Eksperimenti iz miselnih laboratorijev

miselniLab-01

Zamislimo si znanstvenika, ki se zaklene v laboratorij. Od zunaj nič ne slišimo. Radovedni vohljači skozi ključavnico vidimo, da tuhta v naslonjaču. V raziskovalni dnevnik nato zapiše, da je izvajal miselne eksperimente. Pa je na tak način lahko odkril kaj novega?


Eksperimenti predstavljajo enega izmed ključnih načinov, kako znanstveniki preverjajo znanstvene teorije. Izvajajo jih večinoma v laboratorijih, na terenu in na papirju (npr. v matematiki). Znanstveniki eksperimente izvajajo, da bi pridobili podatke o tem, katera hipoteza najbolje pojasni preučevan problem in predvidi pojave. Če nadebudnega kemika npr. zanima, ali se olje v vodi topi, naredi eksperiment: olje zlije v vodo, pomeša in opazuje dogajanje. Opazi, da se olje ni stopilo, zato sklene, da olje v vodi ni topno. Seveda so dejanski znanstveni eksperimenti bistveno kompleksnejši. A jedro vsakega eksperimenta je, kot nakazujeta tudi slovenska ustreznica poskus in tujka eksperiment (iz lat. ex-perimentum; iz-kušanje), preizkušanje določene teorije ali hipoteze.

V filozofiji, kognitivni znanosti, fiziki in nekaterih drugih znanostih ter vedah pa pogosto srečamo tudi miselne eksperimente. To so “eksperimenti”, ki jih avtorji izvajajo tako, da priredijo izmišljen primer, s katerim pokažejo bodisi, kako neka teorija deluje oz. z njimi podajo argumente, zakaj je neka teorija pravilna ali napačna. Glavna razlika med miselnim in običajnim eksperimentom je torej predvsem v tem, da miselne eksperimente izvajamo zgolj v mislih. Kognitivni znanstveniki tako za izvajanje eksperimentov ne potrebujejo nujno magnetno-resonančnih tomografov, ampak jim včasih zadoščajo kar lastne misli. A to, da miselnih eksperimentov ne izvajamo empirično, ni njihova glavna razločevalna lastnost. Eksperimentalna matematika npr. temelji na teoretičnih eksperimentih, ne pa na miselnih eksperimentih. Odpira pa se nam tudi vprašanje, ali v primeru miselnih eksperimentov sploh lahko govorimo o eksperimentiranju.

Nevroznanstvenica Marija

Za ilustracijo najprej vzemimo enega izmed najslavnejših miselnih eksperimentov v kognitivni znanosti, ki ga je leta 1982 predstavil Frank Jackson. V osemdesetih letih prejšnjega stoletja je bilo v kognitivni znanosti v dilemi o odnosu med duhom in telesom prevladujoče stališče fizikalizma. Zagovorniki tega stališča so trdili, da lahko vse duševne pojave pojasnimo s preučevanjem njihove fizične osnove (npr. s preučevanjem nevronov). Jackson je temu oporekal, saj naj bi v umu imeli tudi posebno plast pojavov, ki je ne moremo pojasniti s fizičnimi osnovami, t. i. kvalije oz. občutene takšnosti. Primer kvalij je občutenje barv, ki ga z golim preučevanjem nevronskih korelatov ne moremo doumeti. Prav na to se je skliceval tudi Jackson v svojem miselnem eksperimentu:

Marija je odlična znanstvenica, ki iz nekega razloga prebiva v črno-beli sobi. V sobi ima črno-bel televizor, preko katerega pridobi vse raziskovalne podatke o svetu. Specializira se za nevrofiziologijo vida in ima, predpostavimo, vse empirične podatke, ki jih je mogoče pridobiti o tem, kaj se dogaja, ko vidimo zrel paradižnik ali nebo in uporabimo besedi “rdeč”, “modro” in tako naprej. Ugotovila je, na primer, katera specifična kombinacija valovnih dolžin iz neba stimulira zenico in natančen postopek, kako preko centralnega živčnega sistema, stiska glasilk in izdiha zraka iz pljuč nastane izgovorjeni stavek: “Nebo je modro.” […] Kaj se bo zgodilo, ko bo Marija zapustila svojo črno-belo sobo ali pa ko ji bodo dali barvni televizor? Se bo naučila kaj novega ali ne? [1]

V izogib nejasnostim predpostavimo dvoje:

  1. Marija je kljub odraščanju v zelo nenavadnem svetu zmožna zaznati in razločevati barve.
  2. Ko prvič zaznamo neko kvalijo (v tem primeru barvo), se nekaj naučimo.

Ob upoštevanju teh dveh izpostavk jasno sledi, da se je nevroznanstvenica Marija naučila nekaj novega in da, posledično, duševnosti v celoti ne moremo pojasniti zgolj s preučevanjem fizičnih korelatov. Kot je običajno v znanosti, sploh pa v filozofiji, je Jacksonov miselni eksperiment požel tako pozitivne kot negativne odzive. A veljavnost, prednosti in slabosti njegovega eksperimenta nas na tem mestu ne zanimajo, saj smo nevroznanstvenico Marijo vzeli samo za barvito ilustracijo osnovnega problema, tj. kaj sploh so miselni poskusi in ali se lahko z njimi (tako kot Marija ob stiku z barvami) naučimo kaj novega ali ne?

Ali sploh lahko govorimo o kakršnikoli objektivnosti tovrstnega eksperimentiranja (ki poteka povsem subjektivno)?

Tako kot poznamo v kognitivni znanosti stališče fizikalizma, ki skuša vse duševno pojasniti s fizičnim, je tudi v razpravah o miselnih eksperimentih razširjeno stališče, da lahko vse miselne poskuse pojasnimo z običajnimi “pustimi” argumenti. K miselnim eksperimentom naj bi se torej zatekali samo zaradi barvitosti, ki jo doprinesejo k naši argumentaciji, dejansko pa bi jih lahko povsem enakovredno predpostavili v običajni (pusti) obliki argumentov.

V primeru nevroznanstvenice Marije bi se tako lahko zatekli k “običajnemu” argumentu, ki sestoji iz naslednjih premis:

  1. Vse duševne pojave lahko pojasnimo s preučevanjem njihovih fizičnih korelatov (stališče fizikalizma).
  2. Kvalije so duševni pojavi.
  3. Kvalij ne moremo pojasniti s preučevanjem fizičnih korelatov.
    …………………………
  1. Sklep: Vseh duševnih pojavov ne moremo pojasniti s preučevanjem njihovih fizičnih korelatov. (Sklep sledi iz protislovja 1 z 2 in 3.)

A velika razširjenost miselnih eksperimentov daje slutiti, da se zgodba o miselnih eksperimentih ne konča s tem. Zakaj se torej tako pogosto zatekamo v miselne laboratorije?

Poleg tega je pri miselnih eksperimentih navzoč še en problem. Znanstveniki včasih (tudi nevede) večjo težo pripišejo eksperimentalnim podatkom, ki potrjujejo njim ljubo teorijo. V primeru miselnih eksperimentov je ta problem še bolj izrazit: vse “eksperimentalne” okoliščine lahko izvajalec ob snovanju eksperimenta popolnoma prosto prilagaja želenim rezultatom.

Kaj miselni eksperiment sploh je (in kaj ni)?

Točno definicijo miselnega eksperimenta je težko podati, lahko pa uporabimo ohlapno definicijo:

»Miselni eksperiment je miselno orodje, s katerim preučujemo naravo pojavov.« [2]

Definicija je ohlapna, a zadošča za osnovno razločevanje med tem, kaj lahko štejemo za miselni eksperiment in česa ne. Med miselne eksperimente tako lahko prištejemo zgodbo o nevroznanstvenici Mariji. Zgodba je izmišljena (orodje domišljije), z njo pa preučujemo naravo pojavov (problem kvalij v fizikalizmu). Med miselne eksperimente pa ne moremo prišteti razmišljanja o eksperimentih, saj naravo pojavov dejansko preučujemo šele v dejanskem eksperimentu. Podobno velja za psihološke eksperimente, s katerimi preučujemo mišljenje. Ko, denimo, z Wasonovim testom izbire [3] preučujemo, kako udeleženci razmišljajo o pogojnikih, izvajamo dejanski eksperiment, kjer mišljenje nastopa kot preučevan pojav. Eksperiment tako zopet ne nastopa zgolj v domišljiji. Miselne eksperimente moramo prav tako razločiti od protidejstvenega mišljenja na splošno.

O protidejstvenem mišljenju govorimo v primerih, ko si zamislimo situacijo, ki je drugačna od dejanskega sveta. Kaj bi se, na primer, zgodilo, če Hitler v drugi svetovni vojni ne bi bil poražen? Sklep, da bi ta prispevek potem brali v nemščini, je tipičen primer protidejstvenega mišljenja. A v tem primeru ne moremo govoriti o miselnem eksperimentu, saj namen zamišljanja protidejstvene situacije ni bil v preučevanju narave pojavov. Glede na to, da so miselni eksperimenti izmišljeni, lahko kvečjemu trdimo, da predstavljajo poseben primer protidejstvenega mišljenja.

A pomembnejše vprašanje, ki se poraja na tem mestu, je, kaj (če sploh kaj) se z miselnimi eksperimenti lahko naučimo? Če sprejmemo misel, da z miselnimi eksperimenti argumentiramo za oz. proti določeni hipotezi ali teoriji, ali nam miselni eksperimenti omogočajo kaj več kot običajni pusti argumenti? Ali sploh lahko govorimo o kakršnikoli objektivnosti tovrstnega eksperimentiranja (ki poteka povsem subjektivno)?

Vrste miselnih eksperimentov

Miselni eksperimenti so si med seboj raznoliki, vsem pa je skupno to, da podajo težo našemu argumentiranju. V grobem jih lahko razdelimo v dve skupini:

  • pozitivni miselni eksperimenti in
  • negativni miselni eksperimenti.

Bistvo pozitivnih miselnih eksperimentov je, da ilustrirajo neko teorijo oz. da razjasnijo, zakaj je nekaj teorija oz. hipoteza pravilna. Karl Popper, filozof, ki je znan po ideji, da znanost napreduje tako, da obstoječe hipoteze oz. teorije ovrača (falsifikacija), je bil do pozitivnih miselnih eksperimentov kritičen [4]. Smisel miselnih eksperimentov naj bi bil, po njegovo, zgolj v tem, da pokažejo na težave v obstoječih teorijah oz. hipotezah. Popprovi kritičnosti navkljub si velja ogledati tipične primere iz obeh skupin (natančneje na [2]).

“Newton Cannon”, ustvaril uporabnik:Brian Brondel – lastno delo. Licenca CC BY-SA 3.0 via Commons.

Pozitivni miselni eksperimenti ilustrirajo neko teorijo. Newton je skušal demonstrirati, da Luna ni na nek neznan način vpeta v orbito okoli Zemlje, temveč je ves čas v “padanju” na Zemljo. Newton nas tako povabi, da si zamislimo zelo močan vojaški top, ki strelja z vrha hriba.

Krogla v loku pade na zemljo. A če moč in, posledično, domet topa povečujemo, bo krogla slej ko prej začela krožiti okrog Zemlje, kot prikazujeta slika levo in interaktivna demonstracija na povezavi. [5]


Če pozitivni miselni eksperimenti služijo predvsem za ilustracijo teorije, se zdi, da z negativnimi (destruktivnimi) miselnimi eksperimenti ne le ilustriramo, temveč dejansko ovržemo neko znanstveno teorijo, formalni izračuni in običajni eksperimenti pa samo natančneje pojasnijo protislovje v stari teoriji.

Primer negativnega miselnega eksperimenta, ki pokaže protislovje v stari znanstveni teoriji, je Galileov paradoks padajočih teles (glej spodaj). Pri negativnih miselnih eksperimentih je vseeno potrebne nekaj pazljivosti. Če nam odkrito protislovje zadošča, da ovržemo neko teorijo, smo s tem hkrati sprejeli predpostavko, da protislovja v naši teoriji ne morejo obstajati. To se pokaže kot problematično v kvantni fiziki, kjer se nam mnogi pojavi zdravorazumsko zdijo protislovni. Niels Bohr, en izmed pionirjev kvantne fizike, je to značilnost domnevno povzel v svoji odmevni izjavi: »Tisti, ki ga kvantna fizika ne šokira, je ne razume.« [6]

V mislih in besedah, če v dejanju ni mogoče?

Kot trdi Sorensen [7], je dejanske eksperimente pogosto nemogoče izvajati zaradi različnih omejitev, npr. zaradi fizičnih, tehnoloških, etičnih ali finančnih ovir. Nemogoče si je zamisliti, da bi imeli vse znanje o nevroloških osnovah vida, kot ga ima nevroznanstvenica Marija iz že omenjenega miselnega eksperimenta. Še težje si je zamisliti, da bi tako nevroznanstvenico od rojstva imeli zaprto v črno-beli sobi. Tudi če bi bila oba pogoja lahko izpolnjena, tega eksperimenta že iz etičnih razlogov ne bi izvedli. A zdi se, da bistvo miselnih eksperimentov ni v tem, da se jih poslužujemo, ko dejanskih poskusov ne moremo izvajati.

Vzemimo za primer Galileov miselni eksperiment o prostem padu. Po takrat prevladujoči Aristotelovi teoriji naj bi telesa z večjo maso padala hitreje od lažjih. Galileo si je zato zamislil naslednji miselni eksperiment:

Iz stolpa vržemo predmet, ki sestoji iz dveh z vrvjo povezanih krogel. Ena je težka, druga bistveno lažja. Če bi Aristotlova teorija držala, bi lažje telo oviralo hitrost težje krogle, in obe krogli skupaj bi padali počasneje. A obe krogli skupaj sta težji kot vsaka od njiju, zato bi morali hkrati padati tudi hitreje. Aristotelova teorija gravitacije je torej protislovna in ne drži.

Poudariti je treba, da naj bi že Galileo svoj miselni eksperiment kasneje potrdil tudi z dejanskim metom dveh različno težkih krogel enake oblike iz poševnega stolpa v Pisi. Ali je Galileo ta eksperiment dejansko izvedel, je sicer vprašanje za zgodovinarje, a lahko bi ga. Pri tem bi sicer moral upoštevati še dodatne vidike, npr. zračni upor, zaradi katerega pero pada počasneje kot kladivo. Kasneje so eksperiment za demonstracijo izvedli tudi v skorajšnjem vakuumu na Luni.

Bistven poudarek je predvsem v tem, da je Galileo že z miselnim eksperimentom pokazal, da je Aristotelova teorija protislovna, z eksperimentom pa je svoje trditve samo še demonstrativno podkrepil (to je storil tudi astronavt v zgornjem videu).

K miselnim eksperimentom se torej ne zatekamo samo zato, ker bi bilo dejanske eksperimente nemogoče izvajati. Bolj zanimivo je vprašanje, kako lahko o pojavih nekaj novega izvemo zgolj z uporabo misli in domišljije? Filozof in fizik Ernst Mach [8] je na začetku prejšnjega stoletja trdil, da miselni eksperimenti omogočajo dostop do instinktivnega znanja, ki ga že imamo, a ga ne znamo eksplicitno izraziti. Skozi miselne eksperimente naj bi se torej zavedli stvari, ki jih prej nismo vedeli. Tako bi lahko na primeru nevroznanstvenice Marije trdili, da smo že ves čas vedeli, da se nekaterih občutij ne da pojasniti zgolj s preučevanjem njihove fizične osnove, a se hkrati nismo zavedali, da je to naše prepričanje v protislovju z našim znanstveno-fizikalističnim načinom pojasnjevanja realnosti.

Ali miselni eksperimenti sovpadajo z običajnimi argumenti?

Poleg tega lahko hitro pokažemo, da miselni eksperimenti ne sovpadajo povsem s standardnimi argumenti. Prikličimo zgodbo o nevroznanstvenici Mariji. Zdi se, da bi miselni eksperiment še vedno dosegal isti učinek, če bi ga preoblikovali na tak način, da bi Marija živela v sobi, kjer bi bilo vse zgolj rdeče in zelene barve. Podobno če bi živela v sobi, kjer bi določene barve izostale. Tako bi imeli tri sorodne miselne eksperimente, ki pa bi vsi podajali enak argument. Za enak argument tako lahko uporabimo celo skupino sorodnih miselnih eksperimentov.

A tu se poraja vprašanje: v kakšnem smislu potem sploh lahko še enačimo miselne eksperimente z argumenti? Na kakšen način lahko eno skupino miselnih eksperimentov pojasnimo kot točno določen miselni eksperiment? Vzemimo za ilustracijo primer, v katerem sobo naše nevroznanstvenice namesto z barvami omejimo tako, da jo damo v Šalamunovski svet brez črke P (“Brez tebe črka P, gre k vragu svet/ penis punca/ postelja / porod/ plenice /…/”). Jasno nam je, da je v ozadju drug argument. A kje in zakaj je prišlo do zareza? Miselni eksperimenti in običajni argumenti so torej sorodni, a ne sovpadajo povsem.

Ali bo miselni laboratorij preživel?

Lahko v primeru miselnih eksperimentov sploh govorimo o eksperimentih v znanstvenem smislu? Ne, nam pa kot orodje preko analogij pomagajo pri snovanju in ovržbi znanstvenih teorij, kar bi bilo na povsem abstraktni ravni (vsaj v nekaterih primerih) težje.

Pomembna lastnost miselnih eksperimentov  je tudi njihova prepričljivost. Čeprav naj bi v znanosti stremeli k objektivnosti, je za uveljavitev neke nove teorije (ali pa za ovržbo stare) v prvi fazi pomembna tudi prepričljivost. To lahko pokažemo z nespornimi dokazi. Z butastim primerom: trditev, da je Zemlja ploska, najlažje ovržemo s potovanjem okrog sveta. Veliko lažje (in predvsem hitreje) pa lahko prepričljiv argument podamo tudi z miselnim eksperimentom.

Poglejmo primer, kako lahko miselni eksperiment hitro in učinkovito ilustrira rezultat, ki nas bi sicer pustil zmedene. Če polovico poti prevozimo s povprečno hitrostjo 30 km/h, kako hitro moramo prevoziti drugo polovico, da bo naša povprečna hitrost 60 km/h? Matematični rezultat nam pokaže, da to sploh ni mogoče. A zdi se nam, da je to v nasprotju z zdravo kmečko pametjo. Zato si pomagamo z miselnim eksperimentom. Zamislimo si, da je pot dolga 60 kilometrov. Prvo polovico poti (30 kilometrov) vozimo s hitrostjo 30 km/h. Vozimo se torej že eno uro. Če želimo imeti skupno povprečno hitrost 60 km/h, bi v eni uri morali prevoziti že 60 kilometrov, mi pa smo šele na sredini poti. Matematični rezultat je torej pravilen.

Čeprav lahko isti rezultat dojamemo tudi z branjem enačb, nam prav miselni eksperiment pomaga do “aha” doživetja, s katerim nek koncept, idejo oz. znanstveno teorijo bistveno bolje zagrabimo.

Pomembna lastnost miselnih eksperimentov  je tudi njihova prepričljivost. Čeprav naj bi v znanosti stremeli k objektivnosti, je za uveljavitev neke nove teorije (ali pa za ovržbo stare) v prvi fazi pomembna tudi prepričljivost.

To pa nas privede nazaj do nevroznanstvenice Marije, ki prvič vidi barve. Zdi se nam jasno, da se ob srečanju z barvami nekaj nauči. Kaj pa ob izvajanju miselnega eksperimenta – ali se z njim naučimo kaj novega? Odgovor odvisi od tega, kaj razumemo kot učenje. Po eni strani miselni eksperimenti dodajo barvo argumentom, ki se skrivajo za njimi, in nam pomagajo pri umevanju teorij in idej. A miselni eksperimenti ne služijo zgolj za dobro ilustracijo. Pomembni so namreč tudi za snovalce.

Albert Einstein naj bi do mnogih odkritij relativnostne teorije prišel že bistveno prej, kot je teorijo tudi formalno razvil in predstavil javnosti. S pomočjo domišljije si je zamišljal različne situacije (miselne eksperimente), na podlagi katerih je kasneje razvil relativnostno teorijo. Miselni eksperimenti mu torej niso služili le za obarvanje argumentov, temveč so mu omogočili snovanje nove teorije. Tako kot v primeru nevroznanstvenice Marije, lahko torej odgovorimo, da se je preko miselnih eksperimentov nekaj naučil o fizikalnih pojavih.

In prav zato, ker miselni eksperimenti ne le ilustrirajo, temveč tudi omogočajo snovanje novih teorij (npr. preko ovržbe starih), je prihodnost miselnih laboratorijev svetla.

Zamislimo si namreč, da ne bi nihče več snoval miselnih eksperimentov … Kakšna bi bila potem usoda znanosti?

Izven škatle

[1] ^ Jackson, F. (1982) Epiphenomenal Qualia. The Philosophical Quarterly, 32, 127-136.

[2] ^ Brown, J. R. in Fehige, Y. (2014). Thought Experiments. The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2014 Edition), Edward N. Zalta (ur.).

[3] ^ Wason Selection Task, interaktivna uganka.

[4] ^ Popper, K. (1998). Logika znanstvenega odkritja. Ljubljana: Studia Humanitatis.

[5] ^ Interaktivna demonstracija Newtonovega miselnega eksperimenta.

[6] ^ Ozadje izjave Nielsa Bohra.

[7] ^ Sorensen, R. (1998). Thought experiments. New York: Oxford University Press.

[8] ^ Mach, E. (1897). Über Gedankenexperimente. Zeitschrift für den physikalischen und chemischen Unterricht, 10, 1-5.

Verjetno tipka o verjetnosti.

Komentirajte prispevek