思想实验是一种在思维中进行的虚拟实验，它通过头脑中设想特定的物理情景或过程，运用逻辑推理，可以从逻辑上和原理上证实理论的正确，或寻找理论的漏洞；也可以在理论形成的思维过程中起到关键的作用。思想实验与实验室实验最大的不同就是它不必实际操作，因此，不需要考虑能否实现，也不要考虑实验精度。
思想实验伴随着现代科学的每一次突破。伽利略从“斜板滚球实验”这一“个别现象”推广到惯性定律这一“普遍规律”的过程中，思想实验起到了关键的作用。牛顿发现万有引力，麦克斯韦提出电磁场理论，爱因斯坦提出相对论，思想实验都扮演了重要角色。
20世纪初，以波尔为首的一群年轻物理学家敢于打破经典物理学的禁锢，推动量子力学快速发展起来，科学界称他们为哥本哈根学派。1927年，海森堡提出了震惊物理学界的“不确定原理”，在经典物理学中，只要知道位置和动量就可以确定质点即将运行的轨迹。而海森堡认为，在量子世界中，人们不可能同时确定基本粒子的位置和动量，粒子的未来状态只能用概率进行解释。正是这种不确定性，使爱因斯坦等老一辈物理学家质疑量子力学理论的完备性。
自1927年，第五届索尔维会议开始，爱因斯坦持续对哥本哈根学派的量子力学理论提出挑战。他的武器就是其最擅长的思想实验，遮光板单缝实验、爱因斯坦光盒，以及EPR佯谬都是著名的案例，爱因斯坦力图通过这些思想实验证明在微观世界中可以同时测定基本粒子的位置和动量，推翻“不确定原理”。最终，爱因斯坦没有成功，波尔和他的同事们发现了这些思想实验的漏洞，由EPR佯谬引出的量子纠缠也在实验室中得到验证，量子力学经受住了考验，哥本哈根学派也从此确立了在科学界的地位。
思想实验没有实际实验的条件限制，因此可以更加简单、巧妙。为了验证广义相对论，英国天文学家亚瑟 爱丁顿爵士组织了两个探险考察队，利用日食观测光线是否会在太阳引力场的作用下发生偏转。而爱因斯坦在《物理学的进化》一书中，利用思想实验进行了验证。
假设在一座摩天大厦中有一部电梯，一个固定的力量向上拉动电梯，使整个电梯以固定的加速度向上运动。此时，有一束光从电梯侧壁的小孔水平射入电梯，并在极短的时间里到达对面的墙壁。电梯内部和外部分别有一位观察者，他们都注意到光打到墙壁的位置比小孔略微低一点点，区别非常微小，但依然存在。不必考虑如何实现和实验精度的问题，让我们看看这两位观察者对这一现象的理解。
外部观察者看见电梯在做向上的匀加速运动，他会说，光线射入小孔之后将沿直线以恒定的速度水平的射向对面的墙壁，但电梯正在上升，在光朝着墙壁运动的时间里，电梯已经改变了位置。因此，光线射到墙壁上的点不会与入射点截然相对，而是稍微低一点。相对于电梯而言，光线不是沿直线运行，而是略微向下偏转。
然而，对于电梯内部的观察者，问题就没有这么简单了。因为他随电梯运动，并不知道外面的情况，在他看来，不存在电梯加速运动，也就是说，他认为自己处于惯性坐标系中，电梯中的一切物体都受到引力场的作用。因此，不能用相对电梯与光线的运动解释光的偏转。在爱因斯坦看来，只有一种解释，那就是光粒子携带着能量，而能量是有质量的，所有惯性质量会受到引力场吸引，因为惯性质量与重力质量是等效的，因此，光束在引力场中发生了弯曲。
这个思想实验很简单，非常巧妙，不需要高深的理论知识，也不需要复杂的数学计算。我们每个人都可以试一试，站在电梯内部观察者的位置，看看还有没有广义相对论之外的其他符合科学原理的解释。
