在思想实验中，人们似乎以一个无知的状态为起点，静坐，沉思……无需任何新的经验数据的介入，就可得到新的知识。这些“新知识”在科学史中的许多关键时刻，都发挥了无可替代的作用。比如说，伽利略的自由落体运动实验、麦克斯韦妖实验、爱因斯坦的追光实验等。可除了知道思想实验是在思维中运作，具有实验的一般形象外，人们很难清楚地说出它们究竟是什么。但这并不能遮掩住思想实验以其独特的魅力，在科学史中闪现出耀眼的光芒。

　　“实验传统”的偏颇

　　在科学活动中，作为一种有效的方法，实验受到科学家的普遍青睐。彭加勒甚至认为“实验是真理的唯一源泉。唯有它能够告诉我们一切新东西，唯有它能够给我们确定性”。不过，产生于近代科学中的这一“实验传统”是有失偏颇的，因为在绝大部分人的观念中，这里的“实验”仅仅指物质实验而已。在漫长的科学史中，思想实验一直为人们所忽视。

　　从科学史的初始之时直到16世纪的漫长岁月里，思想实验由于其思维特征而在科学活动中占据着主导地位。即使在近代科学中，物质实验成为科学研究的主要手段之后，也无法否认思想实验依旧不时地发出独特的光芒。伽利略的自由落体运动实验、惯性运动实验、牛顿的水桶等可为佐证。进入20世纪以后，思想实验再次发挥重要作用，爱因斯坦相对论的成功和量子力学领域中所取得的进展，大多来源于思想实验的推动。

　　思想实验的本质

　　自20世纪80年代以来，思想实验逐渐引起人们的重视，有关思想实验的研究主要集中在关于其本质是什么的争论。将思想实验和物质实验作一细致的比较，会让人们对思想实验有一个深入的理解。

　　从实验中现象发生变化的过程来看，似乎二者并没什么两样。但从两类实验中现象的具体形态上看，却是大不相同的。思想实验中的现象是一个抽象的实体，代表着一类事物。它是一个清晰的概念，但其具体形象却很模糊。比如，爱因斯坦追光实验中的那个追着光柱奔跑的人，我们无需知晓这个人的性别、身高、体重、年龄、装备等具体细节，只要知道他能以光速追着光柱奔跑就够了。再如麦克斯韦妖中的小妖形象，它有几只脚，有没有尾巴，会不会说话等，我们也都不知道，只知道它有追踪分子去向的特殊功能。然而，在物质实验中它们是明显不符合要求的。作为物质实验对象的现象必须是一个具体的可量化的物质实体，且人们对于其量化的精度要求越高越好。

　　从实验的条件看，为了使事物的现象清楚明白地呈现出来，物质实验中常常要求精确度很高的实验条件。这就是实验条件的优越化。而思想实验的条件相对于物质实验中优越化的条件而言，要高出许多。其中大多数明显是在物质世界中无法实现的，如光滑无摩擦的平面、追着光柱奔跑的人、可跟踪分子的小妖等。

　　通过对比，人们可以发现，一个思想实验就是在理想化的条件下，一个具有自然物形象的概念实体的演变过程。这一过程必须符合基本的逻辑推理。

　　思想实验的优越性

　　物质实验无疑是一种优越的探索世界的手段，同时也受到物质条件的约束。相对而言，由于理想化的条件设置，思想实验有着诸多优点。

　　尤其是现代科学活动中，物质实验对条件的要求越来越高，无论是宇观世界，还是微观世界的探索中，科学每前进一步，都会面临着巨大的困难和挑战。而在思想实验中，情况则完全不同。在光子盒思想实验中，爱因斯坦设想在一个密封的盒子里面有一辐射源，另有一时钟和一个弹簧秤。实验中，当辐射现象发生时，里面的时钟控制着盒子快门的开启，同时弹簧秤测量了盒子重量。这样就可以将辐射发生后盒子的重量和发生前进行对比。结论是：粒子的时间和能量可同时获得，测不准原理面临失效。事实上，要想实际操作此实验，必须具备的物质条件的精确度非常高。而这样的条件目前的科学水平无法提供。比如符合要求的时钟和弹簧秤。但思想实验则无需那样复杂的仪器、精良的设备、高昂的科研经费和庞大的科研团队，便可达到目的。

　　思想实验在现代科学中的领地

　　20世纪的科学发生了巨大的变化。“缘由是爱因斯坦相对论的发现和量子力学研究的开展”。1905年，爱因斯坦狭义相对论诞生，改变了人们思想深处的许多常识性的，尤其是有关世界的本来面目的观念性知识。耐人寻味的是，爱因斯坦很少做物质实验。他的一生中，给人们留下的许多经典实验，诸如追光实验、爱因斯坦电梯、爱因斯坦火车、光子盒、EPR佯谬等都是思想实验，而非可实际操作的物质实验。这表明：在以后的科学发展中，思想实验将逐渐发挥越来越大的作用。

　　当然，这并不表明物质实验不再起作用。迄今为止，人们对于世界的认识仍然基于三个部分理论之上：牛顿力学、量子力学和广义相对论。它们分别对应着三个世界：宏观世界、微观世界和宇观世界。物质实验和思想实验在不同世界的探索中分别扮演着不同的角色。

　　毫无疑问，物质实验在宏观世界的探索中依然有效，而且一直发挥着主导作用。而在微观世界和宇观世界中，物质实验由于其本身条件的制约，难以发挥主导作用，虽然许多科学家正在努力地将他们在宏观世界中获得的成功经验推广到微观世界和宇观世界中，但物质实验所捕获的那些经验数据，在揭开宇宙起源或者是粒子世界的奥秘中只能作为辅助手段，真正发挥主导作用的非思想实验莫属。

　　总之，在未来的科学探索中，思想实验与物质实验应发挥各自优势，分别在各自领域，共同为人类不断揭开世界的神秘面纱而努力。

　　（出处：中国社会科学报　作者：赵煦　单位：东南大学、金陵科技学院）

　　

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