思考実験

思考実験とは、仮説、理論、原理が提示され、その結果について考えるための仮説的な状況である。この概念は、物理学者エルンスト・マッハ^{の著作の中でドイツ語の}Gedankenexperiment^{という用語でも言及されており[2]}、別の行動方針をとった場合に何が起こったかについての思考も含まれる。^{[3] [4]}この能力の重要性は、実験者が将来何が起こるかを想像できるだけでなく、別の行動方針の意味も想像できることである。^{[5] [6]}

古代ギリシャ語のδείκνυμι、デイクニミ、「思考実験」は「数学的証明の最も古いパターン」であり、ユークリッド数学より前に存在していた^[7]。ユークリッド数学では、思考実験の実験部分よりも概念部分に重点が置かれていた。

ヨハン・ヴィット・ハンセンは、ハンス・クリスチャン・エルステッドが 1812年頃に同義語のドイツ語「 Gedankenexperiment」を 初めて使用した人物であることを確認した。^{[8] [9]}エルステッドはまた、1820年に同義語の「Gedankenversuch」を初めて使用した人物でもある。

1883年までに、エルンスト・マッハは「Gedankenexperiment」を別の意味で使用し、後に学生によって実際の物理的実験として実行される実際の実験の架空の実施のみを指すようになりました。 ^[10]物理的実験と精神的実験は対比されるようになりました。マッハは、学生に、その後の実際の物理的実験の結果が以前の架空の実験の結果と異なる場合はいつでも説明を求めました。

英語の思考実験という用語は、 Gedankenexperimentの略語として造られ、1897年にマッハの論文の英訳で初めて登場しました。^[11]思考実験が登場する以前、仮定法を用いた仮説的な質問を投げかける活動は、科学者と哲学者の両方にとって非常に長い間存在していました。非現実的な法は、それを分類したり、それについて話したりする方法です。これは、思考実験という用語が英語に導入されて以来、その適用範囲が非常に広く多様であったことを説明するのに役立ちます。

ガリレオが、落下する物体は質量に関わらず同じ速度で落下するということを証明したことは、近代科学の歴史において大きな前進でした。これは、ピサの斜塔に登って2つの重い重りを落とすという単純な物理的証明であると広く考えられていますが^[12]、実際には思考実験の手法を用いた論理的証明でした。この実験はガリレオによってDiscorsi e dimostrazioni matematiche (1638) (イタリア語: 数学的論説と論証) で次のように説明されています。

サルヴィアーティ。では、自然速度が異なる 2 つの物体を例に挙げると、その 2 つを結合すると、より速い物体は遅い物体によって部分的に遅くなり、遅い物体は速い物体によっていくらか速くなることは明らかです。この意見にあなたは同意しませんか。

Simplicio。あなたは間違いなく正しいです。

サルヴィアーティ。しかし、もしこれが真実で、大きな石が例えば 8 の速度で動き、小さな石が 4 の速度で動くとすると、これらが結合されると、システムは 8 より遅い速度で動きます。しかし、2 つの石を結合すると、以前は 8 の速度で動いていた石よりも大きな石になります。したがって、重い物体は軽い物体よりも遅い速度で動きます。これはあなたの仮定に反する結果です。したがって、重い物体は軽い物体よりも速く動くというあなたの仮定から、重い物体はより遅く動くと私が推論する理由がおわかりでしょう。 ^[13]

思考実験の共通の目標は、問題となっている原則の潜在的な結果を探ることです。

思考実験とは、特定の問題領域内で、指定された前提（または結果）に対する潜在的な結果（または先例）について推測するために、意図的かつ構造化された知的熟考のプロセスを実行する手段である。^[14]

実験の構造を考えると、実験を実行できない可能性があり、実行できたとしても、実行する意図がある必要はありません。

思考実験の例としては、完全に密閉された環境と少量の放射性物質の操作を通じて量子不確定性を説明するシュレーディンガーの猫や、仮想的な有限の存在が熱力学の第 2 法則に違反する能力を実証しようとするマクスウェルの悪魔などがあります。

これはSF小説によく見られる要素である。^[15]

思考実験は、仮定法（非現実法）を用いた、構造が明確で、よく定義された仮説的な質問であり、「もし…だったら何が起こるだろうか（あるいは、何が起こっただろうか）」という質問は、少なくとも古代ギリシャ以来、哲学において疑問を提起するために使用されており、その一部はソクラテスより古い。^[16]物理学やその他の科学において、多くの思考実験は19世紀、特に20世紀に遡るが、少なくともガリレオの時代から例が見出される。

思考実験では、既知の経験的データを新しい方法で再配置または再構成し、そこから新しい（先験的な）推論を引き出したり、これらのデータを異なる珍しい視点から見ることで、新しい情報を得ます。たとえば、ガリレオの思考実験では、経験的経験の再配置は、異なる重さの物体を組み合わせるという独自のアイデアから構成されています。^[17]

思考実験は哲学（特に倫理学）、物理学、その他の分野（認知心理学、歴史学、政治学、経済学、社会心理学、法律、組織学、マーケティング、疫学など）で利用されてきました。法律では、このような実験に対して「仮説的」という同義語が頻繁に使用されます。

意図された目的に関係なく、すべての思考実験は、より良く、より生産的な方法で出来事を説明、予測、制御できるように設計されたパターン化された思考方法を示しています。

理論的な結果に関して言えば、思考実験は一般的に次のようになります。

• 一般的な理論に異議を唱える（あるいは反駁する）こと。これには、背理法と呼​​ばれる手法（ガリレオの当初の議論のように、背理法による証明）がしばしば含まれる。
• 一般的な理論を確認する、
• 新しい理論を確立する、または
• 相互排除のプロセスを通じて、既存の理論を反駁し、同時に新しい理論を確立する

思考実験は、これまで知られていなかった、あるいは受け入れられていなかった理論に対して、非常に重要で異なる見解を生み出す可能性があります。しかし、思考実験によってそれらの理論自体が無意味になる可能性があり、解決が同様に、あるいはさらに難しい新たな問題を生み出す可能性もあります。

実際の応用という点では、思考実験は一般的に次のような目的で作成されます。

• 現状に異議を唱える（これには、誤った情報（または誤解）を訂正する、提示された議論の欠陥を特定する、客観的に確立された事実を（長期的に）保存する、特定のことが許容される、禁じられる、知られている、信じられている、可能である、または必要であるという特定の主張に反論するなどの活動が含まれます）。
• すでに確立された事実の境界を越えて（または境界内で）推定する。
• （そうでなければ）不確定で知ることのできない未来を予測し予報する。
• 過去を説明する;
• （そうでなければ）不確定で知ることのできない過去を遡及、事後予測、後付けで予測すること。
• 意思決定、選択、戦略の選択を容易にする。
• 問題を解決し、アイデアを生み出す;
• 現在の（多くの場合解決不可能な）問題を、より有用で生産性の高い別の問題領域（例：機能固定）に移動する。
• 特定の結果の原因、予防可能性、非難、責任を特定する。
• 社会的、法的文脈における責任と損害賠償を評価する。
• 過去の成功の繰り返しを確実にする、または
• 過去の出来事がどの程度違っていた可能性があるかを調べる。
• 過去の失敗を（将来も）回避することを確実にする

一般的に言えば、原因から結果、あるいは結果から原因へと推論する思考実験には7つの種類がある。^{[19] [20]}

事前事実的思考実験（事前事実的思考実験という用語は1998年にローレンス・J・サンナによって造られた^[21]）は、現在の状況を前提として将来の起こりうる結果を推測し、「イベントEが発生した場合の結果はどうなるか？」と問うものである。^{[22] [23]}

反事実的（確立された事実に反する）思考実験-反事実的という用語はネルソン・グッドマンによって1947年に造られ、 ^[25]ロデリック・チザム（1946）の「事実に反する条件文」 ^[26]の概念を拡張したもの- は、異なる過去の起こり得る結果を推測し、^[27]「BではなくAが起こっていたら何が起こっただろうか？」と問いかける（例えば、「アイザック・ニュートンとゴットフリート・ライプニッツが協力し合ってい たとしたら、今日の数学はどのようになっていただろうか？」）。^{[28] [29] [23]}

反事実的推測の研究は、哲学、^[30]心理学、^[31]認知心理学、^[32]歴史学、^[33]政治学、^[34]経済学、^[35]社会心理学、^[36]法学、^[37]組織理論、^[38]マーケティング、^{[39]疫学[40]}など、幅広い分野の学者の関心を集めています。

半事実的思考実験（半事実的という用語は1947年にネルソン・グッドマンによって造られた^{[25] [41]）は、}過去が異なっていたにもかかわらず、物事がどの程度同じままであった可能性があるかを推測し、「たとえEではなくXが起こったとしても、Yは起こっただろうか？」という質問をする（例：ゴールキーパーが右ではなく左に動いていたとしても、そのような速度で飛んでくるボールをインターセプトできただろうか？）。^{[42] [23]}

半事実的な推測は臨床医学の重要な部分です。

予測という活動は、現在の状況を未来に投影しようとするものである。^{[44] [45]}デイヴィッド・サレウィッツとロジャー・ピルケ（1999、p123）によると、科学的予測には2つの形式がある。

1. 「不変の、したがって予測可能な自然の原理の解明」
2. 「一連の観測データと洗練された数値モデルを使用して、複雑な現象の挙動や進化を予測する」^[46]

予報、予報、ナウキャスティングはそれぞれ異なる社会的、科学的機能を果たすが、質的に同一の活動であるが、その唯一の違いは、推測される未来とユーザーが現在いる瞬間との距離である。^[47]ナウキャスティングは「現在の天気の詳細な説明と、最大2時間先までの予測」と定義され、基本的に現状の説明に関係しているが、この用語を「最大12時間先までの非常に短期的な予報」にまで拡張するのが一般的である（Browning、1982、p.ix）。^{[48] [49]}

ハインドキャスティングとは、ある出来事が起こった後に予測モデルを実行し、そのモデルのシミュレーションが有効かどうかをテストする活動である。^{[44] [45]}

レトロディクション（またはポストディクション）とは、特定の出来事の根本的な原因を突き止めるために、現在から推測された過去へと、必要と考えられる多くの段階で段階的に時間を遡っていく活動である（例：リバースエンジニアリングやフォレンジック）。^{[51] [45]}

遡及とは「過去の観察、出来事、追加、データが証拠として使用され、それらを生み出したプロセスを推測する」プロセスであり、診断は「症状、兆候などの目に見える影響からそれらの以前の原因に進むことを伴う」^[52]ことを考えると、予測と遡及の本質的なバランスは次のように特徴付けられるでしょう。

予後が、治療を受けない場合の病気の経過に関するものであるか、特定の患者の特定の疾患に対する特定の治療計画の適用に関するものであるかにかかわらず。 ^[53]

バックキャスティングという活動（バックキャスティングという用語は1982年にジョン・ロビンソンによって造語された^[55]）は、非常に明確で非常に具体的な将来の状況の記述を確立することを伴う。次に、未来から現在まで、必要なだけ多くの段階で、時間を遡って想像し、現在から特定の未来に到達するメカニズムを明らかにする。^{[56] [57] [58]}

バックキャスティングは未来を予測するものではありません。

バックキャスティング分析の大きな特徴は、起こりうるエネルギーの未来ではなく、望ましい未来をいかにして達成できるかに関心を向けることである。したがって、それは明確に規範的であり、特定の将来の終点から現在まで「逆算」して、その未来に到達するためにどのような政策措置が必要かを決定することを含む。^[59]

ヤンセン（1994、p.503：^{[60]）によれば、}

技術開発の枠組みにおいて、「予測」とは、将来に向けた開発の推定と、技術を通じて長期的に実現できる成果の探求に関係します。逆に、「バックキャスティング」の背後にある考え方は、将来技術が満たさなければならない要求の相互関係図（「持続可能性基準」）に基づいて、技術開発がとるべきプロセスと、場合によってはこの開発プロセスが効果を発揮すべきペースを指示し、決定することです。バックキャスティングは、技術開発がとるべき方向を決定し、この目的のために設定すべき目標を特定する上で重要な支援となります。したがって、バックキャスティングは、持続可能な開発によってもたらされる技術的課題の性質と範囲を決定するための理想的な探索であり、探索プロセスを新しい（持続可能な）技術に向けるのに役立ちます。

思考実験は哲学、法律、物理学、数学など様々な分野で使われてきました。哲学では少なくとも古代から使われており、ソクラテスより古いものもあります。法律では、ダイジェストに引用されているローマの法律家にはよく知られていました。^{[61]物理学や他の科学では、19世紀、特に20世紀に有名な思考実験が行われていますが、少なくとも}ガリレオの時代から例を見ることができます。

哲学における思考実験では、通常、想像上のシナリオを提示し、その思考実験における物事のあり方について直感的または論理的な反応を引き出すことを目的としています。(哲学者は、望ましい直感的な反応を裏付けるように設計された理論的推論で思考実験を補足することもあります。) シナリオは通常、道徳、心の性質、言語的参照など、特定の哲学的概念を対象とするように設計されます。想像上のシナリオに対する反応は、現実のシナリオでも想像上のシナリオでも、その概念の性質について教えてくれるはずです。

たとえば、思考実験では、ある行為者が他人の利益のために故意に無実の人を殺すという状況が提示されるかもしれない。ここで重要な問題は、その行為が道徳的であるかどうかではなく、もっと広い意味で、道徳は行為の結果によってのみ決定されるとする道徳理論が正しいかどうかである (帰結主義を参照)。 ジョン・サールは、中国語で書かれた文章を受け取り、洗練された取扱説明書に従って中国語で書かれた文章を返す、鍵のかかった部屋にいる男性を想像する。ここで重要な問題は、その男性が中国語を理解できるかどうかではなく、もっと広い意味で、機能主義的な心の理論が正しいかどうかである。

一般的に、思考実験が引き出す直感については、普遍的な合意があることが望まれます。(したがって、哲学者は、自身の思考実験を評価する際に、「私たちが言うべきこと」またはそれに類する表現に訴えることがあります。) 思考実験が成功すると、その思考実験についての直感が広く共有されます。しかし、多くの場合、シナリオについての直感は哲学者によって異なります。

想像上のシナリオのその他の哲学的使用法も、おそらく思考実験です。シナリオの 1 つの使用法として、哲学者は特定の状況にいる人物 (おそらく私たち自身) を想像し、その人物がどうするかを尋ねることがあります。

例えば、ジョン・ロールズは『無知のヴェール』の中で、自分たちについて何も知らない状況にある人々の集団を想像し、社会組織や政治組織を考案するよう求めている。トーマス・ホッブズやジョン・ロックが、政府の起源を想像するために自然状態を使用するのも、思考実験とみなすことができる。セーレン・キェルケゴールは『恐れとおののき』の中で、アブラハムがイサクを縛ったことの倫理的、宗教的な意味合いを探った。同様に、フリードリヒ・ニーチェは『道徳の系譜学』の中で、ユダヤ教とキリスト教の道徳の歴史的発展について推測し、その正当性を疑問視した。

最も古く書かれた思考実験はプラトンの洞窟の寓話である。^[62]もう一つの歴史的な思考実験は11世紀のアヴィセンナの「浮遊する人間」の思考実験である。彼は読者に、人間の自己認識と自己意識、そして魂の実体性を示すために、あらゆる感​​覚から隔離された空中に浮かんでいる自分を想像するように求めた。^[63]

科学者は、実際の「物理的」実験の前に、想像上の「代理」実験として思考実験を使用する傾向があります (エルンスト・マッハは常に、これらの思考実験は「物理的実験の必要条件」であると主張していました)。これらの場合、「代理」実験の結果は非常に明確であることが多く、物理的実験をまったく行う必要がありません。

科学者は、特定の物理的実験が実行不可能な場合にも思考実験を使用します (カール・グスタフ・ヘンペルは、この種の実験を「空想上の理論的実験」と名付けました)。たとえば、光線を追跡して特殊相対性理論を導き出したアインシュタインの思考実験などです。これは、実行されなかったものの、他の経験的手段によって証明された成功した理論につながったという点で、科学的思考実験のユニークな使用法です。

思考実験のさらなる分類は、特定の特性に基づいて行うことができます。

多くの思考実験では、このシナリオは法則的に可能、または自然法則に従って可能になります。ジョン・サールの中国語の部屋は法則的に可能です。

思考実験の中には、法則論的に不可能なシナリオを提示するものがある。ヒラリー・パトナムは、双子地球の思考実験で、水の観察可能な特性（味、色、沸点など）をすべて備えているが、化学的には水とは異なる物質が存在するシナリオを想像するように求めている。この思考実験は法則論的には不可能だが、形而上学的可能性など他の意味では可能かもしれないと主張されてきた。思考実験が法則論的に不可能であるからといって、その思考実験についての直観が意味をなさないものになるかどうかは議論の余地がある。

場合によっては、仮説的なシナリオは形而上学的に不可能、あるいはまったく不可能だと考えられるかもしれない。デイビッド・チャーマーズは、ゾンビ、つまりあらゆる点で肉体的に人間と同一だが意識を持たない人物がいると想像できると述べている。これは物理主義が間違っていることを示しているはずである。しかし、ゾンビは想像できないと主張する人もいる。1+1=3 を想像できないのと同じように、ゾンビを想像することはできない。シナリオが想像可能であるからといって、その可能性が伴うとは限らないと主張する人もいる。

思考実験が示す最初の特徴的なパターンは、時間に対する方向性です。^[64]思考実験は次のいずれかです。

• 事前の推測：特定の指定されたイベントの前に何が起こったかを推測する実験、または
• 事後推測: 特定の指定されたイベントの後に（またはその結果として）何が起こるかを推測する実験。

2 番目の特徴的なパターンは、実験を実行する個人の「現在の瞬間の視点」に関連した時間内での動きです。つまり、次の点です。

• 時間的な方向性：過去志向か未来志向か？
• 時間的意味：
  • （a）過去志向の思考実験の場合、現在から過去への時間的な「動き」の結果を調べているのか、それとも過去から現在への時間的な「動き」の結果を調べているのか？あるいは、
  • (b) 未来志向の思考実験の場合、現在から未来への時間的な「動き」の結果を調べているのでしょうか、それとも未来から現在への「動き」の結果を調べているのでしょうか。

実際の実験との関係は、アルバート・アインシュタインの例からもわかるように、かなり複雑になることがあります。1935年、彼は2人の同僚とともに、後にEPR効果（EPRパラドックス）と呼ばれるようになった新しい主題に関する論文を発表しました。この論文では、特定の哲学的仮定から出発し、^[65]特定の複雑だが当時は実現可能であると断言できるモデルの厳密な分析に基づいて、量子力学は「不完全」であると説明されるべきであるという結論に達しました。ニールス・ボーアはすぐにアインシュタインの分析に対する反論を主張し、彼の見解が広まりました。^{[66] [67] [68]}数十年後、実行可能な実験によってEPR論文の誤りを証明できると主張されました。これらの実験は、 1964年に純粋に理論的な論文で発表されたベル不等式をテストしました。上述のEPR哲学の出発点は、経験的事実（例えば、アラン・アスペクトの光学実実験）によって誤りであると証明されたと考えられていた。

したがって、思考実験は理論分野、通常は理論物理学に属しますが、理論哲学に属することもよくあります。いずれにせよ、思考実験は実際の実験とは区別されなければなりません。実際の実験は当然実験分野に属し、「少なくとも物理学においては、 真か偽かの最終決定」を下します。

思考実験はインタラクティブになることもあり、その場合、作者は物語の中で代替の道筋と代替の結果を提供したり、コンピュータ プログラムなどのプログラムされた機械と対話したりすることで、人々を自分の思考プロセスに招き入れます。

インターネットの出現により、デジタル空間は新しい種類の思考実験のための新しい媒体として役立っています。たとえば、ステファノ・グアレニの哲学的研究は、思考実験を具体化し、哲学的なアイデアを遊び心を持って交渉するために仮想世界を使用することに焦点を当てています。 ^[69]彼の議論は、2015年の著書「哲学的ツールとしての仮想世界」で最初に発表されました。^[70]

グアレニの主張は、哲学の歴史は最近まで、単に書かれた思想の歴史に過ぎず、デジタルメディアは哲学的思考に対する限定的でほぼ言語のみのアプローチを補完し、豊かにすることができるというものである。^{[70] [69] [71]}彼は、仮想世界（ビデオゲームでインタラクティブに遭遇するような世界）は哲学的に実行可能で有利であると考えている。これは特に、特定の哲学的概念や観点の受信者がさまざまな可能な行動方針を客観的にテストして評価することが期待される思考実験の場合、または受信者が非現実的または非人間的な現象に関する疑問に直面する場合に当てはまる。^{[70] [69] [71]}

• レヴィンタールのパラドックス
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• 割れ窓の誤謬（意図せざる結果の法則、機会費用）
• ラッファー曲線

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• PhilPapersでの思考実験
• インディアナ哲学オントロジープロジェクトにおける思考実験
• ステヴィヌス、ガリレオ、思考実験3 Quarks Dailyの S. Abbas Raza による短いエッセイ
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