Мы́сленный экспериме́нт в физике, философии и некоторых других областях знания — вид познавательной деятельности, в которой ключевая для той или иной научной теории ситуация разыгрывается не в реальном эксперименте, а в воображении. Мысленный эксперимент в физике зачастую напоминает доказательство теоремы методом от противного в математике, когда некоторое положение физической модели или схемы сначала отвергается, а затем путём преобразования модели мы приходим к противоречию с тем или иным принципом, который считается безусловно истинным. Например, с принципом отсутствия достаточного основания в ситуации зеркальной или какой-либо иной геометрической симметрии, принципом галилеевской инвариантности, принципом невозможности вечного двигателя, принципом причинности и т. д.

Термин «мысленный эксперимент» (нем. Gedankenexperiment) ввёл немецкий учёный Эрнст Мах.

Мысленный эксперимент в физике

История механики в Новое время начинается с нескольких классических мысленных экспериментов Галилео Галилея. Это мысленный эксперимент с комнатой на корабле (находясь в комнате на корабле, мы никакими способами не можем установить, движется ли корабль или стоит на месте); мысленные эксперименты с маятником и так называемыми "горками Галилея"; мысленный эксперимент с падающими телами (если тяжёлое тело А падает быстрее лёгкого тела Б, как это считает Аристотель, то как будет падать тело, составленное из двух этих тел? Лёгкое тело должно тормозить тяжёлое, поэтому тело А+Б будет отставать от тела А. Но с другой стороны, тело А+Б тяжелее тела A, поэтому оно будет обгонять его: противоречие).

Яркие мысленные эксперименты в механике были изобретены Симоном Стевином (равновесие на наклонной плоскости, гидростатическое равновесие) и Христианом Гюйгенсом (движение тел под влиянием удара, определение приведённой длины физического маятника).

Богата мысленными экспериментами и история термодинамики, начинающаяся с работы Сади Карно Рассуждения о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу. В этом трактате были рассмотрены мысленные эксперименты с идеальной тепловой машиной Карно, в которых было показано, что максимальный КПД тепловой машины не зависит от используемого в ней рабочего вещества и определяется только температурами нагревателя и холодильника.

Известны также мысленные эксперименты Густава Кирхгофа и Вильгельма Вина, связанные с термодинамикой излучения.

Ряд мысленных экспериментов лежит в основе релятивистской электродинамики и общей теории относительности. В частности, это мысленный эксперимент с «лифтом Эйнштейна», в котором постулируется невозможность локального эксперимента, позволяющего установить, находимся ли мы в ускоряющейся системе отсчёта или во внешнем гравитационном поле, и парадокс Эренфеста с вращающимся диском.

В некоторых случаях мысленный эксперимент обнаруживает противоречия теории и «обыденного сознания», что далеко не всегда является свидетельством неверности теории. Так, знаменитый парадокс близнецов является, в сущности, мысленным экспериментом, демонстрирующим неприменимость «обыденного сознания» в релятивистской физике. Апории Зенона («Стадион», «Ахиллес и черепаха», «Стрела») также являются мысленными экспериментами, демонстрирующими логическую противоречивость представлений о дискретности пространства и времени.

Литература

• Ахутин А.В. История принципов физического эксперимента от античности до XVII в. М: Наука, 1976.
• Библер В.С. Мышление как творчество: Введение в логику мысленного диалога. М.: Политиздат, 1975.
• Дюгем П. Физическая теория. Её цель и строение. Спб.: Образование, 1910.
• Макаревичюс К. Место мысленного эксперимента в познании. М., 1971.
• Мах Э. Принцип сохранения работы. История и корень его. СПб, 1909.
• Мах Э. Механика. Историко-критический очерк её развития. Ижевск: РХД, 2000.
• Начала гидростатики. Архимед, Стевин, Галилей, Паскаль. М.–Л.: ГТТИ, 1932.
• Роджерс Э. Физика для любознательных. В 3 т. М.: Мир, 1970.
• Шепф Х.-Г. От Кирхгофа до Планка. М.: Мир, 1981.
• Щетников А.И. Мысленный эксперимент и рациональная наука. М.: Аспект-пресс, 1994.
• Brown J.R. The laboratory of the mind: thought experiments in the natural sciences. London: Routledge, 1993.
• Cohen M. Wittgenstein's beetle and other classic thought experiments. Oxford: Blackwell, 2005.
• Cohnitz D. Gedankenexperimente in der Philosophie. Paderborn: Mentis, 2006.
• Gendler T.S. Thought experiment: on the powers and limits of imaginary cases. New York: Garland, 2000.
• Kuhne U. Die Methode des Gedankenexperiments. Frankfurt/M: Suhrkamp, 2005.
• Shick T., Vaugn L. Doing philosophy: an introduction through thought experiments. New York: McGraw Hill, 2003.
• Sorensen R.A. Thought experiments. Oxford UP, 1992.