九個讓睡不著覺的著名思維實驗

都說眼見為實，但是，有時候，眼見並不一定為實。

愛因斯坦就曾說：理論的真理在你的心智中，不在你的眼睛裡。

今天，就跟各位模友玩個遊戲：看完以下9個思想實驗，你還睡得著嗎？

空地上的奶牛

認知論領域的一個最重要的思想實驗就是「空地上的奶牛」。它描述的是，一個農民擔心自己的獲獎的奶牛走丟了。這時送奶工到了農場，他告訴農民不要擔心，因為他看到那頭奶牛在附件的一塊空地上。雖然農民很相信送奶工，但他還是親自看了看，他看到了熟悉的黑白相間的形狀並感到很滿意。過了一會，送奶工到那塊空地上再次確認。那頭奶牛確實在那，但它躲在樹林裡，而且空地上還有一大張黑白相間的紙纏在樹上，很明顯，農民把這張紙錯當成自己的奶牛了。

問題出現了：雖然奶牛一直都在空地上，但農夫說自己知道奶牛在空地上是否正確？

農夫看沒看到黑白花紋，奶牛在不在空地，這是很簡單的是否判斷。而實際中的問題比這要複雜太多，所以我們經常不能斷定依據是否正確，而根據所謂依據得出的結論是否正確，只是在當前的依據下得出當前的結論，但是不保證什麼時候依據就會被推翻，到時又會有新的結論產生。。。

實際上，我們所看到的世界也可以說是「空地上的奶牛」，我們得知世界存在的依據卻只是神經傳輸給大腦的電信號，我們說世界是存在的是否正確呢？也許世界真的存在，但我們卻必須藉助視覺、聽覺、觸覺等才能感知到世界，我們能說世界存在嗎？我們感知到的就是真的世界嗎？

其實，我們對外界的感知是有所延遲的，儘管延遲很小很小，但依然有延遲。這樣，我們看到的事物、感受到的事物事實上都是已經過去的事物。

因此，可以說，我們所看到的世界其實就「黑白相間的形狀」（電信號）的物體，而不是真正的「奶牛」（世界），但我們總會說我們看到了「奶牛」（世界）。。。

空地上的奶牛最初是被Edmund Gettier用來批判主流上作為知識的定義的JTB（justified true belief）理論，即當人們相信一件事時，它就成為了知識；這件事在事實上是真的，並且人們有可以驗證的理由相信它。在這個實驗中，農民相信奶牛在空地上，且被送奶工的證詞和他自己對於空地上的黑白相間物的觀察所證實。而且經過送奶工後來的證實，這件事也是真實的。儘管如此，農民並沒有真正的知道奶牛在那兒，因為他認為奶牛在那兒的推導是建立在錯誤的前提上的。Gettier利用這個實驗和其他一些例子，解釋了將知識定義為JTB的理論需要修正。
　　
　　
　　這其實就是蓋梯爾問題。蓋梯爾問題引起了長期大範圍的爭論，產生了無數個變種。蓋梯爾剛剛提出他的問題的時候，大家都認為這確實是一個問題，但是很容易解決——只要對JTB理論進行小的補充完善就會萬事大吉。但是隨著討論的深入，所有補充完善JTB理論的企圖都被進一步變種的蓋梯爾問題擊潰，以至於有人懷疑真正完善的JTB理論是不是真的存在。
　　以下das給出自己的答案。這答案足以迎頭痛擊一切現有的蓋梯爾問題的攻擊——我希望，不要被進一步變種的蓋梯爾問題擊垮。如果本論壇能夠提出一個擊垮das的蓋梯爾式的思想實驗的反例，das將無比欣慰。
　　
　　柏拉圖認為知識是得到辯護和證明的真信念。這就是原始的JTB。
　　Das認為：
　　一、 知識是真的信念。
　　二、 這信念具有充分的理性基礎。（S具有充分的理性基礎是指：若且唯若P是人類公認的公理，Q是內部一致的有效的邏輯系統，以P為前提，通過Q，可以合理導出S。）
　　三、 知識的主體對其理性基礎有充分的了解。
　　四、 充分的程度與該知識的重要性相當。

薛丁格之貓

貓既是死的又是活的：

原文： 薛丁格在1935年發表了一篇論文，題為《量子力學的現狀》,在論文的第5節，薛丁格描述了那個常被視為惡夢的貓實驗:哥本哈根派說，沒有測量之前，一個粒子的狀態模糊不清，處於各種可能性的混合疊加.比如一個放射性原子，它何時衰變是完全概率性的。只要沒有觀察，它便處於衰變/不衰變的疊加狀態中，只有確實地測量了，它才隨機選擇一種狀態而出現。那麼讓我們把這個原子放在一個不透明的箱子中讓它保持這種疊加狀態。現在薛丁格想像了一種結構巧妙的精密裝置，每當原子衰變而放出一個中子，它就激發一連串連鎖反應，最終結果是打破箱子裡的一個毒氣瓶，而同時在箱子裡的還有一隻可憐的貓。事情很明顯：如果原子衰變了，那麼毒氣瓶就被打破，貓就被毒死。要是原子沒有衰變，那麼貓就好好地活著。

　　自然的推論：當它們都被鎖在箱子裡時，因為我們沒有觀察，所以那個原子處在衰變/不衰變的疊加狀態。因為原子的狀態不確定，所以貓的狀態也不確定，只有當我們打開箱子察看，事情才最終定論：要麼貓四腳朝天躺在箱子裡死掉了，要麼它活蹦亂跳地「喵嗚」直叫。問題是，當我們沒有打開箱子之前，這隻貓處在什麼狀態？似乎唯一的可能就是，它和我們的原子一樣處在疊加態，這隻貓當時陷於一種死/活的混合。

一隻貓同時又是死的又是活的？它處在不死不活的疊加態？這未免和常識太過衝突，同時在生物學角度來講也是奇談怪論。如果打開箱子出來一隻活貓，那麼要是它能說話，它會不會描述那種死/活疊加的奇異感受？恐怕不太可能。

難怪霍金聽到薛丁格的貓這個實驗時說：「我去拿槍來把貓打死！」

愛因斯坦的光線

愛因斯坦的夢想：

愛因斯坦16歲時，就曾幻想：如果我能夠以光速在宇宙中追尋一道光線，那麼，我應該能夠看到這道光線成為「在空間上不斷振蕩但停滯不前的電磁場」。

愛因斯坦的狹義相對論就是啟發於這裡。

其實，關於這個思想實驗還有兩個比較簡單的說法，就是：「假如愛因斯坦以光速飛行，他還能從鏡子中看到自己的臉嗎？」

或者"假如愛因斯坦坐在以光速飛行的宇宙飛船中，那在飛船內從尾端發出的光線能否到達飛船頭部"。

這兩種說法可以從愛因斯坦在十年後的結論中得到答案。

對於簡化後的第一種說法，根據相對論，即使以光速飛行，一個人也能夠從鏡子中看到自己的臉。不過，我們是不可能達到光速的。因此，可以改成這樣：無論怎樣以接近光速的速度運動，也可以從鏡子中看到自己的臉。

第二種說法的話，假設光是與其它東西不同的，「如果光速關於運動系統(光源)獨立，則儘管在以光速運動的系統中，光會充滿整個房間……光不管光源速度如何都以光速運動。這個矛盾被解決了。"

特修斯之船

對於一艘在海上航行的船，每次一塊木板或者其他零件壞掉，都要換上新的木板以及零件，這樣的話，經過很長一段時間，這艘船所有的部件就都不是最開始的那些了。

問題來了：最終產生的這艘船是否還是原來的那艘船，或者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呢？

後來，哲學家託馬斯·霍布斯（Thomas Hobbes）對此還做了一個延伸：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？

亞里斯多德認為可以用描述物體的四因論解決這個問題。構成材料是質料因，物質的設計和形式是形式因，形式因決定了物體是什麼。基於形式因，忒修斯之船還是原來的船，因為雖然材料變了，但船的形式因沒有變。

如果我們用集合論來解釋的話，特修斯之船就是一個集合，船上的部件就是它的元素。當更換部件時，集合中的元素發生了變化。

例如原來船上的木板有A、B、C......，它們都是"特修斯之船"這個集合的元素；假如把木板A換成木板Z，那麼"特修斯之船"這個集合的元素就變為木板Z、B、C.....。

也就是說，當我們更換部件時，"特修斯之船"的定義改變了。

人體細胞每七年更新一次，那麼，七年後，你還是你？

量子力學裡頭有一個「全同原理」，說的是同類的粒子之間本質上是不可區分的。兩個氫原子之間沒有性質的區別。你用這個氫原子代替水分子中的那個氫原子，這個水分子的性質沒有任何改變。

那麼，問題就來了：我們的身體都是由基本粒子構成的，而且從我們誕生那一天起，一刻不停地進行著新陳代謝，新陳代謝的速度遠比我們一般人想像的快的多。科學家用『示蹤元素』參與新陳代謝的實驗證明，新陳代謝速度比科學家以前想像的速度也要快的多。今天組成你身體的元素，與昨天有很大不同，與幾年以前幾乎完全不同。但是我們仍然認為你還是你，現在的你和幾年前的你是同一個人，這是為什麼呢？

因為「全同原理」存在，組成你的身體的元素雖然被替換了一遍，但是同類粒子之間是完全一樣的，沒有性質的區別。用這個氫原子代替你身體裡的那個氫原子，你身體的性質不發生任何改變。

當然，你比幾年前長大了一些或者變老了一些，這是由於你身體的結構發生了一點細微的變化——組成你身體的元素之間的相互關係發生了一點改變，而不是由於替換了元素的關係。

我們認定同一性——認定一個事物是不是它本身的依據不是組成這一事物的元素，而是這一事物的內部結構——元素之間的關係，以及這一事物的時空連續性。

僅僅結構相同，並不表明他們就是同一事物，還必須同時具備時空連續性才行。

我們可以按照一張圖紙建造兩座大樓，我們假設建築工人都是絕頂高手，兩個大樓的任何一個分子、原子都完全一樣，這兩座大樓具有一模一樣的結構，但他們顯然是兩個事物。兩座大樓同時處於空間的不同位置，它們當然不可能是一個東西。我從來沒有見過你的身體同時在兩個地方，即使幾十年來我一刻不停地盯著你看，也是如此。如果我在兩個地方見過你——一次在家裡、一次在學校，那肯定不是同時，一定是不同的時間。而且我可以肯定：你一定有一個從家裡到學校的連續的運動過程，雖然你在不同的時間，可以在不同的地方，但是任何一個特定的時刻，你肯定在一個唯一的地方。

同樣道理，僅僅具有時空連續性，結構完全不同也不成：

《我們把一輛汽車砸碎了煉成鐵塊，用這鐵塊製成一座金屬雕像，雖然它具有時空的連續性，但是它的結構徹底改變了，我們不能說雕像就是原來的汽車。它們不具有同一性。》

以上是錯誤的例子：我們可以得出汽車的本質是鐵，再製成汽車，再煉製成金屬雕像，它具有時空的連續性，他的形狀發生了改變，如果我們不計算形態轉變的損耗，我們可以說金屬雕像就是鐵，因為他本身的分子結構並沒有發生改變，我們還是可以說金屬雕像就是鐵，雖然形狀發生了改變，但是他們還是具有同一性。

對於事物的認知還是源於對於第二人的初次理解，我們假設特修斯之船出海之後隨著時間的推移所有部件都換了一遍，而另外一些人用換下來的船板和部件再組裝一艘船，當這兩艘同時出現時哪艘才是真正的「特修斯之船」呢？而且我們假設「船員」也算是船的「一部分」，那麼當再某一時間單位兩艘船同時出現時，哪艘才是真正的「特修斯之船」呢？

好了，我們有足夠的知識了，我們再回過頭來看看「特修斯之船」

特修斯之船不斷更換部件，最後所有的部件都換了一遍。在整個過程中，它顯然具有時空連續性，就好像你的身體不斷進行新陳代謝，但絲毫不影響其時空連續性；更換的船板和以前的船板有點區別，但差別不大，功能完全一樣，和整個船的複雜性比起來，這點差別可以忽略不計，整個船的結構基本沒有改變，即使有一些改變，也像你比幾年前變老了一點一樣，這點差別完全不影響同一性。因此忒修斯之船還是忒修斯之船，你就是把船板更換一千遍，它還是它自己——這根本不影響同一性。

你用換下來的船板和部件再組裝一艘船，結構一樣不一樣我不管，它和忒修斯之船沒有時空連續，因而那是另外一艘船。你叫它什麼都行，它不是特修斯之船

缸中之腦

1981年，希拉蕊·普特南(Hilary Putnam)在他的《理性，真理與歷史》一書中，提出了這個遐想：

一名邪惡的科學家切下你的大腦，放進一個盛有維持腦存活營養液的缸中。腦的神經末梢連接在計算機上，這臺計算機按照程序向腦傳送信息，以保證你維持一切完全正常的幻覺。

這臺計算機可以模擬你日常的一切體驗，包括自身的運動、身體感覺、記憶都可以輸入。甚至可以輸入代碼，讓你感覺自己正在這裡閱讀一段有趣而荒唐的文字。

如果這確實可能的話，你要如何來證明你周圍的世界是真實的，而不是由一臺電腦產生的某種模擬環境？

很多科幻電影，如《黑客帝國》，就是在這個思想實驗的影響下創作出來的。

事實上，在很久很久以前，笛卡爾在他的《第一哲學沉思錄》中，提出過類似的擔憂：一個人所有的經歷是否有可能都只是一個「惡毒的魔鬼」所造成的結果。

對於這個問題，笛卡爾認為，所有的思考都是以一個思考者為前提的：即使在懷疑的過程中，你意識到至少需要一個正在懷疑的自我的存在。

電車難題

「電車難題」有很多個版本，其中一個版本就是：一個瘋子把五個無辜的人綁在了電車軌道上。一輛失控的電車朝他們駛來，並且片刻後就要碾壓到他們。現在，你是那個控制電車拉杆的人，只要拉一下杆，電車就可以開到另一條軌道上。然而，現在另一條軌道上也綁了一個人，如果你什麼都不做，電車撞死5個人，但如果你選擇變道，就會撞死一個人。

那麼，你是選擇拉杆還是不拉杆呢？

功利主義認為，為追求對最大多數人來說的最大效益，應該犧牲少數人來拯救多數人。因此，很明顯是選擇拉杆，拯救五個人而只殺死一個人。

然而，康德主義認為，道德應該建立在必要的義務責任上。如果不可以殺人是一種道德義務，那你就不應該拉杆，讓那個人被撞死，即使這個行為的後果是撞死另外五個人。而你一旦拉了拉杆，你就成為一個不道德行為的同謀——你應該為另一條軌道上的那個人的死負部分責任。

還有，在你身處的這種狀況下，你必須有所作為，倘若你什麼都不做，就是眼睜睜的看著電車撞死5個人，這也會是同等的不道德。。。

這個思想實驗想要表達的重點就是：不存在完全的道德行為。

不過，如果另一條軌道上的那個人是你的親人的話，你肯定選擇不拉杆。

囚徒困境

兩個嫌疑犯作案後被警察抓住，分別關在不同的屋子裡接受審訊。警察知道兩人有罪，但缺乏足夠的證據。

警察告訴每個人：

如果兩人都抵賴，各判刑一年；

如果兩人都坦白，各判八年；

如果兩人中一個坦白而另一個抵賴，坦白的放出去，抵賴的判十年。

這樣，每個囚徒都面臨兩種選擇：坦白或抵賴。

然而，不管同夥選擇什麼，每個囚徒的最優選擇是坦白：

如果同夥抵賴、自己坦白的話放出去，抵賴的話判十年，坦白比不坦白好；

如果同夥坦白、自己坦白的話判八年，比起抵賴的判十年，坦白還是比抵賴的好。

結果，兩個嫌疑犯都選擇坦白，各判刑八年。

這個思想實驗告訴我們：在沒有得到充分信息，和面對自身利益驅使的情況下，我們很難做出有利於所有人的正確選擇。

這種困境在於，對於所有的囚徒自己來說，坦白比抵賴有利——但事實上最優的選擇是全都抵賴。如果兩人都抵賴，就是各判一年。

囚徒困境所反映出的深刻問題是：人類的個人理性有時能導致集體的非理性——聰明的人類會因自己的聰明而作繭自縛。

囚徒們雖然彼此合作，堅不吐實，可為全體帶來最佳利益（無罪開釋），但在對方的表現不明的情況下，因為出賣同夥可為自己帶來利益（縮短刑期），也因為同夥把自己招出來可為他帶來利益，因此彼此出賣雖違反最佳共同利益，反而是自己最大利益所在。但實際上，執法機構不可能設立如此情境來誘使所有囚徒招供，因為囚徒們必須考慮刑期以外之因素（出賣同夥會受到報復等），而無法完全以執法者所設立之利益（刑期）作為唯一考量的因素。

整理囚徒困境的基本博弈結構，可更清楚地分析囚徒困境。 實驗經濟學常用這種博弈的一般形式分析各種論題。以下是實現一般形式的其中一例：

有兩個參與者和一個莊家。參與者每人有一式兩張卡片，各印有「合作」和「背叛」。參與者各把一張卡片文字面朝下，放在莊家面前。文字面朝下排除了參與者知道對方選擇的可能性。然後，莊家翻開兩個參與者卡片，根據以下規則支付利益：

· 一人背叛、一人合作：背叛者得5分（背叛誘惑），合作者0分（受騙支付）。

· 二人都合作：各得3分（合作報酬）。

· 二人都背叛：各得1分（背叛懲罰）。

簡單博弈獲得的點數可以得出一些一般化的結論。

若以T（Temptation）=背叛誘惑，R（Reward）=合作報酬，P（Punishment）=背叛懲罰，S（Suckers）=受騙支付，以個人選擇得分而言，可得出以下不等式。

T>R>P>S

（解：從5>3>1>0獲得以上不等式）

若以整體獲分而言，將得出以下不等式。

2R>T+S或2R>2P

（解：2×3>5+0或2×3>2x1；合作2人共得6分，比起互相背叛的共得2分及單獨背叛的共得5分，顯然合作獲分比背叛高。合作在團體而言是支配性策略。）

而重複博弈或重複的囚徒困境將會使參與者從注重T>R>P>S轉變成注重2R>T+S。就是說將使參與者脫離困境。以上理論是道格拉斯·霍夫施塔特（侯世達）創建的。

無限猴子定理

如果無限多的猴子在無限多的打字機上隨機打字，並持續無限久的時間，那麼在某個時候，它們必然會打出莎士比亞的全部著作。

「猴子定律」或者叫「溼猴理論」的出處還是比較清楚的。大多數網站都提到，它出自一本名叫《為未來競爭（Competing for the Future）》的商業書籍。這本書的兩位作者，一位是加裡·哈梅爾（Gary Hamel），美國著名的管理學專家；另一位是普哈拉（C. K. Prahalad），密西根商學院的企業管理教授。他們在書裡說，是從「一個朋友」處聽來的實驗。這個所謂的「實驗」是否真實存在我們下文討論。目前可以確定的是，將這個真實性存疑的「實驗」寫成通俗讀本，引入大眾文化圈的，正是這本商業管理領域的書籍。而最早將這個書本上的故事轉載到網際網路上是一家商業網站，他們則對這個故事有明確的定性，稱它是一個「寓言」（fable）。

或許是受限於20世紀前網絡的不發達，早先這個故事流傳得並不廣泛。直到21世紀，伴隨著網際網路的蓬勃發展，這個故事出現的頻率越來越高，尤其是近三年。在傳播的過程中，「溼猴理論」慢慢地發生了變化：人們不再提到它是從哪來的，也忘記了它本是一個商業寓言，而是將其描述得越來越像是真實的科學實驗。

在論述這個「實驗」之後，各家都有對它的解讀：有的教育人們不要扼殺新人的積極性；有的拿這些猴子作為模型討論企業文化；還有的從中看到了人性的險惡。不過不管細節怎麼改變，「實驗」的流程、結果都與《為未來競爭》中那個寓言大致是一致的 。

其實，不必要出現了兩件無限的事物，一隻猴子打字無限次已經足夠打出任何文章，而無限只猴子則能即時產生所有可能的文章。

也許，你會覺得很不可思議，但實際上在數學上是可以證明的。

不過在現實中，這個定理是不可能實現的，但這並沒有阻止人們的嘗試：

2003年，一家英國動物園的科學家們「試驗」了無限猴子定理，他們把一臺電腦和一個鍵盤放進靈長類園區。可惜的是，猴子們並沒有打出什麼十四行詩，它們只打出了5頁幾乎完全是字母"S"的紙。。。。

中文房間

中文房間（Chinese room，the Chinese room argument）又稱作華語房間，是由美國哲學家約翰·希爾勒（John Searle）在1980年設計的一個思維試驗以推翻強人工智慧（機能主義）提出的過強主張：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以及可以像人一樣地進行理解活動。

一位只會說英語的人在一個房間之中，這間房間除了門上有一個小窗口以外，全部都是封閉的。他隨身帶著一本寫有中文翻譯程序的書。房間裡還有足夠的稿紙、鉛筆和櫥櫃。

寫著中文的紙片通過小窗口被送入房間中，房間中的人可以使用他的書來翻譯這些文字並用中文回復。

這樣，房間裡的人可以讓任何房間外的人以為他會說流利的中文。。。

所以說，就算計算機技術無比先進，看上去已經能用語言自然與人交流，但是它們仍然無法真正懂得語言本身。從本質上說，計算機永遠只是被限定在操作字符上。

這個實驗徹底否定了「圖靈論證」的可靠性，並且還說明了人工智慧所能達到的極限，包括機器學習和潛在的人工智慧的可能性，AI 最多也只是能做到不懂裝懂。