De meest intrigerende gedachte-experimenten

Wanneer de aardse werkelijkheid te beperkt is, zoeken veel wetenschappers en filosofen toevlucht tot gedachte-experimenten. In deze experimenten viert de fantasie vaak hoogtij, en wordt het onmogelijke mogelijk. Katten blijken zowel levend als dood te zijn, en ook over ons eigen bestaan blijken we niet zo zeker te zijn. Kortom, welkom in de wondere wereld van de gedachte-experimenten!

Wat is een gedachte-experiment?

Een gedachte-experiment is een experiment dat niet in de realiteit wordt uitgevoerd, maar in iemands gedachte. Het grote voordeel hiervan is dat er geëxperimenteerd kan worden met principes die in de werkelijkheid moeilijk te toetsen zijn. Het doel van een gedachte-experiment is dan ook het achterhalen van de mogelijke gevolgen van deze principes.

Het kralensnoerbewijs

Dit gedachte-experiment werd bedacht door Simon Stevin, een natuurkundige afkomstig uit België. Met de experiment trachtte hij te verklaren hoe krachten zich verhouden op een helling. Hij postuleerde het volgende:

Stel jezelf een driehoek voor met twee niet-gelijke hellingen. Rond deze driehoek wordt een kralensnoer gehangen, waarvan de

Voorstelling kralensnoerbewijs / Bron: Publiek domein, Wikimedia Commons (PD)

kralen zich op eenzelfde afstand van elkaar bevinden. Door het niet-gelijk zijn van de helling zal het ene deel van het snoer langer zijn dan het andere. De koord waarmee de kralen met elkaar verbonden zijn, is gewichtsloos. Daarnaast kunnen de kralen wrijvingsloos bewegen over de driehoek.

Wanneer beide delen van het snoer niet in balans zijn, zouden de kralen moeten bewegen. Dit kan zowel linksom als rechtsom zijn. Moest dit het geval zijn, dan zou het snoer oneindig lang moeten blijven draaien rond de driehoek aangezien beide delen op geen enkel moment met elkaar in evenwicht zijn.
Dit kan echter niet aangezien dit aanleiding zou geven tot een perpetuum mobile, waarvan het onmogelijke bestaan reeds werd bewezen. Bijgevolg kan er uit het gedachte-experiment geconcludeerd worden dat de twee delen van de kraal met elkaar in evenwicht moeten zijn. Door het feit dat de twee delen in balans zijn, moeten ze ook dezelfde kracht uitoefenen op de driehoek. Door dit in rekening te brengen heeft Simon Stevin kunnen bewijzen dat de kracht die de kralen uitoefenen op de helling van de driehoek rechtstreeks afhankelijk is van de lengte van de helling waarop deze zich bevinden.

De kat van Schrödinger

In dit befaamde gedachte-experiment werd getracht bepaalde principes van de kwantummechanica te toetsen. Hierbij werd gepostuleerd dat het gebruik van waarschijnlijkheden niet enkel toepasbaar was op atomair niveau, maar ook op macroscopisch niveau. Het gedachte-experiment verloopt als volgt:

Een kat wordt samen met een hamer, een Geigerteller, een flesje gevuld met gif en een radioactief deeltje in een gesloten doos geplaatst. Wanneer het radioactief deeltje vervalt zal dit

Voorstelling kat van Schrödinger / Bron: Dhatfield, Wikimedia Commons (CC BY-SA-3.0)

weergegeven worden op de Geigerteller. Tevens zal het vervallen van het radioactief deeltje ervoor zorgen dat de hamer op het flesje slaat, waardoor het gif vrijkomt en de kat sterft. Het is onmogelijk te voorspellen wanneer het deeltje juist zal vervallen, bijgevolg bevindt het zich in een onzekere staat van verval en niet verval. Hierdoor kan je ook niets zeggen over het al dan niet levend zijn van de kat. Aangezien je niet zeker weet wat de staat van het deeltje is, weet je ook niets zeker over de kat. De kat is met andere woorden tegelijkertijd levend en dood. Vanaf het moment dat je de doos opendoet, en bijgevolg de kat waarneemt, is ze niet meer onderhevig aan de waarschijnlijkheid van de kwantumfysica en zal ze of levend of dood zijn.

Met dit gedachte-experiment trachtte Schrödinger aan te tonen dat een deeltje zich tegelijkertijd in verschillende posities kon bevinden op één bepaald moment in de tijd. Aangezien atomaire deeltjes zich zodanig snel verplaatsen, is het exact waarnemen van zo'n partikel (nog) niet mogelijk. Kortom, de detectie van partikels op atomair niveau is altijd onderhevig aan een zekere waarschijnlijkheid. Het is dan ook deze waarschijnlijkheid die in het gedachte-experiment doorgetrokken wordt naar het macroscopisch niveau: de kat.

Hersenen in een vat

Naast wetenschappers hebben filosofen ook een handje vol van het bedenken van gedachte-experimenten. Hersenen in een vat is één van de meest bekende filosofische gedachte-experimenten. Het experiment houdt het volgende in:

Stel je een gekke wetenschapper voor die vlekkeloos het brein uit iemands lichaam kan halen. Het brein wordt vervolgens overgebracht in een vloeistof die alle nodige levensmiddelen bevat. De neuronen worden daarna aangesloten aan een supercomputer die in staat is dezelfde elektrische impulsen te generen als het lichaam. Hierdoor zal de computer het brein kunnen doen geloven dat het nog altijd verbonden is met zijn oorspronkelijk lichaam.

De belangrijkste vraag die uit dit gedachte-experiment rijst is: hoe weet je zeker dat je niet gewoonweg een brein in een vat bent? Het antwoord hierop is simpel: je weet het niet zeker. Het enige wat zeker is, is dat, onafhankelijk of het brein zich nu in het vat of in een hoofd bevindt, alle signalen en interacties van het brein met zijn omgeving dezelfde zijn. Hierdoor kunnen de gedachten van het brein enkel waar of onwaar zijn. De gedachte van een lichaam dat wandelt is voor een brein in een vat onwaar, terwijl dit voor een brein in een hoofd waar is. Dit heeft als gevolg dat je nooit zeker kunt zijn over hetgeen wat je denkt, aangezien de kans bestaat dat het onwaar is.