十个著名的思想实验，值得了解！（2）

十个著名的思想实验，值得了解！（2）
（续昨天）
7.猴子和打印机
猴子和打字机（Monkeys and Typewriters），如果无数多的猴子在无数多的打字机上随机的打字，并持续无限久的时间，那么在某个时候，它们必然会打出莎士比亚的全部著作。

猴子和打字机的设想在20世纪初被法国数学家Emile Borel推广，但其基本思想——无数多的人员和无数多的时间能产生任何/所有东西——可以追溯至亚里士多德。

【解读】
简单来说，“猴子和打字机”定理是用来描述无限的本质的最好方法之一。

人的大脑很难想象无限的空间和无限的时间，无限猴子定理可以帮助理解这些概念可以达到的宽度。

猴子能碰巧写出《哈姆雷特》这看上去似乎是违反直觉，但实际上在数学上是可以证明的。

这个定理本身在现实生活中是不可能重现的，但这并没有阻止某些人的尝试：2003年，一家英国动物园的科学家们“试验”了无限猴子定理，他们把一台电脑和一个键盘放进灵长类园区。

可惜的是，猴子们并没有打出什么十四行诗。

根据研究者，它们只打出了5页几乎完全是字母“s”的纸。

8.中文房间
其实验可表示为：一个人手中拿着一本象形文字对照手册，身处图中所提及的房子中。

而另一人则在房间外向此房间发送象形文字问题。

房间内的人只需按照对照手册，返回手册上的象形文字答案，房间外的人就会以为房间内的人是个会思维的象形文字专家。

然而实际上房子内的人可能对象形文字一窍不通，更谈不上什么智能思维。

由于英语用同一个字的来表示“中国的”和“中国语言”（即中文），不少未真正了解本题目内容的人都将本题错译成中国房间或中国屋(例如：本条目的西班牙语版本也是写成“La Sala China”—中国房间)。

【解读】
“中文房间”最早由美国哲学家John Searle于20世纪80年代初提出。

这个实验要求你想象一位只说英语的人身处一个房间之中，这间房间除了门上有一个小窗口以外，全部都是封闭的。

他随身带着一本写有中文翻译程序的书。

房间里还有足够的稿纸、铅笔和橱柜。

写着中文的纸片通过小窗口被送入房间中。

根据Searle，房间中的人可以使用他的书来翻译这些文字并用中文回复。

虽然他完全不会中文，Searle认为通过这个过程，房间里的人可以让任何房间外的人以为他会说流利的中文。

Searle创造了“中文房间”思想实验来反驳电脑和其他人工智能能够真正思考的观点。

房间里的人不会说中文；他不能够用中文思考。

但因为他拥有某些特定的工具，他甚至可以让以中文为母语的人以为他能流利的说中文。

根据Searle，电脑就是这样工作的。

它们无法真正的理解接收到的信息，但它们可以运行一个程序，处理信息，然后给出一个智能的印象。

9.薛定谔之猫
“薛定谔之猫”又名“薛定谔的猫”，是关于量子理论的一个理想实验，薛定谔之猫的概念提出是为了解决爱因斯坦的相对论所带来的祖母悖论，即平行宇宙之说。

什么是薛定谔的猫？这要从头说起。

薛定谔（E.Schrodinger，1887—1961）是奥地利著名物理学家、量子力学的创始人之一，曾获1933年诺贝尔物理学奖。

量子力学是描述原子、电子等微观粒子的理论，它所揭示的微观规律与日常生活中看到的宏观规律很不一样。

处于所谓“叠加态”的微观粒子之状态是不确定的，例如：电子可以几乎同时位于几个不同的地点，直到被观察测量（观测）时，才在某处出现。

这种事如果发生在宏观世界的日常生活中，就好比：我在家中何处是不确定的，你看我一眼，我就突然现身于某处——客厅、餐厅、厨房、书房或卧室都有可能，而在你看我之前，我像云雾般隐身在家中，穿墙透壁到处游荡。

这种“魔术”别说常人认为荒谬，物理学家如薛定谔也想不通。

于是薛定谔就在1935年编出了这个佯谬，以引起注意。

薛定谔想要借此阐述的物理问题是：宏观世界是否也遵从
适用于微观尺度的量子叠加原理。

“薛定谔的猫”佯谬巧妙地把微观放射源和宏观的猫联系起来，旨在否定宏观世界存在量子叠加态。

是薛定谔试图证明量子力学在宏观条件下的不完备性而提出的一个思想实验。

把一只猫放进一个不透明的盒子里，然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。

设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。

如果发生衰变，它将会发射出一个粒子，而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置，打开装有毒气的容器，从而杀死这只猫。

根据量子力学，未进行观察时，这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态，但是，如果在一个小时后把盒子打开，实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。

薛定谔在1935年发表了一篇论文，题为《量子力学的现状》，在论文的第5节，薛定谔描述了那个常被视为恶梦的猫实验：哥本哈根学派说，没有测量之前，一个粒子的状态模糊不清，处于各种可能性的混合叠加。

比如一个放射性原子，它何时衰变是完全概率性的。

只要没有观察，它便处于衰变/不衰变的叠加状态中，只有确实地测量了，它才会随机地选择一种状态而出现。

那么让我们把这个原子放在一个不透明的箱子中让它保持这种叠加状态。

薛定谔想象了一种结构巧妙的精密装置，每当原子衰变而放出一个中子，它就激发一连串连锁反应，最终结果是打破箱子里的一个毒气瓶，而同时在箱子里的还有一只可怜的猫。

事情很明显：如果原子衰变了，那么毒气瓶就被打破，猫就被毒死。

要是原子没有衰变，那么猫就好好地活着。

这个理想实验的巧妙之处，在于通过“检测器－原子－毒药瓶”这条因果链，似乎将铀原子的“衰变－未衰变叠加态”与猫的“死－活叠加态”联系在一起，使量子力学的微观不确定性变为宏观不确定性；微观的混沌变为宏观的荒谬——猫要么死了，要么活着，两者必居其一，不可能同时既死又活！难怪英国著名科学家霍金听到薛定谔猫佯谬时说：“我去拿枪来把猫打死！”
【解读】
如果我们不揭开密室的盖子，根据我们在日常生活中的经验，可
以认定，此猫或者死，或者活，这是它的两种本征态。

但是，根据量子力学，我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫，则只能说，它处于一种活与不活的叠加态，我们只有在揭开盖子的一瞬间，才能确切地知道此猫是死是活，此时，猫的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态。

这与我们的日常经验严重相违，揭开盖子前，要么死，要么活，怎么可能不死不活，又死又活？薛定谔挖苦说：按照量子力学的解释，箱中之猫处于“死－活叠加态”——既死了又活着！要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死。

（请注意！不是发现而是决定，仅仅看一眼就足以致命！）正像哈姆雷特王子所说：“To be or not to be,thatwas a question.”只有当你打开盒子的时候，叠加态突然结束（在数学术语就是“坍缩（collapse）”，哈姆雷特王子的犹豫才终于结束，我们知道了猫的确定态：死，或者活。

哥本哈根的几率诠释的一个优点就是：一次观测只会出现一个结果。

这虽然与我们的日常经验相符合，但是有一个大的问题：它要求波函数突然坍缩。

但物理学中没有一个公式能够描述这种坍缩。

尽管如此，长期以来物理学家们出于实用主义的考虑，还是接受了哥本哈根的诠释。

付出的代价是：违反了薛定谔方程。

这就难怪薛定谔一直耿耿于怀了。

一只猫同时又是死的又是活的？它处在不死不活的叠加态？这未免和常识太过冲突，同时在生物学角度来讲也是奇谈怪论。

如果打开箱子出来一只活猫，那么要是它能说话，它会不会描述那种死/活叠加的奇异感受？恐怕不太可能。

换言之，“薛定谔猫”概念的提出是为了解决爱因斯坦的相对论所带来的祖母悖论，即平行宇宙之说。

薛定谔猫佯谬实际上提出了一个十分重要的问题：什么是量子力学的观测？观察或测量都与人的主观有关，而人在箱外，所以必须打开箱子才能决定猫的死活。

谁都知道箱中猫的死活是由铀的衰变决定的——衰变前猫是活的，衰变后猫就死了，这与是否有人打开箱子进行观察毫不相干。

所以毛病出在观测的主观性上，应该朝这个方向寻根究底。

微观的观测与宏观的观测有所不同。

宏观的观测对被观测对象没有什么影响。

俗话说：“看一眼总行吧。

”意思是对所看之物并无影响，用不着担心。

微观的观测对被观测对象有影响，会引起变化。

以观测电子为例，要用光照才能看见，光的最小单位光子的能量虽小但不是零，光子照到被观测的电子上，对电子的影响很大。

所以，在微观世界中看一眼也会惹祸！
我去瞪谁谁怀孕啊！
量子力学认为，观测的结果使得被观测对象的状态改变了：一个确定态从原先不确定的叠加态中蹦了出来。

再追究下去，观测无非是观测手段（如光子）与被观测对象（如电子）之间的一种相互作用，这种相互作用并不一定与观测者联系起来，后者可以用检测器之类的仪器代替。

经过几十年的探索，物理学家终于认识到：在由叠加态到确定态的转变中，观测曾经扮演的角色应该以相互作用来代替，这样不仅更普遍而且更客观。

具体到薛定谔猫佯谬，就能将人的主观因素完全排除——猫的死活不是由人开箱看猫一眼所决定的。

读者会说：“不就是一只假想的猫吗，让霍金开枪打死不就完了。

”事情并非那么简单，否则许多物理学大师就不会那么孜孜以求了。

薛定谔猫佯谬衍生出更深刻的问题：大量原子、分子所构成的生物与这些微观粒子遵从的量子力学规律之间的关系究竟是什么？这不仅是重要的理论问题，而且具有实际意义。

例如，自我意识的机制至今仍然是未解之谜，有人认为可能与量子力学或者更深层次的微观规律有关。

再如思维过程中的“顿悟”，会不会与前述之“一个确定态就从原先不确定的叠加态中蹦了出来”有关呢？可能有关的还有：生命的起源、物种的变异、光合作用的机制……如此等等。

总之，生命的秘密和思维的奥妙不可能与量子力学的规律无关。

这就难怪薛定谔后来转而对生命科学很感兴趣了。

1946年他写出了著名的《生命是什么》一书，提出了一些很有创见的观点。

遗憾的是，在他有生之年，那可怜的箱中之猫依然生死不明。

10．缸中之脑
“一个人（可以假设是你自己）被邪恶科学家施行了手术，他的脑被从身体上切了下来，放进一个盛有维持脑存活营养液的缸中。

脑的神经末梢连接在计算机上，这台计算机按照程序向脑传送信息，以使他保持一切完全正常的幻觉。

对于他来说，似乎人、物体、天空还
都存在，自身的运动、身体感觉都可以输入。

这个脑还可以被输入或截取记忆（截取掉大脑手术的记忆，然后输入他可能经历的各种环境、日常生活）。

他甚至可以被输入代码，‘感觉’到他自己正在这里阅读一段有趣而荒唐的文字：一个人被邪恶科学家施行了手术，他的脑被从身体上切了下来，放进一个盛有维持脑存活营养液的缸中。

脑的神经末梢被连接在一台计算机上，这台计算机按照程序向脑输送信息，以使他保持一切完全正常的幻觉…”有关这个假想的最基本的问题是：“你如何担保你自己不是在这种困境之中？”
与“缸中之脑”假想相似的最早记录，是中国古代的“庄周梦蝶”。

《庄子·齐物论》载：“昔者庄周梦为蝴蝶，栩栩然蝴蝶也，自喻适志与，不知周也。

俄然觉，则戚戚然周也。

不知周之梦为蝴蝶与，蝴蝶之梦为周与？周与蝴蝶则必有分矣。

此之谓物化。

”就是说，从前，庄周梦见自己变成了蝴蝶，感到无限的自由舒畅，竟然忘记了自己是庄周。

醒后惊惶地发现自己是庄周，却又不知是庄周梦见自己变成了蝴蝶呢，还是蝴蝶梦见自己变成了庄周？这就是他物与自我的交合变化。

这个看似荒谬的故事显示了庄子不同凡俗的思维方式，以及其不同于儒释两家的超越精神与生命境界。

【解读】
世界著名的脑神经学鼻祖威尔德·格瑞夫斯·彭菲尔德（ Dr. Wilder GravesPenfield, 1891-1976 ，美国著名脑神经科专家）在20世纪中期，对高级大脑活动做了深入研究。

他用电流刺激大脑皮层的不同部位，试图减轻象精神运动性癫痫这类疾病症状。

受试者主诉有一点片断的回忆，嗅到以往闻到的气味，听到一种声音，看到一种颜色，这一切都是由大脑内特定部位的微量电流刺激引起的。

他发现，刺激大脑皮质的某些区域时，往事的记忆就会好像历历在目于我们的脑海中，仿佛录像带的放映，具备了事件原始场景的所有声音和情绪。

似乎发生在我们生长过程中的每一件事，包括无数我们以为已经遗忘的时刻，都已经被记录和保存下来了。

这种电刺激大脑的右侧颞叶引起患者对往事的记忆的现象称为“倒叙”（flashback）。

通过对癫痫病人病灶观察所积累的大量资料，彭菲尔德在1954年提出了“中央脑系统学
说”。

这一学说认为：颞叶和间脑的环路是人类记忆的主要区域。

这一区域象一个录音录象装置，把人的全部经历毫无遗漏地记录下来，这种记录虽然在大多数情况下未被人主观意识到，但它的确是客观地实现了。

因此，对这一区域施加特殊的刺激时，一些在通常情况下根本无法回忆的往事便被回忆起来。

有一种观点认为，彭菲尔德医生的发现意味着，人的记忆被存储在大脑皮质中，并且可以被脑电流或者外部电流所激发。

这为科学幻想提供了大量素材。

而另一种观点认为，根据自然界内外因对事物自身的影响的规律，人脑的思维性运动是其自身内因的运动生成的；换句话说，是量子论中，低级运动形式的微观物质的不确定性在高级运动形式的人的意识中的体现，故思维的运动与客观物质界有着天然的联系，且思维的运动（包括物质决定意识，意识反应物质，以及意识的主观能动性）是一个运动主体。

因此，不属于意识运动的外部刺激（诸如脑震荡、电刺激、非常音波影响等）只能够是以外因对思维运动产生影响，而不是决定思维的运动，因而外部刺激对思维的影响，源于思维自有的不同运动类型，而外部刺激不过是使得思维运动的自身系统暂时紊乱，以致产生了正在倒叙的错觉而已。