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1700965820 在这里我们应该加上一句:这一真相也不是实验结论的正确性所决定的。
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1700965822 虽然穷尽并列出所有假设是不可能的任务,但是研究者们可以以先导性或平行研究的方式来说明,特定的模仿和“背景”效应是足可以忽略不计的。在实验者试图将信号从噪声中分离出来时,可以采取的策略至少有三种:构建装置设备以排除背景噪声的影响,或者对背景噪声进行测试或计算以将其从观察中排除出去。下面谈到的这个范例十分直观地说明了这一点:亨利·卡文迪什(Henry Cavendish)是18世纪末期的一名出色的实验者,一直以来他在实验室中寻求着物体万有引力的测算方法。他将木棒用细金属线悬吊起来,在木棒的两端各悬挂一个铅球,用两个较大的静止铅球靠近悬挂着的铅球砝码。若悬挂着的球被吸引,木棒将出现扭转。为了测算牛顿万有引力理论下微小的力的值,即悬挂着的铅球重量的五千万分之一,即便是极微小的温度改变也需要避免,否则空气中将出现电流,妨碍木棒的旋转,进而阻碍实验正常效果的出现。鉴于此,卡文迪什自行建造了实验仪器设备,将仪器关闭在房间内,通过远程控制调整大球的位置,使用望远镜观察并测量仪器臂,进而阻断了背景的影响。[4]
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1700965824 当构建设备这一方法无法控制背景因素时,实验者通常会以测量的方式将其解决。仍然以卡文迪什的实验为例,他使用磁体对实验设备进行测试,以了解磁力是否会导致其发生扭转运动;他还测量了金属线,以了解其是否会产生永久性扭曲——这样的扭曲将会使实验结果出现系统性错误。卡文迪什甚至担心红木箱(用于保护仪器臂不受风力影响)是否会对仪器产生重力效应。通过严密的计算,他将这一可能的干扰原因排除在外,说明箱体对实验的影响可以忽略不计。[5]虽然做出了这样的种种努力,但即便从原则上讲,这位科学家仍然无法完全证明实验未受任何因素的干扰。世界如此复杂,无法将所有可能的背景因素都归至有限的类别中去。因此,在实验过程中并没有一个固定的、严格符合逻辑的终点。在包含多样因素的实验研究中,也没有一个可遵循的通用发现准则,更无法以演绎逻辑为基准进行事后再构建。
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1700965826 尽管如此,即便研究证据偶尔会同预期效果不一致,包括卡文迪什在内的所有实验物理学家、生物学家、化学家、地质学家以及其他学科相应的研究人员,也将其视为有说服力的证明。在初次的怀疑和最终的论证之间存在着多层次的研究过程,在这样的过程中,人的想法渐渐得到了证实和巩固。“唯心的发现逻辑”下的论证仅仅是发现者自己武断的和特殊的成见,而“合理化逻辑”是正式的、具有完全说服力的逻辑,是实验结果得以发表的途径。在论证的构建中,那些多个中间阶段的存在证明了将这两种逻辑进行极端二分法是错误的。在对任何实验机构中进行的繁复试验和论证中,实验者必须——无论是含蓄地暗示还是清楚地明示——承认他们的实验结论仅代表同等条件下的结果,即所有其他因素均相同的情况下的结果。虽然实验论证结束时的结果并不是、也不可能仅仅是封闭实验基础上的结果,实验者们仍然必须这样承认。[6]
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1700965828 鉴于以上所述的各种原因,若欲决定终止调查研究,则需要全套的技术、策略、信念以及受实验人员支配的实验设备。若非如此,实验又将如何继续?“理论性假说”开创出了充满趣味现象的世界一角;测量步骤和阐释方法也是由这些假说塑造。在下文我们将更详细地对此加以阐释,即若无某种类型的实验假说,那么即便是物质的总体性能都无法确定,某些种类仪器的相关度和适用性(正如某种仪器的具体性能)也都将受到质疑。这些基础保证并不都是可有可无的,也不可以被认作是对“偏见”的扭转,它们是开始和结束实验的必要条件。
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1700965830 对一些问题和因素的把握应该坚定不移,否则任何实验结果对实验者而言都成为了不可靠的结论。对仪器、计算、假设和论证这些因素的操作和把握是实验者自信的来源:它们是什么?这是实验者们需要面对的迫切问题。对于像莎士比亚笔下的刚特(Gaunt)一样的实验者而言,他们清楚地知道,自己被人铭记的只是最终得出的观点。实验者何时能证明实验效果的真实状况?何时他们才能断言,计数器的跳动和图表中的尖峰值不只是仪器或环境引起的假象?简而言之就是:实验是如何终结的?
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1700965832 [1] 斯坦福直线加速器中心和劳伦斯伯克利实验室,1974年11月3日至25日日志。
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1700965834 [2] 参见Duhem,Aim(1977),esp.part II,chaps.4 and 6;Quine,Logical(1963);Putnam,Mathematics(1975)。
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1700965836 [3] Duhem,Aim(1977),190.
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1700965838 [4] Cavendish,“Density,”Philos.Trans.18(1798.reprinted 1809):388-408.McCormmach,Dictionary of Scientific Biography,s.v.“Cavendish.”
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1700965840 [5] Cavendish,“Density,”Philos.Trans.18(1798,reprinted 1809):388-408.关于红木箱,406-408.
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1700965842 [6] 安德鲁·皮克林在他的文章中进行了一次关于开放式、封闭式、“相对封闭式”系统的有趣讨论,参见Pickering,“Hunting”,Isis 72(1981):216-236.
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1700965847 实验是如何终结的? [:1700965589]
1700965848 实验是如何终结的? 实验误差与终结
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1700965850 实验者将自己认可并接受的部分论证和步骤纳入了发表的文章中。在卡文迪什关于重力的论文中,记录下来的论证是来自于实验设计、辅助性测量及理论和经验假定基础上的计算。但是,很多内容并没有被囊括在发表的文章中,尤其是在近代物理学中,大型探测器同加速器一同使用的情况下,这一情况尤为多见。但早在18世纪的工作台实验中,最终的实验论文中就曾省略了实验条件和步骤的一些重要特征。这些未写入文章的信息中包含着实验者对实验结果产生信任的原因,因此,我们必须尝试重现这些理论假说、试验、测量步骤及仪器的异常。未发表的内容无论是传统形式(如笔记和书信等),还是大型粒子物理实验催生的新形式(如资助申请和计算机程序等),对于这一重现均具有帮助作用。
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1700965852 此外,若想发现这些未记录的内容,还有另一个方法。长期以来,这一方法的有效性已被研究理论物理学的历史学家们证实,对于对科学史并不了解的历史学家而言确实大有用处。这些历史学家的关注点在现在看来是“错误”的,甚至在同时代人眼中也具有争议性,但若不是出于此种关注,这些内容可能仍被深埋。一位文学史家将此种关注描述为“那些偏离常规的表达方式被标出来,但从整体角度来看它们又具有某种一致性”。[1]在物理史中,这种“偏离常规”的表达可能是在提醒我们一种新类型物理学的诞生,如爱因斯坦在1905年发表的文章中使用的对称论点。
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1700965854 科学史学家,特别是其中对观点的发展感兴趣的人们一直坚持称,若忽略那些曾被认作是错误的内容,则任何历史重构的说服力都是不足的。正如亚历山大·柯瓦雷(Alexandre Koyré)在1939年所写:
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1700965856 花时间去研究那些错误有什么意义呢?重要的不是最终的成功和发现吗?难道是研究中可能会使人迷惑的曲折经过吗?……对于后代而言,实际的发现和发明才是重要的吧。虽然如此,但(至少对于历史学家、哲学家而言)陷入的僵局和错误……有时和成功的结果一样重要,甚至可能更加重要。它们具有启发意义,让我们可以了解(科学家的)不为人知的想法是如何演变的。[2]
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1700965858 与伽利略“自由落体在相同时间内获得的加速度相同”的观点不同,列奥纳多(Leonardo)认为“自由落体在相同距离内获得的加速度相同”,柯瓦雷对这一“错误观点”进行了追溯。通过对列奥纳多提出的这一猜想进行原因重构,我们深刻地了解了早期科学思想的论证假设和论证标准。虽然当时柯瓦雷正在撰写的是关于伽利略的书籍引言,他仍查阅了关于那些明显错误的观点的记载,可以说沿袭了当代物理史学家基本的方法论概念。引用托马斯·库恩(Thomas Kuhn)的话:
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1700965860 在重构的过程中,历史学家应对研究对象曾出现的明显错误加以特别关注,这不是为了他们自己,也不是仅仅重复书写那些近代科学尚存留的研究结果或论证记录,而是为了更多地展示研究对象在工作过程中的思想。[3]
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1700965862 当柯瓦雷和库恩这些历史学家提到那些历史上的“错误”观点时,他们不是为了评价那些已经过时的理论,而正相反,他们是在寻找那些未被接受的理论性问题和答案,进而把它们变成现下重要规律的指引。在勾勒具有历史相关性的问题轮廓时,我们可以更加注重那些被遗忘的原始状态下的思想架构。同理而言,在对实验进行探讨时,就像地质学家寻找指示矿物一样,我们也寻找着历史性的“错误”,它和指示矿物一样都是具有深层力量的指示线索。
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1700965864 之所以研究这些教科书未收录、现在也不被接受的实验,还有另一个原因。当实验如预期一般继续,或是迅速在其他地方获得证实,它将被我们以及实验者同时代的人们认作是对自然中某种东西的必然认可。对研究成果的集中关心使得实验论证中的疑问、试验和推论过程都被归入了背景范围。当实验结果对基础物理问题造成影响、受到同时代的挑战时,社会的关注点就集中在了实验的早期阶段——一些具有决定性的想法和实践埋藏着的地方。当被广泛认可的理论受到怀疑威胁,新猜想得到较大程度的确认即便没有特定模型,或是观察到惊人的新实验成果时,质疑可能就会出现。面对矛盾,结束实验显然并不是无法逃避的决定。
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1700965866 在争议出现之时,实验者将不得不明确地发出询问:他们的哪些数据应该保留,而哪些应该抛弃?在这种情况下,若要了解某些“偏离常规”的结果应该如何处理,我们可以强行将这些与广受认可的结论共有的、隐藏着的理论和实践假说摆到桌面上来。为了和其他种类的假设区分开,可以使用更有辨识度的语言表达方式,这有助于理解为何实验可以在没有严格推论的情况下即具有说服力。
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1700965868 [1] Spitzer,Literary History(1948),11.
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