教育技術(shù)裝備發(fā)展傳統(tǒng)與基石（續(xù)一）

新喬 趙曉寧 任熙俊

3 理論、實(shí)驗(yàn)和儀器的關(guān)系

科學(xué)發(fā)展與儀器設(shè)施的關(guān)系，是近代科學(xué)與教育產(chǎn)生以來一直引起人們關(guān)注的一個(gè)重要問題，圍繞這一問題的討論，從17世紀(jì)起就一直持續(xù)進(jìn)行著。這種討論事實(shí)上是與科學(xué)研究、科學(xué)教育問題的討論交叉進(jìn)行的，具體表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)科學(xué)，儀器設(shè)施與應(yīng)用、技術(shù)、方法的關(guān)系問題。

對(duì)理論與實(shí)驗(yàn)關(guān)系的不同觀點(diǎn)? 圍繞實(shí)驗(yàn)問題的認(rèn)識(shí)存在兩種觀點(diǎn)，一種是實(shí)驗(yàn)依附于理論，即觀察和實(shí)驗(yàn)的主要目的就是要證實(shí)或檢驗(yàn)理論，與此相對(duì)的觀點(diǎn)主張實(shí)驗(yàn)有其自身獨(dú)立的生命，“實(shí)驗(yàn)的目的并不局限于檢驗(yàn)理論。實(shí)驗(yàn)本身也許就是目的，或者更可能的是，它服務(wù)于其他目的而不是服務(wù)于理論科學(xué)”[8]27-28。

而理論主導(dǎo)的觀點(diǎn)力圖為測(cè)量（所謂測(cè)量，就是用某些方法為區(qū)別不同的事物確定相應(yīng)的數(shù)字，以便在這些事物的某些共性的基礎(chǔ)上對(duì)它們進(jìn)行比較。測(cè)量過程必然牽涉到某種單位，以這種單位進(jìn)行計(jì)數(shù)來給出測(cè)量的結(jié)果。人類經(jīng)過幾千年的努力，直到18世紀(jì)初期還只認(rèn)識(shí)到三種抽象的性質(zhì)，這就是時(shí)間、長度和質(zhì)量。對(duì)于別的性質(zhì)，例如熱，那時(shí)尚未發(fā)展出測(cè)量的方法，但是這并不意味著這種性質(zhì)比較次要。實(shí)際情況正好相反，比如對(duì)于新科學(xué)來說，熱是一個(gè)關(guān)鍵的因素，由于缺乏測(cè)量熱的手段，招致許多謬誤。在18世紀(jì)初，丹尼爾·華倫海特發(fā)明了溫度計(jì)并標(biāo)定了它的刻度，這是科學(xué)史上的一次突破。這種過程一旦開始，便相繼提出許多新的測(cè)量單位）方法提供理論上的辯護(hù)。如在生理學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，人們相信能夠正確記錄神經(jīng)沖動(dòng)的情況，是因?yàn)橄嘈胚@些電子儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)所依賴的物理學(xué)原理。然而，這只能將問題淡出視野，就像迪昂所明確承認(rèn)的那樣。任何一個(gè)有責(zé)任感的研究者都必須要問，那些為測(cè)量方法辯護(hù)的理論原則本身又是如何被證明是正確的？是通過另外的測(cè)量嗎？又是什么表明了這些測(cè)量是有效的？[8]28

這些憂慮促使人們?nèi)で罅硪粋€(gè)能獲得觀察的有效性的策略，即與理論無關(guān)的策略。很多實(shí)證主義哲學(xué)家退回到“感覺—數(shù)據(jù)”，但是甚至連感覺—數(shù)據(jù)也要被視為不足以為信的。很多方法論學(xué)者試圖將有效性建立在獨(dú)立證實(shí)的基礎(chǔ)上：運(yùn)用不同的方法，要得出同一個(gè)結(jié)果是不太可能的巧合，除非這個(gè)結(jié)果是對(duì)實(shí)在的準(zhǔn)確反映。盡管這種論證方式在直覺下令人信服，而且在實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐中也被廣泛地反映出來，但是它始終無法超越實(shí)用主義。[8]28

在物理學(xué)史中曾出現(xiàn)過試圖消除理論依賴的兩種方法——數(shù)據(jù)、測(cè)量，其一是由維克托·勒尼奧（1810—1878）提出的，另一個(gè)是由珀西·布里奇曼（1882—1961）

提出的。盡管維克托·勒尼奧的確沒有做出重大的理論貢獻(xiàn)，但是在19世紀(jì)40年代即其事業(yè)的高峰時(shí)期，人們還是很容易將其視作全歐洲最出色的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家的。他的聲望和權(quán)威建立于他在很多物理學(xué)領(lǐng)域（尤其是熱現(xiàn)象研究領(lǐng)域）實(shí)現(xiàn)的極端精確性上。在他的諸多成果中發(fā)現(xiàn)很少有明顯的哲學(xué)化的痕跡，但是他的方法中一些重要方面卻在其具體實(shí)踐中有跡可循。[8]28-29

對(duì)于勒尼奧來說，對(duì)真理的探索變成“用精確的數(shù)據(jù)取代理論家們的公理”。如在他之前的其他人已經(jīng)在假設(shè)人們認(rèn)識(shí)到了一些物質(zhì)的熱膨脹模式（通常被假設(shè)為均衡的）的基礎(chǔ)上制出了溫度計(jì)。這些都要求助于各種理論的辯護(hù)，諸如基本的量熱法或各種熱量理論的觀點(diǎn)，而勒尼奧否棄了這樣的實(shí)踐，認(rèn)為要證實(shí)關(guān)于物質(zhì)的熱現(xiàn)象的理論是不可能的，除非人們已有一個(gè)足以為信的溫度計(jì)。[8]29

然而，勒尼奧是如何設(shè)計(jì)一個(gè)溫度計(jì)而不用設(shè)定任何關(guān)于物質(zhì)熱現(xiàn)象的先在知識(shí)的呢？他使用了“可比性”的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，也就是說某一類型的儀器應(yīng)具有相同的讀數(shù)值。勒尼奧把可比性視為正確性的一個(gè)必要條件，但不是充分條件。這一認(rèn)識(shí)使勒尼奧最終對(duì)能否保證測(cè)量方法的正確性持悲觀的態(tài)度，這與那些獨(dú)立證實(shí)的提倡者恰恰相反。盡管表明勒尼奧對(duì)任何基于理論的東西之穩(wěn)定性都持不太信任的態(tài)度，但他仍身體力行地做了大量工作，去向人們展示那些被認(rèn)為是支配氣體變化方式的簡單而普遍的規(guī)律僅僅是近似的?？杀刃噪m不能保證正確性，但是它確實(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了穩(wěn)定性。[8]29

珀西·布里奇曼作為哲學(xué)家、物理學(xué)家，與勒尼奧一樣表現(xiàn)出想要從測(cè)量的基礎(chǔ)上消除理論的傾向，而且在關(guān)鍵問題上比勒尼奧更為激進(jìn)。人們所稱的布里奇曼的“操作主義”完全取消了有效性的難題，用測(cè)量操作來定義概念：“一般而言，我們使用的任何概念都不過是指一組操作;概念同義于相應(yīng)的一組操作?！比绱艘粊?，至少在原則上，任何宣稱測(cè)量方法是正確的斷言就都變成只在同義反復(fù)式的意義上為真。[8]29

儀器設(shè)施促進(jìn)的實(shí)驗(yàn)發(fā)展? 17世紀(jì)，人們制造了大量用于研究的基礎(chǔ)工具，其中儀器的發(fā)明是科學(xué)力量壯大的一個(gè)標(biāo)志。新科學(xué)最后終于獲勝，主要是因?yàn)樗辛丝梢岳玫膬x器，其中望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡起了決定性的作用。17世紀(jì)初，望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明使得天文學(xué)對(duì)天空的研究進(jìn)行了一次革命。10年內(nèi)，后來對(duì)生物學(xué)作出同樣巨大貢獻(xiàn)的顯微鏡也接著出現(xiàn)了。第一只精確鐘表使人們能夠以昔日不曾夢(mèng)想過的精度測(cè)量時(shí)間;溫度計(jì)的發(fā)明使得溫度也可測(cè)量。[9]9

如迪布瓦·雷蒙的主要著作《關(guān)于動(dòng)物電的研究》，針對(duì)的是認(rèn)為存在一種控制生命的自發(fā)活力的思想。作為這一新有機(jī)物理學(xué)的例證，迪布瓦·雷蒙提供了他對(duì)動(dòng)物電的研究結(jié)果。在神經(jīng)的電行為領(lǐng)域，可以看到極不尋常的、易對(duì)物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法做出反應(yīng)的現(xiàn)象。早期還原論者及他們的追隨者都是熟練而勤奮的實(shí)驗(yàn)者，他們的儀器設(shè)施，尤其是路德維希的記波器、迪布瓦·雷蒙的電流計(jì)以及用來對(duì)組織進(jìn)行電刺激的各種裝置，標(biāo)志著他們所在實(shí)驗(yàn)室的重要地位。[10]166

強(qiáng)有力的技術(shù)為生殖和生長的重要過程的無限制實(shí)驗(yàn)控制和評(píng)估打開了大門。羅伯特·科赫（1843—1910）卓越的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)及其告誡，加上創(chuàng)立科學(xué)的細(xì)菌學(xué)和疾病的病菌學(xué)說的主要人物路易·巴斯德的研究成果，到1880年時(shí)差不多已經(jīng)證實(shí)，“醫(yī)學(xué)和預(yù)防性的健康檢查將需要一個(gè)只有在實(shí)驗(yàn)室才能獲得的新基礎(chǔ)依據(jù)”，“從19世紀(jì)70年代開始，實(shí)驗(yàn)室成為心理學(xué)家的培養(yǎng)基地。新興的生理心理學(xué)家試圖通過使用精確的儀器以及合理運(yùn)用刺激，來創(chuàng)立一門嚴(yán)格的心理科學(xué)，以取代反省并描述精神狀態(tài)的傳統(tǒng)方法”。[10]181

理論、實(shí)驗(yàn)和儀器設(shè)施的相互影響

1）萊頓瓶的啟示：實(shí)驗(yàn)生理學(xué)的例子。18世紀(jì)40年代，實(shí)驗(yàn)生理學(xué)興起，與實(shí)驗(yàn)物理學(xué)和化學(xué)中的稀薄的流體理論的出現(xiàn)相一致。正如化學(xué)從基于原子之間的吸引和排斥轉(zhuǎn)向研究酸、堿和金屬的化學(xué)特性一樣，生理學(xué)從把身體的器官描述為杠桿、滑輪、泵、篩網(wǎng)轉(zhuǎn)向研究諸如生長、營養(yǎng)、再生等使生命不同于機(jī)器的特征。[11]

當(dāng)然，新的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)和化學(xué)對(duì)生理學(xué)及醫(yī)學(xué)有著直接的影響。電學(xué)允諾擁有關(guān)于生理學(xué)的答案，電鰻和敏感的植物是研究的候選生物，因?yàn)樗鼈兌急憩F(xiàn)出用電保護(hù)自己的特性。英國、法國和德國的電學(xué)家從他們的實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，通過電的種子發(fā)芽更快一些，通過電的植物出芽要早一些，通過電的動(dòng)物比沒有通過電的動(dòng)物要輕一些。電鰩、圭亞那電鰻魚和非洲的電鯰魚都被研究過，以便發(fā)現(xiàn)它們電的來源。解釋這些動(dòng)物在導(dǎo)電介質(zhì)中怎樣產(chǎn)生電擊是非常困難的。但是，亨利·卡文迪許證明，給定足夠大的電容，電擊可以在水下釋放，他甚至用毛皮附在一個(gè)大號(hào)萊頓瓶上制造了一個(gè)模型魚雷魚來證明自己的觀點(diǎn)。[12]124

電產(chǎn)生了肌肉運(yùn)動(dòng)，這表明，身體中的電很可能以流體的形式帶著感覺刺激和運(yùn)動(dòng)指令在神經(jīng)中運(yùn)動(dòng)。但是，早期機(jī)械論的失敗警示人們要小心謹(jǐn)慎，因此，在18世紀(jì)中葉，主要的生理學(xué)家馮·哈勒論證說，把電物質(zhì)等同于動(dòng)物神經(jīng)未免是過早的事情。哈勒的謹(jǐn)慎是明智的，因?yàn)?8世紀(jì)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)完全不可能揭示神經(jīng)沖動(dòng)的電化學(xué)本質(zhì)。然而，內(nèi)科醫(yī)生很快明顯成功地利用了電的治療方法。因此，當(dāng)路易吉·伽伐尼（1737—1798，意大利生物學(xué)家和醫(yī)生，宣稱動(dòng)物組織能產(chǎn)生電，雖然后來證明這個(gè)理論是錯(cuò)誤的，但是他的實(shí)驗(yàn)促進(jìn)了電學(xué)的研究）認(rèn)為蛙腿中包含著有機(jī)的萊頓瓶，當(dāng)它放電導(dǎo)致蛙腿不時(shí)踢動(dòng)時(shí)，并未使人們感到驚異。生理學(xué)中電現(xiàn)象的復(fù)雜性，使18世紀(jì)的實(shí)驗(yàn)者可望而不可即，但他們?cè)噲D把物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到生命世界中去的想法卻是重要的。[12]124-125

1747年，諾萊（英國物理學(xué)家）把絲的陰影投射到一個(gè)屏幕上，這個(gè)屏幕有量角器刻度，使他精確測(cè)量電荷而不干擾實(shí)驗(yàn)。1788年，伏特提出，萊頓瓶上的電荷很可能與“張力”（電強(qiáng)度）和萊頓瓶的“容量”二者成比例。伏特此前已經(jīng)把電的定量研究中最有價(jià)值的一些概念區(qū)別開來，遺憾的是，由于驗(yàn)電器的非線性，他沒能確證這種關(guān)系。[12]73

玻璃的電學(xué)性質(zhì)給所有早期的實(shí)驗(yàn)家制造了極大的混亂。他們的理論假定，電流體不僅存在于帶電物體上，而且存在于它周圍的氣氛中。富蘭克林用煙，諾萊用細(xì)粉，去檢測(cè)這種氣氛的存在并展現(xiàn)其范圍。電吸引和電排斥被假定是由這種氣氛的直接作用引起的。玻璃不導(dǎo)電（除非加熱時(shí)），但傳播電的影響。豪克斯比和格雷能夠輕易地透過幾層玻璃吸引輕物體，電以弗通過玻璃還是沒有通過玻璃呢？金屬甚至濕布能導(dǎo)電，卻屏蔽吸引效果。豪克斯比沮喪地發(fā)現(xiàn)，能穿透玻璃瓶壁的電吸引卻能被薄平紋細(xì)布阻塞。電學(xué)理論家們就像他們長期未能區(qū)分電流體及其與電的吸引和排斥影響一樣，也長期不能解釋這種特殊的異常。氣氛，無論是靜止的還是運(yùn)動(dòng)的，都不會(huì)是電，也不會(huì)是電的吸引影響。[12]71

伏特于1775年向約瑟夫·普里斯特利（1733—1804）描述了他的起電盤。它由一個(gè)嵌進(jìn)金屬盤中的絕緣的用樹脂和蠟做成的餅狀物組成;帶著一個(gè)被絕緣的把手的金屬板放在餅的頂上。實(shí)驗(yàn)者首先通過摩擦餅或者從萊頓瓶給餅充電，使其帶電;然后把金屬板放到餅上并且接觸板的頂部，以放掉由于荷電餅的存在而感應(yīng)的電荷;然后握著被絕緣的柄，移開金屬板。人們發(fā)現(xiàn)金屬板荷了電。把金屬板放到餅上，可將這種電荷轉(zhuǎn)移到萊頓瓶。這個(gè)過程想重復(fù)多少次就能重復(fù)多少次，而不會(huì)減少餅上的電荷。伏特從這個(gè)實(shí)驗(yàn)引出結(jié)論說，“沒有什么真實(shí)的東西”能從餅轉(zhuǎn)移到板上，否則餅上的電立刻就會(huì)被耗盡;電停留在餅上，只有一種力到達(dá)板上;沒有電氛或者以弗是耗不盡

的。因此，電氛不能解釋起電盤。[12]72

18世紀(jì)末，與豪克斯比的氣壓光同樣復(fù)雜的發(fā)現(xiàn)，把對(duì)電的研究轉(zhuǎn)到一個(gè)新方向上。1791年，波倫亞大學(xué)解剖學(xué)教授路易吉·伽伐尼在其實(shí)驗(yàn)室里解剖一只蛙。他注意到，當(dāng)其解剖刀刃碰到蛙腿中的股神經(jīng)時(shí)，蛙腿就踢起來，還是與房間里一臺(tái)正在發(fā)電火花的靜電機(jī)一致地踢;而且只有他碰了解剖刀刃時(shí)這種踢動(dòng)才會(huì)發(fā)生，他握住解剖刀的骨把柄時(shí)這種踢動(dòng)就不發(fā)生。[12]74

如同氣壓光一樣，這種踢動(dòng)的原因超出任何既存理論的范圍。伽伐尼認(rèn)為他發(fā)現(xiàn)了一種新的動(dòng)物電，并且把蛙腿掛在野外一個(gè)鐵架上的黃銅鉤上，目的是把“氣氛”電吸到蛙腿上，以此開始檢驗(yàn)其理論。他壓鐵架上的鉤子時(shí)，蛙腿就跳動(dòng)，但這不是因?yàn)殡姺铡Ｕ缳しツ崃⒖贪l(fā)現(xiàn)的，黃銅鉤與鐵架之間的接觸產(chǎn)生了電，而一個(gè)單獨(dú)的金屬不能使踢動(dòng)產(chǎn)生。[12]74

伽伐尼必定極其敏銳地認(rèn)識(shí)到這些反常，但是他沒有任何適當(dāng)?shù)睦碚搧斫忉屗鼈?。作為一名?nèi)科醫(yī)生，他追求的是對(duì)蛙腿反常的生理學(xué)解釋。而伏特對(duì)蛙腿反常知道得不多，對(duì)電卻知道得多。他立刻發(fā)現(xiàn)，蛙僅僅起著電的檢測(cè)器的作用，比當(dāng)時(shí)的任何驗(yàn)電器都敏感得多。伏特立刻得出結(jié)論說，這電是由兩種不同金屬構(gòu)成的回路產(chǎn)生的，而且這兩種金屬中至少有一種是潮濕的導(dǎo)體。弱電來自單個(gè)金屬結(jié)，但他希望通過連續(xù)地連接幾個(gè)結(jié)來成倍地增強(qiáng)效果。直到他最終想出把銀片和鋅片（產(chǎn)生最多電的金屬對(duì)）堆起來的主意，似乎才有組合起作用。他用濕卡紙把每一對(duì)金屬片分開，由此產(chǎn)生系列：銀、鋅、卡紙;銀、鋅、卡紙;等等，以鋅為末端。正如萊頓瓶的情況一樣，連接這個(gè)電堆的頂部和底部就產(chǎn)生電，不過不是萊頓瓶放出的單個(gè)電火花，伏特堆產(chǎn)生的是永恒電流。這個(gè)電堆在1800年宣布時(shí)引起轟動(dòng)。在一年之內(nèi)，安東尼·卡萊爾（1768—1840）和威廉·尼科爾森（1753—1815）在皇家學(xué)會(huì)就用過這種電流把水分解為氧和氫。流電引導(dǎo)了整個(gè)電化學(xué)領(lǐng)域，結(jié)果電磁學(xué)也就隨之而來了。[12]74-75

本杰明·富蘭克林沒有察覺到負(fù)電荷排斥的事實(shí)，他的理論不容易解釋這個(gè)現(xiàn)象，因?yàn)樗笫ル娏黧w的普通物質(zhì)排斥其他普通物質(zhì)，而萬有引力理論則認(rèn)為物質(zhì)是吸引的。弗朗茲·烏爾里克·西奧多修斯·艾派納斯（1724—1802）在1756年僅僅假定正負(fù)電吸引和排斥性質(zhì)的對(duì)稱性，就消除了這個(gè)反常。不過，他這樣做只是拋棄了一切電氛和以弗，電氛和以弗是他之前的電理論中的一部分。到1756年，實(shí)驗(yàn)證據(jù)已經(jīng)使人們懷疑電氛，電的研究不得不變得更具操作性，理論的描述較多而解釋則較少了。[12]69-70

1759年，艾派勒斯在《對(duì)一種電磁理論的考察》（1759）中對(duì)電容器進(jìn)行了第一次成功的分析，但受到懷疑對(duì)待，很少有人閱讀。對(duì)電進(jìn)行測(cè)量的努力遭到挫折，與其說是缺乏儀器所致，不如說是在測(cè)量方面的混亂所致。這說明區(qū)分電荷、力、張力和電容的概念，需要一個(gè)包容這些概念的理論。[12]73

2）三棱鏡：光與顏色。對(duì)顏色的研究也是光學(xué)史上的一件大事。笛卡爾把各種顏色現(xiàn)象并入光學(xué)領(lǐng)域，在這之前，光和顏色曾被認(rèn)為是兩種不同的事物。笛卡爾的哲學(xué)否定了諸如顏色這樣的性質(zhì)是物體真實(shí)性質(zhì)的可能性。他堅(jiān)持認(rèn)為光是一種壓力，通過由許多小球所組成的媒質(zhì)來傳遞，“而顏色顯然是一種感覺，起因于這類小球所具有的另一種運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，即小球沿其軸轉(zhuǎn)動(dòng)”?；趶囊淮卫忡R實(shí)驗(yàn)中所給出的相關(guān)證據(jù)，笛卡爾推斷折射可以改變旋轉(zhuǎn)的速率，轉(zhuǎn)速加快導(dǎo)致紅色的感覺，轉(zhuǎn)速放慢導(dǎo)致藍(lán)色的感覺。假設(shè)折射能改變旋轉(zhuǎn)的速率，那么反射也可這樣，正如網(wǎng)球彈跳時(shí)，球的轉(zhuǎn)動(dòng)也改變了。球面的類型決定著變化的類型，因而球面呈現(xiàn)出不同的顏色。盡管笛卡爾的論述中頗有武斷和讓人難以信服的成分，但他通過將真實(shí)顏色與表觀色置于同樣的背景下進(jìn)行研究，不僅取消了真實(shí)顏色與表觀色間的區(qū)別，還把顏色現(xiàn)象歸入光學(xué)領(lǐng)域。從此以后，顏色現(xiàn)象就成為光學(xué)的內(nèi)容。[13]57-58

但是，人們并沒有繼續(xù)按照笛卡爾的術(shù)語研究顏色現(xiàn)象。這種學(xué)說始于一個(gè)假設(shè)——科學(xué)傳統(tǒng)上的又一個(gè)常識(shí)性的假設(shè)，就如地球靜止不動(dòng)這一假設(shè)那樣，是如此顯而易見，以至于人們幾乎沒有意識(shí)到這也是個(gè)假設(shè)：光在其原始自然狀況下是白色的。[13]58

而對(duì)這一假設(shè)的挑戰(zhàn)是由當(dāng)時(shí)還是劍橋大學(xué)學(xué)生的牛頓來完成的。在考慮三棱鏡下所見到的物體帶有彩邊這一現(xiàn)象時(shí)，牛頓提出一個(gè)新的研究顏色的道路。也許引起不同顏色的感覺的光線本來就彼此不同，而且以不同的角度被折射，因此，三棱鏡可通過分開光線而非改變光而使不同的顏色顯現(xiàn)。為檢測(cè)這一觀點(diǎn)，牛頓通過三棱鏡觀察了一根一半為紅色、另一半為藍(lán)色的線，線的兩端看起來被分開了。這一由實(shí)驗(yàn)所證實(shí)的新觀點(diǎn)，注定要將顏色的解釋理論顛倒過來，或者說正確地建立起來，從此，這一觀點(diǎn)一直是顏色研究的基礎(chǔ)。牛頓的《光學(xué)》（Opticks）直到1704年才發(fā)表，其時(shí)距他最初獲得這個(gè)想法已有40多年。[13]58

牛頓的顏色論首次發(fā)表時(shí)，他的同時(shí)代人普遍難以理解。因?yàn)榇蠹s2000多年以來，自從系統(tǒng)的自然哲學(xué)問世，白光就被認(rèn)為是單一、原始的光，而牛頓卻從另一角度認(rèn)為白光是各色光的非均勻混合，每一種光都會(huì)引起獨(dú)特的色感。不是白光，即不是混合光，而是其組成成分形成單色光。這種觀念反轉(zhuǎn)為人們所理解，他的觀點(diǎn)建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，而笛卡爾僅憑推測(cè)。顏色不可能是物體的真實(shí)屬性，而只是光引起的感覺，在接受了這一主張之后，牛頓把顏色理論徹底地納入了光學(xué)。他推倒了真實(shí)顏色與表觀色之分，把所有的色感都?xì)w于完全相同的原理。一些后來的科學(xué)家如胡克改進(jìn)了他的觀點(diǎn)，認(rèn)為光是單個(gè)的、穿過媒質(zhì)的脈沖。在這些意見的基礎(chǔ)上，人們現(xiàn)在所知的光波概念開始發(fā)展起來。[13]62

3）輻射、光譜、電磁波。在19世紀(jì)最后的20多年里，物理學(xué)曾堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)遭受了空前的震撼。從那時(shí)起，物理學(xué)常常處在混亂之中，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們使用越來越精密的儀器，理論物理學(xué)家們提出復(fù)雜得令人難以想象的理論，他們相互影響。[9]248

在1800年，赫舍爾本人就十分確信存在不可見的熱射線，但是基于他那個(gè)“關(guān)鍵性的”實(shí)驗(yàn)，他放棄了這些不可見射線和可見光具有同種性質(zhì)的可能性。此后，梅洛尼做出和赫舍爾相同的判斷。而后來人們之所以能夠接受包括紅外線、可見光和紫外線的連續(xù)光譜的概念，也正是依賴于新的、全面的理論和那些引人注目的實(shí)驗(yàn)，以及許許多多更加可靠的儀器這樣三個(gè)方面的結(jié)合。正是光的波動(dòng)說和不可見射線的干涉效應(yīng)的確立，以及透熱的棱鏡和精準(zhǔn)的溫度計(jì)的結(jié)合，使大多數(shù)物理學(xué)家最終相信并接受了連續(xù)光譜的理論。[8]254

在19世紀(jì)，放射物理學(xué)的研究也從當(dāng)初的出于純粹好奇轉(zhuǎn)變成一種重要的商業(yè)性活動(dòng)。在這些轉(zhuǎn)變過程中，人們也可以發(fā)現(xiàn)理論、實(shí)驗(yàn)和儀器的相互影響與相互作用。

麥克斯韋也認(rèn)為電量的靜電單位與電磁單位的比率應(yīng)該等于光速，但實(shí)驗(yàn)證據(jù)卻不能夠使得人們對(duì)他的理論消除疑慮。一些信仰麥克斯韋理論的人試圖通過快速的振蕩產(chǎn)生電磁波，但是他們不知道怎么測(cè)這些電磁波。[8]254

1887年，亨利?！ず掌潱?857—1894）用自己設(shè)計(jì)的儀器產(chǎn)生了預(yù)先設(shè)定頻率的電磁波，這是后來所有無線電廣播的基礎(chǔ)。不過真正能夠傳送廣播電臺(tái)和電視臺(tái)發(fā)送的復(fù)雜信號(hào)，還有賴于后來古列爾默·馬可尼（1874—1937）

發(fā)明的更為新穎的技術(shù)。另一方面，射頻信號(hào)的接收和分析技術(shù)對(duì)純理論科學(xué)也非常有用。[9]248

在發(fā)明電視之前，約瑟夫·約翰·湯姆遜（1856—1940）

于1897年用特殊設(shè)計(jì)的陰極射線管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)了電子，后來又用他的學(xué)生查爾斯·湯姆遜·里斯·威爾遜（1869—1959）發(fā)明的原型的云室測(cè)定了電子的荷質(zhì)比（即電荷/質(zhì)量的比值）。從此，人們不再認(rèn)為原子具有整體性。[9]249

湯姆遜于1897年發(fā)現(xiàn)了電子，證明原子并不是不可分割的;在其前一年，安東尼·亨利·伯克勒爾（1852—1908）也偶然地發(fā)現(xiàn)了天然放射性，揭示出粒子的另一種來源，這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣有力地證明了原子并不是不可分割的。伯克勒爾的發(fā)現(xiàn)并不要求用什么特殊的儀器，他最初只是將一小塊鈾礦石樣品、一把銅鑰匙和一張照相底片一起放在一個(gè)抽屜里而偶然得到的結(jié)果。后來皮埃爾·居里（1859—1906）和瑪麗·居里（1867—1934）繼續(xù)研究放射性現(xiàn)象，終于發(fā)現(xiàn)了釙和鐳，雖然他們未能揭示這一現(xiàn)象的本質(zhì)。[9]248

科學(xué)實(shí)踐者們一直以來都非常清楚，要想獲得高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)觀察是極其困難的。在定量化科學(xué)的語境中，觀察意味著測(cè)量。只要用到了儀器，關(guān)于其設(shè)計(jì)及運(yùn)行過程中的正確性的問題就產(chǎn)生了——這對(duì)于那些試圖發(fā)明與改進(jìn)儀器設(shè)施及技術(shù)的人來說是一件有些棘手卻再明白不過的事情。[8]27

4）理論對(duì)實(shí)踐具有的重要導(dǎo)引作用。一些信奉牛頓的實(shí)驗(yàn)家知道發(fā)現(xiàn)定量的經(jīng)驗(yàn)定律的重要性，但感到這個(gè)任務(wù)超出了自己的能力。如米森布魯克是熟悉牛頓在引力定律上的成就的，他在18世紀(jì)20年代花了很大力氣去確定兩塊磁體之間的作用力。但是，最終他被迫承認(rèn)失敗，他寫道：“我只能夠作這樣的結(jié)論，在力和距離之間沒有比例關(guān)系?！弊鳛槭潞蟮脑u(píng)論，可以看出他測(cè)錯(cuò)了對(duì)象，他測(cè)的是兩個(gè)整塊（球形）磁鐵之間的作用力，而不是像夏爾·奧古斯丁·庫侖（1736—1806）在18世紀(jì)80年代那樣測(cè)量兩個(gè)實(shí)際上孤立起來的磁極之間的作用，米森布魯克沒有得到適當(dāng)?shù)睦碚摰闹敢?。[14]321

（未完待續(xù)）