1974年11月9日，還未到凌晨4點，在斯坦福直線加速器——一台足有2英里長的裝置——一旁，夜班實驗人員正在準備一項重要實驗的啟動運轉。實驗人員認真地在小組工作記錄中寫下了這樣的警示故事：
他在這片區域勤奮地工作了幾周，已經很累了。他俯身觀察流水上的淘盤，發現了兩小塊閃光的黃色團塊。「出現了！」他叫出聲來，直起身仔細地觀察盤子裡的物質。眾人都跑過來觀看，在混亂中淘盤和裡面的東西一同掉進了水裡。這些團塊物質是金嗎？還是硫化鐵？他開始重新細細地篩查淤泥。[1]
「我們的首要任務是確定探測器是否仍然在工作中，還有三聯部件的標準分析程序功能是否正常……」記錄手冊裡又這樣寫道。由此，我們又一次投入到了檢查和常規實驗操作中。這樣的工作已經持續了數年，而就在幾個小時之後我們將發現psi粒子。這一發現將開啟夸克和計量物理學的「新時代」。通過整個夏天不間斷地檢查、複查和數據分析，實驗人員漸漸意識到，一個新的奇跡已漸露頭角。在接下來的幾個小時之後，人的想法將被證明是真實的。這樣的論證狀態改變肯定在每一次實驗中都會發生，也決定著實驗的結果。本書關注的正是這一轉變。
從歷史的觀點來看，「實驗是如何終結的」這一問題之所以會引發我們的興趣，是因為它將關注點引領到了實驗中的一個瞬間，在這一瞬間裡，儀表、經驗、理論、計算法和社會科學等聚集到了一處，具有了引人入勝的魅力。為了瞭解實驗是如何終結的，我們必須縮小歷史性的關注範圍，瞭解實驗中的參數、證據、技術和硬件等，正是這些內容推動了實驗人員前進，給予他們信心，讓他們相信面前的淘盤裡是金而不是硫化鐵。對於任何一個實驗者而言，要做出終止實驗研究的決定並不容易，需要投入的東西很多，一旦項目終止也將面臨許多風險。研究人員何時能列舉出足夠的實驗證據，對這一點的評判決定了他們的信譽程度。在20世紀末期，投入到粒子物理學實驗研究中的資源量十分龐大，從開始計劃到成果發表需要五至十年的時間，花費上千萬美元的經費，動用幾十甚至上百名研究人員進行通力合作，因此研究涉及的風險和賭注也大大增加。人們協同合作發表了研究結果後，壓力也隨之上升了。理論家們將努力去瞭解這些新的數字代表的含義，其他實驗小組也將重新審視自己的實驗日程。
從哲學原因和歷史原因而言，「實驗是如何終結的」這一問題意義十足。實驗者對客觀事實、對人造之物，以至於對一種效果、一個粒子的論證均將不會以演繹論證的封閉形式進行。長期以來，圍繞著一個話題——有限的事實集合將不足以證明一般結論——哲學家們一直未曾停止爭論；而迪昂（Duhem）、奎因（Quine）和帕特南（Putnam）等人卻著重強調，實驗面對的不是單一的假設，而是互相聯繫的判斷網絡。[2]但更嚴重的問題在於，這一網絡中不僅包括明確的判斷，也包含了無數的輔助性假設。正如迪昂所言：
同幾何學家使用的歸謬法不同，實驗中的矛盾現象並無將物理假設轉為無可辯駁的真理這樣的能力；為使其具有這樣的能力，需要列舉出全部的假設情況，覆蓋一定的現象集群；但是物理學家們永遠無法確定自己是否已經窮盡了所有可想像出的假設。物理理論真相的決定也並不是像投擲硬幣一樣非正即反。[3]
在這裡我們應該加上一句：這一真相也不是實驗結論的正確性所決定的。
雖然窮盡並列出所有假設是不可能的任務，但是研究者們可以以先導性或平行研究的方式來說明，特定的模仿和「背景」效應是足可以忽略不計的。在實驗者試圖將信號從噪聲中分離出來時，可以採取的策略至少有三種：構建裝置設備以排除背景噪聲的影響，或者對背景噪聲進行測試或計算以將其從觀察中排除出去。下面談到的這個範例十分直觀地說明了這一點：亨利·卡文迪什（Henry Cavendish）是18世紀末期的一名出色的實驗者，一直以來他在實驗室中尋求著物體萬有引力的測算方法。他將木棒用細金屬線懸吊起來，在木棒的兩端各懸掛一個鉛球，用兩個較大的靜止鉛球靠近懸掛著的鉛球砝碼。若懸掛著的球被吸引，木棒將出現扭轉。為了測算牛頓萬有引力理論下微小的力的值，即懸掛著的鉛球重量的五千萬分之一，即便是極微小的溫度改變也需要避免，否則空氣中將出現電流，妨礙木棒的旋轉，進而阻礙實驗正常效果的出現。鑒於此，卡文迪什自行建造了實驗儀器設備，將儀器關閉在房間內，通過遠程控制調整大球的位置，使用望遠鏡觀察並測量儀器臂，進而阻斷了背景的影響。[4]
當構建設備這一方法無法控制背景因素時，實驗者通常會以測量的方式將其解決。仍然以卡文迪什的實驗為例，他使用磁體對實驗設備進行測試，以瞭解磁力是否會導致其發生扭轉運動；他還測量了金屬線，以瞭解其是否會產生永久性扭曲——這樣的扭曲將會使實驗結果出現系統性錯誤。卡文迪什甚至擔心紅木箱（用於保護儀器臂不受風力影響）是否會對儀器產生重力效應。通過嚴密的計算，他將這一可能的干擾原因排除在外，說明箱體對實驗的影響可以忽略不計。[5]雖然做出了這樣的種種努力，但即便從原則上講，這位科學家仍然無法完全證明實驗未受任何因素的干擾。世界如此複雜，無法將所有可能的背景因素都歸至有限的類別中去。因此，在實驗過程中並沒有一個固定的、嚴格符合邏輯的終點。在包含多樣因素的實驗研究中，也沒有一個可遵循的通用發現準則，更無法以演繹邏輯為基準進行事後再構建。
儘管如此，即便研究證據偶爾會同預期效果不一致，包括卡文迪什在內的所有實驗物理學家、生物學家、化學家、地質學家以及其他學科相應的研究人員，也將其視為有說服力的證明。在初次的懷疑和最終的論證之間存在著多層次的研究過程，在這樣的過程中，人的想法漸漸得到了證實和鞏固。「唯心的發現邏輯」下的論證僅僅是發現者自己武斷的和特殊的成見，而「合理化邏輯」是正式的、具有完全說服力的邏輯，是實驗結果得以發表的途徑。在論證的構建中，那些多個中間階段的存在證明了將這兩種邏輯進行極端二分法是錯誤的。在對任何實驗機構中進行的繁複試驗和論證中，實驗者必須——無論是含蓄地暗示還是清楚地明示——承認他們的實驗結論僅代表同等條件下的結果，即所有其他因素均相同的情況下的結果。雖然實驗論證結束時的結果並不是、也不可能僅僅是封閉實驗基礎上的結果，實驗者們仍然必須這樣承認。[6]
鑒於以上所述的各種原因，若欲決定終止調查研究，則需要全套的技術、策略、信念以及受實驗人員支配的實驗設備。若非如此，實驗又將如何繼續？「理論性假說」開創出了充滿趣味現象的世界一角；測量步驟和闡釋方法也是由這些假說塑造。在下文我們將更詳細地對此加以闡釋，即若無某種類型的實驗假說，那麼即便是物質的總體性能都無法確定，某些種類儀器的相關度和適用性（正如某種儀器的具體性能）也都將受到質疑。這些基礎保證並不都是可有可無的，也不可以被認作是對「偏見」的扭轉，它們是開始和結束實驗的必要條件。
對一些問題和因素的把握應該堅定不移，否則任何實驗結果對實驗者而言都成為了不可靠的結論。對儀器、計算、假設和論證這些因素的操作和把握是實驗者自信的來源：它們是什麼？這是實驗者們需要面對的迫切問題。對於像莎士比亞筆下的剛特（Gaunt）一樣的實驗者而言，他們清楚地知道，自己被人銘記的只是最終得出的觀點。實驗者何時能證明實驗效果的真實狀況？何時他們才能斷言，計數器的跳動和圖表中的尖峰值不只是儀器或環境引起的假象？簡而言之就是：實驗是如何終結的？
註釋
[1] 斯坦福直線加速器中心和勞倫斯伯克利實驗室，1974年11月3日至25日日誌。
[2] 參見Duhem，Aim（1977），esp.part II，chaps.4 and 6；Quine，Logical（1963）；Putnam，Mathematics（1975）。
[3] Duhem，Aim（1977），190.
[4] Cavendish，「Density，」Philos.Trans.18（1798.reprinted 1809）：388-408.McCormmach，Dictionary of Scientific Biography，s.v.「Cavendish.」
[5] Cavendish，「Density，」Philos.Trans.18（1798，reprinted 1809）：388-408.關於紅木箱，406-408.
[6] 安德魯·皮克林在他的文章中進行了一次關於開放式、封閉式、「相對封閉式」系統的有趣討論，參見Pickering，「Hunting」，Isis 72（1981）：216-236.