世界上最有名的十大思想实验

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译/bio1091

思想实验,哲学家或科学家们常常用它来论证一些容易让人感到迷惑的理念或假说,主要用于哲学或理论物理学等较为抽象的学科,因为这类实验往往难以在现实世界中开展。这些实验看似简单,其间却蕴含着很多 “剪不断、理还乱” 的哲理。它们就像是一顿丰盛的精神盛宴,等待餐客前来饕餮。然而,这类盛宴往往菜式复杂,并非人人都能 “饱餐一顿”。因此,我们列出世界上最有名的十大思想实验,并在哲学、科学或伦理方面对这些实验进行了阐释:

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1. 缸中之脑(Brain in a Vat)

论及最有影响力的思想实验,非 ““缸中之脑” 莫属。从认知科学、哲学到通俗文化,它的 “身影” 简直随处可见。这个实验是这样的:一个疯狂的科学家将你的大脑从你的身体里取出,放入一个装有生命维持液的桶内。将你的大脑装上电极,让其与一台能够产生图像与感觉的电脑装置相联。由于你获知的所有信息都来自于自己的脑部,那么这台电脑就足以让你过上 “日常生活”。如果这一构想可以成为现实,人们又如何能够知道,自己所生活的世界真实存在着,而不仅仅只是由一台电脑所构成?

深度解析: 

没错,看到这里你不免想起影片《黑客帝国》(The Matrix)。这部影片以及其他很多科幻片和科幻小说,都深受 “桶中人脑” 之影响。该实验的核心理念在于让你去思考何为经历、何为感受、何为真正的人类。这则思想实验的走红得益于希拉里·普特南(Hilary Putnam),而追溯其起源,则与 17 世纪的哲学家雷内·笛卡尔(Rene Descartes)有关。笛卡尔在自己的著作《第一哲学沉思录》(Meditations on the First Philosophy)里问道:一个人如何知道自己的感受就是自己的真实感受?而不是来自于某 “邪灵”?他用自己的经典格言 “我思故我在” 回答了这一问题。不幸地是,“桶中人脑” 让该问题变得更加复杂 —— 装有电极的人脑也可以 “思考”。这一实验在哲学界引起了广泛讨论,尽管有不少人对该实验的前提条件提出了质疑,但仍然没人能回答其核心问题:你如何知道什么才是真实的存在?

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2. 薛定谔的猫(Schrodinger’s Cat) 

薛定谔的猫是一则关于量子力学的著名悖论,由物理学家欧文·薛定谔(Erwin Schrödinger)提出,其内容如下:将一只猫关在一个密闭的盒子内 1 小时,盒子里同时放有某放射性元素以及一个装有致命性毒气的小药瓶。在这一小时内,该放射性元素发生衰变的可能性为 50%。如果发生衰变,则用于计量衰变的盖格计数器(Geiger counter)就会触发开关,让一把小锤子将装有毒气的药瓶击破,从而把盒子里的猫杀死。这种情况的发生几率为一半一半,因而薛定谔断定,盒子未打开以前,猫则同时处于既死亡又活着这一双重状态。

深度解析: 

一句话,这个实验想要说明的是:在无人见证的情况下,某物体可同时处于其所有可能的状态(如本案例中,这只猫同时处于既死亡又活着这一双重状态)。“如果森林里的一棵树倒下了,在无人见到的情况下,人们又如何知道这棵树到底有没有倒下呢?” 这则很古老的谜题也表达了这一理念。薛定谔原本是想用这则思想实验来回应一篇关于量子叠加态的文章,该理论认为一个物体可同时处于其所有可能的状态。这则思想实验之复杂,简直已经到了 “臭名昭著” 的地步,但也正是这个原因,让它引发了大量的解说与讨论。其中最为古怪的一个莫过于 “多重世界”(many worlds)学说:既然猫可以同时处于既死亡又活着这一双重状态,那么也就存在两个互不叠加的空间来容纳这两只猫。

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3. 中文工作室(The Chinese Room) 

著名思想实验 “中文工作室” 由美国著名哲学家约翰·赛尔(John Searle)于上世纪 80 年代初提出,其内容如下:将一个只会说英语的人关入一间密室,只在门上留一条投信口那么窄的缝。房内有一份英文版的计算机中英翻译程序打印稿。除此之外,房间里还有一些便笺纸、铅笔以及文件柜。从门上的 “投信口” 将一些印有中文的纸片投入该房间。在赛尔看来,这个人可以借助该资料进行翻译,然后将回复用中文写好后递出。赛尔认为,尽管他一句中文也不会讲,却可以让房间外的人误以为,他可以说一口流利的中文。

深度解析: 

为了推翻电脑以及其他人工智能仪器能够具有理解及思考能力,赛尔构想出 “中文工作室” 这一思想实验。房间里的人完全不会中文,因而也不可能用中文进行思考。但借助某些特定工具,即使是以中文为母语的人,也会觉得他的中文很好。赛尔认为,电脑也是这样。它们并不能理解所获取的信息,只是通过运行程序来存取信息,从而让人们觉得,它们仿佛拥有了人类的 “智慧”。

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4. 猴子与打字机 (Mon keys and Typewriters) 

“猴子与打字机”,又称 “无限猴子定律”,是通俗文化里常常提及的另一个思想实验,其内容如下:如果在无尽的时间里,无限多的猴子可以随意敲击无限多的打字机,相信它们总有一天可以 “创作” 出莎士比亚全集。20 世纪早期,法国数学家埃米尔·博雷尔(Emile Borel)提出的这项定律曾流行一时,不过追根述源,这个关于 “无尽时间与无限生命能创造一切” 的理论,乃是亚里士多德最先提及。

深度解析: 

简单地说,“猴子与打字机” 定律很好地解释了什么叫 “无限性”。人类曾有过一段很难理解 “宇宙之无穷、时间之无尽” 的时期,这个思想实验则帮助人们明白,“无穷无尽” 到底意味着什么。猴子可以写出《哈姆雷特》(Hamlet)?听起来就像是天方夜谭。但从数学角度进行论证,只要考虑到其无限性,则完全可以论证成功。在现实世界,这个实验似乎无法开展,但仍不免有人想尝试。2003 年,英国的科学家们试图在一个动物园里验证这一定律。他们将一台电脑及其键盘放到一个灵长类动物围栏内,不幸地是,猴子们可没兴趣写什么十四行诗。据研究者称,它们倒是创造出了长达 5 页纸的 “作品”,不过除了满篇满幅的 “s”,很难在该 “作品” 里再找到什么其他字母。

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5. 伽利略的重力实验 (Galileo’s Gravity Experiment) 

说到思想实验之鼻祖,物理学家兼天文学家伽利略(Galileo)算得上一个。当时的亚里士多德(Aristotle)认为 “物体的降落速度取决于其质量”,伽利略想出了一个非常简单的思想实验来论证这个理论并不正确。他说,如果将一个较轻的物体和一个较重的物体绑在一起,从一座高塔上抛出,由于较重物体的下落速度较快,两个物体间的绳子就会被拉得很紧,较轻的物体会对较重的物体产生一股向上的拉力,从而减缓较重物体的下落速度。但伽利略又推论说,将两个物体绑在一起,它的重量必然超过其单个物体,因而这两个物体作为一个整体,下落速度会更快一些。正是这一矛盾,推翻了亚里士多德关于物体下落速度的假说。

深度解析: 

提起伽利略,最有名的典故莫过于那个 “两个铁球同时着地”。话说他从比萨斜塔(the Leaning Tower of Pisa)上扔出两个铁球,重的那个并没有比轻的那个掉落得更快。然而,该典故的真实性并不可考。不过,就凭这个简单却明晰的思想实验,他论证了一个非常重要的重力学理论:所有物体的下落速度都一样,与其质量无关。

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6. 忒修斯号(The Ship of Theseus) 

“忒修斯号” 这则非常古老的思想实验,源自希腊作家普卢塔克(Plutarch)的作品,以其 “充满悖论” 而闻名于世,其内容如下:有一艘船,经过不断的修修补补,已在海面上航行了数百年。只要哪块木板老旧腐烂,就会立刻换上新的,终于有一天,这艘船上的所有配件都被换了一遍。那么,这艘船是否还是原来的忒修斯号?又或者,它已算是另一艘船?如果这艘船不是原来的忒修斯号,那么它是从何时起成为另一艘船的呢?哲学家托马斯·霍布斯(Thomas Hobbes)将这个问题弄得更加复杂:如果有人将换下来的老旧配件收集起来再做成一艘船,与那艘由新配件组成的 “忒修斯号” 相比,哪一艘才是真正的忒修斯号?

深度解析: 

哲学家们常用 “忒修斯号” 来探求事物的本质属性,特别是一个物体是否仅为其各部件之和。一个比较现代的例子是:如果某乐队里的大部分或全部成员都已更换,那么这个乐队还能算是原来那个乐队吗?从商界到人体学,各个领域都会出现这样的问题。例如,若企业高层已合并或更换,这家企业还应继承原企业名吗?若新陈代谢让新的细胞替换了旧的细胞,新的血液替换了旧的血液,这个人还是原来那个人吗?世人常将事物的本质等同于其物质或现象,而这个实验归根结底就是逼迫人们去质疑:事物的本质是否仅止于此?

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7. 爱因斯坦的光线 (Einstein’s Light Beam)

很少有人知道,艾伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)16 岁时曾提出过一个思想实验,正是这个思想实验,激发他写出了有关狭义相当论(special relativity theory)的名作。在他的作品《自传注记》(Autobiographical Notes) 中,爱因斯坦回想起,他梦见自己追逐着一道穿行在空间里的光线。他推想到,如果自己能以光的速度移动,那么在他眼里,这道光就是静止的,就像是一个空间振荡却又保持静止的电磁场。在爱因斯坦看来,这个思想实验能够证明,对于一名相对于地球处于静止状态的观察者来说,世间万物的状态也都有其相对性。

深度解析: 

事实上,没人能给出明确的论证。这个看似简单的思想实验究竟是如何让爱因斯坦完成了建立狭义相对论所需的巨大理论飞跃,科学家们始终争论不休,因为这个实验与当时的 “以太”(aether)理论相矛盾,该理论认为光的传播需要一种看不见的介质。如今,人们知道 “以太” 理论并不正确,但爱因斯坦花了好几年时间才确证了自己的理论。他说,那个思想实验就像一粒 “胚芽”,最终结出了 “狭义相对论” 的果实。这枚硕大而饱满的果实,在理论物理学领域贡献卓越。

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8. 定时炸弹 (The Ticking Time Bomb) 

如果这几年你留意过时事政治,或是看过点动作片,那么 “定时炸弹” 这一思想实验你一定不会陌生。在实验中,一枚滴答作响的定时炸弹或其他具有同等破坏力的武器正藏于城中某处。更糟糕地是,距离爆炸的时间已经所剩无几。若你正监管着一个知晓该装置藏于何处的人,你会对他严刑拷打以逼问信息吗?

深度解析: 

跟 “电车难题” 一样,“定时炸弹” 也是一道伦理学难题,它逼迫人们在两种不道德的行为上做选择。这个实验常用来批驳 “在任何情况下,刑讯逼供都不可原谅” 这一论调。人们也常用该实验来说明法律总是无视任何特殊情况,就像美国民众总是不问因由地反对设立刑讯监狱。随着含有相关情节之美剧《24 小时》等电视节目的热播,以及该实验在政治辩论中的频繁登场,“定时炸弹” 成了近年来最容易被提及的思想实验之一。2010 年初,英国的一篇时事论文提出了更为尖锐的实验情境:如果严刑拷打也不能从恐怖分子嘴里获取任何信息,是否可以折磨其妻儿来逼其开口?

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9. 奶牛在田野(The Cow in the Field) 

在认识论领域(与知识有关的哲学领域),思想实验 “奶牛在田野” 非常有名,其内容如下:一位农夫担心自己珍爱的奶牛跑丢。一名挤奶工来到农场,告诉农夫无需担心,他来的时候在附近田野里看到了奶牛。尽管农夫觉得挤奶工说的没错,但还是决定亲自去看看。在田野里,他看到了奶牛那熟悉的黑白身体,很满意自己确证了奶牛还在田野。过了一会儿,挤奶工途经田野,就顺便看看奶牛还在不在。那头牛确实还在,不过被一小片树林挡住了,那片树丛中还挂着一大张纸,纸上恰恰是黑白图案。显然,农夫将其误认为自己的牛了。问题在于:即使奶牛就在田野里,这位农夫说他知道奶牛在田野里,他就真的知道奶牛在田野里吗?

深度解析: 

“奶牛在田野” 由埃德蒙·盖提尔(Edmund Gettier)提出,目的在于批判非常流行的认知理论:“认知判定法则”(justified true belief)。该理论认为,如果一个人相信某件事,在此事确实存在并有确凿证据予以证实的情况下,这个人才算真正知道这件事。在实验中,根据挤奶工的话以及自己的 “亲眼所见”,农夫判定奶牛在田野里。随后,挤奶工也证实了奶牛的确在田野里。不过,农夫却并非真正知道奶牛在田野里,因为前提条件有误,他所得出的结论也就不能成立。盖提尔用这个实验以及其它一些实验,说明了 “认知判定法则” 还有待修正。

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10. 电车难题(The Trolley Problem) 

“电车难题” 是十分有名的伦理学思想实验,其内容如下:一个疯子将 5 名无辜的人绑在一条手推车轨道上,而一辆失控的电车正向他们冲去。幸运的是,你可以拉动操纵杆将电车转至另一轨道。然而,该名疯子在那条轨道上也绑了一个人。此时此刻,这根操纵杆,你拉,还是不拉?

深度解析: 

这道 “电车难题” 由哲学家菲利帕·富特(Philippa Foot)提出,目的在于批判伦理学的主要理论,特别是其中的功利主义(utilitarianism)。此类理论认为,“将大多数人的利益最大化” 才是最道德的。根据功利主义哲学,牺牲 1 个人可以挽救 5 个人,则毫无疑问应该拉动操纵杆。但这样做的问题在于,拉了操纵杆,你就成为杀死 “1 个人” 的同谋,那么很明显你做了一件不道德的事,因为你对此人之死负有部分责任。同时,还有人认为,但凡遇到这种情况,你就必须有所作为,不作为同样会被视为不道德。简而言之,不管你做不做、怎样做,都无法让自己在道德的世界里无懈可击,而这正是问题之关键。很多哲学家都以 “电车难题” 来说明:在现实世界中,人们通常会让自己的道德标准不断妥协,因为真实而完满的道德,并不存在于这个世上。

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