【物理结论】世界7个著名科学悖论的最终解答来了!
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发布时间：2022-09-07 05:17
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时间：2023-09-05 01:22
引用：
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”。
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。
解读：
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。
Das曰：
爱因斯坦的梦想具有象征性的意义。他不可能以光速去旅行，因为那需要无穷大的能量——宇宙中根本没有这么多的能量。（奇趣君注：按照运动质量和静止质量的关系方程式，当速度等于光速时，运动质量接近无穷大）
假如爱因斯坦以光速旅行，他会看到什么呢？
他什么都看不见。因为这时候根本就没有时间——时间不再流动。
他的手表、电子钟、机械中一起停止运转，不是因为出了故障，而是时间在这里静止了。
爱因斯坦的一根头发变得比泰山重得多，我怀疑他的体力能否承受任何一根头发。
不过也不用过于担心，一根头发想压死爱因斯坦也做不到——压死他需要时间，但是这里没有时间。
我们站在地球上看着爱因斯坦以光速旅行一年，但是爱因斯坦却没有经历这一年，开始和结束都在同一时刻，这中间时间丝毫没有流动，丝毫没有变化；这中间没有发生任何事，没有任何运动和变化，他当然也不曾在这期间“看见”任何东西。
特修斯之船
引用：
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。
引用完毕。
Das曰：
现在要探讨“同一性”问题。
量子力学里头有一个“全同原理”，说的是同类的粒子之间本质上是不可区分的。两个氢原子之间没有性质的区别。你用这个氢原子代替水分子中的那个氢原子，这个水分子的性质没有任何改变。
那么，问题就来了：
我们的身体都是由基本粒子构成的，而且从我们诞生那一天起，一刻不停地进行着新陈代谢，新陈代谢的速度远比我们一般人想象的快的多。
科学家用“示踪元素”参与新陈代谢的实验证明，新陈代谢速度比科学家以前想象的速度也要快的多。
今天组成你身体的元素，与昨天有很大不同，与几年以前几乎完全不同。
但是我们仍然认为你还是你，现在的你和几年前的你是同一个人，这是为什么呢？
因为“全同原理”存在，组成你的身体的元素虽然被替换了一遍，但是同类粒子之间是完全一样的，没有性质的区别。用这个氢原子代替你身体里的那个氢原子，你身体的性质不发生任何改变。
当然，现在你比几年前长大了一些或者变老了一些，这是由于你身体的结构发生了一点细微的变化——组成你身体的元素之间的相互关系发生了一点改变，而不是由于替换了元素的关系。
我们认定同一性——认定一个事物是它本身的依据不是组成这一事物的元素，而是这一事物的内部结构——元素之间的关系，以及这一事物的时空连续性。
仅仅结构相同，并不表明他们就是同一事物，还必须同时具备时空连续性才行。
我们可以按照一张图纸建造两座大楼，我们假设建筑工人都是绝顶高手，两个大楼的任何一个分子、原子都完全一样，这两座大楼具有一模一样的结构，但他们显然是两个事物。
两座大楼同时处于空间的不同位置，它们当然不可能是一个东西。我从来没有见过你的身体同时在两个地方，即使几十年来我一刻不停地盯着你看，也是如此。
如果我在两个地方见过你——一次在家里、一次在学校，那肯定不是同时，一定是不同的时间。而且我可以肯定：你一定有一个从家里到学校的连续的运动过程，虽然你在不同的时间，可以在不同的地方，但是任何一个特定的时刻，你肯定在一个唯一的地方。
同样道理，仅仅具有时空连续性，结构完全不同也不成：
我们把一辆汽车砸碎了炼成铁块，用这铁块制成一座金属雕像，虽然它具有时空的连续性，但是它的结构彻底改变了，我们不能说雕像就是原来的汽车。它们不具有同一性。
好了，现在我没有足够的知识了，我们再回过头来看看“特修斯之船”
特修斯之船不断更换部件，最后所有的部件都换了一遍。
在整个过程中，它显然具有时空连续性，就好像你的身体不断进行新陈代谢，但丝毫不影响其时空连续性；更换的船板和以前的船板有点区别，但差别不大，功能完全一样，和整个船的复杂性比起来，这点差别可以忽略不计，整个船的结构基本没有改变，即使有一些改变，也像你比几年前变老了一点一样，这点差别完全不影响同一性。
因此特修斯之船还是特修斯之船，你就是把船板更换一千遍，它还是它自己——这根本不影响同一性。
你用换下来的船板和部件再组装一艘船，结构一样不一样我不管，它和特修斯之船没有时空连续，因而那是另外一艘船。你叫它什么都行，它不是特修斯之船。
伽利略的重力实验
引用：
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。
引用完毕。
das曰：
人类历史上最成功的一个思想实验，一根手指头都不用动一动，就击败了亚里士多德。
亚里士多德错了。
伽利略无愧为近代科学之父。
猴子和打字机
引用：
另一个在流行文化中占了很大分量的思想实验是“无限猴子定理”，也叫做“猴子和打字机”实验。
定理的内容是，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。
引用完毕。
Das曰：
二十年前第一次看到这个思想试验，是在一个日本人写的小册子里。名字忘了，是《五角丛书》中的一本。十年前翻箱倒柜找这本小册子，未果。
谁如果保存着二十年前那本五角丛书的话，不妨转让给das，你五毛钱买的，我出一枚袁大头，或者一个紫砂壶也行。
不需要无限多个猴子，不需要无限长的时间，房间里放一台打字机，然后关一只猴子进去，猴子碰巧也会跳到打字机上，碰巧也会打出几个字母，有人计算过，假以2000亿年，从概率上讲，猴子会打出一首莎士比亚的十四行诗。
这道理很简单：猴子随意踩踏打字机，总会打出一些字母，这些字母随意组合，只要字母足够多，总会有一些单词，只要单词足够多，总会有一些句子，只要句子足够多，总会有一些有意义的句子，有意义的句子足够多，总会有一首诗，诗足够多，总会有一首十四行诗，十四行诗足够多，总会有一首和莎士比亚的作品一摸一样。
这道理简单明了，就是一些概率和排列组合的简单计算。
但是我有一点想不通，猴子比大自然聪明多了，人体比十四行诗复杂多了，猴子胡蒙瞎碰，打一首十四行诗都要2000亿年，大自然胡蒙瞎碰，打造个人体却只用了50亿年。究竟是我疯了，还是达尔文疯了？现在还不清楚，反正两个人总有一个疯了。
中文房间
引用：
“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。
解读：
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。
引用完毕。
“中文房间”问题足够著名，这是塞尔为了反击图灵设计的一个思想实验。
机器可以有思想吗？这是一个老的不能再老的问题。
图灵问：“有思想”是什么意思？我说它有思想，你不承认怎么办？我们怎么判断一台机器是不是有思想？
于是图灵设计了一个“图灵测试”，图灵认为这是一个可操作的标准——如果机器通过了这个测试，我们就应当承认它有思想。
图灵测试是这样的：把一个等待测试的计算机和一个思维正常的人分别关在两间屋子里，然后让你提问题，你通过提问，通过分析机器和人对你的问题的回答来想办法区分哪一个是机器，哪一个是人。如果你无法区分，那么，这台机器就通过了测试，就证明这台机器和人一样具有思维，有思想——这是一台会思考的机器。
塞尔用中文房间这个思想试验反击图灵——事实上这确实彻底击溃了图灵。
中文房间应当这样说才是正确的：一个不懂中文的人（西方人认为中文就像天书一样难以理解，如果他认为你的话难以理解，就会说：你说的简直就是中文！）被关在一间封闭的屋子里，屋里有一个完整的中文对照表——任何一个中文句子都对应一个其他的句子，事实上对应的那个句子是前一个句子的答案。
你可以用中文向这个人提问，问题写在一张纸条上传给这个人，这个人只要查找对照表，找到对应的中文句子传出来就行了。
那么，这个完全不懂中文的人，确实像一个精通中文的一样回答一切中文问题，但是他丝毫不“知道”任何一句话的意思。
在此基础上，有人提出了更强烈的反击：把爱因斯坦对任何一个问题的回答汇编成一本书，那么你拿任何一个问题去问爱因斯坦，与翻着本书会得到同样的答案，现在我们能说这本书像爱因斯坦一样会思考吗？
所以转了一大圈，我们还是要回过头来重新审视前面说过的第二个悖论——空地上的奶牛，要重新审视柏拉图的JTB：什么是“知道”？“知道”是什么意思？
就像欧几里得几何学中最基本的公理是不能证明的，最基本的概念也是不能定义的。
你定义一个概念必须使用其他概念，如果你的定义是合理的、适当的，而不是胡扯蛋，那就要求你使用的概念比被定义的概念更基本。
“知道”这样的概念就像“时间”，你不问我，我仿佛完全明白这是什么意思，你要求给出一个定义，世界上却没有人做得到。
按照郭伦凯郭尔的观点：对于那些最近本的概念，你不能定义，但是你可以举例说明。
我们刚刚诞生的时候脑袋里没有任何概念，也就不能定义任何东西，但是我们仍然能够形成概念，靠的就是具体的事例。
定义能够很好地形成概念，举例也行——这是没有办法的办法。
有人认为我只要看见一件东西我就会知道，那么你要面临以下的困难：
镜子里反映了一只手机的影像，但是镜子并不知道那里有一只手机。
手机的影像反映到我的眼睛了——这与反映到镜子里没有任何区别——然后变成电信号通过神经传导到大脑里，这时候我就知道了这里有一只手机。
问题是：手机的影像反映到摄像机里，然后变成电信号传导到电视机里，电视机为什么不知道那里有一只手机？
下面的问题更尖锐：
假如我像流行小说中说的一样穿越时空跑到秦朝，我拿着手机给秦始皇看：“大王，你看这是什么？”秦始皇会怎么回答？
“我不知道。”
秦始皇明明亲眼看见了手机，他为什么“不知道”呢？
Das曰：
除非你脑袋里头首先有必要的相关知识、概念，并且能够使用这些知识、概念对感觉到的事实、现象、真理进行分类整理、分析判断，得出相应的结论，否则你不可能“知道”任何东西。
显然这是康德的观点，但是这不是康德发明的。柏拉图就是这样说的，不可思议的是这观点竟然得到他的徒弟亚里士多德的赞同——这是很不寻常的事。
亚里士多德整天扯着喉咙高喊：“我爱我师，但我更爱真理。”
只要是柏拉图说的，亚里士多德总要踩上几脚。亚里士多德不可能轻易同意柏拉图的观点，如果他同意了，那肯定是不得不接受。
亚里士多德何许人也？当然，我不反对你挑战亚里士多德挑战不了的东西——你虽然没有亚里士多德聪明，毕竟比他有知识的多。
现在我们来看看秦始皇为什么“不知道”：
秦始皇脑袋里没有“手机”这个概念，没有关于手机的相关知识，所以他看见一只手机，也不知道这是手机。
秦始皇有“物体”、“东西”的概念，他知道这是一个硬的、长方体的东西，但是他不知道把手机这个东西归为“东西”下边的哪一个分类，更不知道它的性质、特点和用途，所以，秦始皇“不知道”手机是什么。
总之，一台计算机无论多么先进，它没有概念、没有知识，它不可能“知道”任何东西，当然永远不可能思考。
小孩刚出生的时候脑袋里也没有任何概念和知识，但是他却能够自己形成基本的概念和知识，这一切是怎么可能的？不知道！
柏拉图说他生前在绝对的世界中拥有绝对的知识，出生以后他能够隐隐约约地回忆出一些来——这显然是胡扯蛋；康德说这些知识是与生俱来的，不依赖任何经验——这显然是废话，和不说没有什么区别。
我们知道的是：刚出生的小孩能够在没有任何知识和概念的前提下形成一些基本的知识和概念，人类其他一切知识都建立在这些基本知识的基础之上，这是一个事实。
我们虽然知道这个事实、这个真理，但是我们不知道这是通过什么方法和途径怎样完成的，因而我们没有相关的知识。强人工智能的梦想可以到此为止了。
你要想让电脑思考，必须给它建立概念和知识；你要想给它建立概念和知识，它必须首先拥有基本的概念和知识，这些基本的知识它只能自己建立起来，你不能给与它——正如你不能给与一个小孩和一只猫。
你要想让电脑自己建立基本知识，必须首先明白小孩是怎样完成这一切的，要明白这一切需要什么前提和条件，然后才能考虑把这一切移植到电脑上是可能的还是不可能的。
现在我们连小孩怎样建立基本概念都一无所知，谈论强人工智能无异于痴人说梦。
薛定谔的猫
引用
薛定锷的猫最早由物理学家薛定锷提出，是量子力学领域中的一个悖论。其内容是：
一只猫、一些放射性元素和一瓶毒气一起被封闭在一个盒子里一个小时。在一个小时内，放射性元素衰变的几率为50%。
如果衰变，那么一个连接在盖革计数器上的锤子就会被触发，并打碎瓶子，释放毒气，杀死猫。
因为这件事会否发生的概率相等，薛定锷认为在盒子被打开前，盒子中的猫被认为是既死又活的。
解读：
简而言之，这个实验的核心思想是因为事件发生时不存在观察者，盒子里的猫同时存在在其所有可能的状态中（既死又活）。
薛定锷最早提出这个实验是在回复一篇讨论量子态叠加的文章时。
薛定锷的猫同时也说明了量子力学的理论是多么令人无法理解。
这个思想实验因其复杂性而臭名昭著，同时也启发了各种各样的解释。
其中最奇异的就属“多重世界”假说，这个假说表示有一只死猫和一只活猫，两只猫存在在不同的宇宙之中，并且永远不会有交集。
引用完毕
薛定谔的猫和麦克斯韦的妖并列为科学史上的两大奇观。
不同的是麦克斯韦的妖是一个已经解决的问题，薛定谔的猫至今仍悬而未决。
有人说薛定谔猫态在介观尺度早已实现了，有人说哥本哈根解释早已崩溃了，公说公有理，婆说婆有理。
很多人不愿意介入这场争论——尽管这是现阶段人类面临的最为重要的问题——不是他们不感兴趣，而是他们根本不愿意花费数年的生命去搞清楚量子力学的基本原理。
Das曾经立志要让毫不懂得量子力学的人在二十分钟之内了解薛定谔的猫，可是我失败了。
失败了不要紧，我们从头再来。这一次das不再用现实世界中的例子来比喻，而是用一个如假包换的量子力学的真实事例来说明：
氦原子在元素周期表里排在第二位，它有两个电子。
两个电子处于同一个能级，两个电子都在第一层（K层），——按照传统的说法：它们处在同一个轨道上。
按照量子力学的说法，这两个电子的“轨道波函数”完全一样——是“对称的”，你别管轨道波函数是什么意思，它就是一个函数，描述电子在轨道上的运动状态。
完全描述一个电子的运动状态，光有“轨道波函数”还不行，电子还有一个内在的性质——自旋，用“自旋态”来描述，自旋态不是朝上就是朝下。
量子力学中有一个重要的原理——泡利不相容原理，说的是一个原子中不可能有两个轨道和自旋完全一样的电子（不仅是电子）。
如果它们轨道一样——“轨道波函数”一样，“轨道波函数”是对称的，自旋就肯定不一样，自旋肯定“反对称”。
量子力学这样解释这件事儿：
这两个电子的自旋肯定一个朝上，一个朝下，但是我们不能明确指出具体哪一个朝上，此时，两个电子不是明确地处于A上B下或者A下B上的状态，而是出于二者的“叠加”状态、“纠缠”状态。
我们认为我们在一个不依赖我们观察的客观物理世界中。我们希望对这个奇怪的世界有一个清晰的解释，并且希望这解释不依赖超自然的前提、本身不包含矛盾。
在没有人观察的时候，薛定谔的“魔鬼箱子”里粒子到底衰变了还是没有衰变？
按照人类现有的逻辑思维方式：它要么衰变了，要么没有衰变——二者必居其一。
但是这不符合量子力学的基本要求，如果真的二者必居其一，量子力学就无法解释双缝干涉实验；按照量子力学的要求，你必须认为这个粒子既没有衰变，也不是“没衰变”，而是处于“衰变”和“没有衰变”这两种状态的“叠加状态”。
问题是这种状态不仅我们从来没有见过，要命的是这根本就是不可想象的——无论你想象力多么发达，无论如何也想象不出“既衰变了同时又没有衰变”究竟是一个什么样状态。
缸中的大脑
没有比所谓的“缸中的大脑”假说更有影响力的思想实验了。
这个思想实验涵盖了从认知学到哲学到流行文化等各个领域。
这个实验的内容是：想象有一个疯狂科学家把你的大脑从你的体内取出，放在某种生命维持液体中。
大脑上插着电极，电极连到一台能产生图像和感官信号的电脑上。
因为你获取的所有关于这个世界的信息都是通过你的大脑来处理的，这台电脑就有能力模拟你的日常体验。
如果这确实可能的话，你要如何来证明你周围的世界是真实的，而不是由一台电脑产生的某种模拟环境？
