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實驗誤差與終結

實驗者將自己認可並接受的部分論證和步驟納入了發表的文章中。在卡文迪什關於重力的論文中,記錄下來的論證是來自於實驗設計、輔助性測量及理論和經驗假定基礎上的計算。但是,很多內容並沒有被囊括在發表的文章中,尤其是在近代物理學中,大型探測器同加速器一同使用的情況下,這一情況尤為多見。但早在18世紀的工作台實驗中,最終的實驗論文中就曾省略了實驗條件和步驟的一些重要特徵。這些未寫入文章的信息中包含著實驗者對實驗結果產生信任的原因,因此,我們必須嘗試重現這些理論假說、試驗、測量步驟及儀器的異常。未發表的內容無論是傳統形式(如筆記和書信等),還是大型粒子物理實驗催生的新形式(如資助申請和計算機程序等),對於這一重現均具有幫助作用。

此外,若想發現這些未記錄的內容,還有另一個方法。長期以來,這一方法的有效性已被研究理論物理學的歷史學家們證實,對於對科學史並不瞭解的歷史學家而言確實大有用處。這些歷史學家的關注點在現在看來是「錯誤」的,甚至在同時代人眼中也具有爭議性,但若不是出於此種關注,這些內容可能仍被深埋。一位文學史家將此種關注描述為「那些偏離常規的表達方式被標出來,但從整體角度來看它們又具有某種一致性」。[1]在物理史中,這種「偏離常規」的表達可能是在提醒我們一種新類型物理學的誕生,如愛因斯坦在1905年發表的文章中使用的對稱論點。

科學史學家,特別是其中對觀點的發展感興趣的人們一直堅持稱,若忽略那些曾被認作是錯誤的內容,則任何歷史重構的說服力都是不足的。正如亞歷山大·柯瓦雷(Alexandre Koyre)在1939年所寫:

花時間去研究那些錯誤有什麼意義呢?重要的不是最終的成功和發現嗎?難道是研究中可能會使人迷惑的曲折經過嗎?……對於後代而言,實際的發現和發明才是重要的吧。雖然如此,但(至少對於歷史學家、哲學家而言)陷入的僵局和錯誤……有時和成功的結果一樣重要,甚至可能更加重要。它們具有啟發意義,讓我們可以瞭解(科學家的)不為人知的想法是如何演變的。[2]

與伽利略「自由落體在相同時間內獲得的加速度相同」的觀點不同,列奧納多(Leonardo)認為「自由落體在相同距離內獲得的加速度相同」,柯瓦雷對這一「錯誤觀點」進行了追溯。通過對列奧納多提出的這一猜想進行原因重構,我們深刻地瞭解了早期科學思想的論證假設和論證標準。雖然當時柯瓦雷正在撰寫的是關於伽利略的書籍引言,他仍查閱了關於那些明顯錯誤的觀點的記載,可以說沿襲了當代物理史學家基本的方法論概念。引用托馬斯·庫恩(Thomas Kuhn)的話:

在重構的過程中,歷史學家應對研究對像曾出現的明顯錯誤加以特別關注,這不是為了他們自己,也不是僅僅重複書寫那些近代科學尚存留的研究結果或論證記錄,而是為了更多地展示研究對像在工作過程中的思想。[3]

當柯瓦雷和庫恩這些歷史學家提到那些歷史上的「錯誤」觀點時,他們不是為了評價那些已經過時的理論,而正相反,他們是在尋找那些未被接受的理論性問題和答案,進而把它們變成現下重要規律的指引。在勾勒具有歷史相關性的問題輪廓時,我們可以更加注重那些被遺忘的原始狀態下的思想架構。同理而言,在對實驗進行探討時,就像地質學家尋找指示礦物一樣,我們也尋找著歷史性的「錯誤」,它和指示礦物一樣都是具有深層力量的指示線索。

之所以研究這些教科書未收錄、現在也不被接受的實驗,還有另一個原因。當實驗如預期一般繼續,或是迅速在其他地方獲得證實,它將被我們以及實驗者同時代的人們認作是對自然中某種東西的必然認可。對研究成果的集中關心使得實驗論證中的疑問、試驗和推論過程都被歸入了背景範圍。當實驗結果對基礎物理問題造成影響、受到同時代的挑戰時,社會的關注點就集中在了實驗的早期階段——一些具有決定性的想法和實踐埋藏著的地方。當被廣泛認可的理論受到懷疑威脅,新猜想得到較大程度的確認即便沒有特定模型,或是觀察到驚人的新實驗成果時,質疑可能就會出現。面對矛盾,結束實驗顯然並不是無法逃避的決定。

在爭議出現之時,實驗者將不得不明確地發出詢問:他們的哪些數據應該保留,而哪些應該拋棄?在這種情況下,若要瞭解某些「偏離常規」的結果應該如何處理,我們可以強行將這些與廣受認可的結論共有的、隱藏著的理論和實踐假說擺到桌面上來。為了和其他種類的假設區分開,可以使用更有辨識度的語言表達方式,這有助於理解為何實驗可以在沒有嚴格推論的情況下即具有說服力。


註釋

[1] Spitzer,Literary History(1948),11.

[2] Koyre,Etudes Galileenes(1939),77.

[3] Kuhn,「History of Science,」in Essential Tension(1977),110.