天才的思考!愛因斯坦之「追光實驗」(組圖)

史上最著名的10個思想實驗(二)


愛因斯坦著名的狹義相對論是受啟於他16歲做的思想實驗。
愛因斯坦著名的狹義相對論是受啟於他16歲做的思想實驗。(圖片來源:Adobe Stock)

本文接續什麼是哲學?史上最著名的10個思想實驗(一)

4、愛因斯坦的光線(Einstein's Light Beam)

愛因斯坦著名的狹義相對論是受啟於他16歲做的思想實驗。在他的自傳中,愛因斯坦回憶道他當時幻想在宇宙中追尋一道光線。他推理說,如果他能夠以光速在光線旁邊運動,那麼他應該能夠看到光線成為「在空間上不斷振蕩但停滯不前的電磁場」。愛因斯坦推斷,如果能追上光,就意味著空間中的光像凍結了一樣。但是,光不會被凍結。因此,光的速度不會慢下來,仍然以光速運動。那麼,即使追上了光線,觀察者也會發現光速不變,出現變化的是其它東西,如時間。對於愛因斯坦,這個思想實驗證明了對於這個虛擬的觀察者,所有的物理定律應該和一個相對於地球靜止的觀察者觀察到的一樣。

愛因斯坦經過了好多年才證明了自己是正確的。
愛因斯坦經過了好多年才證明了自己是正確的。(圖片來源:維基百科)

解讀:

愛因斯坦的「追光實驗」成為他的狹義相對論基礎。事實上,沒人確切知道這意味著什麼。科學家一直都在爭論一個如此簡單的思想實驗是如此幫助愛因斯坦完成到狹義相對論這如此巨大的飛躍的。在當時,這個實驗中的想法與現在已被拋棄的「以太」理論相違背。但他經過了好多年才證明了自己是正確的。

5、特修斯之船(The Ship of Theseus)

特修斯之船描述的是一艘可以在海上航行幾百年的船,歸功於不間斷的維修和替換部件。
特修斯之船描述的是一艘可以在海上航行幾百年的船,歸功於不間斷的維修和替換部件。(圖片來源:Adobe Stock)

最為古老的思想實驗之一。最早出自普魯塔克的記載。它描述的是一艘可以在海上航行幾百年的船,歸功於不間斷的維修和替換部件。只要一塊木板腐爛了,它就會被替換掉,以此類推,直到所有的功能部件都不是最開始的那些了。問題是,最終產生的這艘船是否還是原來的那艘特修斯之船,還是一艘完全不同的船?如果不是原來的船,那麼在什麼時候它不再是原來的船了?哲學家Thomas Hobbes後來對此進來了延伸,如果用特修斯之船上取下來的老部件來重新建造一艘新的船,那麼兩艘船中哪艘才是真正的特修斯之船?

解讀:

對於哲學家,特修斯之船被用來研究身份的本質。特別是討論一個物體是否僅僅等於其組成部件之和。一個更現代的例子就是一個不斷發展的樂隊,直到某一階段樂隊成員中沒有任何一個原始成員。這個問題可以應用於各個領域。對於企業,在不斷併購和更換東家後仍然保持原來的名字。對於人體,人體不間斷的進行著新陳代謝和自我修復。這個實驗的核心思想在於強迫人們去反思身份僅僅侷限在實際物體和現象中這一常識。

6、伽利略的重力實驗(Galileo's Gravity Experiment)

伽利略的重力實驗證明了:所有物體自由落體的速率都是一樣的。
伽利略的重力實驗證明了:所有物體自由落體的速率都是一樣的。(圖片來源:Adobe Stock)

為了反駁亞里士多德的自由落體速度取決於物體的質量的理論,伽利略構造了一個簡單的思想實驗。根據亞里士多德的說法,如果一個輕的物體和一個重的物體綁在一起然後從塔上丟下來,那麼重的物體下落的速度快,兩個物體之間的繩子會被拉直。這時輕的物體對重物會產生一個阻力,使得下落速度變慢。但是,從另一方面來看,兩個物體綁在一起以後的質量應該比任意一個單獨的物體都大,那麼整個系統下落的速度應該最快。這個矛盾證明了亞里士多德的理論是錯誤的。

解讀:

這個思想實驗幫助證明了一個很重要的理論:無論物體的質量,不考慮阻力的情況下,所有物體自由落體的速率都是一樣的。


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