思考実験

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思考実験 (しこうじっけん、英 thought experiment、独 Gedankenexperiment)とは、頭の中で想像するだけの実験[1]科学の基礎原理に反しない限りで、極度に単純・理想化された前提(例えば摩擦のない運動、収差のないレンズなど)により遂行される[2]。思考実験の例としては、古代ギリシャの「アキレスと亀」やガリレオといった古典から、サンデル講義で有名になった「トロッコ問題」、映画『マトリックス』のモチーフとなった「水槽の中の脳」、アインシュタイン量子力学の闘いといった先端科学までわたる[3]

実際に実験器具を用いて測定を行うことなく、ある状況で理論から導かれるはずの現象思考のみによって演繹すること。いわゆるシミュレーションも実際の対象を使わない点で共通するが、シミュレーションはモデルを使って行うものであり、少なくとも具体的な数値数式を用いて詳細な結果を得る。これに対して、思考実験はよりあいまいで概念的な結果を求めるものを指す。

とりわけ科学史上、特殊な状況に理論を当てはめることによる帰結と、実験を必要としない日常的経験とを比較することによって、理論のより深い洞察に達してきた考察や、元の理論を端的に反駁し、新たな理論の必要性を示すとともに、それを発展させるのに利用されてきた考察を指すことが多い。 この言葉自体は、エルンスト・マッハによって初めて用いられた。 有名な例としては、アインシュタイン速度慣性系の関係についての洞察から特殊相対性理論に達した考察が挙げられる。

実例[編集]

アイザック・ニュートンの重力(万有引力)の発見につながる思考実験[編集]

あまりに有名な為、後世の創作ではないかと疑われる事もあるが真実は不明。

  1. りんごから落ちるのに遭遇したニュートン。
  2. りんごの木を見上げるとその向こうにはが光っている。
  3. りんごが落ちたのはりんごを木につなぎ止めていた力がなくなったからである。
  4. では、なぜ月は落ちて来ないのか? どんな力が月を空につなぎ止めているのか?
  5. をりんごに結びつけて振り回している図を想像するニュートン。
  6. 振り回すと速度によって離れて行こうとする(遠心力)。
  7. 月は地球を回っていることを思い浮かべる。
  8. 遠心力で月が飛び去って行かないのは、糸のかわりをしている力があるはずである。
  9. 月が地球の回りを回りながら同じ距離を保っているのは、遠心力とこのつなぎ止める力がつりあっているからであるに違いない。
  10. このつなぎ止める力を重力と呼ぼう。
  11. しかし、重力は地球だけが持ち月をつなぎ止めているのか? それとも月も地球も重力を持ちお互いに引っ張りあっているのか?
  12. これは、計算式を立てて様子を見てみないと分からない。

この結果、ニュートンは引力を形式化する微分を作ることになる。

ガリレオ・ガリレイによる「重いものほど速く落下する」という考えを否定する思考実験[編集]

  1. 重いものほど速く落下するとしよう。
  2. 大小二つの鉄球を用意する。
  3. 小さいものは遅く、大きいものは速く落下するだろう。
  4. 二つの鉄球を軽いひもでつないで一つの物体とする。
  5. これを落下させると、小さい鉄球は速く落下する大きい鉄球に引かれるため元より速く落下する。一方、大きい鉄球は遅く落下する小さい鉄球に引かれ元より遅く落下する。従って二つの鉄球の中間の速度で落下するはずである。
  6. しかし、全体としては大小の鉄球を合計した重量になり、より重くなるのだから元の鉄球それぞれより速く落ちるはずである。
  7. 同じ前提から相反する結果が導かれるのはおかしいのではないだろうか。

この後、ガリレオは実際に物体を落下させて「重いものほど速く落下する」というのが間違いであることを実験により示した。ただし、ガリレオの学徒ヴィンチェンツォ・ヴィヴィアーニがガリレオの伝記で書いているピサの斜塔で行った落下実験は、現在では事実であるとは必ずしも認められていない。

思考実験一覧[編集]

数学[編集]

物理学[編集]

物理学の分野で使われる思考実験には、以下のようなものがある。

哲学[編集]

哲学の分野では頻繁に思考実験が使われる。以下のようなものがある。

計算機科学[編集]

その他[編集]

  • SF(サイエンス・フィクション)は、時に思考実験であると言われる。例えば小松左京の『日本沈没』は、「もし日本列島が沈んでしまったら、日本民族はどうなるだろう?」という着想に基づく思考実験であり、そのためには「どうやったらある程度科学的な説明のつく形で日本を沈没させることが可能か」という思考実験を重ねたものである。いわゆる「終末もの」「ロボットもの」「超能力もの」など、それぞれにそのような現象や事象が存在した場合、それが現実に、あるいは人間にどのような結果をもたらすか、という思考実験であると見られる例は数多い。
  • ブライテンベルグ・ビークル [1]ロボティクス、センシング)
  • 人類滅亡の日 (人間原理)(Doomsday argument

出典[編集]

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関連項目[編集]

外部リンク[編集]