Мысленный эксперимент_факультет

Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Факультет философии
Программа дисциплины
«Мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика»
Факультативный курс
для направления 080100.62 «Экономика»
(подготовки бакалавра)
Авторы программы:
Парамонов А.А. – к.филос. н., доцент кафедры онтологии, логики и теории познания
Одобрена на заседании кафедры онтологии, логики и теории познания
«___»_____ 20 г.
Зав. кафедрой Порус В.Н.
Рекомендована секцией УМС «Философия» «___»____________ 20 г
Председатель Кашников Б.Н.
Утверждена УС факультета экономики «___»_____________20 г.
Ученый секретарь ________________
________________________ [подпись]
Москва, 2014
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями
университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика» для
направления подготовки бакалавра
1
Область применения и нормативные ссылки
Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к знаниям
и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.
2
Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Философия»:

Совершенствование
теоретической
базы
для
формирования
гуманистически
ориентированного современного научного мировоззрения;

Понимание методологической роли философского знания в науках о природе;

Усвоение техники мысленного эксперимента как эффективного рабочего инструмента
научной деятельности.
3
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен:

Понимать – основные принципы проведения мысленного эксперимента

Уметь – анализировать значимые явления с точки зрения их философского смысла

Иметь навыки проведения критического анализа различного рода суждений и
умозаключений, построения корректной аргументации.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика» для
направления подготовки бакалавра
В результате освоения дисциплины студент осваивает следующие компетенции:
Компетенция
Код по
Дескрипторы – основные
ФГОС/ признаки освоения (показатели
НИУ
достижения результата)
Владение культурой
ИК-1
научного мышления,
способность устной речи
правильно и
убедительно оформить
результаты
мыслительной
деятельности
Умение использовать в
профессиональной деятельности знание
ПК-8
философии и
методологии науки.
4
Знает основные приемы и
уловки, используемые в
аргументации, применяет
корректные и убедительные
способы обоснования в
различных дискурсах, в том
числе научном
Знает современные концепции
философии науки, этапы и особенности развития науки как
особого вида знания, деятельности и социального института;
различает методы и формы
научного познания.
Формы и методы
обучения,
способствующие
формированию и
развитию компетенции
Групповые дискуссии,
творческие задания
Лекции, групповые
дискуссии, творческие
задания
Место дисциплины в структуре образовательной программы
Настоящая дисциплина относится к циклу общепрофессиональных дисциплин и блоку
факультативных дисциплин.
5
№
1
2
3
4
5
6
Тематический план учебной дисциплины
Название раздела
Мысленный эксперимент. Современные
парадигмы понимания. Возможная
таксономия
Мысленные эксперименты в античной
науке
Мысленные эксперименты в науке
Нового времени и эпохи Просвещения
Мысленные эксперименты в науке ХIХ
века
Мысленные эксперименты в квантовой
механике
Мысленные эксперименты теорий
относительности и в современной
космологии
Итого:
Всего
часов
Аудиторные часы
СамостояПракти
тельная
Семин
Лекции
ческие
работа
ары
занятия
4
4
8
8
8
4
36
3
36
П
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика» для
направления подготовки бакалавра
6
Формы контроля знаний студентов
Тип контроля
Текущий
Итоговый
Форма
контроля
Модельны
е
мысленны
е
экспериме
нты
Рецензия
на
современн
ый фильм
с
элементам
и научной
фантастик
и
1 модуль
+
1 год
2 модуль
+
Параметры
3 модуль
Экзамен
4 письменных теста по 10
минут
+
Выступление на групповой
дискуссии
+
Устный экзамен (по
билетам)
6.1 Критерии оценки знаний, навыков
Оценки по всем формам текущего контроля выставляются по 10-ти балльной шкале.
7
Содержание дисциплины
Краткая аннотация курса
Понятие «мысленный эксперимент», впервые введенное Эрнстом Махом, получило
широкое распространение в современной научной практике.
Настоящий курс дает представление о современных парадигмах понимания мысленного
экспериментирования в качестве одного из важнейших механизмов развития науки.
Однако лишь теоретическое рассмотрение этого вопроса, с точки зрения автора, не
позволяет раскрыть весь потенциал данного метода. Поэтому значительное внимание уделено
практикам его использования. Изложение техники мысленного экспериментирования строится
главным образом на анализе примеров из истории физики и математики. Разбираются
мысленные эксперименты, связанные с именами Архимеда, Стевина, Кеплера, Галилея,
Декарта, Ньютона, Гюйгенса, Лейбница, Беркли, Карно, Больцмана, Маха, Эйнштейна,
Пуанкаре, Рейхенбаха, Бора, Шредингера, Гейзенберга и др. Проводится анализ мысленных
экспериментов из сегодняшней научной практики.
4
П
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика» для
направления подготовки бакалавра
В результате предложенного подхода техника мысленного эксперимента выступает в
качестве эффективного рабочего инструмента, позволяющего слушателям курса максимально
близко подойти к уникальным моментам возникновения нового знания в истории науки. Все
это дает возможность студентам получить понимание основных принципов, составляющих
фундамент научного знания как классического, так и современного, или того, что можно было
бы назвать «физикой без формул».
Курс предлагается в качестве факультативного для студентов бакалавриата факультета
экономики. Курс состоит из 18 лекций, будет читаться в 1-3 модулях.
Раздел 1. Мысленный эксперимент. Современные парадигмы понимания.
Возможная таксономия
Принципы экспериментального подхода в науках о природе. Мысленный эксперимент в
науках о природе. Мысленный эксперимент vs эксперимент реальный.
История возникновения понятия «мысленный эксперимент». Современные
представления о мысленном экспериментировании.
Основные принципы таксономии мысленных экспериментов.
Литература.
Мах Э. Механика: Историко-критический очерк ее развития. М.: УРСС, 2011.
Мах Э. Познание и заблуждение: Очерки по психологии исследования. М.: БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2003.
Brown J.R. The Laboratory of the Mind. Thought Experiments in the Natural Sciences. London
& New York, 1991.
Kühne U. Die Methode des Gedankenexperiments. Frankfurt am Main: Suhrkamp Verlag,
2005.
Раздел 2. Мысленные эксперименты в античной науке
Природа и движение в античной науке.
Апории Зенона «Ахиллес и черепаха», «Стрела» как мысленные эксперименты.
Геометрические доказательства в античной науке.
5
П
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика» для
направления подготовки бакалавра
Мысленный эксперимент Архимеда по доказательству принципа рычага. Причины
неудачи эксперимента. Позднейшая история доказательств принципа рычага (Галилей,
Лагранж). Веревочные машины.
Литература
Ван Дер Варден Б.Л. Пробуждающаяся наука. Математика древнего Египта, Вавилона и
Греции. М.: 1959.
Мах Э. Механика: Историко-критический очерк ее развития. М.: УРСС, 2011.
Barbour J. The Discovery of Dynamics: A Study from a Machian Point of View of
the Discovery and the Structure of Dynamical Theories. N.-Y.: Oxford University Press, 2001.
Kühne U. Die Methode des Gedankenexperiments. Frankfurt am Main: Suhrkamp Verlag,
2005.
Раздел 3. Мысленные эксперименты в науке Нового времени и эпохи Просвещения
Исследования Стевина по равновесию систем блоков. Принцип возможных
перемещений. Мысленные эксперименты Леонардо да Винчи, Галилея и Торричели по
равновесию тел.
Мысленный эксперимент Галилея о падении тел. Галилеев вывод закона падения тела.
Мысленный эксперимент Галилея по доказательству закона инерции (постоянство
скорости свободно движущегося тела). Анализ Вейтгеймера мысленного эксперимента Галилея
по доказательству закона инерции. Принцип инвариантности Галилея.
Декартов вывод закона инерциального движения как мысленный эксперимент.
Ньютонов мысленный эксперимент с ведром. Толкование Э. Маха ньютоновского
эксперимента с ведром.
Лейбницев принцип наилучшего из миров: структурный порядок через вариативность.
Кантовское представление естественных наук как наук для опыта.
Литература
Арнольд В.И. Математическое понимание природы. Очерки удивительных физических
явлений и их понимания математиками (с рисунками автора). М. : МЦНМО, 2009.
Декарт Р. Размышления о первой философии // Декарт Р. Соч. в 2 т. Т.2. М.: Наука, 1994.
Декарт Р. Рассуждение о методе // Декарт Р. Соч. в 2 т. М.: Наука, 94. Т.1. С.250-296.
Кант И. Об основанном на априорных принципах переходе от метафизических начал
естествознания к физике // Кант И. Собр. соч. Т. 8. М.: Чоро, 1994.
Мах Э. Механика: Историко-критический очерк ее развития. М.: УРСС, 2011.
6
П
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика» для
направления подготовки бакалавра
Фейерабенд П. Избранные труды по методологии науки. М.: Прогресс, 1986.
Юм Д. Исследование о человеческом разумении. М., 1995.
Barbour J. The Discovery of Dynamics: A Study from a Machian Point of View of
the Discovery and the Structure of Dynamical Theories. N.-Y.: Oxford University Press, 2001.
Brown J.R. The Laboratory of the Mind. Thought Experiments in the Natural Sciences. London
& New York, 1991.
Kühne U. Die Methode des Gedankenexperiments. Frankfurt am Main: Suhrkamp Verlag,
2005.
Раздел 4. Мысленные эксперименты в науке ХIХ века
Начала (принципы) феноменологической термодинамики.
Цикл Карно. Понятия энергии, работы, температуры, энтропии. Виды «вечных»
двигателей.
Принципы статистической термодинамики. Демон Максвелла. Демон Больцмана.
Асимметрия термодинамических процессов.
Современные представления о порядке и хаосе. Диссипативные структуры. Модельные
задачи по эволюции систем.
Основные принципы электродинамики. Электродинамические законы и Галилеева
инвариантность.
Эксперимент Физо по определению скорости света.
Эксперимент Майкельсона-Морли. Истолкование его результата
Лоренцом и
Эйнштейном.
Литература
Второе начало термодинамики. Сади Карно - В.Томсон – Кельвин – Р.Клазиус –
Л.Больцман – М.Смолуховский. М.-Л.: ГТТИ, 1934.
Инфельд И., Эйнштейн А. Эволюция физики. // Эйнштейн А. Собрание научных трудов.
Т. 4. М.: Наука, 1967. С. 357-545.
Хуан С.-Б. Строгий вывод преобразований Лоренца на основе минимальных
предположений // УФН. Т. 181. № 5. Май 2011. С. 553-556.
Эткинкс П. Порядок и беспорядок в природе. М.: Мир, 1987.
Раздел 5. Мысленные эксперименты в квантовой механике
7
П
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика» для
направления подготовки бакалавра
История представлений о природе света.
Концепт черного тела. Ультрафиолетовая катастрофа.
Закон излучения Планка. Зарождение представлений о квантах.
Соотношение неопределенности Гейзенберга. Мысленный эксперимент Гейзенберга
«электронный микроскоп».
Представление о волновой функции. Стационарные состояния атомной системы.
Измерение в квантовой механике. Причинности и дополнительность.
Двухщелевой эксперимент.
ЭПР парадокс. Дискуссии А.Эйнштейна и Н.Бора о природе научного эксперимента.
Представление о полноте и завершенности научного эксперимента.
Многомировая интерпретация Эверетта и Девитта.
Неравенство Белла. Эксперименты Аспекта и Цайлингера
Литература
Бор Н. Дискуссии с Эйнштейном по проблемам теории познания в атомной физике //
Бор Н. Избранные труды в 2 т. Т.2. М.: Наука, 1971. С. 399-433.
Бор Н. Квантовая механика и реальность // Бор Н. Избранные труды в 2 т. Т.2. М.:
Наука, 1971. С. 179.
Бор Н. Можно ли считать квантовомеханическое описание полным // Бор Н. Избранные
труды в 2 т. Т.2. М.: Наука, 1971. С. 399-398.
Бор Н. О понятиях причинности и дополнительности // Бор Н. Избранные труды в 2 т.
Т.2. М.: Наука, 1971. С. 391-398.
Гейзенберг В. Физика и филисофия. Часть и целое. М.: Наука, 1989.
Гейзенберг В. Шаги за горизонт. М.: Прогресс, 1987.
Инфельд И., Эйнштейн А. Эволюция физики. // Эйнштейн А. Собрание научных трудов.
Т. 4. М.: Наука, 1967. С. 357-545.
Фейнман Р. Характер физических законов. М.: Наука, 1987.
Эйнштейн А. Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности
полным? // Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. 3. М.: Наука, 1966. С. 604-611.
Brown J.R. The Laboratory of the Mind. Thought Experiments in the Natural Sciences. London
& New York, 1991.
Раздел 6. Мысленные эксперименты теорий относительности и в современной
космологии
8
П
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика» для
направления подготовки бакалавра
Понятие
одновременности.
представление
о
Синхронизация
пространственно-временном
часов.
Преобразования
континууме.
Лоренци
Спкециальная
П
и
теория
относительности Эйнштейна. Мысленные эксперименты Эйнштейна с поездами. Парадокс
близнецов. Парадокс лестницы и амбара.
Эксперимент Ньютона с ведром и принцип Маха.
Мысленный эксперимент «лифт Эйнштейна». Основные принципы общей теории
относительности.
Пространственно-временные картины развития Вселенной (космологические модели
Фридмана).
Концепция Большого взрыва. Расширяющаяся Вселенная.
Литература
Инфельд И., Эйнштейн А. Эволюция физики. // Эйнштейн А. Собрание научных трудов.
Т. 4. М.: Наука, 1967. С. 357-545.
Бэйс С. Очень специальная теория относительности: иллюстрированное руководство.
М.: Бином, 2013.
Пенроуз Р. Циклы времени. Новый взгляд на эволюцию Вселенной. М.: Бином, 2010.
Brown J.R. The Laboratory of the Mind. Thought Experiments in the Natural Sciences. London
& New York, 1991.
8
Образовательные технологии
Анализ отдельных мысленных экспериментов, самостоятельное решение модельных
мысленных экспериментов, групповые дискуссии.
9. Вопросы для оценки качества освоения дисциплины
Примерный перечень вопросов к устному экзамену
1. Мысленный эксперимент. В чем его суть. В чем отличие от эксперимента натурного,
реального?
2. Мысленный эксперимент Архимеда по доказательству принципа рычага. Причины
неудачи эксперимента.
3. Мыленный эксперимент Стевина по равновесию цепи на призме.
4. Принцип возможных перемещений и мысленный эксперимент Галилея по равновесию
грузов на призме.
5. Галилеев вывод закона падения тела: S=gt2/2.
9
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика» для
направления подготовки бакалавра
6. Мысленный эксперимент Галилея, опровергающий утверждение Аристотеля что при
падении тяжелое тело падает на землю быстрее более легкого.
7. Мысленный эксперимент Галилея по доказательству закона инерции (постоянство
скорости свободно движущегося тела)
8. Мысленный эксперимент Вейтгеймера по нахождению формулы внутренних углов
многогранника.
9. Апории Зенона «Ахиллес и черепаха», «Стрела».
10. Принцип инвариантности Галилея.
11. Мысленный эксперимент Ньютона с ведром. Что по мнению Нью тона он доказывает.
12. Объяснение Э. Маха ньютоновского эксперимента с ведром.
13. Мысленный эксперимент «Цикл Карно».
14. Начала (принципы) термодинамики.
15. Понятие энтропии (феноменологическое и статистическое).
16. Асимметрия термодинамических процессов.
17. Виды вечных двигателей.
18. Понятие хаоса и порядка на молекулярном уровне.
19. Понятия теплоты и работы.
20. Как возможны упорядоченные структуры, если согласно термодинамике мир
спонтанные образом движется к хаосу.
21. Диссипативные структуры.
22. Эксперимент Физо по определению скорости света.
23. Эксперимент Майкельсона-Морли.
24. Одновременность событий в разных системах отсчета при относительных скоростях
близких к скорости света.
25. Представление о квантах. Объяснение наблюдаемых явлений в «двух-щелевом
эксперименте».
26. Соотношение неопределенности Гейзенберга. Мысленный эксперимент Гейзенберга
«электронный микроскоп»
27. ЭПР парадокс. Мысленный эксперимент.
28. Представление Нильса Бора о том, что мы можем назвать экспериментом.
29. Прокомментируйте высказывание Эйнштейна «Бог не играет в кости».
30. В чем состоит принципиальное отличие классической физики от квантовой.
31. Пространственно-временные картины развития Вселенной
10
П
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика» для
направления подготовки бакалавра
9
Порядок формирования оценок по дисциплине
Преподаватель оценивает работу студентов на семинарских занятиях (Оаудиторная) по их
активности в дискуссиях, по правильности их ответов на вопросы преподавателя, по
успешности выполнения домашних заданий. Оценки за решение модельные мысленных
экспериментов (Ореш.) и рецензию (Орец) выставляются в соответствии с критериями, заранее
определенными преподавателем.
Накопленная оценка (Онакопленная) выставляется по следующей формуле:
Онакопленная=0,5*Орец+0,5*Ореш
По завершении курса результирующая оценка (Орезультирующая) за итоговый контроль в
форме устного экзамена выставляется по следующей формуле, где Оэкзамен – оценка за работу
непосредственно на экзамене:
Орезультирующая = 0.5·Оэкзамен + 0.5·Онакопленная
Все оценки выставляются по 10-тибалльной шкале; способ округления – арифметический.
Округляется лишь итоговая оценка.
10 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
1.
Арнольд В.И. Математическое понимание природы. Очерки удивительных физических
явлений и их понимания математиками (с рисунками автора). М. : МЦНМО, 2009.
2.
Бор Н. Дискуссии с Эйнштейном по проблемам теории познания в атомной физике // Бор Н.
Избранные труды в 2 т. Т.2. М.: Наука, 1971. С. 399-433.
3.
Бор Н. Квантовая механика и реальность // Бор Н. Избранные труды в 2 т. Т.2. М.: Наука,
1971. С. 179.
4.
Бор Н. Можно ли считать квантовомеханическое описание полным // Бор Н. Избранные
труды в 2 т. Т.2. М.: Наука, 1971. С. 399-398.
5.
Бор Н. О понятиях причинности и дополнительности // Бор Н. Избранные труды в 2 т. Т.2.
М.: Наука, 1971. С. 391-398.
6.
Бэйс С. Очень специальная теория относительности: иллюстрированное руководство. М.:
Бином, 2013.
7.
Ван Дер Варден Б.Л. Пробуждающаяся наука. Математика древнего Египта, Вавилона и
Греции. М.: 1959.
11
П
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика» для
направления подготовки бакалавра
8.
Второе начало термодинамики. Сади Карно - В.Томсон – Кельвин – Р.Клазиус – Л.Больцман
– М.Смолуховский. М.-Л.: ГТТИ, 1934.
9.
Гейзенберг В. Физика и филисофия. Часть и целое. М.: Наука, 1989.
10. Гейзенберг В. Шаги за горизонт. М.: Прогресс, 1987.
11. Декарт Р. Размышления о первой философии // Декарт Р. Соч. в 2 т. Т.2. М.: Наука, 1994.
12. Декарт Р. Рассуждение о методе // Декарт Р. Соч. в 2 т. М.: Наука, 94. Т.1. С.250-296.
13. Инфельд И., Эйнштейн А. Эволюция физики. // Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т.
4. М.: Наука, 1967. С. 357-545.
14. Кант И. Об основанном на априорных принципах переходе от метафизических начал
естествознания к физике // Кант И. Собр. соч. Т. 8. М.: Чоро, 1994.
15. Мах Э. Механика: Историко-критический очерк ее развития. М.: УРСС, 2011.
16. Мах Э. Познание и заблуждение: Очерки по психологии исследования. М.: БИНОМ.
Лаборатория знаний, 2003.
17. Пенроуз Р. Циклы времени. Новый взгляд на эволюцию Вселенной. М.: Бином, 2010.
18. Фейерабенд П. Избранные труды по методологии науки. М.: Прогресс, 1986.
19. Фейнман Р. Характер физических законов. М.: Наука, 1987.
20. Хуан С.-Б. Строгий вывод преобразований Лоренца на основе минимальных предположений
// УФН. Т. 181. № 5. Май 2011. С. 553-556.
21. Эйнштейн А. Можно ли считать квантовомеханическое описание физической реальности
полным? // Эйнштейн А. Собрание научных трудов. Т. 3. М.: Наука, 1966. С. 604-611.
22. Эткинкс П. Порядок и беспорядок в природе. М.: Мир, 1987.
23. Юм Д. Исследование о человеческом разумении. М., 1995.
24. Barbour J. The Discovery of Dynamics: A Study from a Machian Point of View of
the Discovery and the Structure of Dynamical Theories. N.-Y.: Oxford University Press, 2001.
25. Brown J.R. The Laboratory of the Mind. Thought Experiments in the Natural Sciences. London &
New York, 1991.
26. Kühne U. Die Methode des Gedankenexperiments. Frankfurt am Main: Suhrkamp Verlag, 2005.
11 Материально-техническое обеспечение дисциплины

Проектор (для лекций)
Автор программы:
____________________________/ Ф.И.О./
(Подпись)
12
П
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины «мысленный эксперимент в науках о природе. Теория и практика» для
направления подготовки бакалавра
13
П