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思想试验 vs 思想实验: lixyong 2020-4-26 12:03; 不管文科、工科、理科，本科段其通识性知识的扎实才是王道，这才是教育部打造“金课”的一个顶层认知。。对于大文科的学生而言，训练思维用“思想试验”，探索知识用“思想实验”。用于个人的社会活动，认识世界，才不会被谣言满天飞的网络时代愚钝了大脑，蒙蔽的双眼。如果要给学生这样的知识训练，首先需要国内高校的相关利益方，特别是高校内管理者、教师、学生真正转变思想。注重通识性的知识的自我训练和应用。哈哈，有个前提，目前国内非TOP2高校训练的硕士、博士的能力素养够吗？特别是大文科。; 个人分类: 奇思妙想|2703 次阅读|0 个评论

在疫情期间真的不能做“实验”吗？: 热度 6 qsqhopeiggcas 2020-4-18 10:18; 近几个月来，受疫情影响，诸多“红椒”与“青椒”要做的实验不能按计划做啦。肿么办？难道活人能被那啥憋死。不能够啊，实体（物质）实验不能做，可以做思想实验嘛。思想实验又称构想实验或抽象实验 , 是指人们源于自身经验和已有知识 , 按照实体实验的格式 , 凭借人们敏锐的直觉、丰富的想象和深邃的逻辑思维进行仿真，最终给出一个所考虑问题之理论解答的高级思维活动。其一般涵盖以下几个层面。（ 1 ）对从未进行过或潜在可实现实验的预想；（ 2 ）对实体实验的理想化抽象或推理，即理想实验；（ 3 ）与经验或已有知识相矛盾但逻辑上讲得通、科学上有意义的想象。据此，以我的浅见，在短期内对某一问题剧烈思考产生的思想火花，可称为思维风暴，属于思想实验的一种。纵观科学史，伽利略的自由落体运动、麦克斯韦妖、牛顿的水桶和抛球、爱因斯坦的电梯与火车、薛定谔的猫等等这些著名的思想实验，均在塑造科学的历史进程中起到了至关重要的作用。美妙的新想法是科研成功的一半，而新想法往往是思维风暴的产物。对久攻不下的科学难题，思维风暴常起到临门一脚的作用。若其给出的理论解答进而能得到实体实验验证，则确实说明找到了解决难题的正招。思维风暴以无拘无束畅想、逻辑思维助力、另辟蹊径探索、顺藤摸瓜追踪为特点，是一种快速聚焦型创新思维，有如 “ 踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫” ，即顿悟也。例如，在 2009 年的那一段郁闷期，某一天我在思考大型斜坡稳定性问题时，忽然想到：过去一般认为斜坡稳定性受滑面中的软弱介质控制，那么在一场大雨期间雨水渗入到滑面中，介质的抗剪强度肯定会显著降低，进而易发生滑坡。按此推理，那么许多滑坡发生在历史最大暴雨期间的概率高。然而，事实并非如此。于是乎，自然而然想到了滑面中应存在锁固段（承载力高的介质），其主控斜坡稳定性。由于在环境因素（如降雨）作用下锁固段从损伤到断裂需要一个过程，就很容易解释上述悖论。后来，我们以此发展的锁固段脆性破裂理论，就拜此次思维风暴所赐。科学研究的客观事物是多方面、多层次、多关系的统一体，同时又处在不断发展和变化之中，这给人们尽可能客观地认知其本质带来了很大困难，往往一不留神陷入到主观片面认知的泥潭。实体实验手段一方面能使人们对客观对象获得较可靠的观察事实；但另一方面其往往又具有某种局限性，影响了人们观察分析的客观性。深度思想实验不仅可弥补此种缺陷，而且可大幅减小主观认知与客观本质之间的差异性，其不可或缺。不管“红椒”还是“青椒”，宅家期间均可做思想实验，其仅耗费大量脑细胞但不花钱，且运气好时能突破科研桎梏取得卓越成果，何乐而不为呢？参考（略）; 个人分类: 建言献策|9276 次阅读|12 个评论

读博记语（422)- 思想实验: zjzhaokeqin 2018-11-22 22:15; 读博记语（ 422)- 思想实验赵克勤读科学网科学出版社博文《世界究竟是什么样的？》，（链接地址 http://blog.sciencenet.cn/blog-528739-1147604.html ），记语与评论如下： “ 在金鱼缸思想实验中，霍金设想，当金鱼观察世界时，会由于鱼缸的透镜作用，而看到一个扭曲的世界。但霍金认为，如果金鱼拥有和人类一样的智力的话，它就可以从它们变形的参考系中总结出一个科学定律，而且它们也能运用这一定律去预言缸外物体的运动轨迹。霍金认为，或许人类也生活在一个大的宇宙缸中，而且目前人类对世界的所有认识理论，包括相对论，与金鱼定律并无本质区别，都只是有关世界的一个正确的图像。由于金鱼定律和相对论这两个理论模型都与观测相符合，“那么人们不能讲这一个比另一个更真实”。二者无真假之别。 ” 评论：思想实验是一种思想，也是一种实验，是思想与实验组成的集对。; 个人分类: 读博记语|569 次阅读|0 个评论

思想实验的本质：它的作用及其局限: mayaoji 2018-5-24 01:49; 思想实验的本质：它的作用及其局限马耀基科学史上存在着各种各样的思想实验。众所周知，亚里士多德认为越重的东西下落得越快，后来伽利略通过思想实验推出这是不可能的。爱因斯坦在中学时代就做过追光的思想实验：如果我跑得和光一样快，将会看到什么？思想实验这个概念听上去就很神奇，我们不用真正动手，只在大脑中做实验就行了？不是有句话么，想知道桃子甜不甜，就要尝一尝，光靠想不会真正知道桃子的味道。难道思想实验有一种神秘的力量，使我们能想出桃子的味道，光靠思考就知道这个世界是怎样的？回答这些问题之前，我们先看看现实中的实验。真实的实验实验大致分两类。第一类，通过观察实验积累资料。由此我们知道水的沸点是 100 度，知道光速是 c 。我们还从大量数据中归纳出普遍规律，比如从电流电压的数据中总结出欧姆定律，从气体温度体积压强等数据中总结出理性气体定律。第二类，用实验检验理论的预测。比如，根据爱因斯坦的引力理论，两个黑洞融合时会发出引力波。预测是否正确呢，只有通过实验才知道。通过艰苦的努力，科学家们在 2016 年检测到了引力波。有时两个理论的预言不一样，我们要通过实验确定哪个正确。比如在 19 世纪关于光的本性有波动说和粒子说，波动说预测在双缝实验中出现干涉现象，而粒子说则认为不会。这种情况下要通过实验在两种理论中进行选择。这是真实的实验，那思想实验呢？思想实验的作用及分类思想实验更接近于上面的第二种实验，而不是第一种。第一种实验是收集积累资料，这是思考完全无法代替的。而第二种实验则先根据理论预测实验结果，这一步是通过思考完成的。思想实验有时也通过假想的实验结果来检验理论。思想实验的作用主要有四种，下面我们分门别类来看看具体的思想实验。 1 、推出新奇的结论爱因斯坦电梯爱因斯坦提出等效原理，然后根据等效原理发现光线在引力场中弯曲。等效原理是这样的：在一个看不见外面的参考系中，观察者不知道自己是否处于引力场中。比如张三正在乘坐电梯，缆绳突然断了，张三和电梯都做自由落体运动。这时电梯内的一切现象与在无引力的太空中静止的电梯是一样的，里面的所有物体都处于失重状态。我们无法通过里面的物理现象来确定电梯在太空中静止还是在地球上空加速下落。又比如，在地球上静止的电梯，和在太空中以合适加速度上升的电梯里的现象是一样的，里面的物体都感受到相同的重力。一电梯在太空中静止（见下图左边），一束光从 P 点发出，光出发时平行于电梯底部，它将到达 Q 点， PQ 和电梯底部平行。假设电梯加速向上运动（见下图右边），在电梯内部看，光线 PQ 是抛物线，它不再和电梯底部平行。根据等效原理，太空中加速运动的电梯和在引力场中静止的电梯观察到的现象是一样的。所以在引力场中静止的电梯，光线也是抛物线。由此得到结论，光在引力场中弯曲。 2 、通过推理得到矛盾，发现原来理论的不足伽利略小球实验亚里士多德说，重的物体下落得比轻的快。伽利略从他的理论推出矛盾。按亚里士多德的理论，11 斤小球应比 10 斤的下落得更快。另一方面， 11 斤的小球可以看做是由 10 斤小球和 1 斤小球绑在一起组成的整体。由于 10 斤的小球比 1 斤的落得快， 1 斤的会拖慢 10 斤的，这两个球整体的下落速度会快于 1 斤而慢于 10 斤小球的速度，所以 11 斤小球的速度会比 10 斤的慢。可见从亚里士多德的理论会导致矛盾。双生子佯谬和尺缩佯谬根据爱因斯坦的相对论，运动物体时间变慢，长度缩短。比如，张三在地面上，李四在火车上，火车以接近光速离开，张三过了 10 年，李四才过了 5 年。一张桌子长 10 米，在运动的火车上缩短了，可能只有 5 米。有的人利用运动的相对性构造思想实验来“证明”相对论是自相矛盾的。这就是著名的双生子佯谬和尺缩佯谬。先谈谈双生子佯谬。一对孪生兄弟甲和乙，甲留在地球，乙乘飞船进行太空旅行，然后返回地球。两人相遇时，谁更年轻？以地球为参照系，甲静止而乙在运动，所以乙的时间过得慢，所以乙更年轻。运动是相对的，以飞船为参照系，乙静止而甲在运动，所以甲更年轻。这里推出两个不同的结论，一个是甲更年轻，一个是乙更年轻，矛盾。再说尺缩佯谬。一列火车静止时长 100 米，前方有个隧道 80 米，隧道前后各有一个门。火车接近光速高速前进，进入隧道。以地面为参照系，隧道静止而火车运动，所以火车缩短了（假设是 50 米），这时隧道能把整列火车装进去，所以隧道的前门和后门可以同时关上，把火车关在里面。以火车为参照系，隧道缩短了，而火车本来就比隧道长，所以隧道不能把整列火车装在里面。这两个结论是矛盾的，所以相对论不对。 3 、通过推理，发现两个理论间的矛盾 EPR 悖论 EPR 思想实验是爱因斯坦、波多尔斯基和罗森三个人在 1935 年合写的文章中提出的， EPR 分别是三人姓名的首字母。 EPR 悖论试图论证量子力学和相对论之间有矛盾。根据量子力学，不能同时确定一个粒子的位置和动量，因为如果测量一个粒子的位置就干扰了它的动量，如果测量粒子的动量就干扰了它的位置。而按照相对论不存在超距作用。 EPR 悖论认为这两个结论不能同时成立。 EPR 实验如下：有两个粒子，分别是粒子 1 和粒子 2 。粒子 1 的位置和动量分别是 x 1 和 p 1 ，粒子 2 的位置和动量分别是 x 2 和 p 2 。可以证明，我们有办法使得相距遥远的两个粒子满足这两个式子： x 1 +x 2 =a ， p 1 +p 2 =0 （其中 a 是常数）。同时测量粒子 1 的位置 x1 和粒子 2 的动量 p 2 。测量得 x 1 时， x 2 就知道了，即 a-x 1 。而这时又测得 p 2 ，所以 x 2 和 p 2 同时确定了，这违背了不确定性原理。而量子力学说这是不可能的。只有一种可能挽救不确定性原理。那就是测量粒子 1 的位置 x 1 时，扰动了粒子 2 的动量 p 2 ，这时测量到的 p 2 已不是原来的 p 2 。所以粒子 2 的 x 2 和 p 2 不能同时确定。同样，测量粒子 2 时也干扰了粒子 1 ，所以粒子 1 的位置和动量也不能同时确定。但这样意味着存在超距作用。理论上粒子 1 和粒子 2 可以相距非常遥远，假设一个在地球，一个在火星，测量一个粒子的时候瞬时影响到另一个粒子，不需要时间。这违背了相对论的要求。这个思想实验说明量子力学和相对论是存在冲突的。 4 、用日常经验来检验理论薛定谔猫佯谬在量子力学中有个概念叫叠加态，即物体同时处在两种状态的叠加中。举个例子。当我们测量电子的自旋时，只可能有两种状态：上旋和下旋。但当我们不测量时，它有可能既不处于上旋也不处于下旋态，而是处于两者的叠加中。注意，这不是我们不知道它是上旋还是下旋，而是它本来就是这样。同样，放射性元素的原子也是按一定概率衰变的，当我们不测量时，它处在衰变与不衰变的叠加态中。薛定谔认为这是荒谬的，他设计了一个思想实验来说明这一点：将一只猫和毒气装置放在一个盒子里（如下图）。毒气设备里含有放射性元素，如果元素发生衰变就会激发开关，从而锤子砸碎瓶子，放出毒气把猫毒死。如果放射性元素不衰变，瓶子就不会放出毒气，猫就继续活着。如果我们打开盒子，猫不是死就是活。但在我们打开盒子之前，放射性元素处于衰变与不衰变的叠加态中，因此猫处于死和活的叠加态中。根据日常经验，猫不是活就是死，所以薛定谔猫认为处于死和活的叠加态是不可能的，所以原子处于叠加态是不可能的。牛顿水桶实验牛顿用水桶实验论证存在绝对空间，存在着绝对的转动。这个思想实验分四个阶段。水桶装着水，一开始两者都处于静止状态，水面是平的，如下图 (a) 。然后水桶转动起来，水仍保持静止，这时水面也是平的，如图 (b) 。由于摩擦力，水开始转动起来，水的转速逐渐变得和桶的转速相同，这时水面是凹的，如图 (c) 。水桶突然停止转动，而水由于惯性继续转动，这时水面仍然是凹的，如图 (d) 。在 (a) 和 (c) 中，桶和水都是相对静止的，但 (a) 中水面是平的而 (c) 中水面是凹的。在 (b) 和 (d) 中，桶和水相对转动，但 (b) 中水面平而 (d) 中水面凹。可见水面的状态不是由桶与水的相对运动状态决定的。当水不转动时，水面平，当水转动时，水面凹。水相对于什么在转动呢，牛顿认为是绝对空间。水相对于绝对空间的转动是绝对转动，相对于水桶的转动是相对转动。水桶实验很容易做，据说牛顿真的做过这个实验，其实不必真的去做很多人根据生活经验也相信这个结果。其实这个思想实验的要求更高，不管宇宙里有什么，即使除了水桶外宇宙空无一物，结果仍然是相同的，这显然无法真正去做实验检验是否是这样。牛顿实际上把日常经验推广到普遍的情况，认为水桶实验的结果总是经历上述四个阶段。思想实验的本质和真实的实验相比，思想实验是高度理想化的，它能更清晰地体现问题的本质，但我们往往难以真的做这样实验。思想实验为什么不用真的做实验也能起到作用呢？从上面讨论的四种情况就能看出来。第一种是从理论推出新的结论，第二种和第三种，是从理论推出矛盾，分别是理论内部的矛盾和不同理论间的矛盾。这三种情况，都让我们对理论有了更深的认识，虽然没有做实验但我们也获得了新的信息，就如同数学一样，数学没有实验但我们也能从数学证明中学到新东西。第四种情况，用假想的实验来检验理论。为什么没有做实验也能检验理论呢？因为假想实验的结果是建立在日常经验中，比如关在盒子里的猫不会处于既死又活的状态，比如水桶旋转时水的状态。我们用以往的经验代替了实验。不过，思想实验虽然有用，它并不能真的取代实验。因为它没法从现实世界获取新的信息，这只有真正的实验才能做到。从思想实验推得的新结论也是要通过实验检验的，比如光线在引力场中弯曲。真正的实验就不是在电梯里做，因为地球的引力太小，光线偏转的角度小得无法测量出来。真正的实验复杂得多。第一个检测光线弯曲的实验，是检测光线从太阳附近经过时发生的偏转。由于太阳的光芒太盛，会影响我们的观测，所以实验必须等到日食的时候。建立于日常经验中的实验结果，也是要检验的。猫在盒子中真的不会处于死和活的叠加态吗？水桶实验真的是那样吗？马赫就质疑了水桶实验的结果。思想实验本质上是一种论证，而论证是可能犯错的，可能是论证的前提错误，也可能论证的过程错误。双生子佯谬，尺缩佯谬，都论证了相对论是错误的，但实际上错的是论证而不是相对论，这也是它们称为佯谬的原因。总之，思想实验是有用的。通过推理，推出新的结论，或者发现理论的内在矛盾，还可以根据日常经验检验理论是否成立。但思想实验的论证是会犯错的，它的结论是否成立也需要真正的实验检验。思想实验不能从现实世界获取新的信息，这是它和真实实验最本质的区别。; 个人分类: 哲学|2 次阅读|0 个评论

几个有趣有料的思想实验: 热度 9 x0xu0008 2017-6-21 22:18; 如今申请科研经费是个全球性难题，如果科研也能不花钱就把事办了，那是多么美好啊。武林高手飞花摘叶，皆可伤人，谈笑间，樯橹灰飞烟灭。好多科学家大脑中灵光飞现，好似在上帝布局的暗黑天幕中祭出一道闪电，惊鸿一瞬之间照亮苍茫大海上的某种真实，然后这些真实定格为辽阔迷离海面的灯塔。没错，科学家们，只靠自己的脑子，就完成了这看似不可能的任务。这就是思想实验（德语 Gedankenexperimente ，英语thought experiment ）。从伽利略的两个铁球到薛定谔的一只衰猫，从砸醒牛顿的苹果到麦克斯韦妖，思维实验赫赫有名。今天就说几个不辣么出名，但是有趣有料的思想实验。排名不分先后。女人还是老虎（The Lady，or theTiger）这个故事我上初中时在读者文摘上读过。多年以后那种震撼还难以忘怀。连小孩子都能念念不忘，可见这个故事直指人心的力量。某时某地某个国家，惩罚犯人的方式简单粗暴：把犯人带到一个竞技场，让犯人在两扇门之间选一个打开。一扇门后是美女，一扇门后是饿虎。打开后面有美女的门，会抱得美人归家；打开后面有饿虎的门，会被老虎抱得霉人归天。话说国王的独生爱女喜欢上一个地位低下但勇敢英俊的年轻男子。国王知道自己的女儿居然成为癞蛤蟆嘴里的天鹅后暴怒，就把年轻人送进了竞技场，去在美女和恶虎之间做选择。国王独女凭借自己的关系知道了门后的布置。她还知道那个美女姿容和她自己不相上下，而且也常常给自己的意中人送一筐筐秋天的菠菜，让她恨之入骨。到了开门的日子，国王独女打通关系给意中人报了信：开右边的门。年轻男子毫不犹豫地打开了那扇门。那么问题来了，门背后是什么？美女？还是老虎？中文房间（Chinese room）从无人驾驶汽车到AlphaGo，也许「中文房间」能给出一个很好的解答，让我们能从另一个角度看待人工智能。「中文房间」这个思想实验的始作俑者是John Searle，加州大学伯克利分校的哲学教授。这个实验的目的是：电脑到底能真正理解中文？还是仅仅具有模仿理解中文的能力？先看看实验的前提。假设人工智能造出一台「似乎」能理解中文的电脑。当然，作为电脑，它包括输入，加工和输出3个模块。输入中文，对输入的中文进行加工，然后输出中文。这台电脑非常强大，它能对一个真正中国人的问题做出合适的回应，以至于和电脑对话的中国人觉得似乎在和另一个中国人交流。然后John假设自己在一间封闭的屋子里，手边有英文版的电脑程序指南，还有足够的笔，纸，橡皮和文件柜。从门缝里，John收到中文，然后他根据英文版的电脑程序指南对中文进行加工，然后从门缝中把中文送出去。电脑程序如此强大，John做出的中文回应简直完美。 John 然后推论，人工智能设计「似乎」能理解中文的电脑和在封闭屋子里的自己没有区别。John自己对中文一窍不通，但不妨碍依靠电脑程序做出完美的套路式反应。因此，John认为，电脑程序做出的反应和真正的所谓理解完全不是一回事。无人驾驶汽车并不是在驾驶，而是模拟人类驾驶的反应；AlphaGo并不是在下棋，而是在模拟下棋时的计算。为什么生命没有轮子（ Rotating locomotion in living systems ）？轮子是公认的人类历史上最伟大的发明之一。然而奇怪的是，为什么生命体没有进化出轮子呢？鞭毛（ flagellum ）是唯一的类似轮子的生命结构，但只存在单细胞生物之中。哪吒的轮子不算。从进化角度来说，适应性是通过自然选择逐步实现的。换句话说适应性是个多步骤的过程，每一步至少都不会减少适应性，否则就会被淘汰。说通俗点，进化是个优等生，从小到大即使不是每次班级第一，至少没有挂科留级的。而自然选择是个刻板的评审，即使有一次成绩不好也无法通过。轮子本身可能是在进化上具有优势的特征，但是在进化上没有完全形成的轮子则可能具有明显的劣势。颠倒的时间这是今年发表在美国国家科学院院报（PNAS）上的一个思想实验。这个思想实验很复杂，需要一些铺垫。量子力学的铺垫两个： 1. 海森堡测不准原理（Werner Heisenberg’s uncertainty principle）：粒子的成对的物理参数（例如位置和速度）不能被同时确定，对于一方越确定，对另一方就越不确定。 2. 量子叠加态。量子同时具有两种状态，就像生死兼备的薛定谔猫。相对论的铺垫也是两个： 3. 爱因斯坦质能互换：E=MC2。既然质量受引力作用，同样，能量也受引力作用。 4. 爱因斯坦相对论：引力改变时间。实验开始。假设有一个大钟，精确无比。它符合 1 海森堡的测不准原理，也就是它指示的时间和用来让它运转的能量是一个海森堡对：读数越精确，确定让钟运行所需要的能量就越不确定。也就是说，大钟运转所需要的能量处于 2 量子叠加态，既大也小。既然能量处于量子叠加态，那么根据 3 能量所受的引力也处于量子叠加态。既然引力处于量子叠加态，那么根据 4 引力影响的时间也处于量子叠加态。也就是说，钟越准确，时间就越不准确。矛盾出现了。到底问题出在哪里呢？子贡出使子贡没有子路，颜回出名，但是论语里面子路出现13次，颜回出现11次，而子贡出现高达19次。司马迁的《史记•仲尼弟子列传》基本上就是子贡列传。里面讲的就是一个子贡颠倒众生的故事。子贡用的不是盛世美颜，而是思想实验。话说齐国的田常想要作乱，却害怕四大家臣，于是就派四大家臣的兵去打鲁国，此乃调虎离山之计。孔子知道了很不爽，鲁国可是我的故乡啊。就问他的弟子，谁愿意出头？子路子张子石纷纷举手，孔子不同意。子贡举手，孔子眼睛一亮。子贡于是就找到了田常，说，鲁国又小又弱，非常难打，吴国又大又强，很容易打，你该去打吴国啊。田常说，子贡你有病吧。鲁国是个弱国，吴国是个强国，哪有强国容易打弱国难打的道理？子贡说：「忧在内者攻强，忧在外者攻弱」。子贡的意思就是，你担忧的事情在国内啊。那么就不要打鲁国这样的弱国。打鲁国打了胜仗，国家变强，齐国国君的地位变高了，你的反对派们也会也会加官进爵，你权臣的地位都要不保。所以啊，你就该找个强国，这样对耗起来，国家变弱，你的反对派也死得七零八落，这样你的地位不就变高了么？子贡的话让人听出深深的寒意。中国有句话，宁与外帮，不予家奴，说的就是这种心理，内斗内行，外斗外行，说的就是这种心理的结果。三胖子深得子贡这句话的精髓，整天叫嚷和美国干仗。不过我们能看出来，越是叫嚷的欢，内部压力越大。田常表示你这话大有道理啊，然而军队已经派往鲁国了，恐怕不能掉头。子贡说，你不用掉头，按兵不动就行，我去喊吴国过来救鲁国，然后你在路上堵住吴国可劲揍！田常说，那先生你还等什么？go，right now！于是子贡找到了吴王夫差，说，齐国要打鲁国了，大王help。夫差说，救你们，有什么好处么？子贡说：「王者不绝世，霸者无彊敌」意思是说，好处大大地，大王你不是想当霸主么？齐国这个国家太没有道德了，欺负弱小的鲁国，您派王师过去，把鲁国救了，面子那是杠杠大啊。夫差说，话是没错，但是我边上的越国和我有仇，卧榻之侧有人酣睡，心里不塌实啊。我得先灭了越国才能救鲁国，对不？子贡说，那不行，等大王您把越国这串肉烤熟了，鲁国那盘黄花菜就凉了，世界人民就都会嘲笑大王不仗义，以后还怎么称霸全球呢？夫差说，越国在那酣睡要我咋办？子贡说，不如这样，我去劝越国跟你一起出兵救鲁国，和齐国干，这样解决了后方问题，还能增加大王您的部队，大王您滋瓷不滋瓷啊？夫差说，必需滋瓷！子贡先生你快去快回。越王勾践天天吃苦胆，一张苦瓜脸。子贡对勾践说，大王您不想报仇啊。勾践说，做梦都想。子贡说，想报仇的话，听我的，夫差想北上和齐国争霸，你派一支部队跟过去。勾践说，先生这话我听不懂啊。子贡说，是这样的，夫差好大喜功，搞定齐国之后，肯定贪得无厌，又会顺路和晋国争霸。吴国劳师远征，晋国以逸待劳，吴国肯定稀碎。吴国一碎，你就趁机袭击吴国都城，大仇可报！勾践连说，好好好。子贡说，我回去吴国复命。于是勾践派文种和子贡一起回到了吴国，文种告诉夫差，勾践愿意亲自带兵参战。夫差问子贡，先生您觉得让勾践带兵去合适么？子贡说，要不这样，粮草收下，军队跟您一起去，勾践就让他在家宅着好了。夫差说，成，就这么办（是不是傻？）。子贡在回家的路上，顺道找了晋国国君，告诉他说，吴国要和齐国打仗了，如果吴国打赢，就会来找晋国的麻烦，如果吴国打输，越国肯定趁机作乱。所以无论吴国胜败，晋国都应该做好战争准备。结果呢？齐国和吴国打了一仗，齐国大败，田常趁机消灭了反对他的几大家族，控制了齐国，数年之后，齐国就由姓姜改成姓田了。吴国在打败了齐国之后，果然向西找晋国争霸，大败。晋国打了胜仗之后，更加强大了。越王勾践趁机发动了偷袭，三千越甲吞吴，成为一霸，夫差兵败身死。后来司马迁感叹说：「子贡出，存鲁，乱齐，破吴，强晋而霸越。十年之中，五国各有变。」那当时其他各国呢？当吃瓜群众呗，看得眼镜掉在地上合不拢嘴。多么酷的思想实验！ 1. Proc NatlAcad Sci U S A. 2017 Mar 21;114(12):E2303-E2309. doi:10.1073/pnas.1616427114. Epub 2017 Mar 7. Entanglement of quantum clocksthrough gravity. Castro Ruiz E , Giacomini F , Brukner Č . 原文链接（多图）: http://mp.weixin.qq.com/s/e_kycTHDgjlAsnKIUYIn5A 习惯手机阅读，应无所住而扫码:; 个人分类: 科普|7504 次阅读|11 个评论

压缩宇宙的思想实验: wangyifeng1963 2017-3-17 14:02; 思想实验是指基于想像力进行的、在现实中无法做到 ( 或现实尚未做到 ) 的实验，例如作者提出的先宇宙压缩、然后再把宇宙复原的思想实验。量纲是指物理量的基本属性。量纲有两类：一类是基本量纲，它们彼此独立、不能互相导出，必须人为地设定或者规定；另一类是导出量纲，由基本量纲导出。在国际单位制 (SI) 中，定义了包括长度 (m) 、质量 (kg) 、时间 (s) 等在内的七个基本量纲；其余物理量的量纲均可由七个基本量纲推导。例如，速度 ( u ) 的量纲为长度 / 时间 (m/s) ，它由长度 (m) 和时间 (s) 组成。能量 ( E ) 也是一个导出量纲 ( 焦耳， J) ，其定义为 1J=1kg·(m/s) 2 (1) 其中 m/s 为速度的量纲。根据式 (1) 可以写出 (2) 即能量与质量之比的平方根具有速度的量纲。质点是物理分析中的一个常用概念。例如牛顿基于质点定义了万有引力。传统的质点概念是有质量但不存在体积或形状的点；它可能静止，也可能运动，运动速度可以快也可以慢。设想把整个宇宙压缩为一个质点。因为现有宇宙包含了数量无穷多的物体，所以还需要一个相反的逆过程，即通过膨胀、从该质点复原出宇宙的现状。这时传统的没有体积的质点概念就不再合适。为此，作者提出广义质点的概念，将广义质点定义为有质量、同时体积或形状可以变化的点。将整个宇宙压缩为一个广义质点。这样一个唯一的质点称为初始质点。初始质点的速度 u 称为初始速度。初始质点具有整个宇宙的全部能量 E U 和质量 M U ( 两者均为无穷大，即 E U = ∞ ， M U =∞ ；数学分析上，分子分母均为无穷大的未定式计算可以使用洛必达法则 ) ，并有 (3) 此时的初始速度 u 称为光速 c 。上述结果可以表述为：宇宙总能量和宇宙总质量比值的平方根等于光速。参考文献王忆锋 . 论超光速量子纠缠的不可能性 . 云光技术 , 2016,48(2):52. 王忆锋 . 论光子分裂视角下的宇宙观 ( 上 ) . 红外 , 2017,38(3) : 1-5.; 220 次阅读|0 个评论

咯噔实验—元素周期表普适宇宙外星系？: 热度 15 kiwaho 2016-3-3 12:13; 咯噔实验（ Gedanken experiment ）是一种重要的科研方法学，俗称思想实验。百科全书介绍，这种实验经常要离经叛道地想问题，否则，没资格称咯噔。永垂不朽的物理大师爱因斯坦，也时常动用这一招。今天，我心里也咯噔一下，冥思苦想一番太阳系之外的其余宇宙到底该神秘到啥程度。坦白地说，是强大到地球人无法想象的宇宙射线钩起了我的咯噔。话说 1991 年 10 月 15 日，美国犹他州的一个宇宙射线观测站，探测到有史以来最猛的一颗宇宙射线粒子。其能量不是 MeV 级，也不是 GeV 级， TeV 也太小儿科了，它竟然高达 3*10 20 eV ，即比地球上最高能粒子对撞机加速器产出的 TeV 级，还高 3 亿倍！而这颗“逆天”的粒子仅是一颗剥光电子的裸体铁原子核。你要是对 20 次方电子伏特没有直观概念的话，那就这样说吧：观测到的能量相当于一只美式棒球以高速行驶的汽车速度（ 100km/h ）飞驰过来 ! 美国人一下懵了，直呼 Oh my God ！经慎重核实不是插头松了或其他因素导致的误判后，庄严地将这颗天外“铁坚强”核，命名为 Oh-My-God粒子。纵览全世界常年累月积累的宇宙射线能量谱，平均宇宙射线能量在 300GeV 。看看地球上的高能物理世界：单个原子核的简单反应，释放的能量大部分在 10MeV 以下；核能发电的铀 U235 原子裂变，放出 200MeV ，即 0.2GeV，算是一览众山小的极限能量。天庭里到底在搞啥鬼？竟永不停歇地密集射来地球人无法在本地获得的天量能量！不是地球人不想山寨这高档次能量，谁不想与天庭接轨啊，而是想接轨也不具备物理条件--人类身边的这百来号元素没一个争气长脸的！就算全人类不吃不喝、省吃俭用、占尽陆地，造出的粒子加速器，也没法把粒子加速到 Oh-My-God那样的能量级！幸亏造物主没有忘记给地球，提供几百公里厚的大气层做缓冲，加上地球磁极偏转带电粒子，要不咱们人类早被来自天堂的高能粒子雨灭绝了！我的思想实验：说不定系外星球的元素根本就不是地球上的这一套，质子、中子、电子等基本粒子恐怕也与地球不一样。抑或天庭的元素周期表是个超集，地球版只是其中一个子集？基本粒子表也是超集，地球版本的质子、中子、电子等基本粒子，也只是其旮旯里的一个子集？超集元素周期表似乎可能性高一些，如果连基本粒子都与地球不一样，咱们何以知晓砸下来的粒子，大部分能在地球版元素周期表，和地球版基本粒子表中找到呢？科学家们承认96%以上的不可知的暗物质、暗能量在宇宙晃荡。我在傻傻地想：这些暗家伙会不会是--那个超集元素周期表中其它子集的元素、和超集基本粒子表中其它子集的粒子呢？太阳系这一支的门捷列夫子集已无发现新元素的可能，92号铀元素以上的全都靠加速器来撸。元素号大于137之后，最里层1s2轨道电子速度，将超过光速。因而137以上元素不存在，人工也不能合成。137恰是宇宙精细结构常数的倒数。其它咯噔子集内的元素，很可能不能用地球人知道的质子中子电子组成，否则早就发现了。如果由暗重子+暗轻子组成的话，必然得到的是暗原子，因而整个该子集元素“万马齐暗”。或许还不止一个暗子集呢，who konws？暗粒子也应有暗反粒子，或许反粒子就是其自身(Majorano类型)，两者相撞就能产生地球人认得出的超能伽玛光子。这暗正+暗反--〉伽玛光子--〉正负电子创生明物质，或许是不同元素表子集内物质转换的渠道之一。如果真是这样悲催的话，至少宇宙射线的能量奇高之谜，有望说得通：逆天的能量也许正是来自暗元素的核反应，再通过碰撞或其它机制，传递给地球人认得的明元素。当今天体物理学权威们建立的相关理论，诸如大爆炸、黑洞、中子星、霍金辐射、方励之辐射等等，说白了大部分是“咯噔理论”。切记：别大惊小怪，这只是一个普通的思想实验，就像著名的“中文房间” (Chinese room) 咯噔实验一样。我并不相信这个实验结果为真，就算读者推荐本文，也不代表认可本咯噔的臆想结果。科学网不乏咯噔大师。例如，资深咯噔专家檀成龙就颇具雄才大略：他设想东水西调让大西北变绿洲！另一个咯噔大枷，就是那个曾作“ 玩的就是心跳 ”的暧昧先生YC啦！前几天，引力波着实热闹了一阵子。据说爱因斯坦提出引力波概念，也不过是百思不得其解后的咯噔实验。真没有想到百年之后竟然LIGO实验证实，可喜可贺！因百年前的精英物理学家群体，相当一部分具有德意志血统，大伙儿都象德裔带头大哥爱因斯坦那样，整天神叨叨咯噔丫丫的，终于“逼宫”牛津英语字典，收编了这个热门德语词汇：gedanken--纯脑洞臆想也。蜚声物理界的咯噔实验--薛定谔的猫参考文献： https://en.wikipedia.org/wiki/Oh-My-God_particle http://baike.baidu.com/view/57369.htm 宇宙射线 http://baike.baidu.com/view/911657.htm 中文房间 http://baike.baidu.com/view/6820411.htm 十大思想实验 http://www.physixfan.com/archives/1423 物理学中十大牛逼的思想实验; 4766 次阅读|31 个评论

爱因斯坦的“受激辐射”终结了相对论？: 热度 3 zhangxw 2014-11-5 11:49; 爱因斯坦的“受激辐射”终结了相对论？作者：易成 ,2014.11.4 ( 张学文注 : 此文是易成先生所写 , 昨天提供给我 . 他希望借此园地听听各位相对论爱好者的意见 ,2014.11.5) 我对相对论描述的相对时空很着迷，然后做了一个思想实验，但是实验的结果令我很困惑。 “ 想象如果爱因斯坦先提出 “ 受激辐射 ” 理论，还没提出狭义相对论时，做了这个思想实验，然后会有什么想法？ ” 我是假设了上面这个小背景后做的这个实验，各位老师也不妨一试？实验不长，如果实验有纰漏，希望各位老师能狠狠指出来，不至于我以后再被笑话，被欺负，非常感谢。实验如下：质量均匀无大气的理想星球， AB 飞机在南极点同时对好两个原子钟，各带一钟同时背对起飞，男人站在北半球坐标（ 0 ， 89 ），女人站在北半球坐标（ 180 ， 89 ），两人对视， A 飞机从南极点弧形贴地飞到（ 0 ， 89 ），然后从（ 0 ， 89 ）以同速率对称轨迹飞回停在南极点， B 飞机和 A 飞机背对起飞，贴地飞往（ 180 ， 89 ），然后从（ 180 ， 89 ）飞回停在南极点，加速率和速率和 A 飞机完全相同，飞行轨迹和 A 飞机完全对称， A 飞机在快到男人时，会提升高度，从男人头顶擦着头发从右向左飞过， B 飞机在快到女人时，会提升高度，从女人头顶擦着头发从右向左飞过，最后，两架飞机应该同时停止在南极点，两个原子钟应该计时相同，记为 2t ，在 A 飞机飞过男人头顶时，男人会认为 A 飞机里的原子钟显示的时间是 t ，在男人飞过 A 飞机下面时， A 飞机里的人也会认为和观察到原子钟显示的时间是 t ，在 B 飞机飞过女人头顶时，女人会认为 B 飞机里的原子钟显示的时间是 t ，在女人飞过 B 飞机下面时， B 飞机里的人也会认为和观察到原子钟显示的时间是 t ，让 AB 飞机在从右向左飞过男人女人的前后飞行轨迹互相平行且高度相等，这个是做得到的，激光实验： A 飞机没到男人头顶时，计算好提前量，垂直于 AB 飞机两条互相平行的飞行轨迹向 B 飞机那边发射 50 个波长激光，命中 B 飞机，（ AB 飞机相反飞行的两个方向互相平行，把这两个方向画两条虚拟线，两条平行线组成一个面， A 飞机在这个面上发射激光，且激光方向垂直于两条虚拟线）以男人为参照系， A 飞机发射激光的时间记为 t0 t ；激光命中 B 飞机的时间记为 tt0 t ，此刻， B 飞机在女人的左边， A 飞机在男人的左边，以 A 飞机为参照系， A 飞机发射激光的时间记为 t1 t ；激光命中 B 飞机的时间记为 tt1 = t ，此刻，男人在 A 飞机下面，女人在 B 飞机下面，以 B 飞机为参照系， A 飞机发射激光的时间记为 t2 = t ，此刻，男人在 A 飞机下面，女人在 B 飞机下面；激光命中 B 飞机的时间记为 tt2 t ，从结果可以看出， t2 不等于 t1 ，这就是 “ 时间的相对性 ” ，但是，两个相同时间流逝速率的原子钟，在女人还没到 B 飞机下面，也就是男人还没到 A 飞机下面或 A 飞机还没到男人上面，也就是时间还没到 t 的时候， B 飞机认为 A 飞机其实已经发射了激光；如果此刻的激光只有垂直速度 c ，而没有水平速度，是击中不了 B 飞机的，如果此刻的激光有水平速度，那么激光的速度会大于 c 。; 个人分类: 科学原始创新|5009 次阅读|4 个评论

[转载]著名气象专家张学文对新疆变湿假说的几点思考（4）: 热度 2 zhgatcl 2014-8-17 07:47; 各位老师：我从2008年开始研究向西北调水，我的研究结论是每年向西北超深盆地（塔里木盆地、柴达木盆地、准噶尔盆地）调水 100 亿方，若干年以后超深盆地每年的面雨量将增加 1000 多亿方；每年向超深盆地调水 200 亿方，若干年以后超深盆地每年的面雨量将增加 2000 多亿方，即调水能起到 “四两拨千斤”、“以一当十” 的作用；每年向西北调水几百亿方最多 1000 亿方，若干年以后整个西北的年平均降水量就能达到甚至超过 500mm ，特大规模调水能彻底改变西北干旱少雨的恶劣气候。为证明以上论点，我一共写了10篇预印本论文，详见我最初的9篇博客。著名气象专家张学文研究员倡导创建《盆地气象学》和《盆地地理学》。我的研究刚好是《盆地气象学》和《盆地地理学》的研究范畴，我的研究与张学文老师的研究有很多交集，张学文老师对我的研究感兴趣，在审查我的预印本论文《柴达木盆地与青海湖盆地气候环境的差别、原因探析和联想》以后，写了一篇博客，标题是《征答：气候学中的一个思想实验》。现把这篇博客做如下转载，请把张学文的博客、我的博客和我的预印本论文三者结合起来审查，期待您审稿以后的宝贵意见。征答：气候学中的一个思想实验张学文、（檀成龙）， 2012-10-23 20:31 原载 http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-625482.html 征答：气候学中的一个思想实验张学文、（檀成龙）， 2012/10/23 今天我回答檀成龙先生的一个关于青海 2 盆地对比问题的稿子时，我的思想触及了这样一个问题。我认为这个问题对气候学、地理学以及对热心提倡引水解决干旱问题的学者、官员都有意义。现在提出来向大家征答。我的问题大致是这样的：青海省有两个大盆地即柴达木盆地和青海湖盆地。它们位置接近，海拔高度接近，但是青海湖盆地的年降水量超过 400 毫米（而且在盆地中间形成了青海湖），而柴达木盆地十分干旱，年降水量小于 25 毫米。问如果我们把青海湖的水抽走，它是否会变成与柴达木盆地一样的干旱；反之，如果我们为柴达木盆地注水，并且达到青海湖的类似面积比例，柴达木盆地气候是否会变成与青海湖类似，即也有 400 毫米以上的年降水量？从而成为一个湿盆地而形成农业、牧业？附言：我需要感谢檀成龙把他的一稿寄来让我提意见，而启发出本博客的思想内容。如果这个问题变成个大家重视的重要问题。我愿意认可它是由檀成龙和我共同提出的。又思想实验在物理学中曾经在推进物理学发展中起过重要作用，现在把这个思想用于气候学。再就是这也可以进行气候模拟的实数实验！; 个人分类: 转载专家观点|1706 次阅读|3 个评论

经典物理学中的几个思想实验: 热度 14 lev 2014-7-28 18:51; 经典物理学中的几个思想实验按：这是以前为准备一篇论文而作的物理学和物理学史笔记，有些内容已经被用在其他文章（不一定是论文）中了。现在看来，有些地方还很naive，贴出来，请大家批评指正—— 思想实验不就是一种“讲故事”的传统吗？ § 1 从经院哲学走向近代科学的形式逻辑我们通常习惯把（西方）近代科学的萌兴看作是 “经院哲学”（ scholasticism ）与 “异端理论”殊死抗争的结果。当我们的情绪完全沉浸于某种意识形态的生死博弈，愤恨不平于罗马教廷宗教裁判所（ inquisition in Vatican ）以“仁慈上帝”的名义对伽利略等伟大先驱的残酷迫害，便自然忽略了一个事实：近代科学（至少是 20 世纪以前的物理学）与教会奉行的经院哲学存在着某种“亲缘关系”，二者均可视作古希腊自然哲学的历史产物。而维系这种微妙亲缘关系的纽带便是逻辑，更准确的说就是形式逻辑（ formal logic ）。严格地论证上述观点，似乎应是科学史学家的工作。在此我们仅陈述相关事实，以便大家大致了解这种淹没在意识形态斗争中隐秘的“继承性”。作为古希腊自然哲学的集大成者，亚里士多德对人类文明的良多贡献是很难一概而论的，单凭其“逻辑学之父”的雅号就足以彪炳青史了。在亚翁的《工具论》一书中，系统地提出了形式逻辑的三个基本规律并且建立了三段论（ Traditional Logic ）这一传统推理范式，逻辑学作为一门独立科学已经颇具雏形。古希腊文明覆灭后，以罗马教廷为中枢的天主教执掌了中世纪欧洲文明的话语权，古希腊自然哲学中没有与天主教信仰发生明显冲突的一部分作为天主教教义被吸纳进了天主教神学的内核——经院哲学，其中自然包括了非意识形态的逻辑学。形式逻辑在这一时期虽然总体上处于停滞状态，但却因其具有“以理性维护信仰”的特殊价值在教会与神学院之间受到了空前的重视，发源古希腊的理性烛火就在壁垒森严的宗教禁地悄无声息地传承了几个世纪。这一点在中世纪的神学巨人—— 托马斯·阿奎那 (T. Aquinas ) 身上体现得尤为淋漓尽致。在其巨著《神学大全》（ Summa Theologica ）中，阿奎那创造性地运用形式逻辑提出了五种论证上帝存在的方法，构建了一个比较严密的神学体系，使信仰脱离了原始蒙昧的图腾崇拜与乩谶呓语，升华到了哲学理性的高度。有意思的是，直到今天，《神学大全》的逻辑严密性(更准确的说追求严密的意识)亦不逊于某些所谓的严肃科学作品。不难想象，神职人员出身的伽利略必然受过良好的经院哲学教育，至少曾经保持着对信仰的敬畏。然而，自从阿奎那的后继者摒弃理性转而以某种源自私欲的病态方式折磨信仰的时候，理性这把双刃剑便开始驱使比萨大学这位年轻的数学教授走上了怀疑“信仰”的异端道路。固然我们不应以真理的表述形式来衡量真理的内容。但对于伽利略而言，选择何种手段来展开自己的体系却是一个不可规避的具体问题。我们应当注意到，伽利略所处的是一个虚无缥缈的玄学思辨盛行的时代，如今广泛使用的数学工具在那时尚停留在欧氏几何与数列幻方的初级阶段。工具的匮乏迫使他不得不扬起“事实胜于雄辩”的大旗，拿起经院哲学授予他的逻辑武器。前者拉开了自然科学脱离哲学母体以独立视角认识世界的序幕，而后者则奠定了自然科学的理性基础，即从规范层面解决我们为什么要以自然科学取代宗教神学的问题。伽利略也顺利成章的成为以形式逻辑推演理论体系的自然科学先驱。 § 2 形式逻辑分析中的思想实验法思想实验法是形式逻辑分析中的一个经典方法，其历史可以上溯到古希腊以诡辩著称的芝诺学派（ the school of Zenon ）。所谓“思想实验”，顾名思义，就是在思辨层面上开展的实验。我们可以将其理解为一种定性地数学模型（ mathematical model ），通过对研究对象的合理抽象提取我们需要考察的主要属性，并在形式逻辑（一般是演绎逻辑）的框架下展开物理情境推演，最终得出结论。相较牛顿以后更为广泛运用的定性数学模型，思想实验具有无可比拟的直观性，故往往能反映出看似浅显却颇为深刻的基本规律，且更易被大家熟悉和掌握。通常物理学家习惯用思想实验方法来讨论物理学中揭示本质规律的基本原理，比如海森伯第一次阐述量子力学中的不确定原理时就用到了思想实验的办法。我们把经典物理中形形色色的思想实验按构造目的大致分为两类：（1）阐释型：构造直观的物理情境，在已知现象基础上外推（ extrapolate ）获得结论，通常用于物理规律的立论阐释。（2）归谬型：在某一理论体系框架下，运用归谬法（ reduction to absurdity ），揭示原理论的形式谬误，通常用于驳论。其中以归谬型思想实验最能体现形式逻辑分析的精髓，是思想实验中最为精彩的部分。归谬型思想实验立足于逻辑证明中的归谬法，其推理结构如下：三段论式: 若p则q 非q 非p 即对某一理论体系 P 中存在命题 p ，假设 p 为真，证明若 p 真则 q 真，又因为已知 q 为假，所以并非 p 为真，即 p 为假。在推理过程中，需要重视的是我们判断“ q 为假命题”的逻辑依据（读作“并非q且r”，即q与r不能同时成立），如果：（1），则 q 与理论体系 P 中的命题 r 矛盾，进而说明体系 P 因内部存在形式逻辑矛盾而不成立。（2），其中 R 为一定条件下实验事实的集合，则说明理论体系 P 与直观经验相违背。（3），则有，即从 p 为真推出了 p 为假（等价于从 p 为假推出了 p 为真，），产生了自相矛盾的逻辑悖论（ logical paradox ），仍然说明体系 P 不成立。从构造悖论出发，我们可以将归谬法的推理结构改造为新的形式：三段论式: 若p则q，且若p则r 非q且r 非p 其中对原理论体系最致命威胁来自产生的悖论，历史上的三次数学危机，有两次（贝克莱的“无穷小悖论”与罗素的“集合悖论”）是由悖论引发的。 20 世纪初的物理学轰轰烈烈的革新进程中也不乏精彩悖论的身影，比如第一章曾提到的“爱因斯坦追光实验”。晚年的爱因斯坦曾这样描述自己在 16 岁时的“灵光闪现”：如果我以光速追随一条光线运动，那么我就应当看到，这样一条光线就好像一个在空间里振荡着而停滞不前的电磁场。可无论是依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情，从一开始我直觉地看就很清楚，从这样一个观察者来判断，一切都应当像一个相对于地球是静止的观察者所看到的那样按照同样一些定律进行。因为，第一个观察者怎么会知道或者能够判断他是处在均匀的快速运动状态中的呢？（摘自《自述》，1946年）倘使一个人以光速跟着光波跑，那么他就处在一个不随时间而改变的波场中。但看来不会有这种事情。这是同狭义相对论有关的第一个朴素的思想实验。（摘自《自述片段》，1955年）所谓不破不立，我们解决悖论的过程实质上就是在批判旧体系基础上建立新理论。对一个纯粹的理论物理学家而言，通过思想实验或数学演算（目前更多人采用的办法）发现固有理论存在着悖论将是再美妙不过的事情了。另外，归谬型思想实验有可能产生另一种结果，即在构造的物理情景中运用了似是而非的分析产生了彼此矛盾结论，形成了所谓的“佯谬” (paradox) 。 “佯谬”的产生一部分源自推理出现错误或者疏忽，另一部分可能来自思想实验中隐含的未知信息，在某种意义上是并不成功的驳论，但其本身却包含着丰富的物理信息（特别是隐含的未知信息）。因而“佯谬”往往有着重大的物理意义，比如现代物理中著名的“孪生子星际旅行实验”、“薛定谔猫实验”、“爱因斯坦光子箱实验”、“ EPR 实验”等。 § 3 经典物理重要思想实验浅析 3.1 伽利略自由落体思想实验亚里士多德在探讨物体运动及其原因过程中，假设：宇宙中四大元素（依次为土、水、气和火）存在各自静止的“自然位置”。则任何物体存在着向其组成元素比例决定的“自然位置”运动的趋势，这种运动称为“自然运动”。所以，所有物体在不受外界作用时的运动决定于其组成比例最大元素。进而，亚氏在《论天》中阐述了一个重要的推论：一定的重量在一定的时间内运动一定的距离；较重的重量在较短的时间通过同样的距离，即时间和重量成反比。例如，一个物体的重量是另一个的二倍，则它通过给定距离只需要另一个的一半时间。具体到常见的自由落体运动，亚里士多德的观点即为物体自由下落的速率与其“重量”呈正比。这里需要指出的，亚里士多德之所以把自由落体也归于自然运动是因为当时人们还没有意识到重力也是外力。固然，自然科学与意识形态天然绝缘，但人类历史上的自然科学总是无奈地被强势的意识形态绑架。亚里士多德的自然哲学体系就是这场“绑架史”上无辜受害者之一。他这一套“各从其类”式的运动学，在中世纪成为了天主教神学世俗等级理论的隐喻基石，其衍生出的“自由落体定律”自然也就作为经院哲学的教条被加以强化。如果说罗马教廷的权威认证只能对虔诚的信徒起到有力的约束作用，那看似明白无误的“实验事实”似乎很轻易就能堵上“异端”的口。如果伽利略真是按照广为流传的故事那样在比萨斜塔当众抛下两个铁球，那这种盲目的冲动必然会迫使他向经院哲学缴械投降。在不能忽略空气影响的情况下，我们极可能看到的就是 10 磅的铁球先于 1 磅的落地，毕竟伟大的亚里士多德没有在缺乏实践依据的情况下凭空编造“瞎话”的习惯。严谨的伽利略最终选择了一个对经院哲学家而言更有说服力的方法来揭示亚里士多德的运动学谬误，这就是我们后来所谓的“伽利略自由落体思想实验”。在其不朽著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》（简称《对话》）中，伽利略运用柏拉图式的对话体展开了他巧妙的思想实验：萨尔维瓦蒂：如果我们取两个自然速率不同的物体，显而易见，如果把两个物体连接在一起，速率较大的那个物体将因受到速率较慢物体的影响其速率要减慢一些，而速率较小的物体将因受到速率较大物体的影响其速率要加快一些，你同意我的想法吗？辛普利邱：毫无疑问，你是对的。萨尔维瓦蒂：但是，如果这样是对的话，并假定一块大石头以（比如说）八的速率运动，而一块较小的石块以四的速率运动，那么把两者连在一起这两块石头将以小于八的速率运动；但是两块连在一起的石头当然比以前以八的速率运动的要重。可见，较重的物体反而比较轻的物体运动得慢，而这个效应同你的设想是相反的。你由此可以看出，我是如何从你认为较重的物体比较轻的物体运动的快的假设推出了较重物体运动较慢的结论来。这就是一个典型的归谬型思想实验，下面我们就用归谬法的推理结构来解析这个思想实验：由亚里士多德运动学中命题“物体自由下落速率正比于其质量”，易知“较重物体自由下落速率较大”。现假设命题 p “较重物体自由下落速率较大”为真，则得到命题 q “绑在一起的大小石块自由下落速率大于大石块自由下落速率”为真。为检验命题 q ，引入命题 r “绑在一起的大小石块因小石块影响而自由下落速率小于大石块自由下落速率”。发现，所以并非 p 为真。又因为，所以现行的大部分资料将原命题 p 视为亚里士多德运动学中的逻辑悖论。笔者以为，伽利略在这个推理过程中不可避免地引入了一个来自经验事实的辅助命题：如果把两个物体连接在一起，速率较大的那个物体将因受到速率较慢物体的影响其速率要减慢一些，而速率较小的物体将因受到速率较大物体的影响其速率要加快一些。显然，这个隐含的命题并非亚里士多德“自由落体定律”的逻辑结论（同样也不是亚里士多德运动学体系中的一部分）。也就是说，是以经验事实为前提的，所以“物体自由下落速率正比于其重量”其实不是严格意义上的逻辑悖论。伽利略在这个巧妙的思想实验中所揭示的谬误，归根结底是亚里士多德观点与经验事实之间的矛盾。 3.2 伽利略斜面思想实验如果我们以定性的视角考察，从亚里士多德到牛顿的力学发展史实际上是完成了“力即动因”到“力，刑（通形）之所以奋也 ”( 见于《墨经·经上》，全句今译为：力是物体运动状态发生改变的原因 )的跨越。这个跨越的一个重要成果便是，在对力与物体运动之间关系准确认识基础上由牛顿完成了“惯性定律”（ Law of inertia 即牛顿第一定律）的表述。在惯性定律最终建立的进程中，确立匀速直线运动（ rectilinear motion with constant velocity ）是物体本质属性这一基本论断无疑具有里程碑似的的意义，而伽利略在《对话》中展开的“斜面思想实验”再一次起到了认识先驱的重要作用。伽利略在《对话》中构造了一个理想的实验装置：如图，两个对小球完全没有摩擦等阻碍的理想直轨道 AB 和 CB 各自底端相接（相接处不会对小球运动造成影响）于 B 构成一个轨道面垂直于地表的 V 型复合轨道。图 1 伽利略斜面思想实验示意图从 V 型复合轨道 A 端自由释放一个小球，那么根据直观经验可知：小球会从轨道 A 端经 V 型底端 B 运动至轨道 CB 上与 A 端水平高度相同的位置，若我们逐渐增大 CB 轨道与地表法线的夹角，小球同样会运动到与初始位置相同水平高度的地方。现在取极限情况，当轨道 CB 与地表法线呈 90 度角时，即轨道 CB 置于地表上，小球运动情况如何？《对话》中，辛普利邱与萨尔维瓦蒂给出了如下结论：辛普利邱：只要平面不升也不降，平面多长，小球就会运动到多远。萨尔维瓦蒂：那么只要这样一个平面式无限的，在这个平面上的运动同样是无限的了，也就是说，是永恒的了。这实际就给出了一个惯性定律的理想例证，即物体在不受外界作用的情况下作永恒的匀速直线运动。通过上述介绍，我们不难发现伽利略斜面思想实验正是一个典型的阐释型实验。伽利略通过适当的抽象过滤掉了实际实验会带来的误差性干扰（轨道的摩擦、空气阻力等）提取了物理图像中最清晰、最主要的信息，成功构建了一个理想物理情境。并在某些不容置疑的直观经验（小球要回到初始水平高度）基础上进行具有说服力的简单外推，将常规条件导向了极限条件，最终巧妙地揭示了隐藏在繁芜丛杂自然现象中的物体运动本质。 3.3 伽利略行船实验萨尔维瓦蒂：把你和一些朋友关在一条大船甲板下的主舱里，再让你们带几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫，舱内放一只大水碗，其中放几条鱼。然后，挂上一个水瓶，让水一滴一滴地滴到下面的宽口罐里。船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速率向舱内各方向飞行，鱼向各个方向随便游动，水滴滴进下面的罐子中，你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向并不比另一方向用更多的力，你双脚齐跳，无论朝哪个方向跳过的距离都相等。当你仔细地观察这些事情后（虽然当船停止时，事情无疑一定是这样发生的），再使船以仍和速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化，你也无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是停着不动…… 伽利略的代言人萨尔维瓦蒂在《对话》中又一次为我们展开了一个有趣的思想实验。显然，行船实验属于思想实验中的阐释型。但伽利略这次从船静止到稳定匀速运动的外推似乎多少有些力不从心，这使得他不得不动用大量“事实”的归纳优势来增强自己的说服力。伽利略这次设计了一个能容丰富的实验组，在伽利略掌控的“实验船”上至少进行了 5 项子实验：（1）飞虫朝各个方向飞行速率；（2）鱼朝各个方向游动阻碍；（3）水滴落点；（4）各方向抛物；（5）各方向移动。笔者以为，这 5 个子实验并无实质或操作上的区别，这种纯粹增强论证气势的修辞手段，显然不是一贯娓娓道来的伽利略的风格，从一个侧面暴露了一个隐藏的事实：伽利略行船实验存在十分脆弱的逻辑推理。伽利略行船实验的目的在于构建或阐释两个相互纠缠的物理基本概念：（1）惯性系——实验中静止及匀速运动的船。（2）力学相对性原理——无法从船中任何一个现象判断船处于静止还是匀速运动。然而，为了直观地构造例证。伽利略在这个实验中实际上已经先验地引入了一个假定大前提：行船所在的地球是一个惯性系。即使我们不关心这个前提条件的真假与否，这个逻辑推理亦足以构成大家唯恐避之而不及的“循环论证”（ a vicious circle ）。笔者以为，具有深刻洞察力的伽利略可能同时意识到了地球运动的非惯性系特征与这个无可奈何的循环论证。然而，瑕不掩瑜，真理在萌芽阶段总不可避免地携带着各式各样的谬误。伽利略堆积的重复“实验”只是权宜之计，后人并没有苛责先驱的资本。这个难倒了“近代科学之父”的循环论证后来被称作“惯性系疑难”，接下伽利略手中接力棒的“经典时代思想王者”——牛顿亦在这个逻辑漏洞前折戟沉沙。惯性系疑难的真正解决是在 1915 年诞生于逆境的 “广义相对论”中漂亮地完成的。在广义相对论框架下，爱因斯坦把伽利略行船实验“升级”成为了“爱因斯坦舱实验”：一个与外界隔绝的密闭舱，我们发现舱内的任何物体都能够以无关于自身质量的加速度自由下落，我们复发通过此类的力学实验判断所处的密闭舱室惯性系还是非惯性系。爱因斯坦利用这个简单思想实验，在弱等效原理（ Principle of weak equivalence ）的基础上，近似地表述了广义相对性原理。 3.4 牛顿水桶实验严格地说，爱因斯坦相对论中蕴含的时空观变革不过光速不变逻辑推演的副产品。而对白手起家的牛顿而言，严格的时空框架无疑是自己理论大厦中绝对的逻辑基石。以至于拥有足够强大数学分析工具的牛顿，仍需要在《自然哲学之数学原理》中以一个阐释型思想实验来强化自己的“绝对时空观”，即寻求在某个特殊的物理情境下，还原出绝对时空框架下的“绝对运动” 。这个为巩固牛顿体系诞生的思想实验就是所谓的“牛顿水桶实验”。为了“直观”地揭示宇宙中的“绝对运动”，牛顿在《原理》开篇——“定义”的附注中写道：若将一悬在长绳上的桶不断旋转，使绳拧紧，再向桶中注满水，并使桶与水都保持平静，然后通过另一个力的突然作用，桶沿反方向旋转，同时绳自己放松，桶作这项运动会持续一段时间。开始时，水的表面是平坦的，因而桶尚未开始转动；但之后，桶通过逐渐把它的运动传递给水，将使水明显地旋转，一点一点地离开中间，并沿桶壁上升形成一个凹形（我验证过——指牛顿本人，引者注），而且旋转越快，水上升得越高，直至最后与桶同时转动，达到相对静止。牛顿认为，水沿桶壁上升的运动表明了水具有离开转动轴（绳）的倾向，即产生了离心运动；水的离心运动是在克服水对桶的相对运动中所表现（不是产生！）出来的，但不取决于参考系的选择；这是一个相对于绝对参考系（绝对空间）的真实和绝对的运动。自水桶实验被牛顿提出后，诸多物理学家均表达自己的不同观点，但直到马赫在其著作《发展中的力学及其批判》对牛顿力学体系提出系统的批评，水桶实验带来的疑惑才被彻底地驱散。马赫指出：牛顿旋转水桶的实验只是告诉我们，水对桶壁的相对转动并不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球的质量和其他天体的相对转动所产生的。如果桶壁越来越厚，越来越重，最好达到好几里厚时，那时就没有人能说这实验会得出什么样的结果。简而言之，牛顿忽略了水面边缘上升是遥远天体对水的引力作用。值得注意的一点是，就“无穷小量”对牛顿进行诘难的贝克莱主教 (Bishop Berkeley ) 也曾表述过类似的观点。从形式逻辑的角度看，即牛顿依据的直观经验与水桶实验不受外界作用的逻辑前提矛盾，故在这个直观经验基础上的外推是无效的。马赫的进一步分析表明，天体对水的万有引力在这个物理情境中表现为水受到的惯性力，即惯性力是万有引力的一种表现形式，这实际上建立广义相对论中等效原理的雏形，为后来爱因斯坦创立广义相对论奠定了一个重要逻辑基础。 3.5 拉普拉斯妖与麦克斯韦妖实验精灵（ goblin ，含义大致与汉语中的“妖精”相同）是西方文化特别是幻想文学中的一个常用意象，在西方的神话传说或文学作品中，祂们通常被描述为一种拥有魔力且热衷于恶作剧或调皮捣蛋的生物。颇为有趣的是，在一贯严肃的物理学史上，也曾活跃着两个“小精灵”：拉普拉斯妖与麦克斯韦妖。前者在传统的“机械观”（ mechanism ）衰落前的相当长一段时期，占据着大部分正统物理学家顶礼膜拜的圣像地位；后者则引发了一场以其为焦点的旷世争论并最终促成了现代科学中“信息论”（ informatics ）的诞生。所谓拉普拉斯妖，是被誉为“法国牛顿”的天体力学奠基人皮埃尔·拉普拉斯构想的类似计算机一样的生灵：假设存在一个计算能力足够强大的小精灵，只要我们把此刻宇宙所有原子的状态信息告诉祂，通过牛顿力学法则进行演算，祂就能告诉我们过去和未来任意一个时刻宇宙的状态。拉普拉斯通过这样一个天马行空的思想实验，揭示了物理学界奉为圭臬的牛顿体系的强大威力，以及其强势的表述，宣告了人类理解宇宙的雄心壮志与灿烂前景。同时，这个 18 世纪版 “超级计算机”（ super computer ）的横空出世也隐约反映了一个历史事实：在认识自然方面，牛顿理论确立后的物理学界普遍存在着一种极度膨胀与自我陶醉的心态。 1871 年，以数学天才闻名于经典物理时代的麦克斯韦在其专著《热的理论》中展开了一个十分“诡异”的思想实验：我们知道，在一个温度均匀的充满空气的容器里的分子，其运动速度绝不均匀，尽管任意选取的任何大量分子的平均速率几乎完全一样。现在让我们假定把这样一个容器分为 A 和 B 两部分，在分界上有一个小孔，再设想一个能见到单个分子的精灵，打开或关闭那个小孔，使得只有快分子从 A 到 B ，而慢分子从 B 到 A 。这样，祂就在不消耗功的情况下，使 B 的温度升高， A 的温度降低，而与热力学第二定律发生矛盾。显然，这个火药味十足的归谬型实验的目标是锁定在不容置疑的热力学第二定律。这个能在不输入外界能量条件下使孤立热力学系统的熵自发减少的小精灵，无疑在当时的物理学界引发了一场恐慌。固然麦克斯韦妖降世多少为克劳修斯“热寂说”笼罩的灰暗宇宙前途投下了些许光明，但一个直白到几乎无需任何逻辑演绎的思想实验就足以撼动一批物理学家历经数十年建立的热力学第二定律，是任何人都难以接受的。物理学理性依据的脆弱远比物理学本身的脆弱要可怕！出于维护物理学理性依据的“本能”，一些物理学家投入到解决这个佯谬的工作中来。高瞻远瞩的开尔文勋爵率先指出：麦克斯韦妖所与众不同之处正在于其拥有获取分子运动速度信息的能力，然而这个揭示了问题关键的论断并没有在短期内问题的解决带来实质性突破。在之后的数十年间，麦克斯韦妖化身成了一个幽灵游荡在物理学的上空。物理学史往往也要上演令人啼笑皆非的戏剧，解决麦克斯韦妖问题的重任最终阴差阳错地落到了物理学界的“吟游诗人”——埃尔文·薛定谔 ( E . Schrödinger ) 身上。作为波动力学创始人的薛定谔因坚持自己“波函数具有物理实在性”的观点，遭受到了来自代表量子力学正统诠释的哥本哈根学派的猛烈进攻。相似的历史曾经也发生在了薛定谔的奥地利同乡——玻尔兹曼身上，遗憾的是，后者最终在极度的抑郁中走向了殉道式的自我毁灭。所幸，在这令人窒息的学术“围剿”中，潇洒的薛定谔选择了向生命科学“突围”，完成了物理学史上一次“华丽地转身”。 1944 年，作为物理学家的薛定谔出版了著作《生命是什么》奠定了其“分子生物学之父”的地位。“业余生物学家”薛定谔在生命科学的地位，自不必赘述。就其本行物理学而言，薛定谔在书中建立了“信息即负熵”的重要关系，对应于度量无序程度的熵，“取负号的熵，其本身就是有序的一个度量”。这就意味着麦克斯韦妖获取分子运动速度信息的过程实际是在向热力学系统引入负熵。而在引入负熵过程中，热力学系统的孤立性被破坏，原思想实验的逻辑前提不成立，所以麦克斯韦妖并不能对热力学第二定律构成威胁。主要参考文献：许良英、范岱年编译．爱因斯坦文集．第一卷．北京：商务印书馆，1976．（意）伽利雷·伽利略．关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话．周煦良等译．北京：北京大学出版社，2006． Ernst Mach．The Science of Mechanics：A Critical and Historical Account of Its Development．Translated By T.J.McCormack．The Open Court Publishing Company，6th ed.，1960．吴宗汉、周雨青．物理学史与物理学思想方法论．北京：清华大学出版社，2007．; 个人分类: 旧时文章|9672 次阅读|34 个评论

[转载]历史上最著名的十大思想实验: jroy 2010-11-27 10:37; 10．电车难题（The Trolley Problem） “ 电车难题 ”是伦理学领域最为知名的思想实验之一，其内容大致是：一个疯子把五个无辜的人绑在电车轨道上。一辆失控的电车朝他们驶来，并且片刻后就要碾压到他们。幸运的是，你可以拉一个拉杆，让电车开到另一条轨道上。但是还有一个问题，那个疯子在那另一条轨道上也绑了一个人。考虑以上状况，你应该拉拉杆吗？解读：电车难题最早是由哲学家Philippa Foot提出的，用来批判伦理哲学中的主要理论，特别是功利主义。功利主义提出的观点是，大部分道德决策都是根据“为最多的人提供最大的利益”的原则做出的。从一个功利主义者的观点来看，明显的选择应该是拉拉杆，拯救五个人只杀死一个人。但是功利主义的批判者认为，一旦拉了拉杆，你就成为一个不道德行为的同谋——你要为另一条轨道上单独的一个人的死负部分责任。然而，其他人认为，你身处这种状况下就要求你要有所作为，你的不作为将会是同等的不道德。总之，不存在完全的道德行为，这就是重点所在。许多哲学家都用电车难题作为例子来表示现实生活中的状况经常强迫一个人违背他自己的道德准则，并且还存在着没有完全道德做法的情况。 9．空地上的奶牛（The Cow in the field）认知论领域的一个最重要的思想实验就是“空地上的奶牛”。它描述的是，一个农民担心自己的获奖的奶牛走丢了。这时送奶工到了农场，他告诉农民不要担心，因为他看到那头奶牛在附件的一块空地上。虽然农民很相信送奶工，但他还是亲自看了看，他看到了熟悉的黑白相间的形状并感到很满意。过了一会，送奶工到那块空地上再次确认。那头奶牛确实在那，但它躲在树林里，而且空地上还有一大张黑白相间的纸缠在树上，很明显，农民把这张纸错当成自己的奶牛了。问题是出现了，虽然奶牛一直都在空地上，但农民说自己知道奶牛在空地上时是否正确？解读：空地上的奶牛最初是被 Edmund Gettier用来批判主流上作为知识的定义的JTB（justified true belief）理论，即当人们相信一件事时，它就成为了知识；这件事在事实上是真的，并且人们有可以验证的理由相信它。在这个实验中，农民相信奶牛在空地上，且被送奶工的证词和他自己对于空地上的黑白相间物的观察所证实。而且经过送奶工后来的证实，这件事也是真实的。尽管如此，农民并没有真正的知道奶牛在那儿，因为他认为奶牛在那儿的推导是建立在错误的前提上的。Gettier利用这个实验和其他一些例子，解释了将知识定义为JTB的理论需要修正。 8．定时炸弹（The Ticking Time Bomb）如果你关注近几年的政治时事，或者看过动作电影，那么你对于“定时炸弹”思想实验肯定很熟悉。它要求你想象一个炸弹或其他大规模杀伤性武器藏在你的城市中，并且爆炸的倒计时马上就到零了。在羁押中有一个知情者，他知道炸弹的埋藏点。你是否会使用酷刑来获取情报？解读：与电车难题类似，定时炸弹情景也是强迫一个人从两个不道德行径中选择的伦理问题。它一般被用作对那些说在任何情况下都不能使用酷刑的反驳。它也被用作在极端形势下法律——就像美国的严禁虐囚的法律——可以被放在第二位的例子。归功于像《24小时》的电视节目和各种政治辩论，定时炸弹情景已成为最常引用的思想实验之一。今年早些时候，一份英国报纸提出了更为极端的看法。这份报纸提议说，如果那个恐怖分子对酷刑毫无反应，那么当局者是否愿意拷打他的妻子儿女来获取情报。 7．爱因斯坦的光线（Einstein’s Light Beam）爱因斯坦著名的狭义相对论是受启于他16岁做的思想实验。在他的自传中，爱因斯坦回忆道他当时幻想在宇宙中追寻一道光线。他推理说，如果他能够以光速在光线旁边运动，那么他应该能够看到光线成为“在空间上不断振荡但停滞不前的电磁场”。对于爱因斯坦，这个思想实验证明了对于这个虚拟的观察者，所有的物理定律应该和一个相对于地球静止的观察者观察到的一样。解读：事实上，没人确切知道这意味着什么。科学家一直都在争论一个如此简单的思想实验是如此帮助爱因斯坦完成到狭义相对论这如此巨大的飞跃的。在当时，这个实验中的想法与现在已被抛弃的“以太”理论相违背。但他经过了好多年才证明了自己是正确的。 6．特修斯之船（The Ship of Theseus）最为古老的思想实验之一。最早出自普鲁塔克的记载。它描述的是一艘可以在海上航行几百年的船，归功于不间断的维修和替换部件。只要一块木板腐烂了，它就会被替换掉，以此类推，直到所有的功能部件都不是最开始的那些了。问题是，最终产生的这艘船是否还是原来的那艘特修斯之船，还是一艘完全不同的船？如果不是原来的船，那么在什么时候它不再是原来的船了？哲学家Thomas Hobbes后来对此进来了延伸，如果用特修斯之船上取下来的老部件来重新建造一艘新的船，那么两艘船中哪艘才是真正的特修斯之船？解读：对于哲学家，特修斯之船被用来研究身份的本质。特别是讨论一个物体是否仅仅等于其组成部件之和。一个更现代的例子就是一个不断发展的乐队，直到某一阶段乐队成员中没有任何一个原始成员。这个问题可以应用于各个领域。对于企业，在不断并购和更换东家后仍然保持原来的名字。对于人体，人体不间断的进行着新陈代谢和自我修复。这个实验的核心思想在于强迫人们去反思身份仅仅局限在实际物体和现象中这一常识。 5．伽利略的重力实验（Galileo’s Gravity Experiment）为了反驳亚里士多德的自由落体速度取决于物体的质量的理论，伽利略构造了一个简单的思想实验。根据亚里士多德的说法，如果一个轻的物体和一个重的物体绑在一起然后从塔上丢下来，那么重的物体下落的速度快，两个物体之间的绳子会被拉直。这时轻的物体对重物会产生一个阻力，使得下落速度变慢。但是，从另一方面来看，两个物体绑在一起以后的质量应该比任意一个单独的物体都大，那么整个系统下落的速度应该最快。这个矛盾证明了亚里士多德的理论是错误的。解读：这个思想实验帮助证明了一个很重要的理论：无论物体的质量，不考虑阻力的情况下，所有物体自由落体的速率都是一样的。 4．猴子和打字机（Monkeys and Typewriters）另一个在流行文化中占了很大分量的思想实验是“无限猴子定理”，也叫做“猴子和打字机”实验。定理的内容是，如果无数多的猴子在无数多的打字机上随机打字，并持续无限久的时间，那么在某个时候，它们必然会打出莎士比亚的全部著作。猴子和打字机的设想在20世纪初被法国数学家Emile Borel推广，但其基本思想（无数多的人员和无数多的时间能产生任何/所有东西）可以追溯至亚里士多德。解读：简单来说，“猴子和打字机”定理是用来描述无限的本质的最好方法之一。人的大脑很难想象无限的空间和无限的时间，无限猴子定理可以帮助理解这些概念可以达到的宽度。猴子能碰巧写出《哈姆雷特》这看上去似乎是违反直觉，但实际上在数学上是可以证明的。这个定理本身在现实生活中是不可能重现的，但这并没有阻止某些人的尝试：2003年，一家英国动物园的科学家们“试验”了无限猴子定理，他们把一台电脑和一个键盘放进灵长类园区。可惜的是，猴子们并没有打出什么十四行诗。根据研究者，它们只打出了5页几乎完全是字母“s”的纸。 3．中文房间（The Chinese Room） “ 中文房间 ”最早由美国哲学家John Searle于20世纪80年代初提出。这个实验要求你想象一位只说英语的人身处一个房间之中，这间房间除了门上有一个小窗口以外，全部都是封闭的。他随身带着一本写有中文翻译程序的书。房间里还有足够的稿纸、铅笔和橱柜。写着中文的纸片通过小窗口被送入房间中。根据Searle的理论，房间中的人可以使用他的书来翻译这些文字并用中文回复。虽然他完全不会中文，Searle认为通过这个过程，房间里的人可以让任何房间外的人以为他会说流利的中文。解读： Searle 创造了“中文房间”思想实验来反驳电脑和其他人工智能能够真正思考的观点。房间里的人不会说中文；他不能够用中文思考。但因为他拥有某些特定的工具，他甚至可以让以中文为母语的人以为他能流利的说中文。根据Searle，电脑就是这样工作的。它们无法真正的理解接收到的信息，但它们可以运行一个程序，处理信息，然后给出一个智能的印象。 2．薛定锷的猫（Schrodinger’s Cat）薛定锷的猫最早由物理学家薛定锷提出，是量子力学领域中的一个悖论。其内容是：一只猫、一些放射性元素和一瓶毒气一起被封闭在一个盒子里一个小时。在一个小时内，放射性元素衰变的几率为50%。如果衰变，那么一个连接在盖革计数器上的锤子就会被触发，并打碎瓶子，释放毒气，杀死猫。因为这件事会否发生的概率相等，薛定锷认为在盒子被打开前，盒子中的猫被认为是既死又活的。解读：简而言之，这个实验的核心思想是因为事件发生时不存在观察者，盒子里的猫同时存在在其所有可能的状态中（既死又活）。薛定锷最早提出这个实验是在回复一篇讨论量子态叠加的文章时。薛定锷的猫同时也说明了量子力学的理论是多么令人无法理解。这个思想实验因其复杂性而臭名昭著，同时也启发了各种各样的解释。其中最奇异的就属 “多重世界”假说，这个假说表示有一只死猫和一只活猫，两只猫存在在不同的宇宙之中，并且永远不会有交集。 1．缸中的大脑（Brain in a Vat）没有比所谓的“缸中的大脑”假说更有影响力的思想实验了。这个思想实验涵盖了从认知学到哲学到流行文化等各个领域。这个实验的内容是：想象有一个疯狂科学家把你的大脑从你的体内取出，放在某种生命维持液体中。大脑上插着电极，电极连到一台能产生图像和感官信号的电脑上。因为你获取的所有关于这个世界的信息都是通过你的大脑来处理的，这台电脑就有能力模拟你的日常体验。如果这确实可能的话，你要如何来证明你周围的世界是真实的，而不是由一台电脑产生的某种模拟环境？解读：如果你觉得这听起来很像《黑客帝国》，那么你说对了。这部电影以及其他一些科幻作品，都是在这个思想实验的影响下创作出来的。这个实验的核心思想是让人们质疑自身经历的本质，并思考作为一个人的真正意义是什么。这个实验的最初原型可以一直追溯至笛卡尔。在他的《Meditations on the First Philosophy》一书中，笛卡尔提出了能否证明他所有的感官体验都是他自己的，而不是由某个“邪恶的魔鬼”产生的这样的疑问。笛卡尔用他的经典名言 “我思故我在”来回答这个问题。不幸的是，“缸中的大脑”实验更为复杂，因为连接着电极的大脑仍然可以思考。这个实验被广泛的讨论着，有许多对于此实验前提的反驳，但仍没有人能有力的回应其核心问题：你究竟如何才能知道什么是真实？; 个人分类: 分享|2745 次阅读|0 个评论

对一个质疑热力学第二定律的思想实验的分析: chenzhao 2009-10-12 09:31; 首先感谢科学网学者吕喆贡献了他同学的这样一个思想实验.原文请见: http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=261355 我的回复如下: 而P2的体积大于P1较多（即单位时间内P2的热辐射量更大) 假设P1\P2都是球体分析一下,如果P1,P2都是黑体的话,根据Stephan-Boltzman定律在全谱段的辐射能通量为T1^4 ,T2^4 单位为Wm^-2,且有(T2T1). 如果我们希望使得P2辐射的功率大于P1的话,必然有:4T2^4*R2^3/3 4T1^4*R1^3/3 ,这个不等式必须成立. 因此我们得到 R2^3T2^4R1^3T1^4....(1) 根据P2和P1都是球体的假设,它们的体积为4R1^3/3,4R2^3/3 ,且有R2 R1,那么它们的辐射能量收支净收支分别为对于P1单位时间内能量收支:W1= P1释放的能量-P2释放的能量 = 4T1^4*R1^3/3 - 4T2^4*R2^3/3 = 4/3(R1^3T1^4-R2^3T2^4) .....(2) 对于P2单位时间内能量收支:W2= P2释放的能量-P1释放的能量 = 4T2^4*R2^3/3 - 4T1^4*R1^3/3 = 4/3(R2^3T2^4-R1^3T1^4) 很显然,如果出现违反了热力学第二定律的情况,必然有 R2^3T2^4R1^3T1^4 .......(3) 只有这样W1才能是正数,即高温热源从低温热源P2吸热. 由于观察到公式(3)和公式(1)不能同时成立.因此热力学第二定律不会被违反. 证毕.; 660 次阅读|0 个评论

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