思维实验：在大脑中运行的实验

伤我心太深

说到实验，你首先想到的是什么？是跟我一样永远不能忘记第一次看到老师用火柴点燃倒扣在塑料杯下面的氢气时，发出的那一声巨大的爆炸声和自己的惊呼声？还是想起传说中的伽利略在比萨斜塔上面扔下一大一小两只铁球（当然，这只是个传说而已），用它们的同时落地来推翻亚里士多德的论断“重的物体比轻的物体下落得更快”？你的脑海中一定翻腾起无数你曾经看到过或者亲自做过的实验。但是你有没有想过，有一种实验叫做“思维实验”，而正是这种思维实验极大地推动了科学的发展。我知道你心里已经开始犯嘀咕了，这就给你举例证明。关于思维实验的科学史上最著名的例子就是伽利略做的实验，用来推翻亚里士多德重物下落得更快的论断。
（以下对话纯属虚构。）
伽利略说：“亲爱的亚里士多德先生，您不是说重的东西比轻的东西下落得更快吗？那么如果我们把一个铁块和一个木块用绳子拴在一起，从高处扔下来会发生什么？按照您的说法，较轻的木块下落得慢，因此他会拖累铁块的下落，所以他们会比单扔一个铁块下落得慢一点，是不是这样？”
亚里士多德说：“没错，逻辑正确。”
伽利略说：“但是，铁块和木块拴在一起以后，总重量却要比一个铁块更加重了啊，那么岂不是他们又应该比单个铁块下落得更快？”
亚里士多德说：“呃……”
伽利略说：“这个实验我们不用实际做一下了吧，单单就在我们脑子里面做一下就可以发现您的理论是自相矛盾的。”
亚里士多德说：“你让我想想，你让我想想……”
上面就是一个思维实验的生动例子，在头脑中运行的实验有时候往往比真正的实验更具有说服力。爱因斯坦就是一个思维实验的大师，相对论的诞生和思维实验密不可分，甚至可以说没有爱因斯坦在大脑中运行的那些实验，相对论就不可能诞生。在本书中，我将带你一起领略很多奇思妙想的思维实验，感受头脑风暴所带来的快乐。
佯谬——乍一看肯定是不对的，但没想到确是真的。
在物理学里面，经常会遇到一些很有趣的事情，这些事情总是一开始让你觉得是不可能发生的，但恰恰最后又被实验证明是千真万确的。像这样的事情，中文里面有一个词就叫做“佯谬”。佯，就佯装伪装的意思；谬，就是谬误错误的意思；佯谬就是佯装是错误的，其实是正确的。在我们这本书中，会出现很多有趣的佯谬。我们先举一个统计学中著名的佯谬的例子给大家看（本例子来源于果壳网）：
我高考终于考完了，考得相当不错呢，终于到了填写志愿的时候，东方大学（简称东大）和神州大学（简称神大）都是我向往的学校，录取分数都差不多，到底第一志愿要填报哪所大学呢？想来想去，为了终生大事我决定报考女生更多的大学，于是我开始在网上搜索两个大学的数据进行研究。“物理系，东大男女比例（就是男生数量比上女生数量）大于神大（东大是5：1，神大是2：1，两所学校物理系都是男生多）；外语系，东大男女比例又是大于神大（东大是：1，神大是：1，两所学校外语系都是女生多，但东大的男女比例更大一点）……哇，怎么所有专业东大的男女比例都高于神大啊？那还犹豫什么呢，我肯定报神大了！”两个月后我顺利地进入了神州大学，正当我得意于我的选择的时候，我悲剧地看到了一份资料，上面写得清清楚楚：东大的整体男女比例小于神大。我靠，什么？！有没有搞错？怎么可能东大的所有专业男女比例都高于神大，但是整体男女比例却低于神大了呢？！不带这样玩我的！！肯定是哪里算错了吧？于是我拿出计算器狂敲，却发现网上的数据没错，我也没有算错数据，结果却是千真万确的。这种情况真的可能发生吗？是的，这就是著名的统计学上的“辛普森佯谬”，看起来不可能的事情真的发生了。
你可能还是不相信，那么我们来编造两份数据，你自己可以亲自动手演算一下：
物理系数据：
男生人数
女生人数
男女比例
东方大学
35
7
5：1（大）
神州大学
100
50
2：1
外语系数据：
男生人数
女生人数
男女比例
东方大学
50
100
：1（大）
神州大学
10
50
：1
学校整体数据（两个专业之和）：
男生人数
女生人数
男女比例
东方大学
85
107
：1（大）
神州大学
110
100
：1
所以说，这个世界的奇妙往往远大于你的想象，还有无数更加不可思议的佯谬在前面等着我们。在本书中你会看到发生在一对双胞胎兄弟身上的佯谬推动了爱因斯坦的深度思考，让相对论发生了质的飞跃。