează pe faptul că, atunci când se deplasează la viteze apropiate de lumina, fluxul de timp în cadrul de referință asociat cu obiectul în mișcare încetinește.
Experiment. Imaginați-vă un viitor îndepărtat în care există rachete care pot călători cu viteza aproape de viteza luminii. Există doi frați gemeni pe Pământ, unul dintre ei este un călător și celălalt este un homebody. Să presupunem că un frate călător s-a urcat într-una dintre aceste rachete și a făcut o călătorie pe ea, după care s-a întors. Pentru el, în acel moment, când zbura cu viteza aproape luminii în raport cu Pământul, timpul a trecut mai încet decât pentru fratele său, cel de acasă. Deci, când se va întoarce pe Pământ, va fi mai tânăr decât fratele său. Pe de altă parte, fratele său însuși se mișca cu viteza aproape luminii în raport cu racheta - ceea ce înseamnă că poziția ambilor frați este într-un fel echivalentă, iar atunci când se întâlnesc, trebuie să fie din nou de aceeași vârstă.
Interpretare.În realitate, fratele călător și fratele care sta acasă nu sunt echivalente, așa că, așa cum sugerează experimentul de gândire, călătorul va fi mai tânăr. Interesant este că acest efect este observat și în experimente reale: particulele de scurtă durată care călătoresc cu viteza aproape de lumină par să „trăiască” mai mult datorită dilatării timpului în cadrul lor de referință. Dacă încercăm să extindem acest rezultat la fotoni, se dovedește că aceștia trăiesc în timp oprit.
Lift Einstein
Există mai multe concepte de masă în fizică. De exemplu, există o masă gravitațională - aceasta este o măsură a modului în care un corp intră într-o interacțiune gravitațională. Ea este cea care ne apasă pe canapea, fotoliu, scaunul de metrou sau podea. Există o masă inerțială - determină modul în care ne comportăm într-un sistem de coordonate accelerat (ne face să ne abatem înapoi într-un tren de metrou pornind de la o stație). După cum puteți vedea, egalitatea acestor mase nu este o afirmație evidentă.
Baza teoriei generale a relativității este principiul echivalenței - indistingerea forțelor gravitaționale de pseudoforțele de inerție. O modalitate de a demonstra acest lucru este următorul experiment.
Experiment. Imaginați-vă că vă aflați într-o cabină de lift izolată fonic, închisă ermetic, cu suficient oxigen și tot ce aveți nevoie. Dar, în același timp, poți fi oriunde în univers. Situația este complicată de faptul că cabina se poate mișca, dezvoltând o accelerație constantă. Simți că ești ușor tras spre podeaua cabinei. Puteți spune dacă acest lucru se datorează faptului că cabina se află, de exemplu, pe Lună, sau pentru că cabina se mișcă cu o accelerație de 1/6 din accelerația căderii libere?
Interpretare. Potrivit lui Einstein, nu, nu poți. Prin urmare, pentru alte procese și fenomene nu există nicio diferență între mișcarea uniform accelerată în ascensor și în câmpul forței gravitaționale. Cu unele rezerve, rezultă de aici că câmpul gravitațional poate fi înlocuit cu un cadru de referință accelerator.
Astăzi, nimeni nu se îndoiește de existența și materialitatea undelor gravitaționale - în urmă cu un an, colaborările LIGO și VIRGO au prins semnalul mult așteptat de la coliziunea găurilor negre. Cu toate acestea, la începutul secolului al XX-lea, după prima publicare a lucrării lui Einstein despre undele de distorsiune spațiu-timp, acestea au fost tratate cu scepticism. În special, chiar și Einstein însuși s-a îndoit la un moment dat de realismul lor - s-ar putea dovedi a fi o abstractizare matematică lipsită de sens fizic. Pentru a ilustra realismul lor, Richard Feynman (anonimat) a propus următorul experiment de gândire.
Experiment. Pentru început, o undă gravitațională este o undă de schimbare în metrica spațiului. Cu alte cuvinte, schimbă distanța dintre obiecte. Imaginați-vă un baston de-a lungul căruia bilele se pot mișca cu foarte puțină frecare. Fie ca bastonul să fie situat perpendicular pe direcția de mișcare a undei gravitaționale. Apoi, când valul ajunge în trestie, distanța dintre bile mai întâi scade și apoi crește, în timp ce trestia rămâne nemișcată. Aceasta înseamnă că alunecă și eliberează căldură în spațiu.
Interpretare. Aceasta înseamnă că unda gravitațională transportă energie și este destul de reală. Se poate presupune că bastonul se contractă și se întinde împreună cu bile, compensând mișcarea relativă, dar, ca și Feynman însuși, este reținut de forțele electrostatice care acționează între atomi.
Demonul Laplace
Următoarea pereche de experimente este „demonică”. Să începem cu mai puțin cunoscut, dar nu mai puțin frumos Demon Laplace, care permite (sau nu) să cunoască viitorul Universului.
Experiment. Imaginați-vă că undeva există un computer uriaș, foarte puternic. Atât de puternic încât poate, luând ca punct de plecare starea tuturor particulelor Universului, să calculeze cum se vor dezvolta (evolua) aceste stări. Cu alte cuvinte, acest computer poate prezice viitorul. Pentru a o face și mai interesantă, să ne imaginăm că computerul prezice viitorul mai repede decât vine - să zicem, într-un minut poate descrie starea tuturor atomilor din univers, la care vor ajunge la două minute după începerea calculului. .
Să presupunem că am început calculul la 00:00, am așteptat sfârșitul lui (la 00:01) - acum avem o predicție pentru 00:02. Să începem al doilea calcul, care se va încheia la 00:02 și să prezică viitorul la 00:03. Acum acordați atenție faptului că computerul însuși face, de asemenea, parte din universul nostru fictiv. Aceasta înseamnă că la 00:01 își cunoaște starea la 00:02 - cunoaște rezultatul calculării stării Universului la 00:03. Prin urmare, prin repetarea aceleiași tehnici, se poate demonstra că mașina cunoaște viitorul Universului la 00:04 și așa mai departe - la infinit.
Interpretare.În mod evident, viteza de calcul, care se realizează într-un dispozitiv material, nu poate fi infinită - prin urmare, este imposibil de prezis viitorul cu ajutorul unui computer. Dar merită remarcat câteva puncte importante. În primul rând, experimentul interzice demonul material al lui Laplace - format din atomi. În al doilea rând, trebuie remarcat faptul că demonul Laplace este posibil în condițiile în care durata de viață a Universului este limitată fundamental.
Demonul lui Maxwell
Și, în sfârșit, Demonul lui Maxwell este un experiment clasic din cursul termodinamicii. A fost introdus de James Maxwell pentru a ilustra o modalitate de a încălca a doua lege a termodinamicii (cea care interzice mișcarea perpetuă într-una dintre formulările sale).
Experiment. Imaginați-vă un vas etanș la aer de dimensiuni medii, împărțit în interior printr-un despărțitor în două părți. Există o ușă mică sau trapă în despărțitor. Lângă ea stă o creatură microscopică rezonabilă - de fapt demonul lui Maxwell.
Să umplem vasul cu gaz la o anumită temperatură - pentru certitudine, cu oxigen la temperatura camerei. Este important să ne amintim că temperatura este un număr care reflectă viteza medie de mișcare a moleculelor de gaz într-un vas. De exemplu, pentru oxigenul din experimentul nostru, această viteză este de 500 de metri pe secundă. Dar există molecule în gaz care se mișcă mai repede și mai lent decât acest semn.
Sarcina demonului este să monitorizeze viteza particulelor care zboară până la ușa din partiție. Dacă o particulă care zboară din jumătatea stângă a vasului are o viteză de peste 500 de metri pe secundă, demonul o va lăsa să treacă prin deschiderea ușii. Dacă este mai mică, particulele nu vor cădea în jumătatea dreaptă. În schimb, dacă o particulă din jumătatea dreaptă a rezervorului are o viteză mai mică de 500 de metri pe secundă, demonul o va lăsa să treacă în jumătatea stângă.
După ce ați așteptat suficient, vom constata că viteza medie a moleculelor din jumătatea dreaptă a vasului a crescut, în timp ce în partea stângă a scăzut, ceea ce înseamnă că și temperatura din jumătatea dreaptă a crescut. Putem folosi acest exces de căldură, de exemplu, pentru a porni un motor termic. În același timp, nu aveam nevoie de energie externă pentru a sorta atomii - demonul lui Maxwell a făcut toată munca.
Interpretare. Principala consecință a muncii demonului este o scădere a entropiei totale a sistemului. Adică, după separarea atomilor în cald și rece, măsura stării haotice a gazului din vas scade. A doua lege a termodinamicii interzice strict acest lucru pentru sistemele închise.
Dar, în realitate, experimentul cu demonul lui Maxwell se dovedește a fi mai puțin paradoxal dacă demonul însuși este inclus în descrierea sistemului. El lucrează la deschiderea și închiderea obturatorului și, de asemenea, și acest lucru este important, la măsurarea vitezelor atomilor. Toate acestea compensează scăderea entropiei gazului. Rețineți că există experimente pentru a crea analogi ai demonilor lui Maxwell.
Deosebit de remarcat este „clichetul brownian” - deși nu împarte moleculele în cald și rece, folosește mișcarea haotică browniană pentru a lucra. Clichetul este format din lame și o roată dințată care se poate roti doar într-un singur sens (este limitată de o clemă specială). Lama trebuie să se rotească aleatoriu și va reuși să facă o revoluție completă numai dacă direcția de rotație prevăzută coincide cu rotația permisă a angrenajului. Cu toate acestea, Richard Feynman a analizat dispozitivul în detaliu și a explicat de ce nu funcționează - impactul mediu al particulelor din cameră se va reseta la zero.
Vladimir Korolev
W. Edward Deming a făcut un experiment cu margele roșii în atelierele sale de 4 zile. Urmărește videoclipul experimentului cu mărgele roșii și albe pe această pagină.
Experimentul lui Deming cu margele roșii. Cum să experimentați singur cu margele roșii și albe? Ce este necesar pentru a efectua un experiment cu margele roșii, care a fost condus de E. Deming?
Antrenament cu experimentul lui W. E. Deming „Margele roșii”.
„Liderii sunt ocupați cu afaceri penny,
ignoră pierderile uriașe.”
E. Deming
Experimentați cu margele roșii
Dr. Experimentul cu mărgele roșii a lui Deming
Experimentul cu mărgele roșie a fost început de Deming în primele sale prelegeri către japonezi în 1950 pentru a demonstra diferența dintre cauzele generale și specifice ale variației. Timp de mulți ani, Deming a folosit același aparat pentru a experimenta margele roșii. Aceste dispozitive de bază sunt: o cutie cu margele albe și roșii în raport de aproximativ 4:1 și o bucată dreptunghiulară de plastic „lemn, metal etc., numită în mod obișnuit spatulă, în care sunt realizate 50 de adâncituri verticale. O probă de 50 de margele se obține prin scufundarea unei spatule în cutie.
Sursa descrierii experimentului: Neve Henry R. „The space of Dr. Deming: Principles for building a sustainable business” Per. din engleza. - M.: Alpina Business Books, 2005, p. 110-115.
Ilustrații color și video - S. Grigoriev.
Forma de bază a experimentului cu mărgele roșie care a fost demonstrată în atelierele de patru zile a rămas relativ neschimbată de-a lungul anilor.
Voluntarii sunt invitați din public de către maestru:
- șase lucrători interesați (nu necesită abilități speciale: vor fi instruiți și vor trebui să îndeplinească toate cerințele fără întrebări sau reclamații);
- doi inspectori juniori (este suficient ca ei să poată număra până la douăzeci);
- inspector șef (ar trebui să poată compara două numere pentru egalitate sau inegalitate și să poată vorbi tare și clar);
- registrator (ar trebui să fie capabil să scrie cu acuratețe și să efectueze operații aritmetice simple).
O zi de lucru pentru fiecare muncitor este procesul de prelevare a unei probe (50 de margele) din cutie cu o spatula. Margele albe sunt un produs bun acceptabil pentru consumator. Margele roșii sunt un produs inacceptabil. În conformitate cu cerințele comandantului sau cu dorințele conducerii de top, sarcina este să nu permită să intre mai mult de una sau trei margele roșii. Muncitorii sunt instruiți de un maistru (Deming) care dă instrucțiuni precise despre modul în care urmează să fie efectuată lucrarea: cum urmează să fie amestecate mărgelele, care sunt direcțiile, distanța, unghiurile și nivelul de amestecare atunci când se utilizează spatula. Pentru a minimiza variațiile, procedura trebuie să fie standardizată și reglementată.
Lucrătorii trebuie să urmeze toate instrucțiunile cu mare atenție, deoarece depinde de rezultatele muncii lor dacă vor rămâne la locul de muncă.
"Amintiți-vă, fiecare zi de muncă poate fi ultima, în funcție de modul în care lucrați. Sper să vă bucurați de munca voastră!"
Procesul de control implică mult personal, dar este foarte eficient. Fiecare muncitor aduce munca zilei încheiate primului inspector junior, care numără și notează în tăcere numărul de mărgele roșii, iar apoi merge la al doilea inspector, care face același lucru. Inspectorul-șef, tăcând și el, compară cele două relatări. Dacă diferă, atunci s-a strecurat o eroare! Și mai provocator este faptul că, chiar dacă ambele conturi se potrivesc, ele pot greși. Cu toate acestea, procedura este de așa natură încât, în cazul unei erori, inspectorii, încă independent unul de celălalt, trebuie să recalculeze rezultatul. Când scorurile se potrivesc, inspectorul șef anunță rezultatul și registratorul îl introduce pe un slide proiectat pe un ecran de deasupra. Muncitorul își întoarce mărgelele în cutie - ziua sa de muncă s-a încheiat.
Lucrările continuă timp de patru zile. Sunt 24 de rezultate în total. Maestrul le comentează în mod constant. Îl laudă pe Al pentru că a redus numărul de mărgele roșii la patru, iar publicul îl aplaudă. O certa pe Audrey pentru că a primit șaisprezece roșii și publicul râde nervos. Cum poate Audrey să aibă de patru ori mai multe mărgele defecte, dacă nu este neglijentă și leneșă? Niciunul dintre ceilalți lucrători nu poate rămâne calm, pentru că dacă Al ar putea face patru, atunci toată lumea o poate face. Al este un „lucrător zilnic” și va primi un bonus. Dar a doua zi, nouă mărgele roșii sunt găsite cu Al, pentru că a devenit prea calm. Audrey aduce zece: a început prost, dar acum începe să se îmbunătățească, mai ales după o conversație serioasă cu maestrul la sfârșitul primei zile.
"Opriți! Opriți coada! Ben tocmai a făcut șaptesprezece roșii! Să avem o întâlnire și să încercăm să înțelegem care este motivul performanței slabe. Acest tip de muncă poate duce la închiderea întreprinderii."
La sfârșitul celei de-a doua zile, maistrul poartă o discuție serioasă cu muncitorii. Pe măsură ce oamenii învață și devin mai experimentați, performanța lor ar trebui să se îmbunătățească.
În schimb, în urma celor 54 de mărgele roșii primite în prima zi, în a doua zi au fost primite până la 65. Oare muncitorii chiar nu înțeleg sarcina lor? Provocarea este să obțineți margele albe, nu roșii. Viitorul pare destul de sumbru. Nimeni nu a atins scopul. Ar trebui să încerce să facă mai bine.
Lucrătorii depresivi se întorc la muncă. Și deodată apar două priviri: Audrey, continuând să-și îmbunătățească rezultatele, ajunge la șapte margele roșii; pe drumul cel bun și Ben, care a repetat succesul primei zile de lucru - nouă roșii! Cu toate acestea, toate celelalte funcționează mai rău. Numărul total de mărgele roșii crește din nou și ajunge la 67. Ziua se termină fără succes, ca și precedentele. Maistrul le spune muncitorilor că dacă nu sunt îmbunătățiri semnificative, întreprinderea va trebui să se închidă.
Începe a patra zi. Suntem ușurați să aflăm că lucrurile s-au îmbunătățit datorită Audrey, care acum produce doar șase margele roșii*. Dar per total ziua se încheie cu 58 de roșii, ceea ce este încă mai rău decât prima zi.
Iată toate rezultatele de până acum:
În această etapă, maestrul decide să apeleze la celebra mare realizare a managementului - pentru a salva întreprinderea, lăsând doar cei mai buni lucrători. Îi concediază pe Ben, Carol și John, trei muncitori care au făcut 40 sau mai multe mărgele roșii în patru zile, și le lasă pe Audrey, Al și Ed cu un bonus și două schimburi.
Nu e de mirare că nu funcționează.
Prin observarea experimentului cu margele roșii, obținem un avantaj rar: înțelegem bine sistemul și putem fi siguri că este controlabil. De îndată ce ne dăm seama de acest lucru, ne devine clar cât de inutile sunt toate acțiunile comandantului (sau oricui altcuiva) pentru a influența rezultatele, care se presupune că sunt dependente de muncitori, dar de fapt sunt complet condiționate de sistemul existent. . Toate aceste acțiuni au fost o reacție la variații pur aleatorii.
Totuși, să presupunem că nu înțelegem sistemul. Ce să facem atunci? Apoi, ar trebui să trasăm datele pe o diagramă de control și să lăsăm aceasta să ne spună despre comportamentul procesului.
Linia centrală de pe hartă corespunde citirii medii, adică 244/24 = 10,2, deci calculând 1σ (sigma) dă:
Prin urmare, pentru poziția limitelor superioare și inferioare de control, avem:
10,2 + (3 x 2,8) = 18,6" linie mediană + 3σ
10,2 - (3 x 2,8) \u003d 1,8 "respectiv, linia de mijloc este 3σ
Notă S. Grigoriev: Pentru construirea diagramei de control a fost aleasă tipul np-map de date alternative. A se vedea descrierea în GOST R ISO 7870-1-2011 (ISO 7870-1:2007), GOST R ISO 7880-2-2015 (ISO 7870-2:2013) - Metode statistice pentru regulile de construcție și formule pentru calcularea limitelor de control . Diagramele de control Shewhart. Dacă sunt necesare clarificări suplimentare, voi fi bucuros să le ofer la cerere.
Diagrama de control este prezentată în figura de mai jos.
Această hartă confirmă ceea ce ne așteptam: procesul este într-o stare controlată statistic. Variațiile sunt cauzate de sistem. Muncitorii sunt neputincioși: nu pot da decât ceea ce oferă sistemul. Sistemul este stabil și previzibil.
Dacă derulăm un experiment mâine, poimâine sau săptămâna viitoare, este probabil să obținem o gamă similară de rezultate.
Orez. Control np-harta a experimentului cu margele roșii, realizat la 04.02.2011. la seminarul de formare Grigoriev S. Urmăriți videoclipul (8 minute).
Orez. Comparația hărților np de control ale experimentelor cu margele roșii efectuate în 1983. E. Deming și în 2011. S. Grigoriev. Vă rugăm să rețineți că în experimentul lui S. Grigoriev, au fost folosite o lamă diferită, alte margele, alți oameni (lucrători), procesul în sine a fost ușor modificat, perioada de timp a fost de 28 de ani. Dar principalul factor sistemic - raportul dintre margele roșii și cele albe - a rămas același. Ar fi posibil să se extindă limitele de control din experimentul lui Deming cu 30 de ani în viitor și ar prezice comportamentul procesului cu suficientă acuratețe. Ce îți spune asta?
Participanții la seminar văd plăcerea derivată din rezultatele bune și supărarea rezultatelor proaste, independent de mustrarea și criticile maestrului. Ei văd o tendință (de exemplu, tendința Audrey de a îmbunătăți semnificativ rezultatele), văd rezultate relativ uniforme (cum ar fi ale lui John) și rezultate schimbătoare (cum ar fi ale lui Ben). Ei văd și aud bocetele și lamentările maestrului atunci când instrucțiunile sale inutile și fără sens nu sunt urmate literal. Ei văd cum sunt comparați lucrătorii între ei, când de fapt lucrătorii nu au posibilitatea de a influența producerea de rezultate: rezultatele sunt complet determinate de sistemul în care lucrează. De asemenea, participanții la seminar văd cum lucrătorii își pierd locul de muncă fără nicio vină din partea lor, în timp ce alții primesc un bonus fără vreun merit deosebit (în afară de faptul că sistemul îi tratează mai loial).
Deming subliniază unele dintre caracteristicile evidente ale experimentului, plus câteva altele care sunt mai puțin evidente. Deci, valorile medii acumulate la sfârșitul fiecăreia dintre cele patru zile, respectiv, sunt:
Deming întreabă publicul unde se va stabili media dacă experimentul continuă. Deoarece raportul dintre margele albe și roșii este de 4:1, pentru cei care sunt familiarizați cu legile matematicii, este clar că răspunsul ar trebui să fie 10,0. Dar se dovedește că nu este cazul. Acest lucru ar fi corect dacă eșantionul a fost făcut conform metodei numerelor aleatorii. Dar, în realitate, se realizează prin scufundarea lamei în cutie. Acesta este un eșantion mecanic, nu unul aleatoriu, pentru care se aplică legile matematice. Ca dovezi suplimentare, Deming citează rezultatele obținute prin utilizarea a patru lame diferite de-a lungul unui număr de ani. Pentru cel puțin două dintre acestea, un statistician tradițional ar evalua rezultatele ca fiind „semnificativ din punct de vedere statistic” diferite de 10,0. Și ce tip de prelevare efectuăm în procesele de producție? Mecanic sau aleatoriu? În ce poziție îi pun toate acestea pe cei care depind doar de teoria statistică standard aplicată industriei?
Nu totul din acest experiment oferă un exemplu despre ceea ce nu trebuie făcut. Există un aspect pozitiv important în modul în care este organizat procesul de control.
Pe față, contrazice una dintre ideile pe care Deming le discută uneori în seminariile sale - iar în procesul de control există o împărțire a responsabilităților. De fapt, contribuțiile fiecăruia dintre controlori la rezultat sunt independente unele de altele; riscul împărțirii responsabilității se reduce aici la riscul consensului.
Atât în experimentul pâlnie, cât și în experimentul cu mărgele roșie, apare o întrebare firească: ce se poate face pentru a îmbunătăți lucrurile? Știm deja răspunsul. Întrucât sistemul în cauză se află sub control statistic, îmbunătățiri reale pot fi realizate doar prin schimbarea efectivă a acestuia. Ele nu pot fi obținute prin influențarea ieșirilor, adică. rezultatele sistemului: acționarea asupra rezultatelor este bună numai în prezența unor cauze speciale de variație. Impactul asupra rezultatelor este exact ceea ce vizează regulile 2, 3 și 4 în experimentul pâlnie și toate exclamațiile emoționale ale maestrului din acest experiment vizează același lucru.
Influențarea sistemului pentru a elimina cauzele comune ale variației este de obicei o sarcină mai dificilă decât acțiunile de eliminare a cauzelor specifice. Astfel, în experimentul cu pâlnia, pâlnia în sine poate fi coborâtă sau poate fi folosită o cârpă mai moale pentru a acoperi masa pentru a amortiza o parte din mișcarea mingii după ce aceasta a căzut. În experimentul mărgele roșii, trebuie redusă cumva proporția de margele roșii din cutie — prin introducerea de îmbunătățiri în etapele din amonte ale procesului de fabricație, sau în furnizarea de materii prime, sau ambele.
Deming se referă la experimentul cu mărgele roșie ca fiind „pur simplu”. Asta este adevărat. Cu toate acestea, ca și în cazul experimentului pâlnie, ideile transmise nu sunt deloc atât de simple.
Desfășurând seminarii de formare, demonstrând pe ele experimentele pe care E. Deming le-a demonstrat la seminariile sale de patru zile, mă confrunt cu un decalaj între cunoștințele dobândite în perioada de formare și aplicarea ulterioară de către conducere a teoriei managementului sistemelor a lui E. Deming în practică. . Unul dintre principalele motive pentru această circumstanță, văd nepregătirea multor lideri pentru o schimbare la scară largă a stilului de management, iar fără aceasta, transformarea este imposibilă.
Henry Neave estimează aproximativ că un sfert de milion de oameni au participat la celebrele seminarii de patru zile ale lui E. Deming între 1980 și 1993.
Într-un interviu cu E. Deming, The Washington Post, ianuarie 1984:
Întrebare:
„Ați avut mare succes în a atrage oameni la aceste ateliere. Nu este liniștitor pentru tine?”
Dr. E. Deming:
"Nu știu de ce ar trebui să fie liniștitor. Vreau să văd ce vor face. Va dura ani."
Urmărește videoclipul original al experimentului lui E. Deming cu margele roșii în ultimii ani de viață, prelegerea video Lessons Of The Red Beads (Lecții de margele roșii) și interviul lui E. Deming.
Experimentul cu mărgele roșii cu Dr. W. Edwards Deming
Lecții ale mărgelelor roșii
Lecții din experimentul cu mărgele roșie
