看完這期思想實驗專題，我學到了

最新 01-18

熱愛未知，比如宇宙和清晨

科學的全部

就是正常思維的一個精緻版本

愛因斯坦

之前答應過大家要整理一個「思想實驗」集合，現在來了。

- 思想實驗 -

因為有許多實驗在現實中沒有辦法真的做到，所以這類只能用想像力去進行的實驗就被統稱為「思想實驗」。比如中學物理中常提到的「一個平滑，無摩擦力的地面」就是思想實驗常見的場景。

知名的思想實驗除了曾寫過的雙生子佯謬，還有黃油貓悖論、雙縫實驗、薛定諤的貓等（這些太有名了，今天就不寫了）。

你會發現，許多日常被奉為真理的科學知識，其實並沒有經過「真正的實驗」。

比如每個人都聽過伽利略在比薩斜塔上做的雙球實驗吧——從高處同時扔下一重一輕兩個球，伽利略設計出這個實驗為了推翻當時亞里士多德的理論「越重的物體下落越快」——說起來也很有趣，幾千年間，伽利略是第一個想到要檢驗「不同重量的物體是否確實以不同速度下落」的人，在那之前人們認為這簡直理所當然。

幾乎所有人都認為伽利略真的做了這個實驗，其實並沒有，這僅僅是個思想實驗。

雖然沒有真的登上比薩斜塔，但是伽利略的確做了一些替代實驗——將不同重量的球從光滑的斜面上滾下。這情況類似於重物的垂直下落，但因為速度較小而更容易觀察。

從而驗證了牛頓定律，並得到那個偉大的結論：不管物體的重量是多少，其速度增加的速率是一樣的。

放在那個年代，這不亞於思想大爆炸。

- 忒修斯之船 -

思想實驗不都是物理學，還可能在生物學、經濟學甚至哲學的領域內。

前兩年大火的小說《S.》中，就引用了哲學領域內非常著名的思想實驗「忒修斯之船」：假定某物體的構成要素被完全置換，那麼它依舊是原來那個物體嗎？

1 世紀時，希臘作家普魯塔克提出這個問題：

忒修斯與雅典的年輕人們從克里特島歸來時所搭乘的 30 槳船，被雅典的人留下來做為紀念碑。隨著時間過去，木材逐漸腐朽，雅典人不斷使用新的木頭來替代。最後，這艘船的每根木頭都被換過了。

那麼，這艘船還是原本那艘忒修斯之船嗎？如果是，但它已經沒有最初的任何一根木頭了；如果不是，那麼它是從什麼時候開始不是的呢？

那些歷史上著名的哲學家赫拉克利特、蘇格拉底、柏拉圖等等，都曾對這個問題發表看法。

赫拉克利特曾提出相似的悖論：人不能兩次踏入同一條河流，因為無論是這條河還是這個人都已經不同。

- 變成蝙蝠會怎樣？ -

《成為一隻蝙蝠可能是什麼樣子》是美國哲學家 Thomas Nagel 在 1974 年發表的一篇論文，旨在說明「感受性」在物理與心靈之間的解釋鴻溝。

「頭疼時的痛感，酒的香味，傍晚暗紅色的天空。」這些信息說出來，你我在心裡都有各自的感受，但我們永遠無法準確地傳導給對方那些物理因素。

一個冷知識：所有哺乳類動物中，有 1/5 都是蝙蝠。它們已經在地球上生存了 8800 萬年，幾乎跟恐龍同時代

根據 Nagel 的論證，物理信息無法讓我們知道身為一隻蝙蝠的感覺是什麼。

比如蝙蝠是由聲吶來感知世界，獲知物體的距離、大小、形狀等等信息，與我們的五感方式有很大不同，我們無法以自身的內在感受去推知蝙蝠的內在。就算以科學方法得知蝙蝠在接收超音波時，腦中會出現特定的神經衝動，但人類不能知道腦中產生那種神經衝動「是什麼感覺」。只有從蝙蝠的主觀觀點出發，才會知道是蝙蝠是什麼感覺，它的感覺不能用物理的術語去通用理解。

也自此可推知，我們永遠無法知道他人對於顏色、聲音、氣味、疼痛等等的感覺「到底是什麼感覺」。

- 莫利紐茲問題 -

這是一個有關於人類認知能力的思想實驗，比較特殊，是因為它在多年後終於被執行了。

首次出現在英國哲學家 John Locke 的《人類理解論》中：

如果一個人天生眼盲，但他可以透過觸覺來分辨不同的形狀，如圓形、或方形。

假設他有一天恢復視力，在未接觸到物體之前，他能不能夠單純以視覺來分辨出不同的形狀？

人們曾展開不同觀點的討論：經驗論者認為人類生來像是白紙，需要依靠經驗累積來形成認知。但是先天論者認為，人類先天就擁有認知能力。

通過莫利紐茲問題，能給這兩種爭論畫下休止符。如果先天的盲人在恢復視力之後，立即就能夠分辨形狀，就證明了先天論者的論點是正確的；反之，則證明了以視力分辨形狀，是後天學習得到的，因此經驗論者的觀點正確。

2003 年，一支麻省理工學院的團隊在印度新德里真正進行了這個實驗。他們找到 5 名，年齡分別為 8-17 歲的實驗對象，他們出生時皆為全盲，但在經過手術治療後恢復了視力。

實驗的結果是：他們在恢復視力後的第一時間並不能夠單純以視覺來分辨杯子與花瓶之間形狀的差異。但經過一周時間之後，他們就自然地擁有了以視覺分辨形狀的能力。這項實驗顯示的結果在經驗論和先天論之間，人類腦部的可塑性總體超過先前學術界的判斷。

- 戴森球理論 -

科幻愛好者肯定對戴森球不陌生。

Freeman Dyson 是一位著名的數學物理學家，他著有許多科普讀物，在外星智能方面做過深入的研究，其中最著名的構想就是戴森球：一個包圍母恆星的巨大球形結構，它可以捕獲大部分或者全部的恆星能量輸出。

Dyson 認為，這是一個技術文明對於能量需求增長後的必然結果。所以，這也是我們尋找系外文明時可以使用的一種觀測方法。

藝術家概念圖，來自 Adam Burn

人們真的發現了一顆這樣的「可疑」星球。

KIC 8462852，又名 Tabby 星或 WTF 星（「Where"s The Flux?」的縮寫，不是「What The Fuck」），這是顆位於天鵝座的恆星，距離地球 1480 光年。

開普勒太空望遠鏡觀察到它的亮度有異樣的起伏：有數個非周期性的小驟降，且每次降低的強度是不一致的，另外還有 2 個大驟降約每 750 天會發生一次——這就像是許多小型物體以「密集隊形」在繞行恆星，科學家們根據觀測到的結果這樣猜想。

藝術家筆下，被小型物體環繞的年輕恆星

這不是一顆變星，它的亮度變化不應該來自於本身，想到這裡，已經足夠讓人心潮澎湃了。更離奇的是，2011 年 3 月 5 日第一次驟降的遮蓋擋住了 WTF 星 15% 的亮度，另一次則造成了 22% 的下降——一顆木星那般大的行星僅僅只會造成這顆恆星亮度下降 1% 而已，表示這並不是一顆行星在遮擋它的光，而是某個幾乎有它一半寬的物體。

目前還沒有一種「自然狀況」能夠完美解釋這種情況，因此非常可能：這「東西」不是天然的，而是「人造」的。戴森球結構這個理論非常自然地被聯想到了。

藝術家概念圖，來自 Chris Anderson

如果真的這樣，那麼 KIC 8462852 所在的星系裡很可能有個正在進入「卡爾達肖夫指數」（是根據一個文明所能夠利用的能源量級，來量度文明層次及技術先進程度的一種假說）第二型的先進文明，他們正在構建的「戴森球」雛形，至少在 1480 年前是這樣，現在或許已經搭建完成。

又或許這是一個消逝的文明，留下的太空遺迹，遺留下部分破碎的太陽能板仍在軌道上繞其母星旋轉。

- 中文房間 -

John Rogers Searle 是一位哲學教授，他提出了「中文房間」這個思想實驗，藉以反駁強人工智慧的觀點：只要計算機擁有了適當的程序，理論上就可以說計算機擁有它的認知狀態，並且可以像人一樣地進行理解活動。

在 1980 年發表的論文《心靈、大腦和程序》中，描述了這個實驗：

一個對漢語一竅不通、只說英語的人被關在只有一個開口的密閉房間中。房間里有一本用英文寫成的手冊，指示該如何處理收到的漢語訊息及如何以漢語回復。

房外的人不斷向房間內遞進用中文寫成的問題。房內的人便按照手冊的說明，查找到合適的指示，將相應的中文字元組合成對問題的解答，並將答案遞出房間。

John 認為，儘管房裡的人可以以假亂真，讓房外的人以為他確確實實說漢語，他卻壓根不懂漢語——就像一個以假亂真的人工智慧。

全世界第一位機器人公民 Sophia 就剛剛被爆出其實只是一場騙局，她那些語出驚人的言論，其實都是團隊事先刻意設計好的內容。

Sophia 由 Hanston Robotics 公司製造，去年首次亮相就被各大媒體評為「最像人的機器人」，表達情緒是索菲婭的專長——她會做出全方位的面部表情，高興時微笑，不高興時則皺眉，並能夠跟蹤和識別人的面孔，看著人的眼睛，並進行自然對話。在回答記者問題時，她還幽默地調侃道：「你讀了太多 Elon Muck 的預言，看了太多好萊塢電影。」

「中文房間」實驗的反對觀點中，有一派比較有趣，他們拿人類本身來類比：所有人都認為人是擁有智能的，而人的智能決策來自於腦細胞的電信號轉換，可每一個腦細胞並不理解單詞的意義，只是簡單的緩衝、傳遞或抑制一個電信號，腦細胞創造了語法規則，創造了決策策略（相當於規則書與不懂中文的人），那麼你能說，人類顯示出的這種溝通能力並不代表人類具有智能嗎？

所以他們依然認為若某段計算機程序，能夠完成圖靈測試（這也是一個思想實驗），則說明該段計算機程序具有認知能力。

- 缸中之腦 -

同樣在思考「人所體驗到的一切最終都要在大腦中轉化為神經信號」這件事的思想實驗，還有缸中之腦，由哲學家 Hilary Whitehall Putnam 提出。

從原型上，跟莊周夢蝶、柏拉圖的「地穴寓言」、笛卡爾的「我思故我在」都十分類似。

假設有一個瘋子科學家，他將一個大腦從人體取出，放入一個裝有營養液的缸里維持著它的生理活性。

一台超級計算機通過神經末梢向大腦傳遞和原來一樣的各種神經電信號，並對於大腦發出的信號給予和平時一樣的信號反饋，則大腦所體驗到的世界其實是計算機製造的一種虛擬現實。

那麼，這個大腦能否意識到自己生活在虛擬現實之中？

因為缸中之腦和我們頭顱中的大腦接收一模一樣的信號，而且這是它唯一和環境交流的方式，從大腦中角度來說，它完全無法確定自己是顱中之腦還是缸中之腦。

是不是很像《黑客帝國》中的情節？人類生活在由母體創建的虛擬現實之中，同時充當能量來源。

- 牛頓大炮 -

記得高中學到的第一二三宇宙速度嗎？牛頓在他的《自然哲學的數學原理》里描述了這個思想實驗：

有一門加農炮架在一座非常高的山的山頂上，假設在沒有任何引力和空氣阻力條件下，炮彈應該沿著發射的方向以一條直線的軌跡遠離地球。

如果有一個吸引力存在的話，炮彈會沿著一條不同的軌道運動，軌道的形狀取決於炮彈的初始速度。

如果速度比較低，炮彈就會直接掉在地球上；如果速度達到了所在海拔的第一宇宙速度，炮彈將會沿著一個固定的環形軌道環繞地球，就像月球一樣；如果速度大於軌道速度，但小於第二宇宙速度的話，炮彈會沿著一個橢圓軌道環繞地球；如果速度非常快，炮彈將會沿著一個拋物線（當速度恰好為第二宇宙速度）或者雙曲線（當速度大於第二宇宙速度）軌道逃離地球。

有沒有覺得重溫了一堂物理課。