在书桌前锻炼思维能力：六个经典的思想实验

思想实验，就是在运用想象力，在脑海中去做某个实验。和一般的实验一样，思想实验也是想要收集一些数据，用这些数据来支持或反对某个假说。今天让我们来看六个经典的思想实验，体会一下思想实验的魅力。

比萨斜塔扔球实验

有人以为，伽利略真的在比萨斜塔上做了扔球实验。拿着同样体积但是不同质量的两个球，比如一个木球和一个铁球，站在比萨斜塔顶上，把两个球放在同一高度，并且同一时间松手，让球同时下落。如果得到的数据是“球同时落地”，那就可以用这一数据来反对“重物比轻物更快下落”的假说。如果“铁球比木球更快落地”，那就可以支持“重物比轻物更快下落”的假说。如果反过来，木球比铁球更快落地，那就可以支持“轻物比重物更快下落”的假说，虽然没有人认真提出这个假说。实际上，伽利略并没有做这个实验。伽利略做的是一个思想实验。这个思想实验的目的是为了反对“重物比轻物更快下落”的假说。假设，重物的确比轻物更快下落。那么，把一个相对重的东西和一个相对轻的东西绑在一起，让其从高处落下，那么其下落的时间会比单纯的重物下落，更快还是更慢的。一种思路是，重物加轻物，合在一起，变成了一个更重的物体。那么，它下落会比只有重物要更快。另一种思路是，轻物下落比重物慢，一快一慢的两个物体连在一起，慢的那个会拖累快的那个，会导致快的那个的速度也变慢一点点。所以，这个合体之物的下落速度会比只有重物要更慢。大家可以设想，跑步更快和更慢的两个人，牵着手一起跑，由于慢的拖累快的，整体的速度会比更快的那个人要慢一点。这两种思路，都是合理的，但这两种思路却得出了矛盾的结果。这就意味着，那个前提很可能是错误的。“重物比轻物更快下落”这个假说本身很可能不对。这就是伽利略的思想实验。大家觉得，这个思想实验做得怎么样？

阿基里斯追乌龟实验

伽利略的思想实验是很成功的思想实验。伽利略很聪明，思维很敏锐。有人认为，比起牛顿，伽利略才是更加当之无愧的“科学之父”。但不是所有人都能像伽利略一样，做出很好的思想实验。在更遥远的古希腊，有些思想实验就不太成功。比如芝诺的阿基里斯追乌龟实验。传说中的阿基里斯被誉为希腊第一勇士，跑步速度自然很快，乌龟就是一个跑得很慢的生物。这个思想实验当然不是真的找一个人和乌龟来赛跑。而是假想有一个乌龟，它在一个人前面比如100米的位置，以较慢的速度开始跑。而那个跑得更快的人，从100米后试图追赶并超越乌龟。芝诺是这样想的。首先，阿基里斯要超越乌龟，必须先跑到乌龟最初所在的那个位置，也就是前方100米处。而他跑到这里时，乌龟又已经往前跑了一段路。此时，阿基里斯又要跑到乌龟现在所处的位置。但这段时间里，乌龟又继续往前了一些。如此循环，阿基里斯永远追不上乌龟。阿基里斯追乌龟这个思想实验，之所以不成功，就是因为它搞错了。它大致是这样的：1.阿基里斯要追赶上乌龟，必须经过无限个时间段，或者无限个距离段。2.“无限个时间段”太久了，或者“无限个距离段”太长了，人们没有这么长的时间，也无法跑过无限长的距离。因此，3.阿基里斯永远追不上乌龟。在这里，1大致没错。2的问题很大。“无限个时间段”加在一起并不一定是无限久的时间。“无限个距离段”加在一起也可能并不是无限长的距离。比如，1/2+1/4+1/8+...+(1/2)^n，当n趋向于无穷时，这就是一个无限长的数列。但这无限个片段加在一起，最多也只是1而已，并不是无穷大。

霍布斯的自然状态实验

伽利略和芝诺的思想实验，主要是和物理学或者数学有关系。有没有和人的关系更密切的思想实验呢？霍布斯和罗尔斯的思想实验就和人以及政府的关系很密切。霍布斯是英国的哲学家，他的思想实验是在描述一个人类处于自然状态，一种没有文明社会的状态。没有政府，没有国家，没有一个管理社会运转的组织和机构。霍布斯认为，在这个状态下，人人几乎是平等的。特别是，几乎每个人都能平等地杀死另一人。毕竟，再强壮的人，也经不起一个瘦弱的人在其睡觉时搬上一块大石头从高处砸到其脑袋上。霍布斯的初步结论是，没有政府的前文明时代，那是一个所有人对所有人的战争（Bellum omnium contra omnes）时代。你遇到的每一个人，都有可能杀死你，抢走你的资源。而你面前的所有人，也正在这样担心你杀死他，抢走他的所有资源。大家可能更熟悉科幻作品《三体》中的黑暗森林法则，这和霍布斯描述的“所有人对所有人的战争”是相似的。霍布斯做这个实验，目的是什么呢？霍布斯是想说，既然没有政府的前文明时代，是一个大家都杀来杀去，或者有可能杀来杀去的时代。那个时代很糟糕。所以，人们就联合起来，签一个合同，共同放弃“杀人权”，把“杀人权”交给一个类似物业管理公司的组织，也就是政府。从此以后，大家就可以更和平地生活在一起了。总之，霍布斯做这个思想实验，大体上是想要支持“我们要建立一个管理社会运转的政府”这样一个结论。那么，霍布斯这个思想实验做得好不好呢？

罗尔斯的无知之幕实验

霍布斯的《利维坦》出版于1651年，是比较老的书了。罗尔斯的《正义论》出版于1971年，还比较新。和霍布斯一样，罗尔斯也是在讨论人类社会的事情。他想要知道的不仅仅是“什么样的政府是比较好的政府?”，他想要知道“什么样的社会才是好的社会？”罗尔斯也提出了思想实验，简称无知之幕。换个更形象的例子，就是让你投胎到某一个社会当中，你不知道自己会投胎到具体哪一个家庭里，你也不知道你投胎变成的那个婴儿会有什么特征。此时，你可以设计那个那个社会的社会制度，你会怎么做？这就相当于，我们的眼睛被一块幕布蒙了起来，我们对于自己的利益所在，是无知的。此时，我们设计出来的社会制度，就是相对公平的，不会偏袒特定的人群。这就类似于，几个人去分蛋糕，让你去切蛋糕，但你只能后选要哪一块。因为你对于自己将会得到哪一块，保持了无知状态。所以你切蛋糕的时候就会尽可能公平。大家觉得，罗尔斯的这个思想实验，做得好不好呢？

图灵测试实验

霍布斯和罗尔斯的思想实验，主要是关于人类社会的。很多人对于物理学没有兴趣，对于人类社会也没有兴趣。但是对于人工智能却很感兴趣。有没有关于人工智能的思想实验？图灵和塞尔就有这样的思想实验。图灵的思想实验，就是著名的图灵测试。图灵想问，我们该怎么判断一台机器能不能像人一样思考呢？这个问题很重要。假设，真的出现了像人一样聪明的人工智能机器，那我们又怎么知道那个机器已经像人一样聪明了呢？图灵的思想实验就是，让人们和幕布后面的机器以及另一个人进行对话。但人们并不知道和自己对话的对象是人还是机器。此时，如果某一台机器能以非常灵活的方式和人类对话，让人们都无法区分这幕布背后究竟是人还是机器，那个时候，我们就说那台机器已经像人一样聪明了。图灵测试是不是和罗尔斯的无知之幕有一点点相似？这个“模仿游戏”也是要利用人们的无知。刻意不让人们获取幕布背后究竟是什么样子，是一个黑色的大盒子还是一个人形的物体。仅仅只让人们和那些对象对话。这样，人们可能就不会对非人形的机器有偏见。仅仅单纯地依靠那台机器在对话时表现出来的智能水平，来判断那台机器是否具备智能。大家觉得，图灵的这个思想实验做得如何？

中文屋子实验

塞尔的中文屋子实验也是关于人工智能的。这个思想实验大体上是反对图灵测试的。它想说，即便有机器真的能通过图灵测试，那也不能说明那样的机器就真的像人一样聪明了。中文屋子思想实验具体是这样的。塞尔是个不懂中文的人，他坐在一个大房间里。房间里有一本很厚的书，书上写着一些英文指示以及一些看起来像是汉字的图案。有人从房间外面往房间里面塞纸条，纸条上面写的是中文。塞尔当然不懂中文，但塞尔可以根据纸条上的图案的形状，查看那本很厚的书，根据书上的指令，画一张新的纸条递出门外。假设，那本手册足够好，塞尔本人的手脚也足够快。这使得房间外面那个递纸条的中国人，在收到塞尔的纸条后，误以为房间里面的那个人一定也是个懂中文的人。塞尔的这个思想实验想说明，光是以非常快的速度进行一些很机械化的操作，的确能展现出一些看似很聪明的能力，比如懂中文。但实际上，展现出这个能力的对象，并不懂中文。至少和真正的懂中文的中国人相比，这两种“懂”不是同一种懂。塞尔并不是想说，人工智能不可能实现。塞尔只是想说，人工智能不可能通过“以非常快的速度进行一些很机械化的操作”这种形式实现。大家觉得，塞尔的这个思想实验，做得如何？

思想实验的魅力

与这六个思想实验类似的实验，还有很多很多。比较有名的大概有小两百个。这些思想实验，和电子游戏很相似。在电子游戏中，我们可以拿出魔法杖，发射火球，击倒怪物，获取金币以及宝物。在现实生活中，我们做不到这些。在思想实验中，我们可以做一些在现实生活中做不到或者不方便做的事情。这些事情不仅会给我们带来娱乐体验，还会加深我们对于世界和人性的理解。无论是操作别人设计的思想实验，还是自己设计思想实验，这都是一个很有趣的过程。考虑到，我最近一本书的书稿，已经基本完成了。现在准备开一个新坑，谈论思想实验。这些思想实验有两个目的，主要目的是锻炼大家的思维能力，次要目的就是要看那个思想实验具体涉及的话题。有些涉及物理学，有些涉及经济学，有些涉及生物学，有些涉及数学，有些涉及心理学，有些涉及政治学，有些涉及计算机科学……跟哲学有关的会比较多。玩这些思想实验，并不要求大家有任何具体的知识背景。学过初中数学即可。我经常把批判性思维类比成游泳。在书桌前无法学会游泳，必须要在游泳池里。但是，在书桌前，真的有可能学会批判性思维。因为我们现在有了这么多锻炼思维的“思想实验”，它们没有什么场地要求，只要有一颗充满好奇心的大脑，就够了。虽然市面上已经有不少谈论思想实验的书籍。但我还是想为大家写一本新的。因为，大多数介绍思想实验的书籍，就像是没有导游的博物馆，里面陈列的展品也没有介绍。一部分书籍有介绍，但介绍得很差劲。还有一小部分书籍有介绍，也介绍的很好，但它们的重点也是介绍展品，而不是锻炼游客。而我的主要目的，其实不是介绍展品，介绍别人已经设计好的思想实验。我希望大家学会一种思维方法，然后用这种方法来设计自己的思想实验，同时也能学会评价别人的思想实验设计得好不好。不知道大家是否对这些侧重于方法论的思想实验，是否感兴趣呢？我还找了一位朋友，帮助绘制可爱的插图呢~