如题所述
作者：罗心澄
链接：http://www.zhihu.com/question/19975334/answer/15875434
来源：知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
注：本文中的 [x] 并不表示参考文献，仅用于标记在文中阐述了的思想实验。
思想实验是一种考察事物的方式，基本上采用的是一种逻辑的手段，虽然它本身也需要事实作为依据。思想实验和想像一个实验是不同的。你想像一个化学实验的过程一般来说不算是思想实验，因为你会缺少某些东西（你没有办法在想像中观察）。当然，思想实验和心理学实验也是不同的东西。
思想实验面临的最大问题是：我们如何能够通过思考来得到关于现实的东西？对于大多数问题来说，想像是苍白而无力的，我们的确没有办法知道独角兽到底是银色的还是白色的，但是我们知道它有一支角。类似地，我们没有办法用思想实验解决所有的问题，但是它在某些方面有着充分的解释力。可以发现，大部分思想实验揭示的都是某种矛盾或者困难，比如说@Asdpotter 的答案中：
电车问题揭示的是某种伦理学困境，
空地奶牛是对知识论中 JTB 定义的反驳（事实上另一个不错的思想实验也反驳了 Nozick 关于知识的定义，而这个定义本身是能够解决奶牛问题的[14]），
定时炸弹问题同样是一个伦理学困境，
特修斯之船区分了两种同一性的概念，
伽利略的重力实验反驳了亚里士多德的力学系统，
塞尔的中文房间论证说明了具有通过图灵测试能力的系统依旧有可能不具有理解语言系统中语义的能力，
薛定谔的猫，本身提出的时候是想从常识的角度去质疑概率波的概念，
钵中之脑从本质上怀疑了我们的认知能力。某种意义上来说，思想实验并不会增加我们的经验知识，它只会规范我们的思维方式或者是经验系统。
除了上面提到的薛定谔的猫和爱因斯坦的镜子之外，还有一些著名的物理学中的思想实验，比如说拉普拉斯的魔鬼，麦克斯韦妖[12]以及爱因斯坦的电梯[11]。另外在哲学方面，普特南的孪生地球[15]也是一个很有趣的思想实验。
虽然有人试图定义思想实验，不过还是让它依照维特根斯坦口中的家族类似那样存在就好了，因为一个同一的刻画实在是太困难了。因为思想实验里面实在是涵盖了太多有趣东西，比如说牛顿的水桶[6]，海森堡的γ射线显微镜（测不准）[16]，帕菲特的像变形虫一样分裂的人[17]，黑白玛丽（心灵哲学）[8]（还有内格尔的蝙蝠[13] 和光谱反转（参考：http://www.zhihu.com/question/20113000/answer/14018006 ）），汤姆森的小提琴家论证（堕胎）[3]。当然还有最近新出现的思想实验：the dome（拱顶）[0]，它说明牛顿力学并不蕴含决定论：
[0] 一个完全对称的拱顶上的球有可能随机地朝任何一个方向上掉落，所以即便是在牛顿力学中，决定论也是不成立的。（一个基本的反驳的意见是：球根本就不会掉落，当然可以具体看他的论文）<img src="https://pic2.zhimg.com/735ca5114a381254a2c405961b9d7d65_b.jpg" data-rawwidth="555" data-rawheight="250" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="555" data-original="https://pic2.zhimg.com/735ca5114a381254a2c405961b9d7d65_r.jpg">
思想实验在诸多领域中有应用，尤其是在伦理学，数学和自然科学中。忽略掉那些仅仅是为了娱乐而出现的思想实验。部分思想实验的目的是填充某个理论的特定部分，另一些是为了解决在现实世界中没有办法进行实验的问题。有时候思想实验能够帮助我们阐明或澄清某些抽象的事情，起到帮助人们理解抽象事物的作用。另一些则可能是概念分析。而最受人关注的还是那些为某个现有理论提供反例的思想实验。
大多数情况下，思想实验本身都是具体的，也即，讨论某个特例。
[1] 一个早期由 Lucretia 提出的证明宇宙无穷性的思想实验，纵然现在看可能是错误的，大概是一个这样东西：如果存在宇宙的边界，那么我们就可以对着它投掷一根长矛，要么，长矛没有受到影响，穿了过去，所以这个地方不是边界。要么，长矛被一面墙挡住，停了下来，那么，无论这面墙是什么材料的，它都占据了空间，所以原来所谓的宇宙的边界也并非真正的宇宙的边界。（边界的意思是没有空间的地方，因为宇宙就是空间。）<img src="https://pic3.zhimg.com/b4d735f8740034f6430f42b4266e4e6a_b.jpg" data-rawwidth="252" data-rawheight="316" class="content_image" width="252">
这个例子很好地阐释了思想实验的主要特征：我们具象化某个特定的场景，在这个场景中，我们能够进行某些行动，并且可预料行为导致的一种或者几种可能的情况，最后总结这些情况，完成特定的讨论，或者是，直接得到一个结论。当然，这个例子本身是可错的，因为有界和有限并不等价。一个无界的流形可以是有限的。就像是作为地球表面的平面是无界但却有限的那样。不过这个论证作为宇宙无界性的论证倒是不错。
有些人会说，思想实验就是那些在现实中由于种种原因（技术上的，伦理上的）而无法进行的实验，但是其实我们甚至不需要在思想实验中遵循物理规律，所以可以直接分析某些物理不可能的事情，所以会有人说，在某个可能世界中，blah blah blah……所以这同样不应该是思想实验的定义。对于思想实验，会有人问，我们似乎有能力仅仅通过思考就理解自然，而我们是如何可能在不基于观察的情况下直接增进对世界的理解的呢？
一个可能的回答是，我们有很多直觉知识。
[2] 一个有趣的思想实验是这样的：看下面这幅图，假设每个方块都是等质量的，并且平面绝对光滑，方块之间用同样的轻质绳子连接起来，那么，方块会如何滑动？<img src="https://pic1.zhimg.com/3d7d983ede936d3b3d623b2d85f8b04c_b.jpg" data-rawwidth="145" data-rawheight="146" class="content_image" width="145">如果没有办法得到答案的话，考虑下图这种情况：这时答案变成显然的了，如果这个东西会动的话，那么我们就得到了一个永动机，而这时违反直觉的。而我们知道，两边增加的方块是一样多的，所以去掉也不会有影响，所以原图中的情况也是不会动。如果没有办法得到答案的话，考虑下图这种情况：这时答案变成显然的了，如果这个东西会动的话，那么我们就得到了一个永动机，而这时违反直觉的。而我们知道，两边增加的方块是一样多的，所以去掉也不会有影响，所以原图中的情况也是不会动。<img src="https://pic4.zhimg.com/6e5f55f3b19279ad25e2bb489dfb9367_b.jpg" data-rawwidth="160" data-rawheight="146" class="content_image" width="160">
我们甚至没有必要进行实际的实验，就可以得到结论。一方面这时因为，当我们在思考这种问题的时候，我们已经不是在用物理系统，而是在用公理化了的数学系统进行思考了。但事实也不是这样，因为我们在使用直觉的时候，使用了一套更为快捷的思维体系：虽然逐个分析受力我们也能得到结果，但是远不如直觉快捷方便。很多时候人类的认知对象仅需要做出一点改变，就可以把一个不显然的问题变得十分显然，可以参考这里说的「卡片选择实验」和「概率叠加实验」：http://www.zhihu.com/question/20108539/answer/15668134
很多时候思想实验作为启发性的东西是很不错的。
思想实验的一个最直接的好处就是可以理想化一个条件，让你思考伦理学问题，电车实验和定时炸弹实验固然重要，但是伦理学中最有影响力的还是 Judith Thomson 在上世纪 70 年代提出的关于支持堕胎的小提琴家论证。
当时，关于堕胎的反对意见如下：
胎儿是一个无辜的，生来就具有生命权的人类。堕胎导致了胎儿的死亡。导致无辜人类死亡的行为是道德上错误的，故，堕胎是不道德的。
在 Thomson 的论证中，她回避了以往所谓的关于胎儿是不是人的讨论。而试图说明，即便你的行为会导致一个无辜的人类，甚至是一个伟大的、重要的无辜的人类死亡，你也有充足的权利不去这样做。这就是她的小提琴家论证：
[3] 假设有一个非常著名的小提琴家昏迷了。而医学研究发现，只有你和他的某些循环系统连在一起，保持 9 个月的时间，他才有可能获救，并且，你恰好是所有人中唯一一个能够让他获救的人，其他人不行。于是，他的粉丝们偷偷闯进你的屋子里面，把你和他连在了一起，等你醒来，你发现你无意识地被连在了一起。这种情况下，你或许想停止这种联系。但是这时粉丝做出了一个这样的论证：
这个小提琴家是一个无辜的，生来就具有生命权的人类。你的行为会导致他死亡。导致无辜人类死亡的行为是道德上错误的，故，你试图断开连接的行为是不道德的。
这两个论证虽然有类似的结构，但后一个论证完全没有说服力。准确来说就是，「导致无辜人类死亡的行为是不道德的」不是一个受到了充分辩护的论据。你或许很好人，又或者，也恰好很喜欢这个小提琴家，所以选择了和他连在一起，维持九个月。但是这并不是你的道德义务。而这个论证从结构上来说和堕胎，或者某些情况下的堕胎行为没有本质的区别：事实上，除了因为性别选择而进行的堕胎之外，大部分情况下的堕胎都是因为前面的怀孕是意外的，而这种意外性，和小提琴家昏迷了于是你被偷偷地和他连起来的意外性没有本质上的区别。的确，每个人都有生命权，但是并非每个人都有权得到维持自己生命的东西。所以，即便胎儿和小提琴家都有生命权，但是在这种情况下让他们死亡也是道德可接受的。
看完了这些东西，不妨给思想实验进行一个简单的分类。但是分类方式也是有很多的，比如说科学 vs 哲学，又比如说规范性的 vs 描述性的（哲学中也有描述性的问题）。不过我这里采用的是另一种：否定性 vs 肯定性。
首先是否定性的思想实验，这些思想实验都在否定或者是反驳某种现有的理论，无论是科学理论还是伦理学的理论。而这里又具体分为如下几类：
第一类是直接从理论中找到矛盾之处，进而将其否定的实验。最经典的例子就是伽利略的落球论证：
[4] 如果一个铁球和一个木球连在一起，一方面，根据亚里士多德的理论，这个整体的质量相对铁球的质量有所增加，因此会导致速度便快，另一方面，木球质量比铁球质量要小，因此木球的下落比铁球慢，所以会拖铁球的后腿。矛盾。
这种思想实验作为武器，本质上是揭示理论内部的逻辑谬误，进而，是致命性的。
第二类思想实验仅仅是说实验结论和我们的信念 / 常识相矛盾，比如说虐猫狂人薛定谔的薛定谔的猫。
[5] 假设一个封闭的箱子里面有一陀放射性物质，一个连接着杀猫装置的盖革计数器和一只猫，如果监测到了原子衰变，那么就会有某个装置让猫死掉，如果没有监测到衰变，那么猫就没有事，而根据量子力学，猫最后处在生死之间的叠加态。薛定谔的猫整个最后得到的结论是，箱子中的猫对于我们来说就是既是生的，又是熟的，啊不，死的。这个论证没有说明量子力学本身是不融贯的。但是它是反常识的，所以起到了某种否定理论的作用。总之，薛定谔将某种微观的不确定性放大了，使这种不确定性变成了一种无法忍受的，宏观上的不确定性——如果一只猫又是生的又是熟的，我怎么知道晚餐吃什么？！
第三类思想实验攻击的是理论的基础。比如说前面的支持堕胎的女权主义论证就是这样，这个思想实验将「生命权」和「得到维持自己生命的东西的权利」分开，进而直接攻击了反堕胎的论证。
第四类思想实验是某种「反思想实验」（某种类似于反导导弹的东西），前面 Lucretia 的论证是一个（他设想了两种不同的情况，在分类讨论之后都得到了宇宙无界的结论）例子。还有一些别的例子，比如说牛顿在《数学原理》中提出了一个证明绝对时空的思想实验，进而，Mach 提了一个反驳他的反思想实验。又比如说，丹尼尔·丹尼特反驳黑白玛丽实验。
满意，请采纳！
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注：本文中的 [x] 并不表示参考文献，仅用于标记在文中阐述了的思想实验。
思想实验是一种考察事物的方式，基本上采用的是一种逻辑的手段，虽然它本身也需要事实作为依据。思想实验和想像一个实验是不同的。你想像一个化学实验的过程一般来说不算是思想实验，因为你会缺少某些东西（你没有办法在想像中观察）。当然，思想实验和心理学实验也是不同的东西。
思想实验面临的最大问题是：我们如何能够通过思考来得到关于现实的东西？对于大多数问题来说，想像是苍白而无力的，我们的确没有办法知道独角兽到底是银色的还是白色的，但是我们知道它有一支角。类似地，我们没有办法用思想实验解决所有的问题，但是它在某些方面有着充分的解释力。可以发现，大部分思想实验揭示的都是某种矛盾或者困难，比如说@Asdpotter 的答案中：
电车问题揭示的是某种伦理学困境，
空地奶牛是对知识论中 JTB 定义的反驳（事实上另一个不错的思想实验也反驳了 Nozick 关于知识的定义，而这个定义本身是能够解决奶牛问题的[14]），
定时炸弹问题同样是一个伦理学困境，
特修斯之船区分了两种同一性的概念，
伽利略的重力实验反驳了亚里士多德的力学系统，
塞尔的中文房间论证说明了具有通过图灵测试能力的系统依旧有可能不具有理解语言系统中语义的能力，
薛定谔的猫，本身提出的时候是想从常识的角度去质疑概率波的概念，
钵中之脑从本质上怀疑了我们的认知能力。某种意义上来说，思想实验并不会增加我们的经验知识，它只会规范我们的思维方式或者是经验系统。
除了上面提到的薛定谔的猫和爱因斯坦的镜子之外，还有一些著名的物理学中的思想实验，比如说拉普拉斯的魔鬼，麦克斯韦妖[12]以及爱因斯坦的电梯[11]。另外在哲学方面，普特南的孪生地球[15]也是一个很有趣的思想实验。
虽然有人试图定义思想实验，不过还是让它依照维特根斯坦口中的家族类似那样存在就好了，因为一个同一的刻画实在是太困难了。因为思想实验里面实在是涵盖了太多有趣东西，比如说牛顿的水桶[6]，海森堡的γ射线显微镜（测不准）[16]，帕菲特的像变形虫一样分裂的人[17]，黑白玛丽（心灵哲学）[8]（还有内格尔的蝙蝠[13] 和光谱反转（参考：http://www.zhihu.com/question/20113000/answer/14018006 ）），汤姆森的小提琴家论证（堕胎）[3]。当然还有最近新出现的思想实验：the dome（拱顶）[0]，它说明牛顿力学并不蕴含决定论：
[0] 一个完全对称的拱顶上的球有可能随机地朝任何一个方向上掉落，所以即便是在牛顿力学中，决定论也是不成立的。（一个基本的反驳的意见是：球根本就不会掉落，当然可以具体看他的论文）<img src="https://pic2.zhimg.com/735ca5114a381254a2c405961b9d7d65_b.jpg" data-rawwidth="555" data-rawheight="250" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="555" data-original="https://pic2.zhimg.com/735ca5114a381254a2c405961b9d7d65_r.jpg">
思想实验在诸多领域中有应用，尤其是在伦理学，数学和自然科学中。忽略掉那些仅仅是为了娱乐而出现的思想实验。部分思想实验的目的是填充某个理论的特定部分，另一些是为了解决在现实世界中没有办法进行实验的问题。有时候思想实验能够帮助我们阐明或澄清某些抽象的事情，起到帮助人们理解抽象事物的作用。另一些则可能是概念分析。而最受人关注的还是那些为某个现有理论提供反例的思想实验。
大多数情况下，思想实验本身都是具体的，也即，讨论某个特例。
[1] 一个早期由 Lucretia 提出的证明宇宙无穷性的思想实验，纵然现在看可能是错误的，大概是一个这样东西：如果存在宇宙的边界，那么我们就可以对着它投掷一根长矛，要么，长矛没有受到影响，穿了过去，所以这个地方不是边界。要么，长矛被一面墙挡住，停了下来，那么，无论这面墙是什么材料的，它都占据了空间，所以原来所谓的宇宙的边界也并非真正的宇宙的边界。（边界的意思是没有空间的地方，因为宇宙就是空间。）<img src="https://pic3.zhimg.com/b4d735f8740034f6430f42b4266e4e6a_b.jpg" data-rawwidth="252" data-rawheight="316" class="content_image" width="252">
这个例子很好地阐释了思想实验的主要特征：我们具象化某个特定的场景，在这个场景中，我们能够进行某些行动，并且可预料行为导致的一种或者几种可能的情况，最后总结这些情况，完成特定的讨论，或者是，直接得到一个结论。当然，这个例子本身是可错的，因为有界和有限并不等价。一个无界的流形可以是有限的。就像是作为地球表面的平面是无界但却有限的那样。不过这个论证作为宇宙无界性的论证倒是不错。
有些人会说，思想实验就是那些在现实中由于种种原因（技术上的，伦理上的）而无法进行的实验，但是其实我们甚至不需要在思想实验中遵循物理规律，所以可以直接分析某些物理不可能的事情，所以会有人说，在某个可能世界中，blah blah blah……所以这同样不应该是思想实验的定义。对于思想实验，会有人问，我们似乎有能力仅仅通过思考就理解自然，而我们是如何可能在不基于观察的情况下直接增进对世界的理解的呢？
一个可能的回答是，我们有很多直觉知识。
[2] 一个有趣的思想实验是这样的：看下面这幅图，假设每个方块都是等质量的，并且平面绝对光滑，方块之间用同样的轻质绳子连接起来，那么，方块会如何滑动？<img src="https://pic1.zhimg.com/3d7d983ede936d3b3d623b2d85f8b04c_b.jpg" data-rawwidth="145" data-rawheight="146" class="content_image" width="145">如果没有办法得到答案的话，考虑下图这种情况：这时答案变成显然的了，如果这个东西会动的话，那么我们就得到了一个永动机，而这时违反直觉的。而我们知道，两边增加的方块是一样多的，所以去掉也不会有影响，所以原图中的情况也是不会动。如果没有办法得到答案的话，考虑下图这种情况：这时答案变成显然的了，如果这个东西会动的话，那么我们就得到了一个永动机，而这时违反直觉的。而我们知道，两边增加的方块是一样多的，所以去掉也不会有影响，所以原图中的情况也是不会动。<img src="https://pic4.zhimg.com/6e5f55f3b19279ad25e2bb489dfb9367_b.jpg" data-rawwidth="160" data-rawheight="146" class="content_image" width="160">
我们甚至没有必要进行实际的实验，就可以得到结论。一方面这时因为，当我们在思考这种问题的时候，我们已经不是在用物理系统，而是在用公理化了的数学系统进行思考了。但事实也不是这样，因为我们在使用直觉的时候，使用了一套更为快捷的思维体系：虽然逐个分析受力我们也能得到结果，但是远不如直觉快捷方便。很多时候人类的认知对象仅需要做出一点改变，就可以把一个不显然的问题变得十分显然，可以参考这里说的「卡片选择实验」和「概率叠加实验」：http://www.zhihu.com/question/20108539/answer/15668134
很多时候思想实验作为启发性的东西是很不错的。
思想实验的一个最直接的好处就是可以理想化一个条件，让你思考伦理学问题，电车实验和定时炸弹实验固然重要，但是伦理学中最有影响力的还是 Judith Thomson 在上世纪 70 年代提出的关于支持堕胎的小提琴家论证。
当时，关于堕胎的反对意见如下：
胎儿是一个无辜的，生来就具有生命权的人类。堕胎导致了胎儿的死亡。导致无辜人类死亡的行为是道德上错误的，故，堕胎是不道德的。
在 Thomson 的论证中，她回避了以往所谓的关于胎儿是不是人的讨论。而试图说明，即便你的行为会导致一个无辜的人类，甚至是一个伟大的、重要的无辜的人类死亡，你也有充足的权利不去这样做。这就是她的小提琴家论证：
[3] 假设有一个非常著名的小提琴家昏迷了。而医学研究发现，只有你和他的某些循环系统连在一起，保持 9 个月的时间，他才有可能获救，并且，你恰好是所有人中唯一一个能够让他获救的人，其他人不行。于是，他的粉丝们偷偷闯进你的屋子里面，把你和他连在了一起，等你醒来，你发现你无意识地被连在了一起。这种情况下，你或许想停止这种联系。但是这时粉丝做出了一个这样的论证：
这个小提琴家是一个无辜的，生来就具有生命权的人类。你的行为会导致他死亡。导致无辜人类死亡的行为是道德上错误的，故，你试图断开连接的行为是不道德的。
这两个论证虽然有类似的结构，但后一个论证完全没有说服力。准确来说就是，「导致无辜人类死亡的行为是不道德的」不是一个受到了充分辩护的论据。你或许很好人，又或者，也恰好很喜欢这个小提琴家，所以选择了和他连在一起，维持九个月。但是这并不是你的道德义务。而这个论证从结构上来说和堕胎，或者某些情况下的堕胎行为没有本质的区别：事实上，除了因为性别选择而进行的堕胎之外，大部分情况下的堕胎都是因为前面的怀孕是意外的，而这种意外性，和小提琴家昏迷了于是你被偷偷地和他连起来的意外性没有本质上的区别。的确，每个人都有生命权，但是并非每个人都有权得到维持自己生命的东西。所以，即便胎儿和小提琴家都有生命权，但是在这种情况下让他们死亡也是道德可接受的。
看完了这些东西，不妨给思想实验进行一个简单的分类。但是分类方式也是有很多的，比如说科学 vs 哲学，又比如说规范性的 vs 描述性的（哲学中也有描述性的问题）。不过我这里采用的是另一种：否定性 vs 肯定性。
首先是否定性的思想实验，这些思想实验都在否定或者是反驳某种现有的理论，无论是科学理论还是伦理学的理论。而这里又具体分为如下几类：
第一类是直接从理论中找到矛盾之处，进而将其否定的实验。最经典的例子就是伽利略的落球论证：
[4] 如果一个铁球和一个木球连在一起，一方面，根据亚里士多德的理论，这个整体的质量相对铁球的质量有所增加，因此会导致速度便快，另一方面，木球质量比铁球质量要小，因此木球的下落比铁球慢，所以会拖铁球的后腿。矛盾。
这种思想实验作为武器，本质上是揭示理论内部的逻辑谬误，进而，是致命性的。
第二类思想实验仅仅是说实验结论和我们的信念 / 常识相矛盾，比如说虐猫狂人薛定谔的薛定谔的猫。
[5] 假设一个封闭的箱子里面有一陀放射性物质，一个连接着杀猫装置的盖革计数器和一只猫，如果监测到了原子衰变，那么就会有某个装置让猫死掉，如果没有监测到衰变，那么猫就没有事，而根据量子力学，猫最后处在生死之间的叠加态。薛定谔的猫整个最后得到的结论是，箱子中的猫对于我们来说就是既是生的，又是熟的，啊不，死的。这个论证没有说明量子力学本身是不融贯的。但是它是反常识的，所以起到了某种否定理论的作用。总之，薛定谔将某种微观的不确定性放大了，使这种不确定性变成了一种无法忍受的，宏观上的不确定性——如果一只猫又是生的又是熟的，我怎么知道晚餐吃什么？！
第三类思想实验攻击的是理论的基础。比如说前面的支持堕胎的女权主义论证就是这样，这个思想实验将「生命权」和「得到维持自己生命的东西的权利」分开，进而直接攻击了反堕胎的论证。
第四类思想实验是某种「反思想实验」（某种类似于反导导弹的东西），前面 Lucretia 的论证是一个（他设想了两种不同的情况，在分类讨论之后都得到了宇宙无界的结论）例子。还有一些别的例子，比如说牛顿在《数学原理》中提出了一个证明绝对时空的思想实验，进而，Mach 提了一个反驳他的反思想实验。又比如说，丹尼尔·丹尼特反驳黑白玛丽实验。
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第1个回答 2016-04-18
例如看下面 湿了等提问
