Esperimento mentale

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Un esperimento mentale o esperimento concettuale (in tedesco Gedankenexperiment, termine coniato dal fisico e chimico danese Hans Christian Ørsted) è un esperimento che non si intende realizzare praticamente, ma viene solo immaginato: i suoi risultati non vengono quindi misurati sulla base di un esperimento fisico in laboratorio, ma calcolati teoricamente in base alle leggi della fisica.

Descrizione[modifica | modifica sorgente]

L'esperimento mentale è un'operazione di analisi operativa delle esperienze di misura effettivamente eseguibili nel mondo reale, almeno come esperienze concettualmente possibili. Parte di queste esperienze non sempre è realizzabile al momento presente per limiti non della fisica, ma della tecnologia e della tecnica note.

Il carattere puramente mentale dell'esperimento permette di considerare situazioni non realizzabili praticamente (ad esempio oggetti che si muovono a velocità relativistiche) e di esaminare l'esperimento in forma molto semplificata, tralasciando gli aspetti non pertinenti. Lo scopo di questo esercizio è mettere sotto esame una teoria fisica esaminandone le previsioni, e in particolare mettendone in luce le conseguenze sorprendenti o paradossali.

Il concetto di esperimento concettuale è stato introdotto da Albert Einstein, che se ne servì per illustrare la sua Teoria della relatività; ma anche alcuni paradossi classici, come quello di Achille e la tartaruga, si possono considerare esperimenti mentali. Anche alcuni ragionamenti di Galileo Galilei rientrano sotto questa categoria.

Esempio[modifica | modifica sorgente]

A titolo di esempio, si descrive qui l'esperimento del treno, usato da Einstein per mostrare come, secondo la teoria della relatività, eventi che sono simultanei in un sistema di riferimento inerziale non lo sono in un altro (un altro celebre esperimento concettuale applicato alla teoria della relatività è il cosiddetto paradosso dei gemelli).

Consideriamo un treno che viaggi alla velocità di 30 000 km/s, cioè un decimo della velocità della luce. Un osservatore si pone al centro di un vagone lungo 20 m, con due torce elettriche in mano; le punta verso le due estremità del vagone, una nella direzione del moto del treno e l'altra in direzione contraria, e le accende simultaneamente.

Ora, uno dei postulati della teoria della relatività afferma che la velocità della luce è costante e uguale in tutti i sistemi di riferimento inerziali: perciò l'osservatore a bordo del treno, rispetto al quale il vagone è immobile, vede la luce delle due torce percorrere 10 m in entrambe le direzioni, e arrivare simultaneamente alle due estremità del vagone in un tempo t = 0,0333 microsecondi.

Ma per un osservatore situato a terra, che vede il vagone in movimento, la situazione è differente. Supponiamo che il treno, misurato da terra, sia ancora lungo 20 m (questa ipotesi non tiene conto della "contrazione delle lunghezze" ma non altera le conclusioni dell'esperimento). Ebbene, il raggio di luce diretto verso la coda del treno raggiunge dopo soltanto 9,0909 metri l'estremità del vagone, che nel frattempo gli è venuta incontro di 0,9091 metri; mentre il raggio diretto verso la testa del treno deve percorrere 11,1111 metri per raggiungere l'altra estremità che si è allontanata di 1,1111 metri. Il primo raggio arriva quindi dopo 0,0303 microsecondi, il secondo invece dopo 0,0370 microsecondi: in questo sistema di riferimento i due eventi non sono simultanei.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Libri in lingua inglese[modifica | modifica sorgente]

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  • Browning, K.A. (ed.), Nowcasting, Academic Press, (London), 1982.
  • Marco Buzzoni, Thought Experiment in the Natural Sciences, Koenigshausen+Neumann, Wuerzburg 2008
  • Cohen, Martin, "Wittgenstein's Beetle and Other Classic Thought Experiments", Blackwell (Oxford) 2005
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  • Craik, K.J.W., The Nature of Explanation, Cambridge University Press, (Cambridge), 1943.
  • Cushing, J.T., Philosophical Concepts in Physics: The Historical Relation Between Philosophy and Scientific Theories, Cambridge University Press, (Cambridge), 1998.
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  • Häggqvist, S., Thought Experiments in Philosophy, Almqvist & Wiksell International, (Stockholm), 1996.
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Articoli di riviste (in lingua inglese)[modifica | modifica sorgente]

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  • Hempel, C.G., "Typological Methods in the Natural and Social Sciences", pp. 155-171 in Hempel, C.G. (ed.), Aspects of Scientific Explanation and Other Essays in the Philosophy of Science, The Free Press, (New York), 1965.
  • Kuhn, T. "A Function for Thought Experiments", in The Essential Tension (Chicago: University of Chicago Press, 1979), pp. 240--
  • Mach, E., "On Thought Experiments", pp. 134-147 in Mach, E., Knowledge and Error: Sketches on the Psychology of Enquiry, D. Reidel Publishing Co., (Dordrecht), 1976. [Translation of Erkenntnis und Irrtum (5th edition, 1926.].
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  • Rescher, N., "Thought Experiment in Pre-Socratic Philosophy", pp. 31-41 in Horowitz, T. & Massey, G.J. (eds.), Thought Experiments in Science and Philosophy, Rowman & Littlefield, (Savage), 1991.
  • Witt-Hansen, J., "H.C. Ørsted, Immanuel Kant and the Thought Experiment", Danish Yearbook of Philosophy, Vol.13, (1976), pp. 48-65.
  • Jacques, V., Wu, E., Grosshans, F., Treussart, F., Grangier, P. Aspect, A., & Roch, J. (2007). Experimental Realization of Wheeler's Delayed-Choice Gedanken Experiment, Science, 315, p. 966-968. [1]

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