天才的思考!爱因斯坦之“追光实验”(组图)

史上最著名的10个思想实验(二)


爱因斯坦著名的狭义相对论是受启于他16岁做的思想实验。
爱因斯坦著名的狭义相对论是受启于他16岁做的思想实验。(图片来源:Adobe Stock)

本文接续什么是哲学?史上最著名的10个思想实验(一)

4、爱因斯坦的光线(Einstein's Light Beam)

爱因斯坦著名的狭义相对论是受启于他16岁做的思想实验。在他的自传中,爱因斯坦回忆道他当时幻想在宇宙中追寻一道光线。他推理说,如果他能够以光速在光线旁边运动,那么他应该能够看到光线成为“在空间上不断振荡但停滞不前的电磁场”。爱因斯坦推断,如果能追上光,就意味着空间中的光像冻结了一样。但是,光不会被冻结。因此,光的速度不会慢下来,仍然以光速运动。那么,即使追上了光线,观察者也会发现光速不变,出现变化的是其它东西,如时间。对于爱因斯坦,这个思想实验证明了对于这个虚拟的观察者,所有的物理定律应该和一个相对于地球静止的观察者观察到的一样。

爱因斯坦经过了好多年才证明了自己是正确的。
爱因斯坦经过了好多年才证明了自己是正确的。(图片来源:维基百科)

解读:

爱因斯坦的“追光实验”成为他的狭义相对论基础。事实上,没人确切知道这意味着什么。科学家一直都在争论一个如此简单的思想实验是如此帮助爱因斯坦完成到狭义相对论这如此巨大的飞跃的。在当时,这个实验中的想法与现在已被抛弃的“以太”理论相违背。但他经过了好多年才证明了自己是正确的。

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几百年的船,归功于不间断的维修和替换部件。
特修斯之船描述的是一艘可以在海上航行几百年的船,归功于不间断的维修和替换部件。(图片来源:Adobe Stock)

最为古老的思想实验之一。最早出自普鲁塔克的记载。它描述的是一艘可以在海上航行几百年的船,归功于不间断的维修和替换部件。只要一块木板腐烂了,它就会被替换掉,以此类推,直到所有的功能部件都不是最开始的那些了。问题是,最终产生的这艘船是否还是原来的那艘特修斯之船,还是一艘完全不同的船?如果不是原来的船,那么在什么时候它不再是原来的船了?哲学家Thomas Hobbes后来对此进来了延伸,如果用特修斯之船上取下来的老部件来重新建造一艘新的船,那么两艘船中哪艘才是真正的特修斯之船?

解读:

对于哲学家,特修斯之船被用来研究身份的本质。特别是讨论一个物体是否仅仅等于其组成部件之和。一个更现代的例子就是一个不断发展的乐队,直到某一阶段乐队成员中没有任何一个原始成员。这个问题可以应用于各个领域。对于企业,在不断并购和更换东家后仍然保持原来的名字。对于人体,人体不间断的进行着新陈代谢和自我修复。这个实验的核心思想在于强迫人们去反思身份仅仅局限在实际物体和现象中这一常识。

6、伽利略的重力实验(Galileo's Gravity Experiment)

伽利略的重力实验证明了:所有物体自由落体的速率都是一样的。
伽利略的重力实验证明了:所有物体自由落体的速率都是一样的。(图片来源:Adobe Stock)

为了反驳亚里士多德的自由落体速度取决于物体的质量的理论,伽利略构造了一个简单的思想实验。根据亚里士多德的说法,如果一个轻的物体和一个重的物体绑在一起然后从塔上丢下来,那么重的物体下落的速度快,两个物体之间的绳子会被拉直。这时轻的物体对重物会产生一个阻力,使得下落速度变慢。但是,从另一方面来看,两个物体绑在一起以后的质量应该比任意一个单独的物体都大,那么整个系统下落的速度应该最快。这个矛盾证明了亚里士多德的理论是错误的。

解读:

这个思想实验帮助证明了一个很重要的理论:无论物体的质量,不考虑阻力的情况下,所有物体自由落体的速率都是一样的。


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