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中期約束

特定的理論或者實驗的程序化目標持久度雖然低於那些重大的主題,例如統一、離散性、持續性,以及儀器的類型,但更加適合特定機構及人員。像布羅代爾提出的「社會時代」,對這些程序化願望的承諾涉及不只一項個體計算或實驗,但是並不構成類似奧斯特或者法拉第對信奉力統一的長期或廣泛約束。德哈斯與愛因斯坦對於實驗的貢獻是在萊頓對磁矩早期研究工作的繼續。並且在回到荷蘭後,他延續了此種精確的磁測量方法。通過早期的合作,德哈斯帶給柏林自由電子不會導致物質磁性特質的信念。因此,細緻的磁測量方法而非原則塑造了他的研究風格。同時,他也傾向於發現物質中束縛電子的某些形式。德哈斯的預設可被認為是實驗性的而非理論性的,儘管區別並不嚴格。

有時,實驗和理論假設並不是完全的分離。考慮到其他一些引入混合理論與實驗工具的,並對此領域做出一定貢獻的物理學家。例如理查森,曾經在卡文迪什實驗室受過培訓,1905年的卡文迪什實驗室是世界上幾個為數不多的、理所當然地認為電子為一種材料顆粒的幾個地方之一。湯姆森關於陰極射線的實驗,與理查森自己關於熱金屬電子發射而獲得諾貝爾獎項的研究工作一樣,提供了一種實驗時間背景,利用了電荷載體材料在經歷電子理論重大變化後仍保持不變的概念。此英國傳統的微粒調查,伴隨著光譜學的解釋,侵蝕了麥克斯韋的電荷載體場變量的置換。因此,先前理論和實驗假設的結合使得理查森的旋磁實驗看似合理。

通過把陰極射線和熱離子效應聯繫到旋磁效應,理查森給予旋磁實驗一個自然量:一個電子的角動量與磁矩的比例應該近似於電子的質量與電荷的比例。理查森與斯圖爾特的實驗設計本質上都取決於電子模型。環繞正電荷的電子簡單圖像通過確定規模形成了設備的建造式樣。因此,不像麥克斯韋,理查森以及後來的愛因斯坦有著一塊特定的非凡空間去探索。此層次的理論使得理查森將獲得怎樣的g值成為一個開放性的問題。

巴奈特已經找出了能夠闡明地磁學的問題及實驗。他的關於地磁場精密機械的理論發生了改變,但他對於此課題探索的終極信念延續在他早期職業生涯的大部分時間裡。他對於此問題的關注在1918年就職於卡耐基研究所地磁部門時得到制度上的承認,儘管在那時,他的想法正在朝新的方向發展。當巴奈特沉浸於地球物理學中,他沉浸在一個充滿不同於愛因斯坦所面臨問題的世界。什麼能夠解釋我們星球的旋轉軸與磁軸的重合?通過憑借地球內部的未知物理確定實驗樣本的過程,巴奈特含蓄地提出關於關鍵性原理的理論觀點,這些觀點與愛因斯坦、德哈斯以及理查森所提出的大相逕庭。就巴奈特所期待的結果的程度來說,他希望是很大的,即使不足以完全解釋地球磁場,至少要足夠有力,以便未知力的引用可以彌補存在的差距。

愛因斯坦也有不同於物理學廣泛統一目標的信奉。在旋磁效應中,他看到了令他如此讚賞的實例化統計力學,並且磁分子的方向很好地與郎之萬提出用於解釋居裡定律的數據研究相結合。愛因斯坦對於旋磁效應的預測通過配置他及其他人在其他領域有效利用的技術變得更具說服力。

在計劃層次,密立根期望能夠將構成宇宙射線的γ射線的生產聯繫到宇宙空間中更加有序的物質的形成。這點在對於指定單個進程時比發現宇宙反熵過程這一更加普遍更加長期的目標更進一步,必須在此背景下才能理解密立根以及他學生及同事的工作。更具體地說,密立根有一系列相對短期的特定模型,可以預測宇宙射線光子準確的能帶。每一層次都影響了密立根的實驗過程及結束實驗的決定,儘管他是以不同的方式做了這些。廣泛的神學問題增加了此類研究的風險,其中對於密立根來說,就宇宙射線光譜研究所提供的動力而言是無可置疑的。與後來物理學背道而馳的那些密立根的判斷可能導致我們改造他的理論課程影響學校實驗過程的方式。但不管後來的裁定是如何評價密立根對於「原子構造」的信奉,他的實驗方案設定了範圍並且製成了帶來一些重要宇宙射線發現的儀器,這些發現於安德森在正電子與μ介子研究中取得的成就中達到頂峰。

正如存在綱領性的理論承諾那樣,也有綱領性的實驗室實踐。實驗者可能會相信,一般而言,顯微鏡、望遠鏡、火花室或者蓋革計數器是用於研究現象世界某部分的有效儀器。對於顯微鏡及火花室信任的問題仍舊存在。物理學家時常通過採用校準試驗來做決定,例如斯圖爾特曾採用的或者是相同探針的比較反應,例如用於E1A的火花室上所採用的試驗。一旦儀器的測試結果與其他儀器的結果及其性能測算的結果相悖,此儀器還有一種其本身的可靠性。

機械設備能夠在無需理論參考的情況下驗證結果,也能夠引入建立在設備本身的假設。我們可能最好稱這些根深蒂固的假設為「技術前提」以此提醒自己設備不是中立的。例如,密立根原來用於研究宇宙射線的設備很明顯是借鑒了用於研究X射線與γ射線而開發的實踐。儀器的設計方式以實驗者的解讀為條件。確定γ射線及X射線能量的標準方式是根據需要穿過多少吸收體去測量他們的電離能力而定的。對於密立根來說,在他貌似合理的離子化與深度曲線中看到宇宙射線光子的證據是必然的。

密立根在加州理工學院所表現出的韌性和能力在卡爾·安德森的早期職業生涯中打上了烙印。這裡的實驗設計也具有潛在的理論。磁鐵會使密立根宇宙光子釋放的電子軌道線發生偏轉,並且電子能量會顯示在宇宙緩慢停滯的空間深處的逆轉現象。考慮到磁鐵雲室的巨大成功,很容易傾向於忽視設計的起源。回想起羅西及斯特裡特等人是如何辯稱他們的計數器顯示出帶電粒子穿過了幾英尺厚的鉛金屬。只有理解了密立根的方案才能完全理解安德森、密立根、尼德美爾以及皮克林並不僅僅通過挑戰反對方數據有效性來回應數據統計工作的原因,但也會通過動搖競爭者的完整方法。對於現象來說,計算器所給出的結果甚至不可視為判斷其真偽的標準。但是,一台設備的製成,程序或者一個理論框架的分析不會像防止破壞原始期望那樣去約束實驗。接下來我會詳細敘述這一點。

通過追溯第一組中性流實驗是如何終結的,我們必須要問在1973年末一個團隊確信中性流並不存在的原因是什麼。那項研究顯示電子觸發器只有在最初的實驗任務中有效。最終發表的關於中性流的報告無法給出的真相是,在更早的時候,該團隊已經有目的地鋪設僅僅會記錄產生帶電輕子過程的電路。這是一種尋找W粒子及探測荷電流理論的完美方式。然而,這對於中性流研究候選者的探索是一個絕對致命的方法。原因是中性流候選者是精確地以在最終狀態時帶電輕子的缺失為表徵。因此,設備本身負載了先前理論預設的物質體現。

這些例子提出了另一個可供研究的成熟領域。我們對科學信仰在儀器設計中重塑自我的方式所知甚少。我們所需要的是與崇拜純技術的儀器的古文物研究歷史截然不同的內容。我們需要的儀器歷史必須是運用科學物質文化來發掘埋藏已久的理論假設及實驗實踐的考古學。