在前面的内容中，我们较详细地讲述了物理实验在物理学中的地位和作用，那是指实际上可实现的实验，或借助于计算机可进行模拟的实验，这里我们要讲的思想实验，不属于这一类，因为它只是一种思考问题的方式，在现有条件下根本无法真正去做。

爱因斯坦可以称作是设计思想实验的大师。他建立的相对论中很多推导都借助于思想实验完成的。海森伯证明不确定关系时设计的γ射线显微镜实验也是思想实验。下面我们来看看爱因斯坦如何证明与运动方向垂直的尺的长度不会改变。取两把相同的刚性的尺，让他们下端对齐，上端各横绑一把尖刀。让其中一把固定在地面上，一个人拿着另一把尺在水平方向高速运动。不妨假设运动使尺缩短，那么在两尺相互错过时，固定在地面上的尺上应该留有刻痕。但是，对于与尺一起运动的观察者来说，他的尺是静止的，地面上的尺是运动的，按照同样的道理，他手里的尺应留有刻痕。因为这两把尺最后是可以放到一起检查的，那把尺留有刻痕不应当有相对性，为了满足相对性原理，只能是两把尺上都没有刻痕，即运动不改变垂直方向上尺的长短。

这个实验无法实际进行，因为相对论只有当物体的运动速度接近光速时才与牛顿定律不同，我们无法、至少目前还无法使尺子达到这样高的速度，即使是将来，这个实验也不是轻易可进行的。但是，我们的思维却不受现实条件的限制，可以展开想象的翅膀去思考。因此我们说这与其说是实验，倒不如说是一种思辨的方法。

下面再让我们看看海森伯的γ射线显微镜实验。为了使中学生容易看懂，我们把这个实验改造一下，但它的意思和海森伯的思想实验一样。

大家一定看过从窗户外射进室内的阳光吧。在光线中有很多灰尘，它们的大小不同。对于比光的波长更细小的灰尘来说，由于光的衍射作用，看起来其尺寸至少有一个波长λ的数量级。这样，我们要想测出某尘埃粒子的位置x,其不确定范围应为Δx～λ。另一方面，大家可能听说过光压，用现代的语言来说，就是光子有一定的动量。光照射灰尘，实际上就是光子与尘埃粒子碰撞。现代量子论指出光子的动量为，这里h为普朗克常数，λ就是光的波长。如果我们想测量一下尘埃粒子的动量P_x，至少要用一个光子去照射吧？但是，这一个光子就有可能把尘埃粒子打跑，因此测得的动量P_x;至少有ΔP_x=那么大误差，这样我们就得到Δx·ΔP_x≥h这个式子，这就是海森伯测不准关系。有些思想实验，随着科学技术的发展，有可能成为真正的实验。例如让光子一个一个地射向双缝，观察缝后的干涉情况，早年只是一个思想实验，是戴维孙—革末用晶体使电子衍射实验的简化。到1989年，日本的两个青年实际地做了这个实验，所得结果与当年用思想实验分析得到的结果完全一致。