Получить разрешение на проведение того или иного эксперимента сегодня очень сложно. И даже если это происходит, в работу могут вмешаться непредвиденные обстоятельства. Таким образом, чтобы преодолеть все проблемы и завершить начатое дело, очень важно сохранять чистоту мышления. Ниже представлены десять из наиболее странных мысленных экспериментов, предложенных философами, которые должны помощь нам понять окружающий мир.
10. Буриданов осел
Представьте, что осла поместили точно между двумя одинаково соблазнительными кипами сена. Между обеими из потенциальных обедов, по сути, нет никакой разницы. Что будет делать осел? Ведь чем голоднее он становится, тем больше он хочет кушать и тем более важным будет его выбор. Если ни одна из кип сена не лучше другой, то, как осел должен выбрать, какую из них скушать? Он будет продолжать обдумывать свой выбор, пока не умрет.
Хотя этот мысленный эксперимент называется "Буриданов осел", он не описан ни в одной из множественных работ философов XIV века, именно к этому периоду времени относят момент появления этого мыслительного эксперимента. Подобные идеи выражались разве что при жизни Аристотеля. Возможно, чтобы ответить на важные вопросы о свободе воли, поднимаемые в данном эксперименте, проще выполнить его на практике и посмотреть, как настоящий осел поведет себя в подобных условиях. Но, если найти осла в академических кругах вполне реально, то предоставить ему две абсолютно одинаковые кипы сена не так уж и просто.
9. Пещера Платона
Миф о пещере — знаменитая аллегория Платона, объясняющая суть его концепции реальности. С точки зрения Платона, реальность, с которой мы контактируем посредством наших чувств, это не что иное, как тень высшей реальности. Эту идею не так просто понять, поэтому он выразил ее с помощью аллегории:
Представьте, что вы оказались прикованными в пещере и теперь не в состоянии двигать головой. Все, что вы можете видеть - это стена, расположенная прямо перед вами. Вы слышите других людей, прикованных рядом с вами, но не может их видеть. Где-то позади вас горит огонь, проливающий свет на эту стену. Когда люди проходят между огнем и стеной, вы можете видеть их тени и слышать приглушенные отзвуки их шагов. Вы уверены, что все тени, которые вы видите, вполне реальны. Затем вы каким-то образом оказываетесь свободными от пут. Вы стоите, смотрите на огонь и видите все объекты, отбрасывающие свои тени на стену. Также вы видите выход из пещеры. Оттуда светит яркий солнечный свет, который слепит вам глаза, но совсем скоро вы познаете реальный мир. Но если после этого вас вновь затащат обратно в пещеру, ваши глаза опять будут плохо видеть во внезапно окутавшей вас темноте. Если вы попытаетесь объяснить природу реальности другим прикованным людям, они подумают, что вы сошли с ума, начнут дразнить вас и возможно даже убьют.
8. Китайская комната
Давайте предположим, что вы не можете говорить или читать по-китайски. Вы оказываетесь в комнате, полной книг, написанных на китайском языке и набором инструкций, написанных на английском, в которых детально объясняется, что вам нужно делать. В комнату приносят листок бумаги с китайскими письменами.
Следуя инструкциям, вы старательно выписываете все китайские иероглифы, переводите их и передаете свой ответ тому, кто ждет его за дверью. Для этого человека будет казаться, что вы хорошо знаете китайский язык, тогда как на самом деле вы лишь следовали основному набору правил для перевода.
Этот мысленный эксперимент исходит от Джона Серла и является своеобразным ответом на тест Тьюринга. Если компьютер способен заставить нас поверить, будто мы говорим с человеком, неужели это доказывает, что он обладает интеллектом? Люди в комнате Серла действуют так же, как компьютер. Они следуют определенному набору правил, но, не понимают сути того, что делают.
7. Разделенный мозг Дерека Парфита
Дерек Парфит - философ, который изучал теорию о тождестве личности и ставит под сомнение идею о ее стабильном существовании в течение долгого времени.
Давайте представим, что нашим врачам удалось достичь небывалых высот в трансплантации мозга. Ваш мозг извлекли, разделили на две части и каждую половину поместили в два клона вашего собственного тела. Затем каждый из них проснулся, обрел свои воспоминания, и теперь думает и чувствует, будто является вами. То есть сейчас есть два человека, претендующих на то, чтобы быть вами. Теперь существует два разных вас.
А теперь вопрос: "Вы смогли бы уничтожить то, что было создано из двух частей вашего мозга?"
6. Болотный Человек
В своей работе с аполлонским названием «Понимание собственного разума» Дэвид Дональдсон углубляется в теорию идентичности:
Однажды Дональдсон шел по болоту. Как назло, в него попадала молния, и он упал замертво. В то же время, еще одна молния ударила в другую часть болота. Это второй удар перестроил атомы той части болота по точно такой же схеме, какая была у Дональдсона, прежде чем тот был поражен молнией. Так появился новый Болотный Человек, который, не обращая особого внимания на окружающую обстановку, вышел из болота и стал думать и действовать как Дэвид Дональдсон, так никогда и не узнав правды о собственном происхождении.
Можем ли мы сказать, что Дэвиду Дональдсону был нанесен существенный ущерб? Является ли Болотный Человек настоящим Дэвидом Дональдсоном? К сожалению, мы сможем ответить на этот вопрос только тогда, когда дождемся создания телепортации, потому что это именно то, что происходит во время этого процесса.
5. Мозг в колбе
Что если вам сказать, что прямо сейчас, вы не читаете эту статью с помощью своих глаз? Что если на самом деле вы - это просто мозг, плавающий в колбе? Вы можете подумать, что вы бы заметили такое положение дел, но эта колба является сложной машиной. В ней все сенсорные данные передаются прямо в оголенный мозг. Все, что вы видите и слышите, к чему прикасаетесь и запах, который ощущаете - это просто электрические сигналы, передающиеся в серое вещество вашего мозга. Если имитация окружающего мира является настолько совершенной и беспрерывной, то, как вы сможете доказать, что все это происходит в действительности?
4. Утилитарный монстр
Утилитаризм является этической философией, которая утверждает, что мы должны действовать таким образом, чтобы создать наибольшее количество блага для наибольшего числа людей. Только краткое изложение ее сути делает ее практически идеальной, но с помощью мысленных экспериментов можно исследовать пределы полезности утилитаризма.
Представьте себе, что мы создали существо, которое извлекает больше пользы из вещей, чем обычные люди. Когда мы едим торт, мы получаем от этого определенное количество счастья, но наше творение - Утилитарный монстр, - получает его в 1000 раз больше. То есть, если есть только один торт, очевидно, что для извлечения из последнего максимальной пользы, его следует отдать Утилитарному монстру. Если есть два пирожных, то мы все равно должны отдать их обоих нашему монстру, поскольку съев их вместе, он получит больше счастья, чем, если бы мы разделили их на двоих. Таким образом, если Утилитарный монстр станет получать больше пользы от любых вещей, чем обычный человек, то он сделает большинство из нас несчастными, но общий уровень счастья в мире будет по-прежнему увеличиваться и расти. Кстати, это именно то что происходит в современном обществе.
3. Знаменитый скрипач Томсона
Еще одними яростными критиками утилитаризма выступают те, кто ценит личные права. Представьте, что прямо сейчас десятки люди ждут пересадки органов, в то время как вы - ходячий мешок здоровых органов. Вы можете быть счастливы, но десятки людей, нуждающихся в ваших органах, будет куда более счастливее, если вы отдадите их им. С точки зрения утилитаризма вы должны согласиться на то, чтобы убить себя (что немного грустно) и отдать свои органы другим людям (что принесет много счастья).
Джудит Джарвис Томпсон предложила следующий мысленный эксперимент: однажды утром вы просыпаетесь прикрепленным к бессознательному скрипачу. Он болен, и только ваша кровь может сохранить ему жизнь. Общество любителей музыки заплатило врачами, чтобы те ночью подсоединили вашу кровеносную систему к больному. И для того, чтобы сохранить известному скрипачу жизнь вы должны пролежать так в течение девяти месяцев. Если вы отключитесь от скрипача, он умрет. Позволите ли вы себе отключиться от больного человека? Даже если вы никогда не соглашались на проведение подобной процедуры, чувствуете ли вы ответственность перед скрипачом?
2. Жуки Витгенштейна
Представьте себе, что каждый человек получил ящик, в который может заглянуть только он один. У каждого в коробке есть так называемый «жук». Каждый называет вещь, лежащую в их коробке «жуком», но никто и никогда не сможет сравнить содержимое своих коробок с тем, что лежит в коробках других людей. Мы знаем только то, как выглядит «жук» в нашей собственной коробке. Вполне возможно, что у всех остальных в коробках лежит что-то совершенно иное. А возможно их коробки вообще совершенно пустые.
Суть эксперимента состоит в том, что каждый из нас ссылается на те вещи, которые другие не могут увидеть так, как это видим мы. В какой-то момент, дети спрашивают у взрослых, является ли тот синий цвет, который они видят точно таким же, каким видят его другие люди. Когда я чувствую боль, как я могу знать, является ли она точно такой же болью, которую испытываете вы, когда говорите, что у вас что-то болит?
1. Комната Мэри
Мэри - ученый мирового класса. Она знает все, что касается цвета. Не существует ни одного физического, химического или нейрофизиологические аспекта цвета, который она еще не изучила и не освоила. Но здесь есть один существенный недостаток: она выполняет все свои исследования, сидя в черно-белой комнате. Однажды Мэри выйдет из своей комнаты и увидит все цвета в первый раз. Узнает ли она что-то новое после этого либо еще раз удостоверится в том, все ее знания были верны?
Этот мысленный эксперимент описан в работе Фрэнка Джексона «То, что Мэри не знала» и он касается одной из самых глубоких проблем философии: что такое знание? Возможно, даже в рамках чисто мысленного эксперимента, мы так и не сможем узнать того, чего еще не знаем.
Перевод: http://muz4in.net/
Их используют в таких областях, как философия и теоретическая физика, когда провести физический эксперимент невозможно.
Они служат хорошей пищей для размышлений, и заставляют пересмотреть то, что мы считаем, как данное.
Вот одни из самых известных мысленных экспериментов.
Научные эксперименты
1. Обезьяна и охотник
“Охотник следит за обезьяной на дереве, прицеливается и стреляет. В момент, когда пуля вылетает из оружия, обезьяна падает с ветки на землю. Как должен прицелиться охотник, чтобы попасть в обезьяну ?
1. Целится в обезьяну
2. Целится выше головы обезьяны
3. Целится ниже обезьяны
Результат может быть неожиданным. Гравитация действует на обезьяну и пулю с той же скоростью, поэтому независимо от того, как быстро летит пуля (учитывая сопротивление воздуха и другие факторы), охотник должен целиться в обезьяну.
Результат можно посмотреть в этой компьютерной симуляции
2. Пушечное ядро Ньютона
В этом мысленном эксперименте, нужно представить себе пушку, находящуюся на очень высокой горе, которая выстреливает свое ядро под углом 90 градусов к Земле
.
Диаграмма показывает несколько возможных траекторий полета пушечного ядра, в зависимости от того, как быстро оно будет лететь в момент запуска.
Если оно будет двигаться слишком медленно, то, в конце концов, упадет вниз на Землю.
Если же оно будет очень быстрым, оно может освободиться от гравитации Земли и направиться в космос. Если оно достигнет средней скорости, то будет двигаться по орбите Земли .
Этот эксперимент сыграл большую роль в изучении гравитации, заложив основу для создания спутников и космических полетов.
Пример эксперимента
3. Загадка токсина Кавки
“Эксцентричный миллиардер предлагает вам флакон с токсичным веществом, который, если вы его выпьете, вызовет у вас мучительную боль на один день, но не будет угрожать жизни, и не будет иметь каких-либо долговременных последствий.
Миллиардер заплатит вам 1 миллион долларов на следующее утро, если сегодня в полночь вы намереваетесь выпить токсичное вещество завтра в полдень . При этом, вам не обязательно выпить токсин, чтобы получить деньги. Деньги уже будут на вашем счету за несколько часов до того, как настанет время его выпить. Но … в случае если вам это удастся.
Все что нужно сделать, это намереваться сегодня в полночь выпить токсин завтра в полдень. Вы можете передумать после того, как получите деньги и не пить токсин. Вопрос состоит вот в чем: можно ли намереваться выпить токсичное вещество ?
Согласно американскому философу Грегори Кавке, было бы очень сложно, практически невозможно, намереваться сделать что-то, если мы не намереваемся сделать это. Рациональный человек знает, что он не выпьет яд, и потому не может намереваться его выпить.
4. Загадка слепого
Эту загадку задал ирландский философ Ульям Молинье (William Molyneux) британскому мыслителю Джону Локку.
Представьте себе, что слепой с рождения человек, который научился с помощью прикосновений различать между кубом и шаром, внезапно прозрел.
Сможет ли он с помощью зрения, до того как коснется объектов, определить, что есть куб, а что шар ?
Ответ: Нет. Несмотря на то, что он получил опыт, используя осязание, это не повлияет на его зрение.
Ответ на этот вопрос сможет решить одну из фундаментальных проблем человеческого разума.
Так, например, эмпиристы считают, что человек рождается как “чистая доска” и становится суммой всего накопленного опыта. Напротив нативисты возражали, что нашразум с самого начала содержит представления , которые потом активизируются зрением, звуками и прикосновениями.
Если бы слепой человек внезапно прозрел и смог сразу различить, где куб и где шар, это означало бы, что знания являются врожденными.
Несколько лет назад профессор Паван Синха (Pawan Sinha) из Массачусесткого технологического института провел исследование на пациентах, которым вернули зрение. Результаты подтвердили предположение Молинье.
Эксперимент (видео)
5. Парадокс близнецов
Эйнштейн так сформулировал эту проблему:
“Представьте себе двух близнецов Джо и Фрэнка. Джо домосед, а Фрэнк любит путешествовать.
На свое 20-летие, один из них отправляется на космическом корабле в космос, путешествуя со скоростью света . Его путешествие на этой скорости занимает 5 лет, и он возвращается, когда ему уже 30 лет. Вернувшись домой, он узнает, что на Земле прошло 50 лет. Его брат близнец сильно состарился и ему уже 70 лет.
Тут вступает в силу закон относительности, согласно которому, чем быстрее вы движетесь в космосе, тем медленнее вы продвигаетесь во времени .
6. Квантовое бессмертие и квантовое самоубийство
В этом мысленном эксперименте, предложенном американским теоретиком Максом Тегмароком, участник направляет на себя ружье, которое снабжено механизмом, измеряющим вращение квантовой частицы.
В зависимости от измерений, ружье может либо выстрелить, либо нет. Этот гипотетический процесс стал известен, как квантовое самоубийство .
Если верна многомировая интерпретация, то есть существование параллельных Вселенных, то Вселенная расщепится на две, в одной из которых участник будет жить, а в другой он умрет .
Такое разветвление будет происходить каждый раз при нажатии на курок. Сколько бы выстрелов не произошло, в одном из миров всегда останется версия участника, которая выживет. Таким образом, он приобретет квантовое бессмертие.
Эксперименты ученых
7. Бесконечные обезьяны
Этот эксперимент, который известен, как “теорема бесконечных обезьян
“, утверждает что, если бесконечное количество обезьян случайным образом нажмут на клавиши бесконечного числа пишущих машинок, в какой-то момент они совершенно точно создадут произведения Шекспира.
Основная идея состоит в том, что бесконечное количество действующих сил и бесконечное время случайным образом создадут все и вся . Теорема является одним из лучших способов продемонстрировать природу бесконечности.
В 2011 году американский программист Джесси Андерсон (Jesse Anderson) решил проверить эту теорему с помощью виртуальных обезьян. Он создал несколько миллионов “виртуальных обезьян ” – специальные программы, которые вводят случайную последовательность букв. Когда последовательность букв совпадает со словом из Шекспировского произведения, оно выделяется. Таким образом, почти через месяц ему удалось воспроизвести поэму Шекспира “Жалоба влюбленной”.
8. Кот Шредингера
Парадокс кота Шредингера связан с квантовой механикой и был впервые предложен физиком Эрвином Шредингером. Эксперимент состоит в том, что кот, заперт внутри коробки вместе с радиоактивным элементом и пузырьком смертельного яда
. Шанс того, что радиоактивный элемент распадется в течение часа, составляет 50/50. Если это произойдет, молот, прикрепленный к счетчику Гейгера, разобьет пузырек, выпустит яд и убьет кота.
Так как существуют равные шансы того, что это случится, или не случится, то до того, как коробку откроют, кот может быть одновременно и жив и мертв.
Суть состоит в том, что, так как никто не наблюдает за тем, что происходит, кот может существовать в разных состояниях . Это похоже на известную загадку, которая звучит так: “Если дерево упало в лесу, и никто этого не слышит, издает ли оно звук?”
Кот Шредингера показывает необычную природу квантовой механики, согласно которой некоторые частицы настолько малы, что мы не можем их измерить, не изменив их . До того, как мы их измерим, они существуют в суперпозиции – то есть в любом состоянии одновременно.
Эксперимент науки:
9. Мозг в колбе
Этот мысленный эксперимент пронизывает многие области, начиная от когнитивной науки до философии и популярной культуры.
Суть эксперимента состоит в том, что некий ученый извлек ваш мозг из тела и помесил его в колбу с питательным раствором . К мозгу подключили электроды и подсоединили к компьютеру, который генерирует изображения и ощущения.
Так как вся информация о мире проходит через мозг, этот компьютер может симулировать ваш опыт.
Вопрос: Если бы это было возможно, как бы вы могли действительно доказать, что мир вокруг вас реален , а не является симуляцией компьютера?
Все это похоже на сюжет фильмы “Матрица”, на который в частности повлиял эксперимент “мозг в колбе”.
По сути, этот эксперимент заставляет вас задуматься о том, что значит быть человеком. Так известный философ Рене Декарт задавался вопросом, можно ли действительно доказать, что все ощущения принадлежат нам самим, а не являются иллюзией, вызванной “злым демоном”. Он отразил это в своем знаменитом высказывании “Cogito ergo sum”(“Я мыслю, и значит, существую”). Однако в данном случае мозг, подключенный к электродам, тоже может думать.
10. Китайская комната
Китайская комната – еще один известный мысленный эксперимент, предложенный в 1980-х годах американским философом Джоном Серлем.
Представьте, что человека, говорящего на английском языке заперли в комнате, в которой есть небольшая щель для писем. У человека есть корзины с китайскими иероглифами и учебник с инструкциями на английском языке , который поможет перевести с китайского. Через щель в двери ему передают листки бумаги с набором китайских иероглифов. Мужчина может использовать учебник, чтобы перевести фразы и отправить ответ на китайском языке.
Хотя сам он ни слова не говорит на китайском, он может убедить находящихся снаружи, что в совершенстве владеет китайским.
Этот эксперимент был предложен с целью опровергнуть предположение, что компьютеры или другие виды искусственного интеллекта могут думать и понимать . Компьютеры не понимают информацию, которая им дается, но у них может быть программа, которая создает видимость человеческого интеллекта.
Гравитационные волны – изображение художника
Гравитационные волны - возмущения метрики пространства-времени, отрывающиеся от источника и распространяющиеся подобно волнам (так называемая «рябь пространства-времени»).
В общей теории относительности и в большинстве других современных теорий гравитации гравитационные волны порождаются движением массивных тел с переменным ускорением. Гравитационные волны свободно распространяются в пространстве со скоростью света. Ввиду относительной слабости гравитационных сил (по сравнению с прочими) эти волны имеют весьма малую величину, с трудом поддающуюся регистрации.
Поляризованная гравитационная волна
Гравитационные волны предсказываются общей теорией относительности (ОТО), многими другими . Впервые они были непосредственно обнаружены в сентябре 2015 года двумя детекторами-близнецами , на которых были зарегистрированы гравитационные волны, возникшие, вероятно, в результате слияния двух и образования одной более массивной вращающейся чёрной дыры. Косвенные свидетельства их существования были известны с 1970-х годов - ОТО предсказывает совпадающие с наблюдениями темпы сближения тесных систем за счёт потери энергии на излучение гравитационных волн. Прямая регистрация гравитационных волн и их использование для определения параметров астрофизических процессов является важной задачей современной физики и астрономии.
В рамках ОТО гравитационные волны описываются решениями уравнений Эйнштейна волнового типа, представляющими собой движущееся со скоростью света (в линейном приближении) возмущение метрики пространства-времени. Проявлением этого возмущения должно быть, в частности, периодическое изменение расстояния между двумя свободно падающими (то есть не испытывающими влияния никаких сил) пробными массами. Амплитудой h гравитационной волны является безразмерная величина - относительное изменение расстояния. Предсказываемые максимальные амплитуды гравитационных волн от астрофизических объектов (например, компактных двойных систем) и явлений (взрывов , слияний , захватов чёрными дырами и т. п.) при измерениях в весьма малы (h =10 −18 -10 −23). Слабая (линейная) гравитационная волна согласно общей теории относительности переносит энергию и импульс, двигается со скоростью света, является поперечной, квадрупольной и описывается двумя независимыми компонентами, расположенными под углом 45° друг к другу (имеет два направления поляризации).
Различные теории по-разному предсказывают скорость распространения гравитационных волн. В общей теории относительности она равна скорости света (в линейном приближении). В других теориях гравитации она может принимать любые значения, в том числе до бесконечности. По данным первой регистрации гравитационных волн их дисперсия оказалась совместимой с безмассовым гравитоном, а скорость оценена как равная скорости света.
Генерация гравитационных волн
Система из двух нейтронных звезд порождает рябь пространства-времени
Гравитационную волну излучает любая материя, движущаяся с асимметричным ускорением. Для возникновения волны существенной амплитуды необходимы чрезвычайно большая масса излучателя или/и огромные ускорения, амплитуда гравитационной волны прямо пропорциональна первой производной ускорения и массе генератора, то есть ~ . Однако если некоторый объект движется ускоренно, то это означает, что на него действует некоторая сила со стороны другого объекта. В свою очередь, этот другой объект испытывает обратное действие (по 3-му закону Ньютона), при этом оказывается, что m 1 a 1 = − m 2 a 2 . Получается, что два объекта излучают гравитационные волны только в паре, причём в результате интерференции они взаимно гасятся почти полностью. Поэтому гравитационное излучение в общей теории относительности всегда носит по мультипольности характер как минимум квадрупольного излучения. Кроме того, для нерелятивистских излучателей в выражении для интенсивности излучения имеется малый параметр где - гравитационный радиус излучателя, r - его характерный размер, T - характерный период движения, c - скорость света в вакууме.
Наиболее сильными источниками гравитационных волн являются:
- сталкивающиеся (гигантские массы, очень небольшие ускорения),
- гравитационный коллапс двойной системы компактных объектов (колоссальные ускорения при довольно большой массе). Как частный и наиболее интересный случай - слияние нейтронных звёзд. У такой системы гравитационно-волновая светимость близка к максимально возможной в природе планковской светимости.
Гравитационные волны, излучаемые системой двух тел
Два тела, движущиеся по круговым орбитам вокруг общего центра масс
Два гравитационно связанных тела с массами m 1 и m 2 , движущиеся нерелятивистски (v << c ) по круговым орбитам вокруг их общего центра масс на расстоянии r друг от друга, излучают гравитационные волны следующей энергии, в среднем за период:
Вследствие этого система теряет энергию, что приводит к сближению тел, то есть к уменьшению расстояния между ними. Скорость сближения тел:
Для Солнечной системы, например, наибольшее гравитационное излучение производит подсистема и . Мощность этого излучения примерно 5 киловатт. Таким образом, энергия, теряемая Солнечной системой на гравитационное излучение за год, совершенно ничтожна по сравнению с характерной кинетической энергией тел.
Гравитационный коллапс двойной системы
Любая двойная звезда при вращении её компонент вокруг общего центра масс теряет энергию (как предполагается - за счёт излучения гравитационных волн) и, в конце концов, сливается воедино. Но для обычных, некомпактных, двойных звёзд этот процесс занимает очень много времени, много большее настоящего возраста . Если же двойная компактная система состоит из пары нейтронных звёзд, чёрных дыр или их комбинации, то слияние может произойти за несколько миллионов лет. Сначала объекты сближаются, а их период обращения уменьшается. Затем на заключительном этапе происходит столкновение и несимметричный гравитационный коллапс. Этот процесс длится доли секунды, и за это время в гравитационное излучение уходит энергия, составляющая по некоторым оценкам более 50 % от массы системы.
Основные точные решения уравнений Эйнштейна для гравитационных волн
Объёмные волны Бонди - Пирани - Робинсона
Эти волны описываются метрикой вида . Если ввести переменную и функцию , то из уравнений ОТО получим уравнение
Метрика Такено
имеет вид , -функции, удовлетворяют тому же уравнению.
Метрика Розена
Где удовлетворяют
Метрика Переса
При этом
Цилиндрические волны Эйнштейна - Розена
В цилиндрических координатах такие волны имеют вид и выполняются
Регистрация гравитационных волн
Регистрация гравитационных волн достаточно сложна ввиду слабости последних (малого искажения метрики). Приборами для их регистрации являются детекторы гравитационных волн. Попытки обнаружения гравитационных волн предпринимаются с конца 1960-х годов. Гравитационные волны детектируемой амплитуды рождаются при коллапсе двойного . Подобные события происходят в окрестностях ориентировочно раз в десятилетие.
С другой стороны, общая теория относительности предсказывает ускорение взаимного вращения двойных звёзд из-за потери энергии на излучение гравитационных волн, и этот эффект надёжно зафиксирован в нескольких известных системах двойных компактных объектов (в частности, пульсаров с компактными компаньонами). В 1993 году «за открытие нового типа пульсаров, давшее новые возможности в изучении гравитации» открывателям первого двойного пульсара PSR B1913+16 Расселу Халсу и Джозефу Тейлору мл. была присуждена Нобелевская премия по физике. Ускорение вращения, наблюдаемое в этой системе, полностью совпадает с предсказаниями ОТО на излучение гравитационных волн. Такое же явление зафиксировано ещё в нескольких случаях: для пульсаров PSR J0737-3039, PSR J0437-4715, SDSS J065133.338+284423.37 (обычно сокращённо J0651) и системы двойных RX J0806. Например, расстояние между двумя компонентами A и B первой двойной звезды из двух пульсаров PSR J0737-3039 уменьшается примерно на 2,5 дюйма (6,35 см) в день из-за потерь энергии на гравитационные волны, причём это происходит в согласии с ОТО. Все эти данные интерпретируются как непрямые подтверждения существования гравитационных волн.
По оценкам наиболее сильными и достаточно частыми источниками гравитационных волн для гравитационных телескопов и антенн являются катастрофы, связанные с коллапсами двойных систем в ближайших галактиках. Ожидается, что в ближайшем будущем на усовершенствованных гравитационных детекторах будет регистрироваться несколько подобных событий в год, искажающих метрику в окрестности на 10 −21 -10 −23 . Первые наблюдения сигнала оптико-метрического параметрического резонанса, позволяющего обнаружить воздействие гравитационных волн от периодических источников типа тесной двойной на излучение космических мазеров, возможно, были получены на радиоастрономической обсерватории РАН, Пущино.
Ещё одной возможностью детектирования фона гравитационных волн, заполняющих Вселенную, является высокоточный тайминг удалённых пульсаров - анализ времени прихода их импульсов, которое характерным образом изменяется под действием проходящих через пространство между Землёй и пульсаром гравитационных волн. По оценкам на 2013 год, точность тайминга необходимо поднять примерно на один порядок, чтобы можно было задетектировать фоновые волны от множества источников в нашей Вселенной, и эта задача может быть решена до конца десятилетия.
Согласно современным представлениям, нашу Вселенную заполняют реликтовые гравитационные волны, появившиеся в первые моменты после . Их регистрация позволит получить информацию о процессах в начале рождения Вселенной. 17 марта 2014 года в 20:00 по московскому времени в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики американской группой исследователей, работающей над проектом BICEP 2, было объявлено о детектировании по поляризации реликтового излучения ненулевых тензорных возмущений в ранней Вселенной, что также является открытием этих реликтовых гравитационных волн. Однако почти сразу этот результат был оспорен, поскольку, как выяснилось, не был должным образом учтён вклад . Один из авторов, Дж. М. Ковац (Kovac J. M. ), признал, что «с интерпретацией и освещением данных эксперимента BICEP2 участники эксперимента и научные журналисты немного поторопились».
Экспериментальное подтверждение существования
Первый зафиксированный гравитационно-волновой сигнал. Слева данные с детектора в Хэнфорде (H1), справа - в Ливингстоне (L1). Время отсчитывается от 14 сентября 2015, 09:50:45 UTC. Для визуализации сигнала он отфильтрован частотным фильтром с полосой пропускания 35-350 Герц для подавления больших флуктуаций вне диапазона высокой чувствительности детекторов, также были применены полосовые режекторные фильтры для подавления шума самих установок. Верхний ряд: напряжения h в детекторах. GW150914 сначала прибыл на L1 и через 6 9 +0 5 −0 4 мс на H1; для визуального сравнения данные с H1 показаны на графике L1 в обращённом и сдвинутом по времени виде (чтобы учесть относительную ориентацию детекторов). Второй ряд: напряжения h от гравитационно-волнового сигнала, пропущенные через такой же полосный фильтр 35-350 Гц. Сплошная линия - результат численной относительности для системы с параметрами, совместимыми с найденными на базе изучения сигнала GW150914, полученный двумя независимыми кодами с результирующим совпадением 99,9. Серые толстые линии - области 90 % доверительной вероятности формы сигнала, восстановленные из данных детекторов двумя различными методами. Тёмно-серая линия моделирует ожидаемые сигналы от слияния чёрных дыр, светло-серая не использует астрофизических моделей, а представляет сигнал линейной комбинацией синусоидально-гауссовых вэйвлетов. Реконструкции перекрываются на 94 %. Третий ряд: Остаточные ошибки после извлечения отфильтрованного предсказания сигнала численной относительности из отфильтрованного сигнала детекторов. Нижний ряд: представление частотной карты напряжений, показывающее возрастание доминирующей частоты сигнала со временем.
11 февраля 2016 года коллаборациями LIGO и VIRGO. Сигнал слияния двух чёрных дыр с амплитудой в максимуме около 10 −21 был зарегистрирован 14 сентября 2015 года в 9:51 UTC двумя детекторами LIGO в Хэнфорде и Ливингстоне через 7 миллисекунд друг от друга, в области максимальной амплитуды сигнала (0,2 секунды) комбинированное отношение сигнал-шум составило 24:1. Сигнал был обозначен GW150914. Форма сигнала совпадает с предсказанием общей теории относительности для слияния двух чёрных дыр массами 36 и 29 солнечных; возникшая чёрная дыра должна иметь массу 62 солнечные и параметр вращения a = 0,67. Расстояние до источника около 1,3 миллиарда , излучённая за десятые доли секунды в слиянии энергия - эквивалент около 3 солнечных масс.
История
История самого термина «гравитационная волна», теоретического и экспериментального поиска этих волн, а также их использования для исследований явлений недоступных иными методам.
- 1900 - Лоренц предположил, что гравитация «…может распространятся со скоростью, не большей скорости света»;
- 1905 - Пуанкаре впервые ввёл термин гравитационная волна (onde gravifique). Пуанкаре, на качественном уровне, снял устоявшиеся возражения Лапласа и показал, что связанные с гравитационными волнами поправки к общепринятым законам тяготения Ньютона порядка сокращаются, таким образом, предположение о существовании гравитационных волн не противоречит наблюдениям;
- 1916 - Эйнштейн показал, что в рамках ОТО механическая система будет передавать энергию гравитационным волнам и, грубо говоря, любое вращение относительно неподвижных звёзд должно рано или поздно остановиться, хотя, конечно, в обычных условиях потери энергии порядка ничтожны и практически не поддаются измерению (в этой работе он ещё ошибочно полагал, что механическая система, постоянно сохраняющая сферическую симметрию, может излучать гравитационные волны);
- 1918 - Эйнштейн вывел квадрупольную формулу, в которой излучение гравитационных волн оказывается эффектом порядка , тем самым исправив ошибку в своей предыдущей работе (осталась ошибка в коэффициенте, энергия волны в 2 раза меньше);
- 1923 - Эддингтон - поставил под сомнение физическую реальность гравитационных волн «…распространяются… со скоростью мысли». В 1934 году, при подготовке русского перевода своей монографии «Теория относительности», Эддингтон добавил несколько глав, включая главы с двумя вариантами расчётов потерь энергии вращающимся стержнем, но отметил, что использованные методы приближенных расчётов ОТО, по его мнению, неприменимы к гравитационно связанным системам, поэтому сомнения остаются;
- 1937 - Эйнштейн совместно с Розеном исследовал цилиндрические волновые решения точных уравнений гравитационного поля. В ходе этих исследований у них возникли сомнения, что гравитационные волны, возможно, являются артефактом приближенных решений уравнений ОТО (известна переписка относительно рецензии на статью Эйнштейна и Розена «Существуют ли гравитационные волны?»). Позднее он нашёл ошибку в рассуждениях, окончательный вариант статьи с фундаментальными правками был опубликован уже в «Journal of the Franklin Institute»;
- 1957 - Герман Бонди и Ричард Фейнман предложили мысленный эксперимент «трость с бусинками» в котором обосновали существование физических последствий гравитационных волн в ОТО;
- 1962 - Владислав Пустовойт и Михаил Герценштейн описали принципы использования интерферометров для обнаружения длинноволновых гравитационных волн;
- 1964 - Филип Петерс и Джон Мэтью теоретически описали гравитационные волны, излучаемые двойными системами;
- 1969 - Джозеф Вебер, основатель гравитационно-волновой астрономии, сообщает об обнаружении гравитационных волн с помощью резонансного детектора - механической гравитационной антенны. Эти сообщения порождают бурный рост работ в этом направлении, в частности, Ренье Вайс, один из основателей проекта LIGO, начал эксперименты в то время. На настоящий момент (2015) никому так и не удалось получить надёжных подтверждений этих событий;
- 1978 - Джозеф Тейлор сообщил об обнаружении гравитационного излучения в двойной системе пульсара PSR B1913+16. Исследования Джозефа Тейлора и Рассела Халса заслужили Нобелевскую премию по физике за 1993 год. На начало 2015 года три пост-кеплеровских параметра, включающих уменьшение периода вследствие излучения гравитационных волн, было измерено, как минимум, для 8 подобных систем;
- 2002 - Сергей Копейкин и Эдвард Фомалонт произвели с помощью радиоволной интерферометрии со сверхдлинной базой измерения отклонения света в гравитационном поле Юпитера в динамике, что для некоторого класса гипотетических расширений ОТО позволяет оценить скорость гравитации - отличие от скорости света не должно превышать 20 % (данная трактовка не общепринята);
- 2006 - международная команда Марты Бургей (Обсерватория Паркса, Австралия) сообщила о существенно более точных подтверждениях ОТО и соответствия ей величины излучения гравитационных волн в системе двух пульсаров PSR J0737-3039A/B;
- 2014 - астрономы Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (BICEP) сообщили об обнаружении первичных гравитационных волн при измерениях флуктуаций реликтового излучения. На настоящий момент (2016) обнаруженные флуктуации считаются не имеющими реликтового происхождения, а объясняются излучением пыли в Галактике;
- 2016 - международная команда LIGO сообщила об обнаружении события прохождения гравитационных волн GW150914. Впервые сообщено о прямом наблюдении взаимодействующих массивных тел в сверхсильных гравитационных полях со сверхвысокими относительными скоростями (< 1,2 × R s , v/c > 0.5), что позволило проверить корректность ОТО с точностью до нескольких постньютоновских членов высоких порядков. Измеренная дисперсия гравитационных волн не противоречит сделанным ранее измерениям дисперсии и верхней границы массы гипотетического гравитона (< 1,2 × 10 −22 эВ), если он в некотором гипотетическом расширении ОТО будет существовать.
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.netМы 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.
