如何用思维实验来解决困难

时间:2024-06-27 00:44:07

吉诺·塞格雷(Gino Segre):

宾夕法尼亚大学物理学教授,著有《普通天才》(Ordianry Geniuses:Max Delbrück, George Gamow, and the Origins of Genomics and Big Bang Cosmology)。

如何用思维实验来解决困难

思想实验或者说思维实验的概念,从其诞生开始就是理论物理学的研究工具。我们可以在脑子里使用某种设备运行某个简单的实验,以证明或推翻一个假设。很多时候,这样的思维实验是唯一的方法,因为我们无法通过真实的实验来验证假设,比如黑洞。

思维实验在量子力学的发展中起着至关重要的作用,像玻尔和爱因斯坦这样的人,都曾通过传奇的思维实验测试他们类似不确定性原理和波粒二象性这样的想法。许多思维实验已经成为时代流行语,例如“薛定谔的猫”,人们好奇那只猫如何既死又活。而在经典力学中,研究对象总是被明确区分为两类:波和粒子,思维实验在这里是理解量子力学及其含义的工具。

思维实验的主题不必极尽标新立异,我个人最爱的是伽利略推翻亚里士多德观点的实验:论证质量不同的物体在真空中下降的加速度相同。你们可能会认为:真实实验可以用来检验假设,但是伽利略只要我们想象用一根线系着的一大一小两块石头。如果亚里士多德是对的,大小石头的下落速度不同,那么大石头将拉着小石头下落,小石头会降低大石头下降的速度。如果假设连着两块石头的线很短,那么两块石头趋于一个整体,因为这个整体的质量为两块石头质量之和,所以它下降的速度应该比它们都快。两个结论显然相互矛盾了。因此,真空环境下所有物体下落的速度都相同。

不管我们有没有察觉,我们在日常生活中总是在进行思维实验,甚至在不同领域不断进行这样的思维实验。但是,如果我们能明白它们如何进行并且知道如何积极应用它们就更好了。当我们面对困难时,我们该如何用思维实验来解决呢?也许我们的经济、政治和军事专家通过这样的方式做出决策,能达到更理想的结果。

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