首页 » 实验是如何终结的? » 实验是如何终结的?全文在线阅读

《实验是如何终结的?》中期约束

关灯直达底部

特定的理论或者实验的程序化目标持久度虽然低于那些重大的主题,例如统一、离散性、持续性,以及仪器的类型,但更加适合特定机构及人员。像布罗代尔提出的“社会时代”,对这些程序化愿望的承诺涉及不只一项个体计算或实验,但是并不构成类似奥斯特或者法拉第对信奉力统一的长期或广泛约束。德哈斯与爱因斯坦对于实验的贡献是在莱顿对磁矩早期研究工作的继续。并且在回到荷兰后,他延续了此种精确的磁测量方法。通过早期的合作,德哈斯带给柏林自由电子不会导致物质磁性特质的信念。因此,细致的磁测量方法而非原则塑造了他的研究风格。同时,他也倾向于发现物质中束缚电子的某些形式。德哈斯的预设可被认为是实验性的而非理论性的,尽管区别并不严格。

有时,实验和理论假设并不是完全的分离。考虑到其他一些引入混合理论与实验工具的,并对此领域做出一定贡献的物理学家。例如理查森,曾经在卡文迪什实验室受过培训,1905年的卡文迪什实验室是世界上几个为数不多的、理所当然地认为电子为一种材料颗粒的几个地方之一。汤姆森关于阴极射线的实验,与理查森自己关于热金属电子发射而获得诺贝尔奖项的研究工作一样,提供了一种实验时间背景,利用了电荷载体材料在经历电子理论重大变化后仍保持不变的概念。此英国传统的微粒调查,伴随着光谱学的解释,侵蚀了麦克斯韦的电荷载体场变量的置换。因此,先前理论和实验假设的结合使得理查森的旋磁实验看似合理。

通过把阴极射线和热离子效应联系到旋磁效应,理查森给予旋磁实验一个自然量:一个电子的角动量与磁矩的比例应该近似于电子的质量与电荷的比例。理查森与斯图尔特的实验设计本质上都取决于电子模型。环绕正电荷的电子简单图像通过确定规模形成了设备的建造式样。因此,不像麦克斯韦,理查森以及后来的爱因斯坦有着一块特定的非凡空间去探索。此层次的理论使得理查森将获得怎样的g值成为一个开放性的问题。

巴奈特已经找出了能够阐明地磁学的问题及实验。他的关于地磁场精密机械的理论发生了改变,但他对于此课题探索的终极信念延续在他早期职业生涯的大部分时间里。他对于此问题的关注在1918年就职于卡耐基研究所地磁部门时得到制度上的承认,尽管在那时,他的想法正在朝新的方向发展。当巴奈特沉浸于地球物理学中,他沉浸在一个充满不同于爱因斯坦所面临问题的世界。什么能够解释我们星球的旋转轴与磁轴的重合?通过凭借地球内部的未知物理确定实验样本的过程,巴奈特含蓄地提出关于关键性原理的理论观点,这些观点与爱因斯坦、德哈斯以及理查森所提出的大相径庭。就巴奈特所期待的结果的程度来说,他希望是很大的,即使不足以完全解释地球磁场,至少要足够有力,以便未知力的引用可以弥补存在的差距。

爱因斯坦也有不同于物理学广泛统一目标的信奉。在旋磁效应中,他看到了令他如此赞赏的实例化统计力学,并且磁分子的方向很好地与郎之万提出用于解释居里定律的数据研究相结合。爱因斯坦对于旋磁效应的预测通过配置他及其他人在其他领域有效利用的技术变得更具说服力。

在计划层次,密立根期望能够将构成宇宙射线的γ射线的生产联系到宇宙空间中更加有序的物质的形成。这点在对于指定单个进程时比发现宇宙反熵过程这一更加普遍更加长期的目标更进一步,必须在此背景下才能理解密立根以及他学生及同事的工作。更具体地说,密立根有一系列相对短期的特定模型,可以预测宇宙射线光子准确的能带。每一层次都影响了密立根的实验过程及结束实验的决定,尽管他是以不同的方式做了这些。广泛的神学问题增加了此类研究的风险,其中对于密立根来说,就宇宙射线光谱研究所提供的动力而言是无可置疑的。与后来物理学背道而驰的那些密立根的判断可能导致我们改造他的理论课程影响学校实验过程的方式。但不管后来的裁定是如何评价密立根对于“原子构造”的信奉,他的实验方案设定了范围并且制成了带来一些重要宇宙射线发现的仪器,这些发现于安德森在正电子与μ介子研究中取得的成就中达到顶峰。

正如存在纲领性的理论承诺那样,也有纲领性的实验室实践。实验者可能会相信,一般而言,显微镜、望远镜、火花室或者盖革计数器是用于研究现象世界某部分的有效仪器。对于显微镜及火花室信任的问题仍旧存在。物理学家时常通过采用校准试验来做决定,例如斯图尔特曾采用的或者是相同探针的比较反应,例如用于E1A的火花室上所采用的试验。一旦仪器的测试结果与其他仪器的结果及其性能测算的结果相悖,此仪器还有一种其本身的可靠性。

机械设备能够在无需理论参考的情况下验证结果,也能够引入建立在设备本身的假设。我们可能最好称这些根深蒂固的假设为“技术前提”以此提醒自己设备不是中立的。例如,密立根原来用于研究宇宙射线的设备很明显是借鉴了用于研究X射线与γ射线而开发的实践。仪器的设计方式以实验者的解读为条件。确定γ射线及X射线能量的标准方式是根据需要穿过多少吸收体去测量他们的电离能力而定的。对于密立根来说,在他貌似合理的离子化与深度曲线中看到宇宙射线光子的证据是必然的。

密立根在加州理工学院所表现出的韧性和能力在卡尔·安德森的早期职业生涯中打上了烙印。这里的实验设计也具有潜在的理论。磁铁会使密立根宇宙光子释放的电子轨道线发生偏转,并且电子能量会显示在宇宙缓慢停滞的空间深处的逆转现象。考虑到磁铁云室的巨大成功,很容易倾向于忽视设计的起源。回想起罗西及斯特里特等人是如何辩称他们的计数器显示出带电粒子穿过了几英尺厚的铅金属。只有理解了密立根的方案才能完全理解安德森、密立根、尼德美尔以及皮克林并不仅仅通过挑战反对方数据有效性来回应数据统计工作的原因,但也会通过动摇竞争者的完整方法。对于现象来说,计算器所给出的结果甚至不可视为判断其真伪的标准。但是,一台设备的制成,程序或者一个理论框架的分析不会像防止破坏原始期望那样去约束实验。接下来我会详细叙述这一点。

通过追溯第一组中性流实验是如何终结的,我们必须要问在1973年末一个团队确信中性流并不存在的原因是什么。那项研究显示电子触发器只有在最初的实验任务中有效。最终发表的关于中性流的报告无法给出的真相是,在更早的时候,该团队已经有目的地铺设仅仅会记录产生带电轻子过程的电路。这是一种寻找W粒子及探测荷电流理论的完美方式。然而,这对于中性流研究候选者的探索是一个绝对致命的方法。原因是中性流候选者是精确地以在最终状态时带电轻子的缺失为表征。因此,设备本身负载了先前理论预设的物质体现。

这些例子提出了另一个可供研究的成熟领域。我们对科学信仰在仪器设计中重塑自我的方式所知甚少。我们所需要的是与崇拜纯技术的仪器的古文物研究历史截然不同的内容。我们需要的仪器历史必须是运用科学物质文化来发掘埋藏已久的理论假设及实验实践的考古学。