Мысленный эксперимент примеры. Интересные мысленные эксперименты. Что такое мысленный эксперимент

Перед учеными часто возникает ситуация, когда проверить ту или иную теорию экспериментально очень сложно или даже попросту невозможно. Например, когда речь идет о движении с околосветовыми скоростями или о физике в окрестностях черных дыр. Тогда на помощь приходят мысленные эксперименты. Предлагаем вам поучаствовать в некоторых из них.

Мысленные эксперименты это последовательности логических умозаключений, цель которых - подчеркнуть некое свойство теории, сформулировать разумный контрпример или доказать какой-то факт. В целом, любое доказательство в том или ином виде - мысленный эксперимент. Главная прелесть умственных упражнений заключается в том, что они не требуют никакого оборудования и зачастую - никаких специальных знаний (как, например, при обработке результатов экспериментов LHC). Так что устраивайтесь поудобнее, мы начинаем.

Кот Шредингера

Пожалуй, самый известный мысленный эксперимент - это эксперимент с котом (точнее, кошкой), предложенный Эрвином Шредингером более 80 лет назад. Начнем с контекста эксперимента. В тот момент квантовая механика только начинала свое победное шествие, и ее необычные законы казались противоестественными. Один из таких законов - то, что квантовые частицы могут существовать в суперпозиции двух состояний: например, одновременно «вращаться» по часовой стрелке и против часовой стрелки.

Эксперимент. Представьте себе герметичный ящик (достаточно большой), в котором есть кот, достаточное количество воздуха, счетчик Гейгера и радиоактивный изотоп с известным временем полураспада. Как только счетчик Гейгера обнаруживает распад атома, специальный механизм разбивает ампулу с ядовитым газом и кот погибает. Спустя время полураспада изотоп с вероятностью 50 процентов распался и с точно такой же вероятностью остался цел. А значит и кот либо жив, либо умер - словно бы находясь в суперпозиции состояний.

Интерпретация. Шредингер хотел показать противоестественность суперпозиции, доведя ее до абсурда, - такая большая система, как целый кот, не может быть одновременно живой и мертвой. Стоит отметить, что с точки зрения квантовой механики тот момент, когда счетчик Гейгера срабатывает на распад ядра, происходит измерение - взаимодействие с классическим макроскопическим объектом. В результате суперпозиция должна распадаться.

Интересно, что физики уже проводят эксперименты, аналогичные введению кота в суперпозицию. Но вместо кота в них используются другие крупные по меркам микромира объекты - например, молекулы .

Парадокс близнецов

Этот мысленный эксперимент часто приводят в качестве критики специальной теории относительности Эйнштейна. Он основан на том, что при движении с околосветовыми скоростями замедляется течение времени в системе отсчета, связанной с движущимся объектом.

Эксперимент. Представьте себе далекое будущее, в котором существуют ракеты, которые могут перемещаться со скоростью, близкой к скорости света. На Земле есть два брата-близнеца, один из них - путешественник, а другой - домосед. Предположим, брат-путешественник сел на одну из таких ракет и совершил путешествие на ней, после чего вернулся. Для него, в тот момент, когда он летел на околосветовой скорости относительно Земли, время текло медленнее, чем для брата-домоседа. Значит, когда он вернется на Землю, он окажется моложе своего брата. С другой стороны, его брат сам двигался с околосветовой скоростью относительно ракеты - а значит, положение обоих братьев в некотором смысле эквивалентно и при встрече они вновь должны быть одного возраста.

Интерпретация. В действительности брат-путешественник и брат-домосед не эквивалентны, поэтому, как и подсказывает мысленный эксперимент, путешественник окажется моложе. Интересно, что этот эффект наблюдается и в настоящих экспериментах: короткоживущие частицы, путешествующие с околосветовой скоростью, словно бы «живут» дольше из-за замедления времени в их системе отсчета. Если попытаться расширить этот результат на фотоны, то окажется, что они и вовсе живут в остановившемся времени.

Лифт Эйнштейна

В физике есть несколько понятий массы. Например, есть масса гравитационная - это мера того, как тело вступает в гравитационное взаимодействие. Именно она вжимает нас в диван, кресло, сиденье метро или пол. Есть масса инерционная - она определяет, как мы ведем себя в ускоряющейся системе координат (она заставляет нас отклоняться назад в трогающемся со станции поезде метро). Как видно, равенство этих масс - не очевидное утверждение.

В основе общей теории относительности лежит принцип эквивалентности - неотличимость гравитационных сил от псевдосил инерции. Один из способов это продемонстрировать - следующий эксперимент.

Эксперимент. Представьте себе, что вы находитесь в звукоизолированной, герметично закрытой кабине лифта с достаточным количеством кислорода и всего необходимого. Но при этом вы можете быть в любой точке Вселенной. Ситуация осложняется тем, что кабина может двигаться, развивая постоянное ускорение. Вы ощущаете, что вас слегка притягивает к полу кабины. Можете ли вы отличить - связано ли это с тем, что кабина находится, например, на Луне или с тем, что кабина движется с ускорением 1/6 ускорения свободного падения?

Интерпретация. По мнению Эйнштейна - нет, не сможете. Поэтому и для остальных процессов и явлений нет разницы между равноускоренным движением в лифте и в поле силы гравитации. С некоторыми оговорками из этого следует, что гравитационное поле можно заменить на ускоряющуюся систему отсчета.

Сегодня в существовании и материальности гравитационных волн не сомневается никто - год назад коллаборации LIGO и VIRGO поймали долгожданный сигнал от столкновения черных дыр. Однако в начале XX века, после первой публикации статьи Эйнштейна о волнах искажения пространства-времени, к ним относились скептически. В частности, даже сам Эйнштейн в какой-то момент сомневался в их реалистичности - они могли оказаться лишенной физического смысла математической абстракцией. Чтобы наглядно показать их реалистичность, Ричард Фейнман (анонимно) предложил следующий мысленный эксперимент.

Эксперимент. Для начала - гравитационная волна представляет собой волну изменения метрики пространства. Иными словами, она изменяет расстояние между объектами. Представьте себе трость, вдоль которой с очень малым трением могут перемещаться шарики. Пусть трость расположена перпендикулярно направлению движения гравитационной волны. Тогда, когда волна достигает трости, расстояние между шариками сначала сокращается, а затем увеличивается, в то время как трость остается неподвижной. Значит, они скользят и выделяют тепло в пространство.

Интерпретация. Это значит, что гравитационная волна несет в себе энергию и вполне реальна. Можно допустить, что трость сжимается и вытягивается вместе с шариками, компенсируя относительное движение, но, как сам Фейнман, ее сдерживают электростатические силы, действующие между атомами.

Демон Лапласа

Следующая пара экспериментов - «демоническая». Начнем с менее известного, но от того не менее красивого Демона Лапласа, который позволяет (или нет) узнать будущее Вселенной.

Эксперимент. Представьте себе, что где-то существует огромный, очень мощный компьютер. Настолько мощный, что он может, взяв в качестве отправной точки состояние всех частиц Вселенной, рассчитать, как эти состояния будут развиваться (эволюционировать). Иными словами, этот компьютер может предсказывать будущее. Чтобы было еще интереснее, представим себе, что компьютер предсказывает будущее быстрее, чем оно наступает, - скажем, за минуту он может описать такое состояние всех атомов во Вселенной, какого они достигнут через две минуты от момента начала расчета.

Предположим, в 00:00 мы запустили расчет, дождались его конца (в 00:01) - теперь у нас есть предсказание на 00:02. Запустим второй расчет, который завершится в 00:02 и предскажет будущее в момент 00:03. А теперь обратите внимание на то, что сам компьютер - тоже часть нашей вымышленной Вселенной. Это значит, что в 00:01 он знает свое состояние на момент 00:02 - знает результат расчета состояния Вселенной на момент времени 00:03. А следовательно, повторив такой же прием, можно показать, что машина знает будущее Вселенной в 00:04 и так далее - до бесконечности.

Интерпретация. Очевидно, что скорость расчета, реализующаяся в материальном устройстве, не может быть бесконечной - следовательно, предсказать будущее с помощью компьютера невозможно. Но стоит отметить несколько важных моментов. Во-первых, эксперимент запрещает материального демона Лапласа - состоящего из атомов. Во-вторых, следует отметить, что демон Лапласа возможен в условиях, когда время жизни Вселенной фундаментально ограничено.

Демон Максвелла

И напоследок, Демон Максвелла, - классический эксперимент из курса термодинамики. Он был введен Джеймсом Максвеллом, чтобы проиллюстрировать способ нарушить второе начало термодинамики (то самое, запрещающее создание вечного двигателя в одной из своих формулировок).

Эксперимент. Представьте себе средних размеров герметичный сосуд, разделенный внутри перегородкой на две части. В перегородке есть небольшая дверца или люк. Рядом с ней сидит разумное микроскопическое существо - собственно демон Максвелла.

Наполним сосуд газом при некоторой температуре - для определенности кислородом при комнатной температуре. Важно помнить, что температура - это число, отражающее среднюю скорость движения молекул газа в сосуде. Например, для кислорода в нашем эксперименте эта скорость равна 500 метрам в секунду. Но в газе есть молекулы, двигающиеся быстрее и медленнее этой отметки.

Задача демона - следить за скоростями частиц, подлетающих к дверце в перегородке. Если частица, летящая из левой половины сосуда, имеет скорость больше 500 метров в секунду, демон ее пропустит, открыв дверь. Если меньше - частица не попадет в правую половину. И наоборот, если частица из правой половины бака имеет скорость меньше, чем 500 метров в секунду, демон ее пропустит в левую половину.

Подождав достаточно долго, мы обнаружим, что средняя скорость молекул в правой половине сосуда выросла, а в левой опустилась, - значит выросла и температура в правой половине. Мы можем воспользоваться этим избыточным теплом, например, для работы тепловой машины. При этом для сортировки атомов нам не потребовалась внешняя энергия - всю работу проделал демон Максвелла.

Интерпретация. Главное последствие работы демона - уменьшение общей энтропии системы. То есть, после разделения атомов на горячие и холодные мера хаотичности состояния газа в сосуде уменьшается. Второй закон термодинамики строго запрещает это для замкнутых систем.

Но в действительности эксперимент с демоном Максвелла оказывается не таким парадоксальным, если включить в описание системы самого демона. Он тратит работу на открытие и закрытие створки, а также, и это немаловажно, на измерение скоростей атомов. Все это компенсирует падение энтропии газа. Отметим, что существуют эксперименты по созданию аналогов демонов Максвелла.

Особенно примечательна «броуновская трещотка» - хотя сама она не разделяет молекулы на теплые и холодные, она пользуется хаотичным броуновским движением для произведения работы. Трещотка состоит из лопастей и шестерни, которая может вращаться лишь в одну сторону (ее ограничивает специальный зажим). Лопасть должна вращаться случайным образом, при этом совершить полноценный оборот ей удастся, только если ее предполагаемое направление вращения совпадет с разрешенным вращением шестерни. Однако Ричард Фейнман подробно проанализировал устройство и объяснил, почему оно не работает - усредненное воздействие частиц в камере будет обнуляться.

Владимир Королёв

Не потеряйте. Подпишитесь и получите ссылку на статью себе на почту.

Что такое мысленный эксперимент?

Мысленным экспериментом в философии, физике и ряде других наук называется форма познавательной деятельности, где какая-либо ситуация моделируется не в привычном для каждого из нас виде реального эксперимента, а в воображении. Данное понятие впервые было введено в употребление австрийским философом-позитивистом, механиком и физиком Эрнстом Махом.

На сегодняшний день термин «мысленный эксперимент» активно употребляется различными учёными, предпринимателями, политиками и специалистами в различных областях по всему миру. Кто-то из них предпочитает проводить свои собственные мысленные эксперименты, а кто-то приводит всевозможные их примеры, с лучшими образцами которых мы и хотим вас познакомить.

Как и стало понятно из названия, всего мы рассмотрим восемь экспериментов.

Философский зомби

Представьте себе ожившего мертвеца. Но не зловещего, а такого скромного, безобидного, похожего на обычного человека. Единственное, что отличает его от людей, это то, что он не может ничего чувствовать, не обладает осознанным опытом, однако в состоянии повторять за людьми их действия и реакции, к примеру, если его обжечь огнём, он искусно сымитирует боль.

Если бы такой зомби существовал, это пошло бы вразрез с теорией физикализма, где восприятие человека обусловлено только процессами физического плана. Философский зомби также никак не соотносится и с бихевиористскими воззрениями, согласно которым любые проявления, желания и сознание человека сведены к поведенческим факторами, а такого зомби невозможно отличить от обычного человека. Данный эксперимент частично касается также и проблемы искусственного разума, ведь на месте зомби может быть и пресловутый андроид, способный копировать человеческие повадки.

Квантовый суицид

Второй эксперимент касается квантовой механики, но здесь меняется — с позиции очевидца на позицию участника. Взять для примера кота Шредингера, стреляющего себе в голову из ружья с механизмом, работающем на распаде радиоактивного атома. Ружьё может дать осечку в 50% случаев. , происходит столкновение двух квантовых теорий: «копенгагенской» и многомировой.

По первой, кот не сможет быть в двух состояниях одновременно, т.е. он будет либо жив, либо мёртв. Но согласно второй, любая новая попытка выстрела как бы разделяет вселенную на две альтернативы: в первой кот жив, во второй – мёртв. Однако альтер-эго кота, оставшееся жить, так и останется в неведении о своей кончине в параллельной реальности.

Автор эксперимента, профессор Макс Тегмарк, склоняется к теории мультивселенной. Но большая часть специалистов в области квантовой механики, которые были опрошены Тегмарком, доверяет «копенгагенской» квантовой теории.

Яд и вознаграждение

Занавес неведения

Прекрасный эксперимент на тему социальной справедливости.

Пример: всё, что касается социальной организации, доверено определённой группе людей. Чтобы та концепция, которую они придумали, была максимально объективной, эти люди были лишены знаний о своём статусе в обществе, принадлежности к классам, коэффициенте интеллекта и других , которые могут гарантировать конкурентное превосходство – это всё и есть «занавес неведения».

Вопрос состоит в том, какую концепцию организации общества выберут люди, будучи неспособными к учёту своих собственных личных интересов?

Китайская комната

Человек, который , находится в комнате с корзинами, наполненными иероглифами. В его распоряжении подробное пособие на родном языке, объясняющее законы сочетания необычных знаков. Понимать значение всех иероглифов не нужно, т.к. применяются только правила начертания. Но в процессе работы с иероглифами можно создать текст, ничем не отличающийся от письменной речи жителя Китая.

За дверью комнаты стоят люди, передающие затворнику карточки с вопросами на китайском языке. Наш герой, учитывая правила из учебника, отвечает на них – его ответы для него смысла не имеют, однако для китайцев вполне логичны.

Если представить героя в качестве компьютера, учебник – в качестве информационной базы, а послания людей – в качестве вопросов компьютеру и ответов на них, эксперимент покажет ограничения возможностей компьютера и его неспособность к тому, чтобы овладеть мышлением человека в процессе простого реагирования на исходные условия посредством запрограммированного способа.

Теорема о бесконечных обезьянах

Исходя из этого эксперимента, абстрактная обезьяна, если будет в хаотичном порядке бить по клавишам печатного механизма в течение вечности, в один из моментов сможет напечатать любой текст, заданный изначально, например, «Гамлета» Шекспира.

По воплощению этого эксперимента в жизнь даже были предприняты попытки: преподаватели и студенты Плимутского университета собрали две тысячи долларов, чтобы выдать шести макакам в зоопарке компьютер. Прошёл месяц, но «испытуемые» так и не достигли успеха – их литературные наследие содержит всего пять страниц, где преобладает буква «S». Компьютер же был практически полностью уничтожен. Но сами экспериментаторы сказали, что извлекли из своего проекта много полезного.

Вы можете придумать и какие-то свои необычные мысленные эксперименты – для этого нужно лишь включить голову и . А не задумывались ли вы, кстати говоря, о том, что многие из нас практически каждый мысленно проводят всевозможные эксперименты с участием, например, себя, кого-то из близких или даже домашних животных? В следующий раз, представляя какую-нибудь ситуацию, запишите на бумаге или вообще опубликуйте – быть может, ваши идеи получат неплохое развитие.

Этот мысленный эксперимент родился в споре между философами Джоном Локком и Уильямом Молинье.

Представьте слепого с рождения человека, который знает, чем на ощупь отличается шар от куба. Если он внезапно прозреет, сможет ли он визуально отличить эти предметы? Не сможет. До тех пор, пока тактильное восприятие не будет связано с визуальным, он не будет знать, где находится шар, а где - куб.

Эксперимент показывает, что до определённого момента у нас нет никаких знаний о мире, даже тех, которые кажутся нам «естественными» и врождёнными.

Теорема о бесконечных обезьянах

deviantart.net

Мы считаем, что Шекспир, Толстой, Моцарт - гении, ибо их творения уникальны и совершенны. А если бы вам сказали, что их произведения не могли не появиться?

Теория вероятности утверждает, что всё, что может произойти, обязательно произойдёт в бесконечности. Если бесконечное количество обезьян посадить за печатные машинки и дать им бесконечное количество времени, то когда-нибудь одна из них обязательно слово в слово повторит какую-нибудь пьесу Шекспира.

Всё, что может случиться, должно случиться - какое тут место личному таланту и достижениям?

Столкновение шаров

Мы знаем, что утро сменится ночью, что стекло разбивается при сильном ударе, а падающее с дерева яблоко полетит вниз. Но что порождает в нас эту убеждённость? Реальные связи между вещами или наша вера в эту реальность?

Философ Дэвид Юм показал, что наша убеждённость в причинно-следственных связях между вещами не более чем вера, которая порождена нашим предыдущим опытом.

Мы убеждены, что вечер сменит день, только потому, что всегда до этого момента вечер сменял день. Абсолютной уверенности у нас быть не может.

Представим два бильярдных шара. Один бьётся о другой, и мы считаем, что первый шар является причиной движения второго. Однако мы можем представить, что второй шар останется на месте после столкновения с первым. Нам ничто не запрещает сделать это. Значит, из самого движения первого шара логически не вытекает движение второго и причинно-следственная связь основана исключительно на нашем предыдущем опыте (ранее мы множество раз сталкивали шары и видели результат).

Донорская лотерея

Философ Джон Харрис предложил вообразить мир, отличающийся от нашего двумя вещами. Во-первых, в нём считается, что позволить человеку умереть - то же самое, что и убить его. Во-вторых, операции по пересадке органов в нём всегда выполняются удачно. Что из этого следует? В таком обществе донорство станет этической нормой, ведь один донор может спасти множество людей. Тогда в нём проводится лотерея, которая в случайном порядке определяет человека, который должен будет пожертвовать собой, чтобы не дать умереть нескольким больным.

Одна смерть вместо многих - с точки зрения логики это оправданная жертва. Однако в нашем мире это звучит кощунственно. Эксперимент помогает понять, что наша этика построена не на рациональном базисе.

Философский зомби

Философ Дэвид Чалмерс в 1996 году в одном из своих докладов озадачил мир понятием «философского зомби». Это воображаемое существо, которое во всём идентично человеку. Оно встаёт по утрам под звук будильника, идёт на работу, улыбается знакомым. Его желудок, сердце, мозг работают так же, как у человека. Но при этом у него нет одного компонента - внутренних переживаний происходящего. Упав и повредив колено, зомби закричит как человек, но боли он не почувствует. В нём нет сознания. Зомби действует как компьютер.

Если человеческое сознание - результат биохимических реакций в мозге, то чем в таком случае человек будет отличаться от такого зомби? Если зомби и человек на физическом уровне ничем не отличаются, что же тогда такое сознание? Иначе говоря, есть ли в человеке что-то такое, что не обусловлено материальными взаимодействиями?

Мозг в колбе

Этот эксперимент предложил философ Хилари Патнэм.

wikimedia.org

Наше восприятие устроено следующим образом: органы чувств воспринимают данные извне и преобразуют их в электрический сигнал, который отправляется в мозг и расшифровывается им. Представим следующую ситуацию: мы берём мозг, размещаем его в специальном поддерживающем жизнедеятельность растворе, а электрические сигналы посылаем посредством электродов точно таким же образом, как это делали бы органы чувств.

Что бы переживал такой мозг? То же самое, что и мозг в черепной коробке: ему бы казалось, что он человек, он «видел» и «слышал» бы что-то, размышлял бы о чём-то.

Эксперимент показывает, что у нас нет достаточных оснований утверждать, что наш опыт - окончательная реальность.

Вполне возможно, что все мы находимся в колбе, а вокруг нас нечто вроде виртуального пространства.

Китайская комната

Чем отличается компьютер от человека? Можно ли представить будущее, в котором машины заменят людей во всех сферах деятельности? Мысленный эксперимент философа Джона Сёрля даёт понять, что нет.

Представьте человека, запертого в комнате. Он не знает китайского языка. В комнате есть щель, через которую человек получает вопросы, записанные на китайском. Он не может ответить на них сам, он даже прочитать их не может. Однако в комнате имеются инструкции по преобразованию одних иероглифов в другие. То есть там говорится, что если вы видите на бумаге такое-то сочетание иероглифов, то вам следует ответить таким-то иероглифом.

Таким образом, благодаря инструкциям по преобразованию иероглифов человек сможет отвечать на вопросы на китайском языке, не понимая ни смысла вопросов, ни своих собственных ответов. Это и есть принцип работы искусственного интеллекта.

Занавес неведения

Философ Джон Ролз предложил вообразить группу людей, которым предстоит создать некое общество: законы, государственные структуры, социальный порядок. Эти люди не имеют ни гражданства, ни пола, ни какого-либо опыта - то есть, проектируя общество, они не могут исходить из собственных интересов. Они не знают, какая роль выпадет каждому в новом социуме. Какое общество они построят в результате, из каких теоретических предпосылок будут исходить?

Вряд ли им оказалось бы хоть одно из существующих сегодня обществ. Эксперимент показывает, что все социальные организации на практике так или иначе действуют в интересах определённых групп людей.

Эксперимент с красными бусинами Деминг начал проводить в своих первых лекциях для японцев в 1950 г., чтобы продемонстрировать разницу между общими и особыми причинами вариаций. В течение многих лет Деминг использовал для экспериментов с красными бусинами одни и те же приспособления. Этими основными приспособлениями служат: коробка с белыми и красными бусинами в пропорции примерно 4: 1 и прямоугольный кусок пластика, дерева, металла и т.п., обычно называемый лопаткой, в котором сделано 50 вертикальных углублений. Выборка из 50 бусинок достигается путем погружения лопатки в коробку. (Замечание для статистиков: я намеренно не употребляю термин «случайная выборка», даже с учетом того, что бусины могут быть хорошо перемешаны, прежде чем в них погрузят лопатку.)

Основная форма эксперимента с красными бусинами, которая демонстрируется на четырехдневных семинарах, остается относительно неизменной на протяжении нескольких лет. Из аудитории приглашаются добровольцы:

шесть заинтересованных рабочих (им не требуется каких-либо специальных навыков: они пройдут обучение и должны будут выполнять все требования без вопросов и жалоб);

два младших инспектора (им достаточно уметь считать до двадцати);

главный инспектор (должен уметь сравнить два числа на предмет их равенства или неравенства и уметь говорить громко и четко);

регистратор (должен уметь аккуратно писать и производить простые арифметические действия).

Рабочий день для каждого рабочего - это процесс взятия выборки (50 бусинок) из коробки с помощью лопатки. Белые бусины - это хороший продукт, приемлемый для потребителя. Красные бусины - продукт непри

емлемый. В соответствии с требованиями мастера или пожеланиями высшего руководства ставится задача не допускать попадания более одной-трех красных бусин. Рабочие обучаются мастером (Демингом), который дает точные инструкции о том, как должна проводиться работа: как нужно смешивать бусинки, каковы должны быть направления, расстояния, углы и уровень помешивания при пользовании лопаткой. Для минимизации вариаций процедуру нужно стандартизировать и регламентировать.

Рабочие должны очень внимательно следовать всем инструкциям, ведь от результатов их труда зависит, останутся ли они на работе.

«Запомните, каждый ваш рабочий день может быть последним в зависимости от того, как вы работаете. Я надеюсь, вы получите удовольствие от своей работы!»

В процессе контроля участвует много персонала, однако он весьма эффективен. Каждый рабочий приносит выполненную дневную работу к первому младшему инспектору, который молча пересчитывает и записывает число красных бусинок, а затем идет ко второму инспектору, который делает то же самое. Главный инспектор, также сохраняя молчание, сравнивает эти два счета. Если они различаются, значит, закралась ошибка! Еще больше заставляет задуматься тот факт, что даже если оба счета совпадают, они тем не менее могут быть ошибочными. Однако процедура такова, что в случае ошибки инспекторы, по-прежнему независимо друг от друга, должны пересчитывать результат. Когда показания счета совпадают, главный инспектор объявляет результат и регистратор заносит его на слайд, проецируемый на расположенный выше экран.

Рабочий возвращает свои бусинки в коробку - его рабочий день завершен.

Работа продолжается в течение четырех дней. Всего получается 24 результата. Мастер постоянно их комментирует. Он хвалит Эла за снижение количества красных бусинок до четырех, и аудитория рукоплещет ему. Он ругает Одри за получение шестнадцати красных, и аудитория нервно смеется. Как это у Одри может быть в четыре раза больше дефектных бусинок, если только она не беспечна и не ленива? Никто из остальных работников также не может оставаться спокойным, ведь если Эл мог сделать четыре, то и каждый может это сделать. Эл - несомненный «рабочий дня», и он получит премию. Но на следующий день у Эла находят девять красных бусинок, поскольку он чересчур успокоился. Одри приносит десять: она плохо начала, но теперь начинает исправляться, в особенности после серьезного разговора с мастером в конце первого дня. Стоп! Остановить линию! Бен только что сделал семнадцать красных! Давайте проведем собрание и постараемся понять, в чем причина плохой работы. Такого рода работа может привести к закрытию предприятия. В конце второго дня мастер

Организация как система

проводит серьезный разговор с рабочими. По мере того как люди осваиваются и становятся более опытными, их результаты должны улучшаться. Вместо этого вслед за 54 красными бусинками, полученными в первый день, на второй день их было получено целых 65. Неужели рабочие не понимают своей задачи? Задача состоит в том, чтобы получать белые бусины, а не красные. Будущее выглядит довольно мрачно. Никто не достиг цели. Они должны стараться работать лучше.

Подавленные рабочие возвращаются к работе. И вдруг возникают два проблеска: Одри, продолжая улучшать свои результаты, достигает семи красных бусинок; на верном пути и Бен, повторивший успех первого дня своей работы - девять красных! Однако все остальные работают хуже. Общее число красных бусинок вновь поднимается и достигает 67. День завершается без успехов, как и предыдущие. Мастер говорит рабочим, что, если существенных улучшений не произойдет, предприятие придется закрыть.

Начинается четвертый день. С облегчением мы обнаруживаем, что дела пошли лучше благодаря Одри, которая теперь производит только шесть красных бусинок*. Но в целом день заканчивается 58 красными, что по- прежнему хуже, чем в первый день.

Вот все результаты, полученные на данный момент: День 1 День 2 День 3 День 4 Сумма Одри 16 10 7 6 39 Джон 9 11 12 10 42 Эл 4 9 13 11 37 Кэрол 7 11 14 11 43 Бен 9 17 9 13 48 Эд 9 7 12 7 35 Сумма за день Итого 54 65 67 58 244 На этой стадии мастер решает призвать на помощь известное великое достижение менеджмента - сохранить предприятие, оставив только лучших рабочих. Он увольняет Бена, Кэрол и Джона, трех рабочих, которые сделали 40 и более красных бусинок за четыре дня, и оставляет Одри, Эла и Эда, выплачивая им премию и заставляя работать в две смены.

Неудивительно, что это не дает результата.

* Примечание для традиционных статистиков: при стандартной нуль-гипотезе, и при том, что Одри получила четыре различных оценки, шанс, что эти оценки становились лучше день ото дня, равен 1/4! = 1/24 = 0,024. Это значимый результат больше чем на 5 %-ном уровне значимости! - Прим. авт.

Глава 6. Эксперимент с красными бусинами

Наблюдая эксперимент с красными бусинами, мы получаем редкое преимущество: мы хорошо понимаем систему и можем быть уверены, что она управляема. Как только мы осознаем это, нам становится ясно, насколько бессмысленны все действия мастера (или кого-либо еще) с целью воздействия на результаты, которые предположительно зависят от рабочих, а на самом деле полностью обусловлены существующей системой. Все эти поступки были реакцией на чисто случайные вариации.

Однако предположим, что у нас отсутствует понимание системы. Что нам делать тогда? Тогда нам нужно было бы нанести данные на контрольную карту и дать ей возможность рассказать нам о поведении процесса. Центральная линия на карте соответствует среднему показанию, т.е. 244/24 = 10,2, поэтому расчет дает:

Отсюда для положения верхней и нижней контрольных границ имеем:

10,2 + (3 х 2,8) = 18,6 и 10,2 - (3 х 2,8) = 1,8

соответственно (аналогичные расчеты см.: «Выхода из кризиса», стр. 304). Контрольная карта показана на рисунке 17.

Эта карта подтверждает то, что мы и предполагали: процесс находится в статистически управляемом состоянии. Вариации вызываются системой. Рабочие беспомощны: они могут выдать только то, что дает система. Система стабильна и предсказуема. Если мы проведем эксперимент завтра, или послезавтра, или на следующей неделе, то, по всей видимости, получим похожий разброс результатов.

Центральная

Рис. 17. Контрольная карта данных эксперимента с красными бусинами

Организация как система

Участники семинара, настроенные на активное восприятие выводов, вытекающих из эксперимента с красными бусинами, могут сделать много интересных наблюдений еще до того, как Деминг начнет подведение итогов. Они видят удовольствие, получаемое от хороших результатов, и огорчение от плохих, не зависящих от ругательств и критики мастера. Они видят тенденцию (например, тенденцию Одри к значительному улучшению результатов), видят относительно однородные результаты (как, например, у Джона) и переменчивые (как у Бена). Они видят и слышат жалобы и стенания мастера, когда его бесполезные и бессмысленные указания не выполняются буквально. Они видят, как рабочих сравнивают друг с другом, в то время как на самом деле рабочие не имеют возможности воздействовать на получение результатов: результаты полностью определяются системой, внутри которой они работают. А еще участники семинара видят, как рабочие теряют свою работу без какой-либо вины с их стороны, в то время как другие получаю премию, не имея особых заслуг (кроме той, что система относится к ним более лояльно).

Деминг указывает на некоторые очевидные особенности эксперимента плюс на несколько других, менее очевидных. Так, накопленные средние значения в конце каждого из четырех дней соответственно составляют:

Деминг спрашивает у аудитории, на каком значении установится среднее, если эксперимент продолжать дальше. Поскольку отношение белых и красных бусинок 4:1, для тех, кто знакомы с законами математики, ясно, что ответ должен быть 10,0. Но это оказывается не так. Это было бы правильным, если бы выборка производилась по методу случайных чисел. Но в действительности она осуществляется путем погружения лопатки в коробку. Это механическая выборка, а не случайная, для которой применимы математические законы. В качестве дополнительных доказательств Деминг приводит результаты, полученные при использовании в течение ряда лет четырех различных лопаток. Как минимум для двух из них традиционный статистик оценил бы результаты как «статистически значимо» отличающиеся от 10,0. А какой же тип выборки мы осуществляем в производственных процессах? Механический или случайный? В какое положение все это ставит тех, кто зависит только от стандартной статистической теории в приложении к промышленности?

Не все в этом эксперименте дает пример того, как не надо делать. В том, как организован процесс контроля, имеется важный положительный аспект. На первый взгляд, он противоречит одной из идей, которую Деминг иногда

Глава 6. Эксперимент с красными бусинами

рассматривает на своих семинарах, - и в процессе контроля имеет место разделение ответственности. На самом деле вклады каждого из контролеров в результат независимы один от другого; риск разделения ответственности здесь сведен к риску консенсуса. Этот вопрос обсуждается более подробно в главе 21 (см. также правило 4 в экспериментах с воронкой и мишенью).

Как в эксперименте с воронкой (см. главу 5), так и в эксперименте с красными бусинами возникает естественный вопрос: что же можно сделать для улучшения дел? Мы уже знаем ответ. Так как рассматриваемая система находится в состоянии статистического контроля, настоящих улучшений можно достигнуть только путем ее реального изменения. Их не получить воздействием на выходы, т.е. результаты работы системы: воздействие на выходы годится только в присутствии особых причин вариаций. Воздействие на результаты - это как раз то, на что нацелены правила 2, 3 и 4 в эксперименте с воронкой, на это же направлены и все эмоциональные восклицания мастера в данном эксперименте.

Воздействия на систему с целью устранения общих причин вариаций - обычно более трудная задача, чем действия по устранению особых причин. Так, в эксперименте с воронкой сама воронка может быть опущена или использована более мягкая ткань для покрытия стола, с тем чтобы погасить часть движений шарика после его падения. В эксперименте с красными бусинами каким-то образом доля красных бусинок в коробке должна быть уменьшена - путем введения улучшений на предшествующих стадиях производственного процесса или при поставках исходных материалов либо того и другого вместе.

Деминг ссылается на эксперимент с красными бусинами как «донельзя простой». Так и есть. Однако, как и в случае эксперимента с воронкой, передаваемые при этом идеи оказываются вовсе не такими уж простыми.

Этот мысленный эксперимент родился в споре между философами Джоном Локком и Уильямом Молинье.

Представьте слепого с рождения человека, который знает, чем на ощупь отличается шар от куба. Если он внезапно прозреет, сможет ли он визуально отличить эти предметы? Не сможет. До тех пор, пока тактильное восприятие не будет связано с визуальным, он не будет знать, где находится шар, а где - куб.

Эксперимент показывает, что до определённого момента у нас нет никаких знаний о мире, даже тех, которые кажутся нам «естественными» и врождёнными.

Теорема о бесконечных обезьянах

deviantart.net

Мы считаем, что Шекспир, Толстой, Моцарт - гении, ибо их творения уникальны и совершенны. А если бы вам сказали, что их произведения не могли не появиться?

Теория вероятности утверждает, что всё, что может произойти, обязательно произойдёт в бесконечности. Если бесконечное количество обезьян посадить за печатные машинки и дать им бесконечное количество времени, то когда-нибудь одна из них обязательно слово в слово повторит какую-нибудь пьесу Шекспира.

Всё, что может случиться, должно случиться - какое тут место личному таланту и достижениям?

Столкновение шаров

Мы знаем, что утро сменится ночью, что стекло разбивается при сильном ударе, а падающее с дерева яблоко полетит вниз. Но что порождает в нас эту убеждённость? Реальные связи между вещами или наша вера в эту реальность?

Философ Дэвид Юм показал, что наша убеждённость в причинно-следственных связях между вещами не более чем вера, которая порождена нашим предыдущим опытом.

Мы убеждены, что вечер сменит день, только потому, что всегда до этого момента вечер сменял день. Абсолютной уверенности у нас быть не может.

Представим два бильярдных шара. Один бьётся о другой, и мы считаем, что первый шар является причиной движения второго. Однако мы можем представить, что второй шар останется на месте после столкновения с первым. Нам ничто не запрещает сделать это. Значит, из самого движения первого шара логически не вытекает движение второго и причинно-следственная связь основана исключительно на нашем предыдущем опыте (ранее мы множество раз сталкивали шары и видели результат).

Донорская лотерея

Философ Джон Харрис предложил вообразить мир, отличающийся от нашего двумя вещами. Во-первых, в нём считается, что позволить человеку умереть - то же самое, что и убить его. Во-вторых, операции по пересадке органов в нём всегда выполняются удачно. Что из этого следует? В таком обществе донорство станет этической нормой, ведь один донор может спасти множество людей. Тогда в нём проводится лотерея, которая в случайном порядке определяет человека, который должен будет пожертвовать собой, чтобы не дать умереть нескольким больным.

Одна смерть вместо многих - с точки зрения логики это оправданная жертва. Однако в нашем мире это звучит кощунственно. Эксперимент помогает понять, что наша этика построена не на рациональном базисе.

Философский зомби

Философ Дэвид Чалмерс в 1996 году в одном из своих докладов озадачил мир понятием «философского зомби». Это воображаемое существо, которое во всём идентично человеку. Оно встаёт по утрам под звук будильника, идёт на работу, улыбается знакомым. Его желудок, сердце, мозг работают так же, как у человека. Но при этом у него нет одного компонента - внутренних переживаний происходящего. Упав и повредив колено, зомби закричит как человек, но боли он не почувствует. В нём нет сознания. Зомби действует как компьютер.

Если человеческое сознание - результат биохимических реакций в мозге, то чем в таком случае человек будет отличаться от такого зомби? Если зомби и человек на физическом уровне ничем не отличаются, что же тогда такое сознание? Иначе говоря, есть ли в человеке что-то такое, что не обусловлено материальными взаимодействиями?

Мозг в колбе

Этот эксперимент предложил философ Хилари Патнэм.

wikimedia.org

Наше восприятие устроено следующим образом: органы чувств воспринимают данные извне и преобразуют их в электрический сигнал, который отправляется в мозг и расшифровывается им. Представим следующую ситуацию: мы берём мозг, размещаем его в специальном поддерживающем жизнедеятельность растворе, а электрические сигналы посылаем посредством электродов точно таким же образом, как это делали бы органы чувств.

Что бы переживал такой мозг? То же самое, что и мозг в черепной коробке: ему бы казалось, что он человек, он «видел» и «слышал» бы что-то, размышлял бы о чём-то.

Эксперимент показывает, что у нас нет достаточных оснований утверждать, что наш опыт - окончательная реальность.

Вполне возможно, что все мы находимся в колбе, а вокруг нас нечто вроде виртуального пространства.

Китайская комната

Чем отличается компьютер от человека? Можно ли представить будущее, в котором машины заменят людей во всех сферах деятельности? Мысленный эксперимент философа Джона Сёрля даёт понять, что нет.

Представьте человека, запертого в комнате. Он не знает китайского языка. В комнате есть щель, через которую человек получает вопросы, записанные на китайском. Он не может ответить на них сам, он даже прочитать их не может. Однако в комнате имеются инструкции по преобразованию одних иероглифов в другие. То есть там говорится, что если вы видите на бумаге такое-то сочетание иероглифов, то вам следует ответить таким-то иероглифом.

Таким образом, благодаря инструкциям по преобразованию иероглифов человек сможет отвечать на вопросы на китайском языке, не понимая ни смысла вопросов, ни своих собственных ответов. Это и есть принцип работы искусственного интеллекта.

Занавес неведения

Философ Джон Ролз предложил вообразить группу людей, которым предстоит создать некое общество: законы, государственные структуры, социальный порядок. Эти люди не имеют ни гражданства, ни пола, ни какого-либо опыта - то есть, проектируя общество, они не могут исходить из собственных интересов. Они не знают, какая роль выпадет каждому в новом социуме. Какое общество они построят в результате, из каких теоретических предпосылок будут исходить?

Вряд ли им оказалось бы хоть одно из существующих сегодня обществ. Эксперимент показывает, что все социальные организации на практике так или иначе действуют в интересах определённых групп людей.