思想實驗

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思想實驗（Thought experiment）

　　所有的實踐知識都來自於思想。它們是我們在大腦中有意識的、有條理的、客觀的邏輯推理，從而來檢驗我們的思想和概念，明確我們的思維內容。

　　思想實驗是指：使用想象力去進行的實驗，所做的都是現實中無法做到（或顯示未做到）的實驗。

　　很多複雜的問題，現實中往往無法達到實驗要求或條件所限無法滿足。而思想實驗的優勢，就是能夠在腦海中創造一個合適的空間，然後通過邏輯和想象進行探究。

　　歷史上有很多著名的思想實驗，例如薛定諤的貓，伽利略的重力實驗，電車難題，愛因斯坦的光線，猴子和印表機等等。很多思想實驗對於不瞭解特定領域的人也能通過這個過程建立理解。就像這裡提到的一些著名實驗，有的實驗普通人就能通過自己的大腦進行重現，並得出合理的結果。

　　思想實驗是科學家在頭腦中設計和構造出一套純粹的、理想化的儀器設備和研究對象，並對它進行純粹的理想化的實驗操作和控制，使與實驗對象的某些因素以絕對簡化、純化、被設定、限制的形式表現出來；然後通過對這種理想化對象的感知和描述，發現和獲取科學事實與自然規律的思維活動。思想實驗在愛因斯坦那裡得到了高度綜合和充分發展，被叫做思想實驗和理想實驗。後來，有人把它稱為“抽象實驗”、“假想思想”、“思想實驗”和“理想實驗”等等。

　　思想實驗早在古代就已經有了萌芽，古希臘科學家阿基米德在研究面積和體積時，總是先作一種思想上的“實驗”。“想象把用均勻材料切成一定形狀的平面物體通過稱量，以測量它的面積，這樣就對它們的關係有所瞭解，然後再從數學上進行證明。”

　　公元前5世紀，芝諾用思想實驗論證了“阿基里追龜”、“飛矢不動”等命題。思想實驗在中國也有人作過，在古代莊子的《天下篇》中，就有“一尺之棰，日取其半，萬世不竭”這樣的例子，來論證物質的無限可分。

　　思想實驗最初主要從物理學中發展起來，這與物理學主要始於研究巨集觀物體的運動有關，亞里士多德的物理學研究大都是思想實驗。

　　到了近代，它逐漸從思辨的形式轉變為科學的思想實驗。科學的思想實驗從伽利略開始，可以說17世紀是科學的思想實驗的發源時期。到了現代科學時期，因科學探索更廣闊更深入，思想實驗更加不可或缺。

　　1，假設：假設未來的結果；例如：X會導致什麼事情發生？

　　2，完全反駁事實：與已知事實做完全相反的假設；例如：如果Y發生而不是X，結果會怎麼樣？

　　3，不完全反駁事實：考慮不同的因素如何導致相同的結果；例如：如何Y發生了，而X沒發生，結果相同麽？

　　4，預測：基於現有數據理論預測未來結果，可能涉及心理或計算模型；例如：如果X持續發生，1年後的結果如何？

　　5，反向預測：能否根據結果反向預測因素；例如：如果發生了結果，能預測到X麽？

　　6，重定向：從結果出發，回推假設的原因，通常重定向是為瞭解決問題和預防問題；例如：是什麼造成了X，如何防止它再次發生？

　　7，回溯：考慮具體的未來結果，然後從現在開始向前推進一判斷其原因；例如：如果X發生在一年前，會導致什麼？

　　思想實驗是用想象力進行的實驗，最重要的是過程，而不是結果，在整個過程中，起因是鼓勵假設，過程是利用邏輯思維，結果能改變思維範式。每一個階段都能對自己的思維進行刻意練習。

　　恩斯特·馬赫是一名物理學家和哲學家，其研究課題主要包括光的傳播規律和超音速現象，馬赫數和馬赫帶引起的命，雖然馬赫本人的物理學研究成果局限於實驗物理學，但受他影響較大的物理學家不乏相對論和量子物理學理論研究的領軍人物，如愛因斯坦、沃爾夫岡·泡利和理查·費曼。這些人為人類認識神奇的彎曲時空和怪異的微觀世界作出了巨大的貢獻。

　　馬赫做事之前都會在腦海中進行思想實驗：包括計划過程，併在腦海中將計劃執行。就像在腦海中過電影一樣，把將要做的事情在腦海中預演一遍。馬赫認為這是參與複雜任務和突破創造性枷鎖不可缺少的一部分。

　　“電車難題”是倫理學領域最為知名的思想實驗之一，最早是由哲學家Philippa Foot提出的，其內容大致是：一個瘋子把五個無辜的人綁在電車軌道上。一輛失控的電車朝他們駛來，並且片刻後就要碾壓到他們。幸運的是，你可以拉一個拉桿，讓電車開到另一條軌道上。但是還有一個問題，那個瘋子在那另一條軌道上也綁了一個人。考慮以上狀況，你應該拉拉桿嗎？

　　認知論領域的一個最重要的思想實驗就是“空地上的奶牛”。它描述的是，一個農民擔心自己獲獎的奶牛走丟了。這時送奶工到了農場，他告訴農民不要擔心，因為他看到那頭奶牛在附近的一塊空地上。雖然農民很相信送奶工，但他還是親自看了看，他看到了熟悉的黑白相間的形狀並感到很滿意。

　　過了一會，送奶工到那塊空地上再次確認。那頭奶牛確實在那，但它躲在樹林里，而且空地上還有一大張黑白相間的紙纏在樹上，很明顯，農民把這張紙錯當成自己的奶牛了。問題是出現了，雖然奶牛一直都在空地上，但農民說自己知道奶牛在空地上時是否正確？

　　與電車難題類似，定時炸彈情景也是強迫一個人從兩個不道德行徑中選擇的倫理問題。它要求你想象一個炸彈或其他大規模殺傷性武器藏在你的城市中，並且爆炸的倒計時馬上就到零了。在羈押中有一個知情者，他知道炸彈的埋藏點。你是否會使用酷刑來獲取情報？

　　愛因斯坦著名的狹義相對論是受啟於他16歲做的思想實驗。在他的自傳中，愛因斯坦回憶道他當時幻想在宇宙中追尋一道光線。他推理說，如果他能夠以光速在光線旁邊運動，那麼他應該能夠看到光線成為“在空間上不斷振蕩但停滯不前的電磁場”。對於愛因斯坦，這個思想實驗證明瞭對於這個虛擬的觀察者，所有的物理定律應該和一個相對於地球靜止的觀察者觀察到的一樣。

　　最為古老的思想實驗之一。最早出自普魯塔克的記載。它描述的是一艘可以在海上航行幾百年的船，歸功於不間斷的維修和替換部件。只要一塊木板腐爛了，它就會被替換掉，以此類推，直到所有的功能部件都不是最開始的那些了。

　　問題是，最終產生的這艘船是否還是原來的那艘特修斯之船，還是一艘完全不同的船？如果不是原來的船，那麼在什麼時候它不再是原來的船了？

　　為了反駁亞里士多德的自由落體速度取決於物體的質量的理論，伽利略構造了一個簡單的思想實驗。根據亞里士多德的說法，如果一個輕的物體和一個重的物體綁在一起然後從塔上丟下來，那麼重的物體下落的速度快，兩個物體之間的繩子會被拉直。這時輕的物體對重物會產生一個阻力，使得下落速度變慢。但是，從另一方面來看，兩個物體綁在一起以後的質量應該比任意一個單獨的物體都大，那麼整個系統下落的速度應該最快。這個矛盾證明瞭亞里士多德的理論是錯誤的。

　　另一個在流行文化中占了很大分量的思想實驗是“無限猴子定理”，也叫做“猴子和打字機”實驗。定理的內容是，如果無數多的猴子在無數多的打字機上隨機打字，並持續無限久的時間，那麼在某個時候，它們必然會打出莎士比亞的全部著作。

　　猴子能碰巧寫出《哈姆雷特》這看上去似乎是違反直覺，但實際上在數學上是可以證明的。

　　這個定理本身在現實生活中是不可能重現的，但這並沒有阻止某些人的嘗試：2003年，一家英國動物園的科學家們“試驗”了無限猴子定理，他們把一臺電腦和一個鍵盤放進靈長類園區。可惜的是，猴子們並沒有打出什麼十四行詩。根據研究者，它們只打出了5頁幾乎完全是字母"S"的紙。

　　“中文房間”最早由美國哲學家John Searle於20世紀80年代初提出。

　　這個實驗要求你想象一位只說英語的人身處一個房間之中，這間房間除了門上有一個小視窗以外，全部都是封閉的。他隨身帶著一本寫有中文翻譯程式的書。房間里還有足夠的稿紙、鉛筆和櫥櫃。寫著中文的紙片通過小視窗被送入房間中。

　　根據Searle的理論，房間中的人可以使用他的書來翻譯這些文字並用中文回覆。雖然他完全不會中文，Searle認為通過這個過程，房間里的人可以讓任何房間外的人以為他會說流利的中文。

　　薛定諤之貓最早由物理學家薛定諤提出，是量子力學領域中的一個悖論。其內容是：一隻貓、一些放射性元素和一瓶毒氣一起被封閉在一個盒子里一個小時。在一個小時內，放射性元素衰變的幾率為50%。如果衰變，那麼一個連接在蓋革計數器上的錘子就會被觸發，並打碎瓶子，釋放毒氣，殺死貓。因為這件事會否發生的概率相等，薛定鍔認為在盒子被打開前，盒子中的貓被認為是既死又活的。

　　這個實驗的內容是：想象有一個瘋狂科學家把你的大腦從你的體內取出，放在某種生命維持液體中。大腦上插著電極，電極連到一臺能產生圖像和感官信號的電腦上。因為你獲取的所有關於這個世界的信息都是通過你的大腦來處理的，這臺電腦就有能力模擬你的日常體驗。如果這確實可能的話，你要如何來證明你周圍的世界是真實的，而不是由一臺電腦產生的某種模擬環境？

　　這個實驗的最初原型可以一直追溯至笛卡爾。在他的《Meditations on the First Philosophy》一書中，笛卡爾提出了能否證明他所有的感官體驗都是他自己的，而不是由某個“邪惡的魔鬼”產生的這樣的疑問。笛卡爾用他的經典名言 “我思故我在”來回答這個問題。不幸的是，“缸中的大腦”實驗更為複雜，因為連接著電極的大腦仍然可以思考。這個實驗被廣泛的討論著，有許多對於此實驗前提的反駁，但仍沒有人能有力的回應其核心問題：你究竟如何才能知道什麼是真實？