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1700966851 系统性误差方面的解释并不会使我们依赖于格式塔图像或词义的全局性变化。巴奈特后来也对g值1这一判断进行了认真的思考:
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1700966853 因为长久以来疑似存在的系统性误差……1917年使用磁力计进行观察时,获得的结果同1914、1915年通过电磁感应方法获得的结果大不相同,这一点现在已经得到了完全证实。[6]
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1700966855 在爱因斯坦和德哈斯最初的测量结果中,g值2超出了巴奈特1917年的数据范围(g=1.1至1.4)。巴奈特指出了其他的系统性误差,其中包括一些看似无关的因素,如外部经过的电车、地球磁场的不完全补偿以及旋转过程中铁棒的膨胀等。其中并未包括统计学传播的零散答案。
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1700966857 前文引用的德哈斯和巴奈特的话表明,实验者们对系统性误差带来的误区有清楚的认识。在这些实验及后两章中将探讨的许多其他实验中,此类误差的消除在一开始就是实验工作的首要目标。对于实验家们而言,背景控制并非无关紧要,它是活动本身的一大要素。
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1700966859 将背景由前景中分离开来,需要重要的规模机械——旋磁探索一类实验花费不多且改造简易。后文的第4章中将谈及20世纪末期的大质量粒子探测器,与此不同的是该世纪早期的实验家们可以通过构建方式,在误差来源出现时轻而易举地进行改造。通过铁棒周围缠绕线圈的物理学方式,德哈斯确保了螺线管和铁棒间的对齐;通过增加补偿线圈的数量,斯图尔特更彻底消除了地球磁场;为了频率测量这一唯一目的,贝克建立起与基本装置几乎完全相同的另一台设备;为了检测涡电流,巴奈特使用铜质转子取代了铁质转子。
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1700966861 因此,预算量、装置规格和复杂程度都具有重要性。所有这些旋磁实验都是在大学物理实验室或物理研究所进行的,如卡内基研究所或帝国物理技术学会等。通过技术工人的帮助,实验设备在楼下的店铺中就能建造。[7]爱因斯坦、德哈斯以及巴奈特的实验装置都可以与麦克斯韦的计划方案得到精准契合。巴奈特使用了电动机(能量来源)推动机械齿轮系(传导机制),进而使铁棒产生旋转(见图2.13)。铁棒自转后开始被磁化。其磁场可以通过磁力计或磁通计(测量仪表)进行检测。爱因斯坦和德哈斯的实验装置较为简单,包含一台发电机(能量来源)、导线(传导机制)以及在悬浮铁棒中产生振荡磁矩的线圈。当铁棒绕其中轴旋转时,通过铁棒上安装的镜子(测量仪表)反射光束,检测到了运动情况。
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1700966863 两次实验的主要装置部件小巧,可以安放在一张桌面上。1918年至1922年间,巴奈特使用的仪器和其他开销为平均每年3300美元(4100美元)。[8](本书中括号内的金额数字表示符合标准普尔指数的、1967年发行的美元标准币值;针对美元之外的货币,该数额表示首先换算为美元,而后升高为标准币值。)[9]此外,卡内基研究所的商铺工作人员及巴奈特实验室助手的同期薪酬为平均每年2310美元,共计每年6610美元(8300美元)。[10]
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1700966865 爱因斯坦与德哈斯的实验以及斯图尔特、贝克和阿维德森等物理学家的相关工作均可以运用与巴奈特曾使用的同一等级的机电设备。一般而言,磁化旋转研究的花销较巴奈特的研究花费稍少一些。磁化作用引起的旋转属于大型效应,观察设备所需花费较少。查询1918年的标准商品目录后可以发现,相对较好的发电机需要200美元(250美元),电流计、电流表、电压表等分别需要50美元(60美元)左右,电磁铁也需要几美元。[11]贝克使用了照相设备,爱因斯坦和德哈斯使用了谐振器来测量频率,而贝克自己使用导线和线圈制造了谐振仪器;所有这些实验家们需要花费约2000美元(2500美元)进行旋磁实验的配备,其中人工成本甚至等同于硬件设备的花销。20世纪初期,对于前文所指的麦克斯韦一派大多数实验而言,这样的花销是相当有代表性的。比如,高性能电磁铁约需(2000美元),高压蓄电池花费在(4000至5000美元)不等,大型感应线圈需要(400美元)以上,X射线管花费(10至40美元不等),精密的光谱仪也要花费约(1500美元)。[12]
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1700966867 花费相对较少的这些装置,实验者们在核查旧的实验过程时可以进行重新设计,更改单个元件,以及迅速构建心中所想的特定仪器。当仪器花费增加时,这些决定的做出将面临相当大的困难。为消除背景效应,实验者将从机械装置本身部分性地转移至数据的约简。
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1700966869 [1] Kuhn,“Function,”Isis 52(1961):161-193.
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1700966871 [2] Kuhn,“Caloric Theory,”Isis 49(1958):140.
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1700966873 [3] Kuhn,Essential Tension(1977),200-201.
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1700966875 [4] De Haas,“Le moment,”Atomes(1923),212.
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1700966877 [5] 贝克的铁杆中至少有一根看上去在约为1599 cgs的单位体积下实现了饱和磁化,而爱因斯坦和德哈斯使用的样本在1260 cgs下实现了明确的饱和磁化。(阿维德森也报告了一次比爱因斯坦和德哈斯的更高程度的饱和磁化现象。)当然,也许贝克并没有使用完全相同的那一种合金,但是在通往正确方向的过程中,这个偏差至少可谓导致误差的一个重要原因。参见Beck,“Molekularströme,”Ann.Phys.60(1919):109-149.on 131.
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1700966879 [6] S.J.Barnett and L.J.H.Barnett,“Improved Experiments,”Phys.Rev.20(1922):90.
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1700966881 [7] 参见Palmer and Rice,Modern Physics Buildings(1961).在本世纪初,关于物理学的材料状态的最佳历史成果是收集了大量的信息。参见Forman,Heilbron,Weart,“Personnel,”Hist.Stud.Phys.Sci.5(1975):1-185;关于物理建筑物的建筑风格参见第104至114页。
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1700966883 [8] Smith and Fleming,“Barnett Expenses”(1922),BP.
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1700966885 [9] 兑换率非常低。一美元的购买力是标准和贫困形成的时间函数,参见Basic Statistics(1982),79;瑞士法郎和美元之间的兑换率参见World Alamanac(1964-1968).
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1700966887 [10] Smith and Fleming,“Barnett Expenses”(1922),BP.此外,地磁学部门建造了一个特别的建筑,便于巴奈特和其他人员可以使用敏感的磁设备进行工作。1922年的费用为35000美元(70000美元)。
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1700966889 [11] Central Scientific Co.,Laboratory Apparatus(1918),205ff.
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1700966891 [12] Forman et al.,“Personnel,Funding,and Productivity,”Hist.Stud.Phys.Sci.5(1975):88-89.
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1700966896 实验是如何终结的? [:1700965602]
1700966897 实验是如何终结的? 终结实验时的进退两难
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1700966899 在我们所探讨的物理学家们心中,使用一种频率测量仪器取代另一种,或者用灵敏度更高的磁场探测器代替旧的探测器,这样的对仪器设备的改变渴望十分强烈。虽然这些替代设备带来了独立测量的希望,但对其不熟悉也会造成危险。阿维德森曾创造出了一种新的频率测量设备和一种新型精密光点偏移胶片记录设备,用以检查爱因斯坦和德哈斯效应。毋庸置疑,阿维德森的仪器灵敏度更高;总之,他获得的结果与我们现在广泛认可的数值较为接近。1917年,巴奈特也做出了一项类似的勇敢尝试,他对实验装置进行了完全重建,添加了高灵敏度的磁力计,用以代替原来不够完善的仪器。恰恰因为他对新的装置不够熟悉,一开始仪器反应的变化无常给他带来了更严重的影响,尤其是新装置带来的新型系统性误差。
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