物理？是技术？是哲学？这是科学！

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物理？是技术？是哲学？这是科学！

中科院物理所
2024-01-06 22:37
2024-01-06 22:37

The following article is from 返朴 Author Peter Galison

哈佛大学科学史和物理学教授彼得·加里森的学术生涯经历了许多不同的时刻。上世纪70年代末的科学史研究并不注重实验（室）本身，只将其作为一种理论诞生的附着品。而他本人对实验与仪器更感兴趣，这让他重新思考爱因斯坦。因为爱因斯坦在专利局从事的是一份务实的专业工作，而非他后来更被人熟知的抽象世界的形象。爱因斯坦得到相对论，真的是纯粹的思维结果吗？为什么他会用火车与观察者的同步作为比喻呢？事实证明，爱因斯坦并非只是比喻，思考协调时钟这一技术性问题的也并非只有爱因斯坦一人——甚至这是19世纪末的一个产业，其中也有另一位伟大的全才型学者庞加莱的身影。他与爱因斯坦将“同时性”的概念从技术与哲学的层面带入了物理学的核心地带，在这三重作用下，人类文明被彻底改变了。

“我感兴趣的是弯曲光谱的边缘，使抽象和具体直接碰撞。”

——彼得·加里森

真正的时间永远不会仅仅通过时钟来揭示——牛顿对此深信不疑。即使是钟表大师的杰作，也只能提供绝对时间的苍白影子，绝对时间不属于人类世界，而属于“上帝的感觉”（sensorium of God）。潮汐、行星、月亮——牛顿相信，在单调的、永恒流动的时间之河的宇宙背景衬托下，万物皆变。在爱因斯坦的电子世界里，除非参考一个明确的关联时钟系统，否则没有这样一种可称之为时间的“处处都能听到的嘀嗒声”的容身之所，也没有办法有意义地定义时间……对于一个静止的时钟观察者（clock-observer）来说，同时发生的两个事件，对运动中的观察者则不然。伴随着这一冲击，牛顿物理学的基础破裂了，而爱因斯坦对此心知肚明。晚年他在《自述》（autobiographical notes）中插入对艾萨克·牛顿爵士的呼告（apostrophize），仿佛其间的几个世纪都消失了[1]；在反思他的相对论所动摇的绝对时空时，爱因斯坦写道：“牛顿啊，请原谅我；你所发现的道路，在你那个时代，是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一道路。”[2]这一翻天覆地的时间剧变的核心，是一个非凡却又容易表述的思想，从那以后，它一直是物理学、哲学和技术的中心：要讨论同时性，你必须用光信号将两个时钟同步，根据光信号到达的时间进行调整。还有什么比这更简单的呢？有了这个时间的定义，相对论的最后一块拼图就找到了位置，从而永远地改变了物理学。

实验与仪器如何改变科学？

1979年纪念爱因斯坦诞辰百年时，所有这些重大事件的演讲者都只把物理学当作理论来谈论。我对此觉得十分奇怪，像爱因斯坦这样的人，一开始是一名专利局职员，对实验抱有浓厚的兴趣，却留下了如此彻底的抽象形象。我对爱因斯坦的兴趣即始于那个时期，但在爱因斯坦之外，我还对实验和理论惊人的协同方式感到好奇，着迷于工艺知识与理论物理学的巨大抽象之间的紧密结合。

多年来，我的工作一直受到抽象思想与极为具体的对象之间奇特对峙的指引。科学史、社会学和认识论于我而言紧密相连，我在科学史领域所从事的工作始终受到哲学问题的推动与启迪。例如，我对什么算作一个论证感兴趣；何为完成了一项论证？实验者如何区分真实效应与仪器或环境的人为效应？我们自认为知道数学演绎的结论意味着什么，但是如果我通过计算机模拟演示了某个结果，那又意味着什么呢？如果我进行一次模拟，并展示了彗星尾部形成了岛屿，我是证明了这个结果呢，还是仅仅是开始了一个需要更多分析性的数学推导的解释呢？这些问题如今仍然困扰着各个领域。它们不可避免地既是历史的又是认识论的问题——也就是说，它们既涉及到普通的科学实践，同时又是根本性的哲学问题。可以这么说，当我选择解决一个问题时，通常是因为它被这些不同的光照亮了。

早在上世纪70年代末，当我和其他一些历史学家、社会学家和哲学家开始关注仪器和实验室时，在科学史研究中强调实验研究似乎还相当奇怪。大多数历史学家和哲学家热衷于表明（托马斯·库恩（Thomas Kuhn）的工作余波），所有的科学都源自理论。我想这是对20世纪20年代到50年代实证主义（positivism）的一种反动，当时哲学家们坚持认为所有的知识都源于感知和观察。无论如何，没有人认真研究何为实验室，实验室从何而来，以及它如何运作。从那时起，对实验实践的历史及其发展变化的探究已经发展成为一个更大的研究领域。我不仅对实验室本身感兴趣，而且对最抽象的理论也感兴趣。例如，最近我一直在写关于弦论的文章，具体而言是物理学家和数学家之间在试图厘清什么应该被证明时的对峙，这无疑是有史以来科学中最抽象的形式。

其实，对于每个具体的例子，我最感兴趣的是哲学问题如何启发并被科学实践所阐明，有时具体，有时抽象。我想我总是对抛开中级泛化（mid-level generalization）感兴趣，而探索最抽象和最具体的结合方式，就像在《爱因斯坦的时钟和庞加莱的地图》（Einstein’s Clocks, Poincaré's Maps）中做的那样。对于从紫外线到红外线的顺滑光谱里有什么我并不感兴趣，我希望“弯曲”光谱的边缘，使抽象和具体更直接地碰撞在一起。

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