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註：本文中的 [x] 並不表示參考文獻，僅用於標記在文中闡述了的思想實驗。
思想實驗是壹種考察事物的方式，基本上采用的是壹種邏輯的手段，雖然它本身也需要事實作為依據。思想實驗和想像壹個實驗是不同的。妳想像壹個化學實驗的過程壹般來說不算是思想實驗，因為妳會缺少某些東西（妳沒有辦法在想像中觀察）。當然，思想實驗和心理學實驗也是不同的東西。
思想實驗面臨的最大問題是：我們如何能夠通過思考來得到關於現實的東西？對於大多數問題來說，想像是蒼白而無力的，我們的確沒有辦法知道獨角獸到底是銀色的還是白色的，但是我們知道它有壹支角。類似地，我們沒有辦法用思想實驗解決所有的問題，但是它在某些方面有著充分的解釋力。可以發現，大部分思想實驗揭示的都是某種矛盾或者困難，比如說@Asdpotter 的答案中：
電車問題揭示的是某種倫理學困境，
空地奶牛是對知識論中 JTB 定義的反駁（事實上另壹個不錯的思想實驗也反駁了 Nozick 關於知識的定義，而這個定義本身是能夠解決奶牛問題的[14]），
定時炸彈問題同樣是壹個倫理學困境，
特修斯之船區分了兩種同壹性的概念，
伽利略的重力實驗反駁了亞裏士多德的力學系統，
塞爾的中文房間論證說明了具有通過圖靈測試能力的系統依舊有可能不具有理解語言系統中語義的能力，
薛定諤的貓，本身提出的時候是想從常識的角度去質疑概率波的概念，
缽中之腦從本質上懷疑了我們的認知能力。某種意義上來說，思想實驗並不會增加我們的經驗知識，它只會規範我們的思維方式或者是經驗系統。
除了上面提到的薛定諤的貓和愛因斯坦的鏡子之外，還有壹些著名的物理學中的思想實驗，比如說拉普拉斯的魔鬼，麥克斯韋妖[12]以及愛因斯坦的電梯[11]。另外在哲學方面，普特南的孿生地球[15]也是壹個很有趣的思想實驗。
雖然有人試圖定義思想實驗，不過還是讓它依照維特根斯坦口中的家族類似那樣存在就好了，因為壹個同壹的刻畫實在是太困難了。因為思想實驗裏面實在是涵蓋了太多有趣東西，比如說牛頓的水桶[6]，海森堡的γ射線顯微鏡（測不準）[16]，帕菲特的像變形蟲壹樣分裂的人[17]，黑白瑪麗（心靈哲學）[8]（還有內格爾的蝙蝠[13] 和光譜反轉（參考：/question/20113000/answer/14018006 ）），湯姆森的小提琴家論證（墮胎）[3]。當然還有最近新出現的思想實驗：the dome（拱頂）[0]，它說明牛頓力學並不蘊含決定論：
[0] 壹個完全對稱的拱頂上的球有可能隨機地朝任何壹個方向上掉落，所以即便是在牛頓力學中，決定論也是不成立的。（壹個基本的反駁的意見是：球根本就不會掉落，當然可以具體看他的論文）<img src="/735ca5114a381254a2c405961b9d7d65_b.jpg" data-rawwidth="555" data-rawheight="250" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="555" data-original="/735ca5114a381254a2c405961b9d7d65_r.jpg">
思想實驗在諸多領域中有應用，尤其是在倫理學，數學和自然科學中。忽略掉那些僅僅是為了娛樂而出現的思想實驗。部分思想實驗的目的是填充某個理論的特定部分，另壹些是為了解決在現實世界中沒有辦法進行實驗的問題。有時候思想實驗能夠幫助我們闡明或澄清某些抽象的事情，起到幫助人們理解抽象事物的作用。另壹些則可能是概念分析。而最受人關註的還是那些為某個現有理論提供反例的思想實驗。
大多數情況下，思想實驗本身都是具體的，也即，討論某個特例。
[1] 壹個早期由 Lucretia 提出的證明宇宙無窮性的思想實驗，縱然現在看可能是錯誤的，大概是壹個這樣東西：如果存在宇宙的邊界，那麽我們就可以對著它投擲壹根長矛，要麽，長矛沒有受到影響，穿了過去，所以這個地方不是邊界。要麽，長矛被壹面墻擋住，停了下來，那麽，無論這面墻是什麽材料的，它都占據了空間，所以原來所謂的宇宙的邊界也並非真正的宇宙的邊界。（邊界的意思是沒有空間的地方，因為宇宙就是空間。）<img src="/b4d735f8740034f6430f42b4266e4e6a_b.jpg" data-rawwidth="252" data-rawheight="316" class="content_image" width="252">
這個例子很好地闡釋了思想實驗的主要特征：我們具象化某個特定的場景，在這個場景中，我們能夠進行某些行動，並且可預料行為導致的壹種或者幾種可能的情況，最後總結這些情況，完成特定的討論，或者是，直接得到壹個結論。當然，這個例子本身是可錯的，因為有界和有限並不等價。壹個無界的流形可以是有限的。就像是作為地球表面的平面是無界但卻有限的那樣。不過這個論證作為宇宙無界性的論證倒是不錯。
有些人會說，思想實驗就是那些在現實中由於種種原因（技術上的，倫理上的）而無法進行的實驗，但是其實我們甚至不需要在思想實驗中遵循物理規律，所以可以直接分析某些物理不可能的事情，所以會有人說，在某個可能世界中，blah blah blah……所以這同樣不應該是思想實驗的定義。對於思想實驗，會有人問，我們似乎有能力僅僅通過思考就理解自然，而我們是如何可能在不基於觀察的情況下直接增進對世界的理解的呢？
壹個可能的回答是，我們有很多直覺知識。
[2] 壹個有趣的思想實驗是這樣的：看下面這幅圖，假設每個方塊都是等質量的，並且平面絕對光滑，方塊之間用同樣的輕質繩子連接起來，那麽，方塊會如何滑動？<img src="/3d7d983ede936d3b3d623b2d85f8b04c_b.jpg" data-rawwidth="145" data-rawheight="146" class="content_image" width="145">如果沒有辦法得到答案的話，考慮下圖這種情況：這時答案變成顯然的了，如果這個東西會動的話，那麽我們就得到了壹個永動機，而這時違反直覺的。而我們知道，兩邊增加的方塊是壹樣多的，所以去掉也不會有影響，所以原圖中的情況也是不會動。如果沒有辦法得到答案的話，考慮下圖這種情況：這時答案變成顯然的了，如果這個東西會動的話，那麽我們就得到了壹個永動機，而這時違反直覺的。而我們知道，兩邊增加的方塊是壹樣多的，所以去掉也不會有影響，所以原圖中的情況也是不會動。<img src="/6e5f55f3b19279ad25e2bb489dfb9367_b.jpg" data-rawwidth="160" data-rawheight="146" class="content_image" width="160">
我們甚至沒有必要進行實際的實驗，就可以得到結論。壹方面這時因為，當我們在思考這種問題的時候，我們已經不是在用物理系統，而是在用公理化了的數學系統進行思考了。但事實也不是這樣，因為我們在使用直覺的時候，使用了壹套更為快捷的思維體系：雖然逐個分析受力我們也能得到結果，但是遠不如直覺快捷方便。很多時候人類的認知對象僅需要做出壹點改變，就可以把壹個不顯然的問題變得十分顯然，可以參考這裏說的「卡片選擇實驗」和「概率疊加實驗」：/question/20108539/answer/15668134
很多時候思想實驗作為啟發性的東西是很不錯的。
思想實驗的壹個最直接的好處就是可以理想化壹個條件，讓妳思考倫理學問題，電車實驗和定時炸彈實驗固然重要，但是倫理學中最有影響力的還是 Judith Thomson 在上世紀 70 年代提出的關於支持墮胎的小提琴家論證。
當時，關於墮胎的反對意見如下：
胎兒是壹個無辜的，生來就具有生命權的人類。墮胎導致了胎兒的死亡。導致無辜人類死亡的行為是道德上錯誤的，故，墮胎是不道德的。
在 Thomson 的論證中，她回避了以往所謂的關於胎兒是不是人的討論。而試圖說明，即便妳的行為會導致壹個無辜的人類，甚至是壹個偉大的、重要的無辜的人類死亡，妳也有充足的權利不去這樣做。這就是她的小提琴家論證：
[3] 假設有壹個非常著名的小提琴家昏迷了。而醫學研究發現，只有妳和他的某些循環系統連在壹起，保持 9 個月的時間，他才有可能獲救，並且，妳恰好是所有人中唯壹壹個能夠讓他獲救的人，其他人不行。於是，他的粉絲們偷偷闖進妳的屋子裏面，把妳和他連在了壹起，等妳醒來，妳發現妳無意識地被連在了壹起。這種情況下，妳或許想停止這種聯系。但是這時粉絲做出了壹個這樣的論證：
這個小提琴家是壹個無辜的，生來就具有生命權的人類。妳的行為會導致他死亡。導致無辜人類死亡的行為是道德上錯誤的，故，妳試圖斷開連接的行為是不道德的。
這兩個論證雖然有類似的結構，但後壹個論證完全沒有說服力。準確來說就是，「導致無辜人類死亡的行為是不道德的」不是壹個受到了充分辯護的論據。妳或許很好人，又或者，也恰好很喜歡這個小提琴家，所以選擇了和他連在壹起，維持九個月。但是這並不是妳的道德義務。而這個論證從結構上來說和墮胎，或者某些情況下的墮胎行為沒有本質的區別：事實上，除了因為性別選擇而進行的墮胎之外，大部分情況下的墮胎都是因為前面的懷孕是意外的，而這種意外性，和小提琴家昏迷了於是妳被偷偷地和他連起來的意外性沒有本質上的區別。的確，每個人都有生命權，但是並非每個人都有權得到維持自己生命的東西。所以，即便胎兒和小提琴家都有生命權，但是在這種情況下讓他們死亡也是道德可接受的。
看完了這些東西，不妨給思想實驗進行壹個簡單的分類。但是分類方式也是有很多的，比如說科學 vs 哲學，又比如說規範性的 vs 描述性的（哲學中也有描述性的問題）。不過我這裏采用的是另壹種：否定性 vs 肯定性。
首先是否定性的思想實驗，這些思想實驗都在否定或者是反駁某種現有的理論，無論是科學理論還是倫理學的理論。而這裏又具體分為如下幾類：
第壹類是直接從理論中找到矛盾之處，進而將其否定的實驗。最經典的例子就是伽利略的落球論證：
[4] 如果壹個鐵球和壹個木球連在壹起，壹方面，根據亞裏士多德的理論，這個整體的質量相對鐵球的質量有所增加，因此會導致速度便快，另壹方面，木球質量比鐵球質量要小，因此木球的下落比鐵球慢，所以會拖鐵球的後腿。矛盾。
這種思想實驗作為武器，本質上是揭示理論內部的邏輯謬誤，進而，是致命性的。
第二類思想實驗僅僅是說實驗結論和我們的信念 / 常識相矛盾，比如說虐貓狂人薛定諤的薛定諤的貓。
[5] 假設壹個封閉的箱子裏面有壹陀放射性物質，壹個連接著殺貓裝置的蓋革計數器和壹只貓，如果監測到了原子衰變，那麽就會有某個裝置讓貓死掉，如果沒有監測到衰變，那麽貓就沒有事，而根據量子力學，貓最後處在生死之間的疊加態。薛定諤的貓整個最後得到的結論是，箱子中的貓對於我們來說就是既是生的，又是熟的，啊不，死的。這個論證沒有說明量子力學本身是不融貫的。但是它是反常識的，所以起到了某種否定理論的作用。總之，薛定諤將某種微觀的不確定性放大了，使這種不確定性變成了壹種無法忍受的，宏觀上的不確定性——如果壹只貓又是生的又是熟的，我怎麽知道晚餐吃什麽？！
第三類思想實驗攻擊的是理論的基礎。比如說前面的支持墮胎的女權主義論證就是這樣，這個思想實驗將「生命權」和「得到維持自己生命的東西的權利」分開，進而直接攻擊了反墮胎的論證。
第四類思想實驗是某種「反思想實驗」（某種類似於反導導彈的東西），前面 Lucretia 的論證是壹個（他設想了兩種不同的情況，在分類討論之後都得到了宇宙無界的結論）例子。還有壹些別的例子，比如說牛頓在《數學原理》中提出了壹個證明絕對時空的思想實驗，進而，Mach 提了壹個反駁他的反思想實驗。又比如說，丹尼爾·丹尼特反駁黑白瑪麗實驗。
滿意，請采納！