本書系“科學文化譯叢”之一。作者聚焦于“理論如何從現代物理實驗室產生”這一問題，通過對20世紀三個不同時期的微觀物理學實驗的刻畫，勾勒出物理學實驗中理論、儀器與實驗三種文化之間相互交織的復雜關聯，展現了物理學實驗由工作臺逐步發展為耗資不菲的大型加速器的物質文化史。本書兼具歷史及哲學的分析視角，適合具有相關學科知識背景的從業者，以及對歷史、哲學和實驗室文化感興趣的讀者。
人的結局總是比先前的一生更受人矚目。
——莎士比亞《理查二世》
論證的策略
1974年11月9日，還未到凌晨4點，在斯坦福直線加速器——一臺足有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里的物質。眾人都跑過來觀看，在混亂中淘盤和里面的東西一同掉進了水里。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。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日日志。
“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……”記錄手冊里又這樣寫道。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，而就在幾個小時之后我們將發現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、復查和數據分析，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后，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，在這一瞬間里，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。為了了解實驗是如何終結的，我們必須縮小歷史性的關注范圍，了解實驗中的參數、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里是金而不是硫化鐵。對于任何一個實驗者而言，要做出終止實驗研究的決定并不容易，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后，壓力也隨之上升了。理論家們將努力去了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，以至于對一種效果、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，而是互相聯系的判斷網絡。但更嚴重的問題在于，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，實驗中的矛盾現象并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象出的假設。物理理論真相的決定也并不是像投擲硬幣一樣非正即反。
在這里我們應該加上一句： 這一真相也不是實驗結論的正確性所決定的。
雖然窮盡并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，可以采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。下面談到的這個范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。鑒于此，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，使用望遠鏡觀察并測量儀器臂，進而阻斷了背景的影響。
彼得·伽里森，美國科學史與科學哲學領域新生代的領軍人物，哈佛大學科學史系、物理系教授，哈佛大學榮譽約瑟夫?佩雷戈里諾教授席位獲得者。其主要研究領域為20世紀微觀物理學史，同時關注藝術史、建筑史等相關領域，著有《實驗是如何終結的？》《形象與邏輯》等4部著作，編有《大科學》《科學的非統一性》等20余部作品，發表學術文章近百篇。曾獲麥克阿瑟天才獎（1997），科學技術史學會普菲策爾獎（1998），馬克斯?普朗克科學獎（1999）。
董麗麗，清華大學社會科學學院哲學博士，美國哈佛大學訪問學者。2011年至今在北京社科院工作，主要研究方向為科學哲學與科技政策。著有《圖像與交易區的雙重變奏——彼得·伽里森科學編史學研究》《政府重大事項決策績效評價》，先后在《自然辯證法研究》《科學技術哲學研究》《光明日報》等學術期刊、報紙以及國際會議上發表學術論文等20余篇。
第1章 引言
論證的策略
實驗誤差與終結
預設與實驗自主性的范圍
概述
第2章 從集合體到原子
“歷史”對“統計”
均值實驗裝置
分子磁體
電子
愛因斯坦的實驗
愛因斯坦的預設
被遺忘的地磁學的影響
預期落空
鴨子、兔子與誤差
終結實驗時的進退兩難
第3章 粒子與理論
一個接一個的粒子
密立根的宇宙射線研究
“原子初啼”背后的信念
競爭的裝置與理論
驗證量子力學
量子論失敗
一種新的輻射物
重組現象
新粒子的兩個例證
被理論確證、被實驗確證
說服性證據和實驗的終結
第4章 一組高能物理實驗的終結
高能物理學的規模
集體的智慧： 無中性流
對稱性與無窮
優先順序
提出質疑的充分理由
理論家的角色
背景與信號
中性流真的存在嗎？
圖集中的一個事件
信仰的擴展
模型、背景與定論
E1A： 構成與參與者
短路與高深理論
首批數據
“懷疑的陰影”
解除終結
“我沒有發現消除這些效應的方法”
第5章 理論文化與實驗文化
理論的層次
長期約束
中期約束
短期約束
剔除背景
現象的直接性、穩定性以及固執性
第6章 規模、復雜性以及實驗的終結
論據的組合
合作與交流
子組、論據與歷史
結語
附錄： 中性流論文及作者
檔案資源縮寫對照表
參考文獻
索引
譯后記
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