Myšlienkový experiment (Gedankenexperiment) je nástroj, ktorý sa najmä vo fyzike používa na uchopenie hypotézy a preverenie jej teoretických dôsledkov. Na myšlienkovom experimente je nádherné, že sa celý odohráva len v mysli experimentátora. Dobre prevedený Gedankenexperiment nemusí byť realizovaný vo fyzickom svete, niekedy to ani nemusí byť možné.
Medzi klasické myšlienkové experimenty patrí napríklad Galileov experiment s padajúcimi objektmi. Minimálne od čias Aristotela sa verilo, že ťažšie objekty padajú na Zem rýchlejšie. Galileo mylnosť tejto predstavy ilustroval takouto úvahou: predstavme si, že hodíme z vysokej veže dva objekty, jeden ťažký a jeden ľahší. Predpokladajme, že ťažšie teleso bude padať rýchlejšie a pomalé teleso pomalšie. Spojme tieto dve telesá povrazom. Ťažšie, rýchlejšie, teleso teraz bude ťahať to ľahšie. Tým sa ťažšie trochu spomalí a pomalé urýchli a budú spolu padať rýchlosťou z intervalu ohraničeného ich pôvodnými individuálnymi rýchlosťami. Lenže spojením dvoch telies povrazom sme predsa vytvorili teleso ťažšie než obidve pôvodné telesá. Malo by teda, logicky, padať rýchlejšie než ktorékoľvek pôvodné teleso zvlášť. Predpoklad, že ťažšie telesá padajú rýchlejšie nás teda doviedol k spornému záveru. Preto bol nesprávny.
Pre tých, ktorí neverili, že Zem sa pohybuje veľkou rýchlosťou vo vesmíre, mal Galileo naporúdzi iný myšlienkový experiment. Predstavte si, že sedíte v podpalubí lode, ktorá sa po pokojnej hladine oceánu pohybuje konštantnou rýchlosťou, priamočiarym pohybom. V podpalubí takejto lode človek doskočí ľubovoľným smerom rovnako ďaleko. Voda tu bude kvapkať zvislo na zem. Takisto, ak by ste hádzali loptou, bude sa vám hádzať všetkými smermi rovnako dobre, nezávisle od smeru pohybu lode. Ak toto podpalubie nemá okná, tak pozorovaním týchto pokusov ani nemáme ako zistiť, či sa loď hýbe priamočiaro po priamke alebo stojí.
O pár storočí neskôr v mysli podobne experimentoval istý znudený pracovník patentového úradu vo Švajčiarsku. Einstein si uvedomoval, že ak by ste boli v uzavretom výťahu, tak pozorovaním padania guľôčky nemáte z vnútra tohto výťahu šancu rozoznať, či výťah stojí na mieste a gulička padá v dôsledku gravitácie, alebo ste mimo gravitačného poľa a gulička padá vďaka zrýchleniu, s ktorým sa pohybuje výťah smerom „hore“.
Mimoriadne slávny mentálny experiment, ktorému je v Bratislave venovaná samostatná keška, je známy ako experiment o Schrödingerovej mačke. Schrödinger sa týmto experimentom snažil ukázať aké bizarné závery prináša kvantová teória. Podľa tejto teórie malé častice môžu existovať v superpozícii rôznych stavov – byť v dvoch rôznych stavoch zároveň. Rádioaktívna častica, na ktorú sa nikto nepozerá tak môže byť zároveň „celá“ a zároveň „rozpadnutá“. Divnosť takéhoto tvrdenia ešte narastie, keď si predstavíme, že v uzavretej nádobe sa takáto rádioaktívna častica nachádza spolu s mačkou a detektorom, ktorý pri rozpade tejto častice rozbije banku s prudkým jedom. Ak je však pravda, že kým sa vonkajší pozorovateľ do tejto nádoby nepozrie, častica existuje v superpozícii stavov, tak potom aj mačka by mala zároveň byť mŕtva a živá.
Ku keške
Ak sa chcete dopracovať k súradniciam tejto kešky, vašou úlohou bude dobre si prečítať nasledujúce otázky a v mysli si vyskúšať uvedené experimenty. Preverte si svoju fyzikálnu intuíciu a porozumenie tomuto svetu a na záver si za odmenu odlovte kešku. Keška sa nachádza na súradniciach:
N 48° 0A.BCD, E 17° 0E.FGH
A. Predstavte si, že stojíte na váhe v kabíne výťahu v bežnom paneláku v Petržalke. Nachádzate sa na prízemí. Stlačíte gombík ôsmeho poschodia. Čo budete pozorovať na váhe od momentu, keď sa výťah pohne, až kým zastaví?
(A=6) Váha ukazuje celý čas vašu bežnú hmotnosť.
(A=7) Pri rozbiehaní váha ukazuje viac, počas jazdy opäť ako zvyčajne a tesne pred zastavením na chvíľku ukáže menej ako vašu bežnú hmotnosť.
(A=5) Pri rozbiehaní váha ukazuje menej, počas jazdy opäť ako zvyčajne a tesne pred zastavením na chvíľku ukáže viac ako vašu bežnú hmotnosť.
B. Máte dva rovnaké balóniky. Jeden nafúknete len trochu, druhý viac – na takú bežnú veľkosť. Balóniky prepojíte tak, aby medzi nimi mohol prechádzať vzduch . Čo sa stane?
(B=5) Veľkosti balónikov sa vyrovnajú.
(B=7) Malý balónik sa ešte zmenší a veľký sa ešte viac zväčší.
(B=9) Nestane sa nič.
(B=0) Balóny začnú oscilovať – budú sa striedavo zväčšovať a zmenšovať.
(B=3) Ani jedna z vyššie uvedených možností nie je správna.
C. Opäť sa hráte s balónikom. K nafúknutému balónu ste špagátom pripevnili ťažkú skalu a tento výtvor ste hodili do hlbokého jazera. Ťažký kameň sťahuje balónik ku dnu. Čo sa deje so vztlakovou silou pôsobiacou na ponorený balónik počas putovania balónika smerom ku dnu?
(C=8) Vztlaková sila pôsobiaca na ponorený balón je stále rovnaká.
(C=2) Čím je balón bližšie ku dnu, tým je sila menšia.
(C=6) Čím je balón bližšie ku dnu, tým je sila väčšia.
D. Po výdatnej sprche sa vám zarosilo kúpeľnové zrkadlo. Rukou utriete malú plôšku, aby ste si videli v zrkadle celú tvár. Aká musí byť táto plôška prinajmenšom vysoká, ak si v nej máte vidieť celú tvár?
(D=2) Ako polovica výšky vašej tváre.
(D=7) Ako štvrtina výšky vašej tváre.
(D=8) Ako celá výška vašej tváre.
(D=9) To závisí od toho, ako ďaleko stojíte od zrkadla.
E. Ak by Slnko v tomto okamihu skolabovalo do čiernej diery, ako by to ovplyvnilo dráhu Zeme?
(E=6) Nijako, Zem by ďalej obiehala okolo tejto čiernej diery, ako keby tam bolo Slnko.
(E=5) Táto čierna diera by našu Zem pohltila.
(E=7) Zem by v okamihu skolabovania Slnka prestala obiehať a letela by ďalej po priamke.
(E=8) Zem by ešte zhruba 8 minút letela po zakrivenej dráhe, a potom by ďalej letela po priamke.
F. Stojíte na balkóne zhruba 15 metrov nad chodníkom. V rukách držíte dve rovnako ťažké PET fľaše plné vody. Jedna fľaša je voľná, druhá fľaša je spojená s ťažkou 15 metrovou železnou reťazou. Druhý koniec reťaze je uchytený o zábradlie balkóna (viď obrázok). Fľaše naraz pustíte. Ktorá dopadne na zem skôr?
(F=2) Skôr dopadne tá voľná fľaša.
(F=4) Skôr dopadne fľaša zavesená na reťazi.
(F=8) Dopadnú naraz.
Poznámka: V tejto ani v iných hádankách sa nejedná o chyták. Reťaz s fľašou "dočiahne" na zem, naozaj dopadnú teda obe fľaše a je len otázka, že ktorá skôr.
G. Ďalšia balóniková otázka. Predstavte si, že sa veziete v aute a v kabíne máte voľne umiestnený balónik napustený vodíkom (nikto ho nedrží ani nie je o nič priviazaný). Máte zavreté okná auta a pohybujete sa dopredu rýchlosťou 50 km/h. Vtom prudko zabrzdíte. Čo sa stane s balónikom?
(G=9) Poletí smerom k čelnému sklu.
(G=1) Poletí smerom k zadnému sklu.
(G=4) Prudko sa zmenší na úplne maličký rozmer.
(G=7) Prudko sa zväčší až praskne.
H. Keď sa pozriete zo Zeme na Mesiac, vidíte stále tú istú stranu Mesiaca. Čo to hovorí o čase jeho otáčania okolo vlastnej osi?
(H=1) Okolo svojej osi sa otočí za 1 deň.
(H=3) Okolo svojej osi sa otočí zhruba za 27 dní.
(H=5) Okolo svojej osi sa neotáča, preto stále vidíme tú istú časť jeho povrchu.
(H=7) To, že vidíme stále tú istú časť mesiaca je náhoda. Treba sa pozrieť na Mesiac v inom čase ako večer a v inej fáze ako v splne a uvidíme aj iné časti povrchu Mesiaca.
Tak, a to je všetko. Na fináli vás čaká klasické prevedenie. Budete potrebovať malý skrutkovač. Prineste si, prosím, vlastné pero a pozor na psíčkarov. Nezabudnite si odpísať hodnotu A pre bonusovku k tejto sérii! Nájdete ju na modrom krúžku vo vnútri kešky.
000. 001. 010. 011. 100. 101. 110. 111.