物质和方法

在16和17世纪，欧洲的知识界分成了好几个不同的派别，他们各自有着对科学和自然的不同看法，彼此争论和竞争，如老式的亚里士多德观点、各种各样的神秘传统观点和“新科学”——这个新科学派又被称为机械论哲学或者实验哲学。新科学重新提起几乎已被人遗忘的早在古代就出现了的原子和粒子学说，在此基础上用处于运动中的物质来机械地说明自然界的活动。这种新的自然哲学倾向于通过实验来证实科学主张，而且与神秘学说不同，它还积极拥护公开的知识交流。到1700年，这种新科学已经建立起自己的新型研究机构，从而压倒了在一个世纪前未曾被怀疑过的其他科学派别。这样一种“开放的”知识体系，更能得到君主和国家的广泛支持。这就有助于解释为什么“封闭的”法术或神秘学说在政治上常常会遭受打击，而且相对而言总是在走下坡路。

新科学的提倡者坚决捍卫原子学说和机械论哲学，主动地应对把他们加上无神论和决定论帽子的攻击。笛卡儿的应对办法是采取他著名的物质和精神二元论立场，这样就可以保留官方宗教的一切表述形式。同样，我们也已经看到在牛顿科学里怎样把自然神学包括在内并成为其中的一个重要部分。那些新成立的科学院和学会的典型做法，是完全避免讨论政治和宗教。科学研究只针对自然，绝不涉及社会和神性。

17世纪是实验科学兴起和广泛传播的时期。吉尔伯特用磁体做实验；伽利略让不同的球体沿斜面滚下；托里拆利摆弄装有水银的管子发现了关于空气压力的原理；帕斯卡把一个气压计带上山顶，证实了他提出的大气构成了一个巨大的空气海洋的猜测；哈维解剖过无数动物尸体和活体，为的是弄明白心脏的作用；牛顿则让光束通过棱镜和透镜。17世纪的科学家们勤勉地做着实验，可是，他们采取的态度各有不同，并未就某一种“实验方法”形成统一认识，也就是说，他们对于实验在产生新知识上究竟起什么作用看法不一。特别是，人们通常认为的假说—演绎方法在17世纪的科学中体现得并不明显。也就是说，人们很难找到后来的科学哲学家所主张的那种科学研究程序：先正式提出假说，然后通过实验去检验它，最后根据实验结果来决定是应该接受还是应该否定原来的假说。如我们已经看到的，伽利略曾经用实验去确认他已经形成的观点。牛顿利用实验，既有他在1672年的论文中所描述的“判决性实验”这样一种方式，也有他在《光学》一书中拿出“实验证据”的另一种方式。哈维在他的解剖活动中采用的是系统实验的方法，然而，他也循着老掉牙的亚里士多德的思路，仅仅关心“动物性”（animality）而已，并没有想用实验来证明血液循环。“思想实验”——不可能实际进行的实验——也成为17世纪科学的一个组成部分，例如伽利略就设想过从月球看地球会是怎样一种情形。既然对待实验的态度是如此地不同，也包括假说—演绎程序在内，那么，就不能说实验是必然产物，也就是说，实验并不是科学研究一定会用上的一种手段。毋宁说，实验是历史的偶然：冒出来的是各种各样的对待实验和实验科学的态度，它们来自各不相同的根源。

金丹术无疑是形成近代实验科学的一个因素。随着印刷术的出现，本来是“秘方”的小册子开始广为流传，它们也起到了这样的作用。在那些16和17世纪出版的告诉人们“怎样做”的手册里面，包括有许多说明如何制造墨水、颜料、染料、合金、葡萄酒、香料、肥皂和诸如此类用品的非常实用的经验公式和配方。波尔塔和他的朋友们在他们的秘密学院里做实验不是为了检验科学假说，而是为了证实他们听来的那些实用“秘密”的实效。文艺复兴时期的实验模式始终与一种对自然秘密的高尚“狩猎”紧密相连，成功的狩猎者有时能够从资助人那里得到巨额赏金。

在弗朗西斯·培根的归纳法中，有一个内容，就是他所论证的实验有多方面的作用。在他所举的第一个例子中，他竭力说明实验可以人为地产生新现象——按他的说法是，可以“拧断狮子的尾巴”。那样的实验不是要检验什么，而是为以后的归纳分析增添一些事实和例证。培根式实验的一个经典例子是玻意耳长时间观察一块腐肉，直到它发红。培根自己的一个实验故事也是如此，他把雪塞进鸡的内膛，看结果会怎样。（他死于因此而染上的风寒。）不过，培根也想到了一个类似于检验理论的作用，因为他曾提到在归纳过程中的一个高级阶段要做的实验，即所谓的“探索性实验”。这样的实验主要设计用于比较特定的目的去探索自然，这就有些像我们通常所说的实验检验。此外，培根还在他的“成果实验”中把“探索性实验”同实际应用研究结合了起来。

另一方面，笛卡儿却不赞成培根的归纳法和培根对实验的看法。笛卡儿主张的是从最初那些机械原理出发并加以哲学化的演绎方法，这样一来，他自然就非常轻视实验的作用。他是要从原因推演出结果，而不是用实验通过结果来找出原因。在笛卡儿看来，其他人做的那些乱七八糟的实验于澄清事情无益，反而会造成混乱。他只承认实验在演绎的高级阶段有一定的作用，但那也不是用来检验一种理论，而是在两种或多种可能的理论中进行选择。(https://www.daowen.com)

随着实验科学的日渐成熟和发展，实验终于开始被用作检验理论或假说的一种方便的工具，而且可以增强科学论述的力量。牛顿用“判决性实验”去证明光束是由折射角度不同的许多光线所组成，就具有这样的特点。胡克的应变和应力成正比的普遍结论，即胡克定律，就是通过测试弹簧得到的。玻意耳也被普遍认为在把实验当做一种有力的新手段上有很大贡献，推进了实验科学的发展。在17世纪，尽管存在着分歧，科学家们毕竟还是越来越重视实验，因此，科学事业自然也就更多地在使用仪器，更多地在依靠技术。一代又一代探索自然的业余科学家和专业科学家们一直在用各种仪器把自己装备起来，这些仪器包括望远镜、显微镜、温度计、烧杯、天平、气压计、计时仪、斜面、棱镜、透镜、反射镜，还有后来的静电起电器。（对实验仪器需求的增长也提供了越来越多的专门从事仪器制造的工作岗位。）有的技术仪器扩展了人类的感知范围，于是，仪器便成为许多科学领域不可或缺的获得知识的基本工具。

图12.4　空气泵。在有了此项发明之后就可以做许多实验，把物体放在接近真空的条件下进行观察。实际上完成这类实验相当复杂和困难，远不像所叙述的结果那样简单。

在结束本章之前，我们来介绍一个突出的实例，即玻意耳于1658—1659年在胡克的协助下发明的空气泵，也就是真空泵。玻意耳的空气泵能够抽出容器内的空气，从而产生一种新的“实验空间”，这样一来，他的空气泵就成为17世纪实验科学装备库中一件新添的精良仪器。玻意耳用他的仪器研究“空气的弹性”，即可压缩性，最后发现了确定密闭气体的压强和体积之间关系的玻意耳定律。教科书上对这项发现的叙述，给人的印象似乎十分简单，好像就是直接从实验装置得到的结果。更新的科学史研究则揭示出，利用仪器和实验获得关于自然的新知识其实要涉及许多社会因素，仪器本身也会产生不少麻烦。例如，在玻意耳作出他的发明10年以后，真空泵仍然十分昂贵，仅在少数地点配置有不多的那么几台。而且这些真空泵全都漏气，很难使它们维持正常运转。重复实验和重复实验的结果难以预料。只有非常老练的操作者才能够得到预期的结果，而且那样的结果总会受到怀疑。就连伦敦皇家学会安排的公开的演示实验，也只敢放在人数不太多的场合，而且当场一连试过多次。在那种场合，公众的立场和态度会起到非常重要的作用。在当时的一些权威观察者撰写的科学报告里，通常会详细描述他们的实验，为的是让其他人克服时空的障碍也能够“亲眼目睹到”实验。这些因素全都曾在发现玻意耳定律的过程中起到过作用。这一发现的复杂经历说明，在确立事实这件事情上，社会习俗是十分微妙的。从这个实例中，我们清楚地看到产生新知识的过程基本上是一个社会性过程。