19世纪的黄金数：一个科学事实的发展史①，本文主要内容关键词为：发展史论文,事实论文,黄金论文,科学论文,世纪论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：B089 文献标志码：A 文章编号：2095－0047(2012)01－0103－26
事实(Tatsache)这个词依然很新。我非常清楚地记得无人谈起它的时候。但是，我不知道，谁说出了这个词或谁第一次写下这个词……更不知道这个新词为何有悖于常理，在如此短的时间内，取得巨大的成功。我也不知道，它通过什么方式得到了如此普遍的接受，以至于你在某些书的每一页都会碰到一个事实。(G.E.Lessing,1778)
普通的原始思维(crude mind)只有两个象限(compartment)，一个是真理，一个是错误；……然而，理想的科学思维(scientific mind)却有无数个象限。每一个理论和定律都在其适当的象限表明它为真的可能性。当一个新事实出现时，科学家如果有可能的话会把它从一个象限变到另一个象限，以使它总是与真理和错误保持适当的联系。(H.A.Rowlarld,1899)
本文旨在研究通常称之为“热功当量”的科学事实史。但什么是热功当量呢？这个“由权威的证言所证明的真理”什么时候开始被称为一个事实呢？它什么时候被誉为是科学的呢？自从人类诞生以来，构成这里研究的这个事实的经验过去和现在都广为人知：如果你摩擦双手，就会注意到，双手会发热。然而直到18世纪末，机械摩擦与热之间的关系，才成为强化自然哲学研究和争论的一个问题。19世纪初，自然哲学家甚至定量地表示这种关系。由实验确立的所做的机械功与所产生(作为一个温度差来测量)的热量之比，不久就成为能量科学的基石。这个实验很快被视为是对能量守恒原理的一个证明，而且这一比值取得了自然常数的地位。最后，大约在1900年，当这一比值成为国际单位制中的换算因子后，物理学家开始把这个精确的事实称之为那个世纪的黄金数(golden number)。本文相应地涵盖了从18世纪末到20世纪初这段时期，即物理学的发展变化很大的一个时期。此外，既然所讨论的事实很特殊，只用数字表示，因此，这种叙述同时也是关于19世纪精密科学中确立精确测量的一种叙述，就并非巧合了。它关系到把定量实验确立为一种特殊的实验形式。
研究近代早期自然哲学发展史的历史学家认定，“事实”是17世纪的一个发明。例如，史蒂文·夏平(S.Shapin)和西蒙·谢弗(S.Schaffer)认为，这一时期的实验室成为产生权威实验知识(事实不同于意见)的易接近的公共场所。②罗瑞安·达斯顿(L.Daston)已经表明，感官感知关心特殊性，而真知灼见靠的是承认普遍性，这两个概念之间存在的当代认识论的张力，致使自然哲学家将事实定义为脱离理论的“经验块”(nuggets of experience)。对事实的这种理解(包括“原则上不能把事实与意见、解释和理论相混淆”)的核心特征，一直持续地存在着，而且，在这里所考察的这段时期内仍然很流行。③数值事实(numerical fact)可以被看成是这种纯化实验形式的极佳候选者。但本文将表明，科学共同体在19世纪建立的过程中是变化莫测的，这个经验块总是这个变化的科学共同体的实际知识的一个组成部分。
下面几部分根据这一事实经历的意义变化来编排。我首先简要考虑18世纪下半叶，当时，既没有科学，也没有称之为热功当量的事实。相反，我将使关于热和功的经验，特别是根据数值事实来表示这些经验的那些实践，位于自然知识的传统发展中。历史学家同意，这一时期见证了定量研究的兴起，尽管他们的解释是可变的。此外，自然哲学的研究方式大约在1800年发生了变化：做实验越来越成为一种私人努力，因为高度敏感的测量杜绝目击者在场。这种数值事实的兴起与对感官技术(强调视知觉)的疏远相伴而行。定量实验不仅改变了自然哲学家的注意力，而且必须在这一时期的主流文化的变化中找到其位置。
第二部分简要描述了詹姆斯·焦耳(J.Joule)于19世纪40年代在曼彻斯特完成的测量热功当量的经验知识。他关于热的本性的知识与所做的实验深深地纠缠在一起，这些实验很可能只出现在貌似无关实则局部有用的那些知识传统的交汇处。但在《哲学学报》(Philsosphical Transactins)发表的那个实验报告并不代表作者的知识，它只表明，确立了与任何理论假设都截然不同的一个精确事实。他的实验知识在整个发表过程中的这种转变，体现了皇家协会确定的自然哲学家与试图成为绅士专家(gentlemen specialists)的仪器制造者、技工和实验者这一不断壮大的集体之间的权力关系。
第三部分追述了公布的这个事实据此取得了证明能量守恒的地位以及它如何成为优先权之争的焦点的历史经过。与同时发现的传统叙述相反，我会认为，实验知识在学术界依然脆弱的社会地位和认识论地位，导致了所要求的著作权和知识产权，由此，有助于构建同时发现的观点。在这个过程中，焦耳与汤姆逊(即后来的开尔文勋爵)的合作变得重要起来。
第四部分略述了这一事实的意义的进一步转化，在这个关键时刻，它被认为是最重要的自然常数之一。尽管英国的能量科学和相关的测量的绝对单位制取得了进展，但是，还是产生了对这个数字的可能的存在性和正确值的一些抨击，致使精密科学陷入危机。工程师为这个自然常数提供的证据，成为解决这些争论的策略之一。一位美国工程师兼物理学家亨利·罗兰(H.A.Rowland)把这作为他在约翰·霍普金斯大学物理实验室的首要任务。他在很短的时间内就解决了争论，但是，他把物理实验室建立为近代教育的一种手段的努力，造成了精密科学与人文科学之间的分裂。这么做的效果恰好是把事实与意见分离开来。
在结尾部分，我将简要表明。这一精确事实最后如何具体化为国际单位制中的一个换算因子。1894年7月24日，美国参众两院的议员甚至把这个常数合法化为功的单位。此后，这一科学事实的意义不再局限于实验室，变成了19世纪的黄金数(golden number)。尽管它的重要性完全超越了科学共同体，但是，热功当量的意义再次发生了改变。在不断扩展的物理学共同体中，由于新的劳动分工确立的理论物理学家怀疑，决定热功当量的实验竟然能为称之为能量守恒的这个普遍原理提供证明。
一、改变注意力：“论研究自然界必需的技能”
有许多东西，或许不能测量，只能是差不多。味觉、嗅觉，冷热的感觉……(H.Miles,1748)
永恒运动的建构是绝对不可能的：即使摩擦和介质的阻力从长远来看不会摧毁驱动力……这样的研究具有花钱多的缺点，它已经毁掉了不止一个派系(famille)，而且，通常有很大贡献的技工已经消耗了他们的财富、时间和天赋。(L'Académie Royale des Sciences,1775)
1753年5月15日法国实验哲学家阿贝·诺莱特(A.Nollet)发表了他的就职演讲“论研究自然界必需的技能”，④这个演讲很好地抓住了作为体验自然和注意力的一种特殊方式的定量实验所经历的过渡期。我将把这个演讲作为我研究18末和19世纪兴起的精密文化和把数值事实确立为经验的主导形式的出发点。这里不详述这个重要文献，我喜欢强调诺莱特对做实验所要求的那种注意力、在这种努力过程中精确测量所起的作用以及实验的自然哲学在文人共和国(Republic of Letters)⑤中的地位进行的反思。这些方面对于实验自然哲学的实践中的变化和相关证据的认识论意义，是至关重要的。⑥他在论述实验者的注意力时写道：
试图发现自然踪迹的人，不论他多么勤奋或努力，即使忽略最微不足道的印象，也不能对所探索的东西作出全面沉思……时间、地点、当时的空气状况、大小、持续时间、形状、颜色、气味，甚至感官可接近的所有其他特性，全都是人们不仅应该注意而且应该报告的情况，明显多余的情况除外……人们因此看到，高度关注本身致使对(事物)作出更好的理解，而且由于这个原因，观察者只有从所有的视角都最细致地观察了对象，并(考虑了)它的内部隐藏着什么和它的环境是什么时，才应该在他的研究中离开这个对象。⑦
对于诺莱特来说，提高关注度必然会扩大知识范围，是显而易见的。但正如他所坚持认为的那样，这种观察模式应该不同于自然史的实践，后者是完善“我们的财富清单”的一种探究形式，但并未研究“自然事件发生的原因”。然而，两者彼此密切地联系在一起：
因为努力研究自然界又不了解其历史的人，的确是在随意谈论他一无所知的事情；但只了解自然史的人，在只训练其记忆力的那些自然哲学家中间，应有一席之地。因此，从事实验物理学工作完全是研究自然界，不仅涉及自然界的效应，而且同样涉及(研究)用来产生(自然界的)效应之工具的意图；简言之，这意味着研究(自然界)做什么，以便能够说出自然界为何会如此。⑧
根据诺莱特的观点，博物学家(naturalists)因而是识别“构成世界的那些物体以及拥有爱好者的每一个物体，对它们进行分类，注意有时逐渐发生的改变，详述所有这些物体的属性及其相互关系”。相比之下，实验物理学家应该是根据“洞察力”激发他对自然过程的适当注意。诺莱特的演讲举了许多例子表达了，当“物理实验”(physique experimentale)本身介于传统学术的沉思与文本实践和提供与收集世界的材料之间时，所面临的困难。
测量是由实验自然哲学家提出的又一个烦恼。尽管诺莱特对兴起的精确测量持怀疑态度，他仍然在他的实验哲学中为“测量的艺术”留了一点点空间。但是，最终他看到了在同时成为一名优秀的测量者和一名有技能的自然哲学家时的矛盾。他评论说，“逐渐喜欢测量的艺术，对自然哲学家来说，是很危险的”。极度精确的趋势和用数学符号表征自然界，对他来说，是危险的发展：
有多少呢？在任何情况下，不想关心常识的那些人，不应该采取迂回路线，但尽管如此，他们在用代数符号表示事物时感到很满足，而这些事物本来能在不降低其价值的前提下，用一般可接近的方式来表示。这些作品，当(以这种方式)被狡猾地夸大了时，是怪诞的，它们足以清楚地表明，它们包含的少许自然科学只是(提出)另一种科学的一个借口，是以这样一种方式来使自身变得更加重要吗？⑨
在他的总结评论中，诺莱特定义了实验自然哲学家的角色，自然哲学家应该——在某种程度上遵循法国工程师的模式——应用他的技能与见识从事有用的项目，例如，研究如何使水能饮用，如何使指南针能安全使用，如何防止蔬菜腐烂，等等。对他而言，这类自然哲学家比那些“设想他们通过好奇，更确切地说，完全异想天开地挑选材料，使我们感到惊奇的傲慢学者”更有价值。⑩
诺莱特型的实验自然哲学家已经对这些已确立的知识传统提出了挑战，但是以库仑、拉瓦锡、拉普拉斯等人为代表的下一代科学家所进行的定量实验，恰好是更大的挑战，因为它需要文人共和国的成员所陌生的感官经济(economy of the senses)和道德经济(moral economy)。大约在1800年，精密仪器被用在各种各样的文化生产领域，但关键用途是为了控制和监管社会，而不是——像人们预期的那样——实现数学家统管自然哲学各门学科的抱负。(11)关于实验室的实验还有长途旅行体验的叙述越来越表明，数字已经融入到他们的书面描述之中，标出热度，大气压等。但为了使这些值有意义，需要确立使用标准仪器的物理条件，才能共享这种新的经验。通常这样一个网络并不存在。温度计的例子很好地说明了这方面的问题。18世纪中叶的温度计可能多达18种不同的刻度。研究自然界的每一个人似乎都制作了他自己的合理刻度，而且，远没有达成测量共识。(12)此外，可以看到，新的仪器使得精确测量时的敏感性不断提高，被视为比人的感官更可靠。但是，在做实验时，这种敏感性需要提炼出准确的姿势和采取更多的防范措施。还有，在试验现场做实验时，通常文雅的实践会妨碍进行精细测量。(13)实验从向公众的公开展示变成了没有任何观众的行为。在实验室内外，不得不发展学术生活形式中不存在的新的注意方式和交流方式。(14)著作的权威性和学者之间的通信与通常面对面的互动不再适用，或者，不足以为这些数值事实提供证据。(15)这些数值很容易从实验室传播开来，影响到不同的文化领域，然而，研究数值事实的新实践使信任人的传统习惯同时转向了信任程序。从事定量实验的人甚至开始使自己远离感官经验——尽管在他们做实验时仍然私下践行感官经验——证实了科学的去身体化(disembodiment)，强调了视知觉和自动记录仪。(16)定量实验不得不在学术生活形式中找到自身的位置，而且，两者会相互同化。需要一种前所未有的专家文化。(17)
对热与功及其相互关系的研究必须在这种语境中加以审视。这里有必要提及两个方面：第一，历史学家经常忽略这样的事实：我们关于热的大部分科学知识是自温度计出现以来才学到的。甚至可以说，对热的研究史在很大程度上就是测温技术史，测温技术在18世纪下半叶成为一个突出的研究领域。第二，18世纪的自然哲学和工程领域内的功的测量和概念化同样值得重新考虑。启蒙哲学家提出各种各样的策略理解功的领域。法国军事工程师库仑和拉瓦锡开发了衡量和评价人力及其效率的精确技术，潜在地假定，动物机体是一个自动调节系统。自动机器——在蒸汽机技术和自动机中是如此常见——在关于动力(power)与文明的启蒙推理中变成了一种理想。(18)记录装置(inscription devices)，比如，詹姆斯·瓦特的示功图(即，用图表显示出蒸汽机所做的功)，还有莫兰(Morin)和彭赛列(Poncelet)的自动记录摩擦的小车，标志着在正在兴起的专家文化中所实践的一种新型客观性的开始，而且，用莫兰自己的话来说：这种客观性强行实施了科学的去身体化的过程。
仪器的指示一定是以与观察者的注意力、意志和偏见无关的方式得到的，因而是由仪器本身凭借实验后存在的轨迹或最终材料提供的。(19)
在这种视觉文化中，那些用机器进行的动力计测量成为“机械潮流”，因此甚至强化了人们不能无故得到有用功的新兴看法。从此之后，法国科学院决定不再接受“永动机”的建议，依据这些建议，这个决定已经毁掉了很多天才的实验者及其群体。但这里重要的是指出，在这些自动记录的测量技术中，摩擦只不过是其本性还没有被研究过的可测量的量。(20)而且，那些研究者，比如，利用摩擦生热实验的朗福德(C.Rumford)，把无火加热水的技术转变成一种有销路的商品。(21)这种知识因此保留在机械工艺领域。甚至从自然哲学的观点来看，对此有兴趣的那些人，比如，慕尼黑的朗福德和英国的哈利·卡文迪什(H.Cavendish)，也没有对占据统治地位的热质说提出挑战。卡文迪什在一篇手稿中甚至提出一个实验“来决定，已知一个物体，通过在阳光下和阴暗处交替地用温度计测量，给出已知的可感热量所需要的活力”，但他并没有把热功关系的这样一种定量测量看成是表达了值得“在科学中占有适当位置”(22)的一个事实。
二、焦耳的事实及其潜在含义
事实是必须被感觉到的东西，无法从对它们的任何描述中获得。(J.C.Maxwell,1869)
1850年，英国皇家学会发表了焦耳“论热功当量”的一篇文章。这篇文章是焦耳获得“科学绅士”称号的一项主要成就。今天，这篇文章被看成是英国能量科学发展的一个重要里程碑，因为在这个出版物中陈述的事实，在19世纪下半叶，成为热力学的基石。(23)在焦耳详尽的长篇文章中，他给出了下面的结论：
我认为，这篇文章中的实验证实了这一事实，因此断定，
第一，物体(不论固体或液体)摩擦产生的热量总是与所消耗的力的大小成正比。于是，
第二，能使1磅水(真空中的重量，其温度在55°和60°之间)的温度升高1华氏度需要的热量，就其发展来说，要求消耗772英磅下落1英尺所表示的机械功。(24)
然而，仔细检查保存在伦敦皇家学会的原手稿却表明，所发表的结论并非焦耳最初的设想。在原版本中他声明，他证实了：
就这篇文章包含的实验而论，
第一，物体(不论固体或液体)摩擦产生的热量总是与所消耗的力的大小成正比……
第二，摩擦在于把力转化为热。
我认为，既根据实验次数，又因为仪器的热容量很大，所以，779.692(即，水摩擦产生的当量)是最正确的。而且，既然流体摩擦时，不可能完全避免振动和轻微的声响，所以，我宁愿取整数作为研究结果。
能使1磅水(真空中的重量，温度确定在55°和60°之间)的温度升高1华氏度所需要的热量，相当于由722磅的压力所表示的机械力移动1英尺的距离。(25)
皇家学会考虑发表这篇文章的唯一条件是，完全取消第二个结论：“摩擦就是把力转化为热。”最终，焦耳为了在《哲学学报》上发表这篇文章，接受了这些彻底的更改，但是，他在同年给剑桥的唐·乔治·加布里埃尔·斯托克斯(don George Gabriel Stokes)的信中写道：
我请求你们接受随信附上的这篇论文，在这篇文章中，我努力精确地确定了热功当量。我设想，我所得到的结果是，摩擦就是把力转化为热；但皇家学会的成员不赞成这样一个实验推论，我考虑，最好取消这个推论，尽管我认为，人们最终将发现这种观点是正确的。(26)
为了与学报的有名望的读者们所理解的科学的精神气质所匹配，科学的酿酒师(scientific brewer)对焦耳的论文作了精心的处理。(27)但对于焦耳来说，这个用数字表示的事实的核心意义在于热与功之间的相互转化性，而不仅仅是自然力之比。这就引发了关于下列诸方面的一些问题：焦耳经历的权力关系改变了他的知识主张(knowledge claim)以及与焦耳的事实实际相关的潜在含义的本性。论文审阅人无法接受他基于热本性的微观观点提出的相互转化性的主张。从他们的视角来看，在科学中，只有机械力与热之间的比值被证明是可测量的，因而是可接受的。皇家学会确信，让焦耳修改了他的文章，就使得他的实验研究摆脱了违反流行的物理学准则和损坏他们所认为的确切事实的那些知识主张，成为支持热的热质性的流行理解的重要的理论结果。所修改的论文的目标证实了，在维多利亚时代的科学中，如何把科学事实确定为经验证据，的确，在这方面，热功当量的确定被公认为是一项杰作。但对焦耳来说，从他的实验中推断出的知识既不是假设的，也不是猜测的；这一确切事实是近十年来探究热本性的实验结果。他关于“摩擦在于力转化为热”的局域性知识，在曼彻斯特的不同知识传统的交集中显示出来。我在其他地方较详细地阐述了对焦耳在18世纪30年代末和40年代的研究工作迄今仍忽略的那些维度。
我在本文将简要提到有助于证实下列观点的那些结果：焦耳的事实是关于热的动态性的依然是局域的但却是精确的知识的一个组成部分。曼彻斯特的研究者们已成功揭示了隐藏的自然界的运行机制，在这个小集体中，焦耳的事实知识已经得到了确认，但其创造者，作为自然哲学家，还没有获到可信性。为了看到焦耳事实的那些隐藏的维度，让我们简要回顾关于热和摩擦的当代立场。直到19世纪40年代，大多数学者仍把热看成是称之为热质的非物质实体(immaterial substance)。但在英格兰，提倡新政(new regime)的自然哲学家开始采纳法国数学，在法国数学中，热取得了量化术语的地位，但并不要求说明其本性。然而，通常并不熟悉彼此工作的实践者，越来越提供证据质疑这种高深的热质说。就摩擦而言，工程师和蒸汽机的用户用这种现象作为对机械过程中功损失的一种量度。另一方面，一些不切实际的哲学家仍然把他们的机械哲学书中的摩擦视为是应该远离理论的一种平凡的、可忽略的效应。而且，正如克罗斯比·史密斯(Crosbie Smith)已经表明的那样，焦耳恰好应用了工程师的“经济责任”的概念，这被理解为“1磅煤的力量(agency)能使几磅重的物体升高1英尺”，就像他用数字表示机械力和校准机械性能的标准一样。
作为曼彻斯特最富裕的酿酒师的儿子，焦耳在曼彻斯特探索和参与了不同工作领域。就此而言，他能有条件选择他认为对自己最重要的研究主题和使他成为一名科学绅士的研究计划。生活在这种工业环境中，看到这位19岁有钱的资产阶级酿酒师对自然界中的各种自动力(self－moving forces)的实验，以及通过自动机器来模仿这些自然力，并不令人惊讶。当时，人们认为电力和磁力是最强大的两种自然力，而且，最初焦耳的研究集中于各种电磁发动机。一开始只是检验其经济上的可行性——认识到电磁发动机不能成为永动机。后来，这种机器逐渐成为研究各种自然力的转化过程的一种工具。
为了寻求焦耳对自然界进行定量研究的动机，人们也许很想采纳一些历史学家的解释，这些解释把焦耳的工作与工程师的工作场所联系起来。不过，焦耳是酿酒文化的积极分子，酿酒文化本身对精确测量有自己的独特要求，并且，为定量地表达各种现象及其相互关系留有余地。酒厂的所有运行都受到财政状况，尤其是消费税制度的控制，正是在酒厂里，酿酒师们学会了交流生产者和政府官员各自采纳的精确数据。这是学会如何“相信数字”的训练场。此外，酿酒业在18世纪30年代经历了重大变革，其中，生产扩大到产业化规模。正如科学的酿酒师们所认为的那样，旧体制下的酿酒师提供的是“相对事实”，他们的意思是说，酿酒实践与当地条件有关，很难在其他地方再现。(28)作为这种新的经济形势的结果，科学的酿酒师们使温度计和十进制表成为必不可少的实践工具和理论工具。国家税务局同样把仪器测量和绝对标准的确立看成是成功建立其税收体制的唯一途径：把精确测量看成是确立证据的手段。已知支持英国实力的国家税务局的历史很长久，难怪1842年英国政府就设立了“税务研究室”，这成为维多利亚初期的一个精确测量机构。(29)那里做的工作有助于使不可信的知识形式成为老酿酒师的感知秩序的一个部分，相比之下，这种感知秩序被判断为是不可靠的。(30)日常的酿酒经历不仅教人相信数字，还包括观察自然现象的持续变化与变形：可见的粮仓、啤酒花、麦芽、麦芽汁和麦芽浆就是一种不断的生成、变质和腐烂。在那里，热是“自然界的主要仪表(instrument)”，但它也是一种转瞬即逝的、富有挑战的仪表，并且，正如许多老酿酒师仍然认为的那样，热是无法计量的。(31)焦耳对新的酿酒体系(其中的关键元素是温度计、蒸汽机技术和测量)的极力支持，无疑促使他实践和相信用数字表示经验的重要性。焦耳在探索电动马达时，最终认识到：
我们因此能通过消灭或产生热的简单的机械手段，在磁电方面，拥有一种作用力。我在本文的后面部分，将试图用绝对的数值关系把热量与机械能联系起来。(32)
焦耳的电磁实验已表明，热的物质性概念不再成立，因为热能通过机械手段得以产生或消灭。(33)它还进一步表明，热与机械力之间存在着一种密切的联系。现在，当电磁机在微观世界与宏观世界之间、各种电-化学过程与机械功的世界之间转换时，就充当了呈现各种效应的技术。关键是，在他的实验过程中，这种无意的转换，不仅为焦耳反对日趋衰落的热质说提供了一个经验证据，而且诱使他进行了一种重要的概括，也就是，热与机械功之间存在着一种绝对的数值关系，这最终成为焦耳测定热功当量的一系列著名实验的开端。在这一点上，焦耳意识到，当前关于热的本质与摩擦的冲突观点能够得以解决，而且，他有足够的证据，公开抨击热质说。焦耳坚信，一种绝对的测量展现出，有一种隐藏着的关系支配着可见世界的可变现象，他的这种信念正好与他的宗教信仰相合拍。(34)
但为了确立这种绝对测量，焦耳不得不证明，这一数值事实的存在，与实验材料和程序无关。在这种努力中，成问题的主题是热，或更准确地说，是测量热的那些实践。正如有人建议的那样，焦耳并不是简单地把计量应用于关于热的研究领域。在英国建立精密科学的文化进程中，焦耳是一位桥梁式的重要人物(bridge figure)。由于他的工作，这种精密测量的实验文化发展成为有自身特性的一种艺术。(35)为了进一步为他的动态的热概念提供经验证据，焦耳不得不改进测温技术本身，因为他坚信，几乎每一个关于热的科学主张，都与不可靠的温度计的各种测量相关。
焦耳除了有长期作为一名科学的酿酒师的经历之外，还可利用的另一种文化资源是曼彻斯特的光学仪器制造者约翰·本杰明·丹瑟(J.B.Dancer)，丹瑟是英国维多利亚初期新兴的视觉文化大师。他的第一个重大突破是生产出具有前所未有的分辨率的消色差显微镜。随着摄影技术的发明，丹瑟很快成功地将实物的正常摄影图像缩小到只能通过显微镜观察才能被读取的微缩形式。对于丹瑟来说，这种比例转换技术是在由天文学家和微视物理学家已经开创的新的视觉文化中提供可靠的定向手段这一更大计划的一部分。(36)
从1844年开始，焦耳在丹瑟的工作室花了几个上午的时间来讨论测量热的问题和灵敏的新的水银温度计的设计。这种极其灵敏的器件起到了像丹瑟的显微镜一样的作用，能够显示出潜在的缩影。焦耳的温度计能显示在通常情况下留不下视觉痕迹的可感热(sensible heat)。因此，焦耳和丹瑟提供了热研究中比例转换的方法，结果这一点在后来测定热功当量精确值的实验中是至关重要的。焦耳在他的“论通过空气的压缩与稀少产生的温度改变”的研究中，第一次使用了这种灵敏温度计，后来他在所有测定热功当量的实验中都使用这种温度计。焦耳进一步开发他在父亲的酿酒厂里学到的测温技术，竟然使他的实验室变成了唯一的试验场所。(37)此外，正如焦耳所正确地陈述的那样，在精确测量的灵敏度方面所取得的这些进步，今后不再允许目击者在场。他使自己变成了一位无观众的执行者。焦耳面临着一些严峻的问题，因为在实验室之外并不存在人们共享焦耳希望确立的这些实践、价值和标准的一种专家文化。“我总是难以使人相信，我能很确定地测量小于1度的热量。”(37)
为了结束这一部分，让我扼要地考虑说明为什么这一数值事实在这些研究集体中会有不同含义的某些机制。尽管焦耳精确地测定了热功当量，但皇家学会的成员无法接受他关于摩擦在于使力转化为热的知识断言，因为这违背了当时学术界教导的方法论和热质说的权威知识。此外，焦耳的灵敏测量排除了目击者的在场，而且，由于检测到最低温度持续上升，已经难以充分地说清楚焦耳的实验工作是极度准确的。为了避免争论，并为讨论这一问题提供进一步的基础，审阅人促使焦耳从他的论文中提取出最能达成一致的事实，即，功和热之间的可测量的比值。对于焦耳来说，这是极其不幸的，仿佛他根据几年的经验得到的知识，被分割成毫无争议的事实和意见，前者被通过精确测量来确立，而后者很可能被视为是焦耳缺乏自然哲学教育的表现。对于焦耳、丹瑟等技师、仪器制造者和那些积极参与促进实验科学并把实验科学定义为精密科学一部分的业余爱好者来说，他们把做实验看成是一种复杂的推论形式。不能把事实分裂成这两部分。当焦耳把修改后的论文呈交给皇家学会时，尽管赢得了“绅士专家”的称号，可他一定与18世纪的那些技师一样感到痛苦，有见识的哲学家通常用一系列简单的实践来解释他们的应用知识。(39)
三、能量守恒：确立证据和同时发现的建构
李比希在他的“书信”中已将发现热功当量的整个信誉赋予迈尔(R.Mayer)。这是不诚实的；因为没有人比李比希更清楚我对这个问题的研究。他是一个热心的袒护者，因而无疑误入歧途。(1859年4月焦耳写给汤姆逊的信)
焦耳成为绅士专家的经历，包括所承担的一切问题，是这一时期形成精密科学的范例。我们甚至可以在一个更大的范围内看到这一点。英国科学促进会的创建，效仿了德国的“自然探索者协会”(Naturforscher Gemeinschaft)，标志着社会事业的开始，这被莫雷尔(Morrell)和萨克雷(Thackray)描述为是形成了“科学的绅士”的共同体。在德国，为了促进物理学的发展，1845年成立了“德国物理学会”。第一代学会成员是由技师、技工、商人、高中和大学教师组成的。同时，各个大学慢慢地开始建立实验室，实验室改变了传统的教学方式，新的实验者可以在实验室里做研究。(40)然而，正如焦耳和丹瑟的故事所表明的那样，对于学术团体和推动形成新的实验科学风气的不同社会背景的成员来说，重要的是，焦耳和丹瑟使他们自己与“富有独创性的发明者”区分开来。例如，当酿酒师焦耳把他关于电磁机的工作发表在斯图金(W.Sturgeon)的《电学年鉴》上时，他很快意识到，他是在讲给实业家(practical men)和技师(anisans)听的，而不是讲给有绅士风度的自然哲学家听的。为了不被看成是对商业促销感兴趣的人，而相反是在要求科学的权威，他不断地提醒他的读者，他是在推进关于自然原理的实验研究、确立定量的定律、讨论误差的来源以及测量精确的数值细节。(41)从其仪器店里获得收入的丹瑟同样确保，他遵守科学同仁的道德经济，与知识界免费分享他们的知识。因此，他从来没有转让他的那些发明，尽管这些发明本来可以为他提供一笔可观的经济收入。他之所以不这样做是因为，那会表明，他只有兴趣赚钱，而不是获得自然知识。在这种语境中，焦耳以他的曼彻斯特文学与哲学学会主席(1851)的身份在递交给学会同意发表的论文上注明日期的决定是有意义的。这样，他希望能避免关于发现的优先权的纠纷，这是焦耳卷入其中的令人厌烦的一件事。焦耳是实验者，他的知识很大程度上是非书面的，有自身的交流方式，他显然把著作权和版权看成是实验科学中的迫切问题。正如我们将看到的那样，这影响了这一数值事实的进一步发展。根据罗伯特·卡尔根(R.Kargon)的观点，这预示着一个新时代的来临，在这个时代，作为爱好者的科学家，不仅通过他们的工作，而且采取在曼彻斯特学会把将文人排除在外的方式，来证明他们的专长。(42)
在焦耳的关于热的机械值特别是1850年的文章发表之后，由官方确认的事实很快传播开来。但关于这是否存在、最终意味着什么、有何价值要达成一致，需要贯穿于整个19世纪的要求稳定地确立实验科学和精确测量文化的一种集体努力。(43)很快出现了对“焦耳的事实”的不同回应。在维也纳的一次科学学术会议上，生理学家兼德国物理学会成员布鲁克(Brücke)评论道：
在所有的会员和紧接着检验这一数值的那些人当中，所研究的这一数值具有无与伦比的重要性。未来，它会在物理学的所有分支中发挥基本作用。同样重要的是，它由于为评估做功系统提供了基础，而具有实际应用价值。同时它将会向我们表明做功的极限，超出这个范围，我们就不应该坚持有望获得更多的功。(43)
的确，热功之间的一种不变的数量关系，把燃烧的生理理论建立在牢固的基础之上。年轻的亥姆霍兹尽管还不相信这个值，但他也热衷于反驳这样的情况：在他的“书面摹写”(literary replication)中，他用的单位换算表是错误的。鲁道夫·克劳修斯同样做了详细的书面摹写，并将这一事实数据插入到他表示的热力学第一定律的方程中。(45)哥廷根的威廉·韦伯也把这个数字看成是重要的，只不过，他不相信焦耳的方法论进路。他怀疑，机械功的测量能够成为可用来校准其他自然力的最精确的标准。当然，韦伯更喜欢用自己的磁力计把对磁偏角的绝对测量确定为校准其他自然力和测定热功当量的最可靠的标准。他在格尼斯堡的同事纽曼(F.E.Neumann)为此设计了一个可使用的实验。(46)在英国，焦耳于1847年在牛津召开的一次BAAS(即，英国科学促进会)会议上结识了威廉·汤姆逊，即后来的开尔文勋爵，并且，从那以后，他们两人开始了密切的合作。汤姆逊承认，焦耳的浆式叶轮实验证明了一个重要的事实：热功之间的定量关系。尽管与他的工程师兄弟詹姆斯达成了一致，但威廉断定，詹姆斯·焦耳“在他的思想中有许多错误，不过，他似乎发现了一些极为重要的事实，比如，热是由流体的摩擦产生的”。这一事实一方面与兄弟俩都关心流体摩擦中消耗有用功的问题相关，另一方面与他们不久前和斯托克斯(Stokes)讨论对热、磁等物理现象进行流体力学的类推相关。(47)这里无须详述这个重要的交流，就足以提到说，汤姆逊需要四年的时间，才最终接受了焦耳关于其既定事实的普遍意义的“错误思想”。(48)在这些年间，焦耳重复给汤姆逊写信说，当他看到汤姆逊仍然喜欢热质说时，感到非常惊讶。确实，正如1849年的讲稿表明的那样，汤姆逊起初称赞焦耳的温度计的技艺，却以一种相当特殊的方式解释焦耳的实验。但在他们后来几十年的合作中，他成了焦耳关于热与功的互换性的知识主张的强有力的代言人，甚至使焦耳数成为英国能量科学和绝对单位制的基础。他在1863年的讲课中对学生说：
热是运动。热被恰当地称之为消耗功的动态当量。但困难在于，我们无法再获得产生热所消耗的功。焦耳的观点与卡诺的观点相符合，对于热的动力学理论来说，是非常重要的。(49)
然而在1851年，即，在创立热力学和能量守恒的初期，德国物理学家朱利叶斯·罗伯特·迈尔关于焦耳的事实要求知识产权：
这个新问题(热功当量)不久就引起了有识之士们的注意，但就国内外都把这个问题排他性地看成是外国人的发现而言，我感到自己不得不要求把优先权赋予我；因为尽管我已经发表的和几乎消失在每天寄出的通信洪流中无影无踪的少数研究成果证明，我并不是渴望得到财物，但也不能因此而假设，我愿意被剥夺书面证据证明是属于我的知识产权。(50)
历史学家以能量守恒的同时发现为例讨论了这段插曲，其中，除了迈尔和焦耳之外，还涉及其他人。(51)我想论证的是，公开的信件和焦耳与汤姆逊的私人通信中讨论的优先权之争，反映了实验者在尚未明确其身份的共同体中确立科学权威时具有的那些困难。自19世纪上半叶以来，“数值事实”作为“精确研究自然界的基础”在这些新的科学家当中赢得了很高的声誉。然而，人们以完全不同的方式实践了焦耳与迈尔对热功当量的测定。迈尔根据已知的实验数据计算出这个数字，而焦耳则是在几个转化实验中测量出大小。但他们两人都没有把这描述为是能量守恒的证据。(52)相反，这个精确的事实与能量守恒思想的结合，只是在1850到1860年间才逐步建立起来的。焦耳在1848年看到迈尔对优先权的要求时，他回应说：
压缩气体(也就是，通过气体中的水银柱的下降压缩气体，即H.O.S.)产生热量这一简单事实并不能保证这样的结论：热量精确地等同于所用的力，因为人们可以把气体设想为是由相互排斥的粒子构成的，其中，一部分力使它们部分地相互靠近，而只有其余的力才产生热。(53)
在汤姆逊、泰特(Tait)和焦耳之间的通信中，他们把迈尔关于存在热功当量的主张描述为“只是推测”而已，只有焦耳提供经验证据的实验工作才能被视为“研究”。
还有一点——人们公认，迈尔在1842年的文章是作为笔记印刷的，只是从日期来排序的话较早。就我个人而言，我从来没有发表过这样的文章，因为我总是追随赫歇尔(Herschel)坚持认为，科学最大的祸根是草率地概括。迈尔的文章只是一种推测，我的文章是一种研究。迈尔可能具有的唯一影响是，阻碍了这一问题的进展。这是我坦率的观点，尽管我感到，以书面形式这么说，对迈尔很不尊敬与亲近。(54)
现在，为了理解焦耳等英国科学家为什么把迈尔的工作看成是推测的和“前科学的”，也为了评价焦耳具有特殊道德价值的实验工作的特殊性，有必要稍微更多地关注一下迈尔的研究实践和他从公布的实验结果中推出热功当量的方式。在他的计算中，他把空气的定压热容与定容热容的比率作为基础。通过反思这样的实验，1立方厘米的水银柱，高76厘米，重1033克，升高原容量的1/274，他估计，把等重的水从0％加热到1℃所需的热量，相当于等重的物体从365米的高度落下所做的功。他最后得出的结论是：“如果在你的计算中用单一气体或混合气体取代空气，你也会得到同样的结果”。但是，他在一个脚注中，更精确地提到这种断言的条件是：所有气体的膨胀系数都不变。
然而，直到19世纪40年代，气体膨胀系数才是法国、英国和德国的自然哲学家关注的重大问题之一。迈尔由于把所有气体的膨胀系数都不变看成是理所当然的，所以，在测温技术领域内完全忽视了这种研究。尽管近四十年来，气体膨胀系数一直被视为“最安全的物理学数字之一”，但在18世纪40年代，在一些研究者［雷诺(Regnault)、里德伯(Rudberg)、马格努斯(Magnus)］当中仍提出了对它的批评。当时，最可靠的值是由里德伯建议的，但他也得出结论说，对于所有的气体来说，膨胀系数并不是完全相同的，因此，盖·吕萨克定律没有普遍性。(55)马格努斯正确地提醒他的读者，在数值方面的这种冲突使得很难用气体膨胀来测量温度，自从杜隆(Dulong)和珀蒂(Petit)的工作之后一直是这么做的。气体膨胀系数的重新测定有几种结果：首先，一种实际结果是，当时作为法国标准的空气温度计失去了信誉，因为它不如水银温度计好，根据雷诺的观点，水银温度计的运行“几乎是热量增加的复杂函数”(56)。雷诺也表达了理论意义：我们仍然没有手段来测量热的绝对量，而且，就我们知识的这种现状而言，“我们几乎没有希望发现依赖于这些测量的那些现象的各个简单定律”。从这个视角来看，德国《物理年鉴》的编辑波多道夫(Poggendorff)不情愿发表迈尔的第一篇报道，似乎是显而易见的，这篇报道只断言，热能被转化为运动，就此而言，热膨胀或材料膨胀是现象学的证据。(57)波多道夫似乎决定，直到当迈尔更清楚地知道关于可靠测量热膨胀的争论结果是什么时，才发表这篇文章。最终，他完全拒绝发表此文。
在曼彻斯特，焦耳用他和丹瑟制造的水银温度计做实验，解决了上面提到的问题。当时正在研究从理论上建立绝对温标方法的汤姆逊，完全信任焦耳的温度计所起的作用，接下来的几年间，焦耳在曼彻斯特实验室的工作有力地支持了他对热力学的发展。(58)随着优先权的争论不断激烈，汤姆逊和泰特站在了焦耳一边，并辩护这样的经验立场：焦耳对热功当量值的更精确实验研究证明，“热量是所耗功的动力学当量”，而且，“能量守恒只能通过实验来确立”。(59)
四、工程证据：一个自然常数
对我的一些读者来说，一个令人好奇的目标是，知道人们如何开始接受功的测量……麦克斯韦教授告知我们“如果1磅的物体克服引力升高1英尺，就做了一定量的功，而且，工程师把这个量称之为1尺磅”。如果可以采纳这段引文来提供真正的线索，我们很难不被下列建议的原创性所吸引：重要的哲学原理可能是通过“工程证据”确立的。(Robert Moon,1874)
从事能量科学研究的英国物理学家把热功当量看成是能量守恒的一个证据，并且，对他们而言，作为对自然界的真正的数字表征，这在绝对单位制中是关键因素。热功当量的精确值将为呈现各种力的相互关联的许多现象提供定量的统一结构。一旦这一事实被确立为对自然界的真表征，就有可能依据机械功校准所有其他的自然力，比如电力、磁力和化学力。似乎眼前的一切将要创立这个“一致系统”，正如英国科学促进会对他们的测量所要求的那样。(60)他们的标准化程序与大英帝国的电报产业密切相关，要求最高程度的精准性。1860年到1880年间的工作报告清楚地表明，在这个高度竞争的项目中提出的以精确测量为核心，已经受到了挑战。(61)对于作为精密科学的实验热力学和电动力学的发展来说，测量的极端精确，成为一种强制性的必要条件。自1851年以来，刚好在焦耳的论文发表一年之后，丘天文台(Kew observatory)的人宣布，他们已经采取措施，“在他们自己的监督之下，走向仪器的生产，以便分配给需要精确参考标准的机构和个人”(62)。此外，许多大学建立了实验室，学习和改进精密仪器的适当用法。不仅在英国，而且在整个欧洲，精密文化达到了顶峰。到19世纪70年代，在科学中，想知道意味着去测量。(63)
我常说，当你能测量你所谈论的东西并用数字来表示它时，你才对它有所了解；但当你不能测量它时，当你不能用数字表示它时，你的知识就属于贫乏的不能令人满意的类型：可能处于知识的初级阶段，但无论问题是什么，在你的思想中，你几乎不可能进步到科学的阶段。(64)
然而，尽管在促进英国的能量科学方面取得了成功，但能量守恒的普遍原理仍然能根据几种观点加以质疑：牛津有教养的德高望重的哈顿(Highton)把这个问题描述为：
对于解释物理现象和确定根据严格的自然定律对培养人们的机械技能和科学技能所赋予的限制来说，都是极其重要的。(65)
最后，他和他的同事戈尔(Gore)认为，人们一定能阐明焦耳在几个实验中证明的热与力的等价性。然而，他们不情愿接受对人类生产力和自然生产力的某种绝对限制。他们也建议说，这个数值事实只在力学中有效，在电学和磁学领域内是无效的。因而，由此得出一个普遍原理是错误的。(66)在1867年，当焦耳重复他自己的实验时，爆发了一场重要的争论。(67)这里不详述这个实验，重要的是指出，焦耳得到了不同的当量值。他声称，他当时做的实验，比过去做的实验更精确。抛出这一事实，引发了对英国皇家学会的准确性的怀疑。(68)英国的能量科学陷入了危机。甚至第一位剑桥大学的实验物理学教授麦克斯韦，也卷入了用他设计的新的直接方法对热功当量的重新测定。
我认为，这是一个没有机械困难的方案，在有充足水银和坚固铁器的一间高耸的房屋内，一个小天使在头顶上读取同位的温度计，一只猴子把水银携带给他(叫做银色快手杰克)，事情可能进行几个小时。(69)
这种隐喻描述表明了麦克斯韦对以前实验的怀疑：在只有无实体的天使才能读取准确温度的程度上，实验者的身体产生的热辐射，使人类失去了做实验的资格。但他潜在关心的是，热的动力学理论和关于热的本性的实验意义。焦耳在1869年写给汤姆逊的信中说：
我们的出乎意料的岗位，僵化了我们的哲学家们的伦理的和智力的美德……到了提出新证据的时候了，现在。异端的秘密会议正准备将动力学理论贬为异教。(70)
同时，由于麦克斯韦在所卷入的不同群体之间调和，因此，物理学家提供了解释这些问题的几个策略。(71)美国工程师兼物理学家罗兰在欧洲逗留的一年中意识到，实验者在他们测量基本单位时得到的不同数值，从根本上动摇了新的能量物理学。罗兰把对热功当量的新的测定看成是确立“自然界的最重要的常数之一”所必要的。(72)在绝对测量中只有一个精确值能界定为是对自然界的真表征，因此而为近代物理学国际共同体的兴起提供了必要的支撑。但为了实现这一目标，需要科学实践的剧变，例如，涉及实业家、工程师与实验室科学之间的密切合作。罗兰作为约翰·霍普金斯大学物理实验室的创办主任，向理事会成员解释说，在近代，“指望临时制作仪器是无用的”(73)。为了向研究者提供高质量的精密仪器，近代物理学需要最高标准的实验室、实验工具和器械，特别是要求仪器制造者技艺精湛。此外，在数学方法与实验方法非常协调的物理学中，一门课程“将不仅是满足这个国家的长期需要，希望对班里原本打算去德国追求学业的那些学生有吸引力”，而且培养“严谨的物理学家”。只有这样一个领域，才能使“近代的事物秩序”起作用。罗兰在新的物理实验室的启用典礼会上，新创了这个短语。罗兰认为，近代的事物秩序开始于伽利略，即第一位只相信自己推理的研究者，因为他能用实验检验推理。(74)在罗兰的实验室里，新一代学生不得不学会
不断地检验他们的知识，从而亲自认清模糊推测的糟糕后果：他们必须通过直接的实验了解到，世界上有真理，他们自己的心智最有可能出错。他们必须反复实验，不断解决问题，一直到他们成为行动者，而不是理论家。这就是实验室在通识教育中的作用，即，通过不断地使心智与绝对真理联系起来，以正确的思维方式培育心智。(75)
在几次公众演讲中，他揭示出，作为近代教育手段的物理实验室应该看起来是怎样的，为什么对文化发展如此重要：
对中学和大学教育现状有所研究的人告诉我们，包括科学在内的许多学科的教学是在训练记忆力。我在一所时尚学校里。亲眼目睹了天生聪颖的小姐们凭记忆一页一页背诵的沮丧情景，没有付出任何努力发现，她们是否理解了这门课……完全只教词语，并且产生了远离上面描述的一种心态……教育的目标是不仅要培养懂得理论的人，而且要培养付诸于行动的人：在生活斗争中使自己成功的人，而且，无论做什么都是非常成功的人；能够解决所出现的自然界的问题和人类问题的人，以及当他知道自己正确时，能够大胆地相信这个事实世界的人。(76)
罗兰的评论是19世纪末的历史过程的特征，在这个时期，近代实验科学成为文化发展的楷模，但正如罗兰的案例所表明的那样，在这个历史过程中，人文科学与自然科学分离开来，事实与意见分离开来。
我们的科学的事实与理论，比历史的事实与理论、普通的历史事实或法律证据所依赖的普通人的证言。更加确定。(77)
在确立这一自然常数时，工程师—物理学家罗兰把测温技术实践确定为是先前测定热功当量的所有努力中的薄弱环节。他在给吉尔曼(Gilman)的信中写道，他的空气温度计“是我全部工作的体现”。他的出版物和档案材料表明，他精通温度计的特性。他甚至认为，这项研究是如此的十分重要，以至于他建议，下设“标准认证分部，在这里，对绝对测量作出比较”。在获得了首批实验结果之后不久，他断定：
这个部门可能最终会扩展，在扩展的所有方向中，测温学依然很重要……采用空气温度计为标准，所有的比较被简化为这种理想气体温度计的最终的绝对标准。(78)
就他对热功当量的研究而言，罗兰对当时欧美所用的温度计进行了大量的比较研究。他知道，为了使关于热的科学知识得到国际认可，建立标准实验室是可采纳的一项重要措施。当他把自己关于热功当量的研究写成文章发表时，他已经感到，他绝对有把握在物理学家当中处于领先地位，并试图为即将到来的一千年确定新的精确度标准。
我最尊敬焦耳工作的精确性，我把他看成是年轻的物理学家，在谨慎和精确方面，最值得考虑的模范。我们可以肯定的一个问题是，当科学的千年来临之际，在只留下精确的物理学家之时，我们就……不必再等三十年才有两位物理学家对热功当量之类重要的量的真值是什么达成一致。(79)
他继续确立这一近代标准，使科学界铭记这样一个事实：一个重要的哲学原理能够由工程证据来证明。(80)
五、19世纪的黄金数
热功当量，即，使1磅水温度升高1℃所必需的单位功的总数，非常有理由被称之为那个世纪的黄金数。(Mendenhall,October 1901)
罗兰于1880年发表的文章并不标志着把热功当量确立为一个明确事实这个过程的结束。这里有两条发展线索值得注意。只要物理学家提出的新方法，有望提高既定值的精确度，使热功当量值稳定下来的努力就会继续。近代科学的特征是：不断重新评价物理学的标准，这些标准是每一位在职科学家的工具。(81)随着像德国帝国技术物理研究所那样的国家实验室的建立，这类研究首先被制度化。(82)在19世纪的最后几十年里，这一确切事实最终落实成为国际单位制中的换算因子。1894年7月12日，美国参众两院的议员在电气测量的单位制中使用这一常量确立了功的法定单位。
功的单位是焦耳，等于厘米－克－秒制中的一千万个单位功，在实践中，相当于1国际安培的电流通过1国际欧姆的电阻时1秒内消耗的电能。(83)
到那时，这一科学事实的意义不再限于实验室，它已成为飞速发展“动力网络”(networks of power)的一个组成部分，并贴上了“那个世纪的黄金数”的标签——正如罗兰的一位学生所称呼的那样。(84)的确，19世纪测定这个数值的研究者赞成这种描述。例如，罗伯特·迈尔在私人通信中写道：
物理学或力学用知名的千克不可能跨越很远：在动力学中(而且这显然是到目前为止最重要的物理学领域)，纯粹的千克，即，纯粹的静压，不再有用，这里是千克－米(Kilogrammeter)，新近引入的研究对象，即，所谓活力(lebendige Kraft)的测量单位。我们无偿拥有无效的压力，力或所谓千克-米总是有代价的……伟大的牛顿恰好不知道千克-米，最终，科学的进展超越了所有的权威……不存在一个静态的当量，即，在热量与压力之间、卡路里与千克之间一个不变的数值关系，但无疑，在千克－米与卡路里之间存在有当量。(85)
这一黄金数从根本上塑造了人的感知。帝国技术物理研究所所长弗里德里希·柯尔劳施(Friedrich Kohlrausch)教授在1900年声称，所有的东西(事物)都被作为它们体内固有的特殊效果来感知。木材、煤和其他食物都属于这类东西，其价值取决于它所提供的可用的能或功。未来，我们将成为能源的消费者，而非物体的消费者。因此，在德国管辖的范围内，应该很快行动起来，以使声明能源为一种“事物”(Sache)的法案合法化。(86)
第二条发展线索同样重要。在19世纪末，欧洲和北美的实验者成功地使实验科学在学术界占有一席之地。(87)以通过做实验来理解和交流事实性知识为目的的物理实验课，成为大学课程的一个组成部分。出版了实验物理的教学手册，而且，证明热功当量的仪器成为物理科学实验室里的标准装备。(88)当这一数值事实具体体现为实验物理学家的工作环境时，这一科学事实的含义再次发生了改变。这种含义的变化发生在称之为理论物理学的新兴的科学亚文化当中，其中，马克斯·普朗克是第一代成员和重要的发言人。对他来说，人们看到、听到和感觉到的一切都是事实——“事实，没有一位怀疑论者能推翻它们”(Tatsachen an die kein Skeptiker rütteln kann)。甚至所谓的感官幻觉也是事实，这句话意味着，我们尚缺乏适当的推理能力从这种感官印象中推出正确结论。(89)但是
迄今为止，理论物理学的发展是统一它的各个体系，这些体系是通过确定地排除拟人化的因素特别是特殊的感官感知而得到的。然而，鉴于感觉是整个物理学研究的起点，对根本前提的这种故意背离，看上去一定是令人惊讶的，如果不是悖论的话。然而，在物理学史上，几乎没有一个事实像现在这样明显，实际上，在这些自我异化中，一定有毋庸置疑的优势。(90)
至于能量守恒原理，他非常希望永远大胆地断言，热功当量的测定是这一原理的一个证据。他认为，物理学家无法为这一普遍原理提供经验证据，但只能从逻辑上根据不存在永动机的事实推导出它的普遍性。这仍然与全人类的经验相一致。
因此，永恒运动在物理学中的深远意义，如同点金石(philosopher's stone)(91)在化学中的深远意义一样，尽管科学的优势源于实验的否定结果，而不是肯定结果。今天，我们不参照任何人类的观点或技术的观点来谈论能量守恒原理。我们说，一个封闭的物体系统的总能量是一个有大小的量，在这个系统内发生的任何反应，都不会使它的值增加或减少。我们不再认为，这一定律的有效性依赖于对我们目前拥有的方法的改进，以便从实验上证明永恒运动问题。在这种我们无法严格证明只能被迫予以注意的概括中。展现了上面提到的从拟人化因素中解放出来。(92)
注释：
①本文是对作者长期研究的一个项目的总结。这里给出的一些论证，在其他杂志刊发的几篇文章中，得到了证实，不过，我在本文适当的地方提到了这些文章。我引证的资料来自格拉斯哥大学、伦敦皇家学会、曼彻斯特理工大学、维也纳科学院、哥廷根国家图书馆和大学图书馆手抄本部、慕尼黑德国博物馆的手稿藏室、约翰·霍普金斯大学的艾森豪威尔图书馆和俄罗斯圣彼得堡科学院，我对他们的许可深表谢意。
②St.Shapin,S.Schaffer,Leviathan and the Air-Pump.Hobbes,Boyle,and the Experimental Life,princeton,1985,p.39.关于“事实性知识”和真理，参见St.Shapin,A Social History of Truth,Civility and Science in Seventeenth-Century England,Chicago,1994；还参见L.Fleck,Genesis and Development of a Scientific Fact,Chicago,London 1979; B.Latour,S.Woolgar,Laboratory Life:The Construction of Scientific Facts,Princeton,N.J.,1986。
③L.Daston,Why are Facts Short?,in this volume; L.Daston,"Baconian Facts,Academic Civility,and the Prehistory of Objectivity",Annals of Scholarship,VIII,No.3-4,1991,pp.337-364.关于这一时期对经验与实验的讨论，参见P.Dear,Discipline and Experience:The Mathematical Way in the Scientific Revolution,Chicago,19950.关于涉及的将事实历史化的进路，参见M.Poovey,A History of the Modern Fact.Problems of Knowledge in the Sciences of Wealth and Society,Chicago,London,1998,pp.1-28。
④J.A.Nollet.Discours sur les dispositions et sur les qualités qu'il faut avoir pour faire du progrès darts l'étude de la physique expérimentale.Paris,1753.German transl.Nollet,Rede yon der nothigen Geschicklichkeit zur Erforschung der Natur.welche er den 15.Mai 1753 bei dem Antritte seines 
ffentlichen Lehramts,in dem Navarrischen Collegio gehalten,Erfurt,1755.
⑤“文人共和国”不是一个国家，是启蒙时代欧洲和北美的文人学者通过书信与印刷品联合而成的一个松散的具有共同兴趣的研究群体。——校者注
⑥关于18世纪末和19世纪精密科学中实验者作为某种角色出现、伴随的训练注意力的形式和建立这种非书面的知识传统引发的认识论问题的详细的描述，参见我的论文“Experimentalists in the Republic of Letters,to appear”,in L.Daston and H.O.Sibum(eds.) Scientific Personae,“Science in Context”,forthcoming。
⑦Nollet.Rede yon der nothigen Geschicklichkeit...,cit.,pp.37-38.
⑧Ibid.,p.12.
⑨Ibid.,p.58.
⑩Ibid.,p.60.
(11)例如，参见"The Function of Measurement in Modern Physical Sciences",in T.S.Kuhn,The Essential Tension.Selected Studies in Scientific Tradition and Change,Chicago,1977,pp.178-224,p.220。在这篇文章中，他把从1800年到1850年这个时期描述为培根科学的数学化。关于相反的解释，即，使混合数学(mixed mathematics)对他们的研究很有用的自然哲学家的解释，参见J.Heilbron,"A Mathematicians' Mutiny,with Morals",in P.Horwich(ed.) World Changes:Thomas Kuhn and the Nature of Science.Cambridge,Mass.1993,pp.81-129。关于对库恩解释的另一种歪曲，参见I.Hacking,The Taming of Chance,Cambridge,1990,pp.60-93。关于新兴的精密文化的解释，参见M.N.Wise(ed.)The Values of Precision,Princeton,1995,and M.-N.Bourguet,Ch.Licoppe,H.O.Sibum(eds.)Instruments,Travel and Science:Itineraries of Precision from 17th to 20th Century,forthcoming。
(12)这种温度计保存在乌特勒支的大学博物馆：比较W.E.Knowles Middleton,A History of the Thermometer and its Use in Meteorology,Baltimore,1966。
(13)例如，参见库仑的转矩平衡实验。Ch.Blondel,M.Dorries(eds),Restaging Coulomb:usages,controverses et réplications autour de la balance de torsion,Florence,1994.
(14)关于一个有说服力的解释，参见M.-N.Bourguet,"Landscape with Numbers—Natural History,Travel and Instruments(Mid-18th-Early 19th Century)",in M.-N.Bourguet,Ch.Licoppe,H.O.Sibum(eds.)Instruments,Travel and Science,cit。
(15)这一时期，作为确立证据手段的目击的重要性和图书的权威性，参见I.Hacking,The Energence of Probability:A Philosophical Study of Eavly Ideas about Probability,Induction and Statistical Inference,Cambridge,1975,pp.33/34 and S.Schaffer,"Self Evidence" in Critical Inaffquiry,XVIII,1992,pp.327-362。
(16)谢弗认为，“我们看到了从公开表演的仪式向象征去身体的(disembodied)科学天赋的一种转变；我们也看到了对自动记录的材料装置和仪表的新的坚持……”S.Schaffer,Self Evidence,cit.,p.330；拉瓦锡及其远离感官技术的实践，参见L.Roberts,"The Death of the Sensuous Chemist:The 'New' Chemistry and the Transformation of Sensuous Technology",in Studies in History and Philosophy of Science,XXVI,No.4,1995,pp.503-529。关于电工对感官经验的远离，参见H.O.Sibum, "Charles-Augustin Coulomb (1736-1806)",in Die Grossen Physiker.Erster Band.Von Aristoteles bis Kelvin,edited by K.Von Meyenn,München,1997,pp.243-262；关于形成实验自然哲学的杰出贡献，参见Ch.Licoppe,La Naissance de la pratique scientifique:Le discours de l' expérience en France et en Angleterre(1630-1800),Paris,1996。
(17)在欧洲各国，精确测量得到的值无疑是不同的。例如，在18世纪的英国，像多朗德(J.Dollond)和拉姆斯登(I.Ramsden)那样的精密测量仪器制造者成为皇家学会的成员。但是，相信杰出的仪器制造者对精确测量的研究有其自身价值的风气，在19世纪前半叶发生了改变。在那个时期，几乎没有仪器制造者能达到这个地位。W.T.Ginn,Philosophers and Artisans:The Relationship between Men of Science and Instrument Makers in London 1820-1860,Ph.D.University of Kent at Canterbury 1991；关于进一步的比较研究，特别参见M.N.Wise,The Values of Precision,cit。
(18)但这些研究，甚至狄德罗的百科全书计划，在从工匠的工作中提炼体知型(embodied)知识时，都不完全成功。有关自动机的作用，参见S.Schaffer,"Enlightened Automata",in The Sciences in Enlightened Europe.edited by W.Clark,J.Golinskei,S.Schaffer,Chicago,1999,pp.126-165；有关库仑研究人在劳动时感到疲劳的方案，参见C.-A.Coulomb,"Résultats de plusieurs expériences destinées a déterminer la quantité d'action que les hommes peuvent fournir par leur travail journalier,suivante les differentes manières dont ils emploient leur forces",in Mémoire de l' Institut Nationol des Sciences et Arts—Sciences mathematiques et physiques,Paris,1799,pp.380-428; H.Otto Sibum,Charles-Augustin Coulomb (1736-1806),cit..百科全书计划参见J.R.Pannabecker,"Representing Mechanical Arts in Diderot'S Eneyclopédie",Technology and Culture,XXXIX,1998,pp.33-73; St.L.Kaplan,C.J.Koepp (eds)Work in France.Representations,Meaning,Organization,and Practice,Ithaca,London,1986:M.N.Wise,"Work and Waste I:Political Economy and Natural Philosophy in Nineteenth-Century Britain",in History of Science,Vol.27,1989,pp.263-301。M.N.Wise,"Mediating Machines",in Science in Context,No.2,1988,pp.77-113，波尼(Carlo Poni)的文章在这本文集中。
(19)A.Morin,Notice sur divers appareils dynamométrique,propres à mesurer l' effort du travail développé par les moteurs animés ou inanimés,ou consommé par des machines de rotation,et sur un nouyean indicateur de la pression dons les cylindres deS machines à vapeur,Paris,1839,pp.29-30; quoted after R.M.Brain,The Graphic Method.Inscription,Visualisation,and Measurement in Nineteenth-Century Science and Culture,Dissertation University of California,Los Angeles,1996,pp.48-163.关于客观性的历史和19世纪自我克制的道德规范，参见L.Daston,P.Galison,"The Image of Objectivity",in Representations,Vol.40,1992,pp.81-128,117ff。
(20)有关法国的工程师一学问家的功测量和作为第一台用图表示功的自动记录仪的詹姆斯·瓦特的示功图，参见Brain,The Graphic Method,opus cit.; M.N.Wise,Visualising Work，未发表的手稿。
(21)朗福德伯爵在他通过机械摩擦产生令人厌烦的热的标准实践中，最著名的评论和结论是，热是一种运动。但他并未提出热的分子运动论，因为他在其他实验中表明，液体没有传导这些运动的特性。St.L.Wolff,"Benjamin Thomson,Sadi Carnot und Rudoph Clausisus",in Meyenn,Physiker cit.,pp.289-302,p.291; B.Rumford,"An Inquiry concerning the Source of the Heat which is excited by Friction",in Philosophical Transactions of the Royal Society of London,LXXXVIII(1798),pp.80-102。正如1856年莫里茨·赫尔曼·雅可比在法国主张的那样，比尤蒙特(MM.Beaumont)依据朗福德的实验建造了一台仪器，这一装置在许多国家获得专利，借助于这个仪器，在两个半大气压下产生蒸汽，注定同时会用于军事考察，“在那里，总是有大量强健的部队，但时常极度缺乏生存手段，其中取暖是第一位的”，M.H.Jacobi,Sur la corrélation des forces de la nature，自1856年以来未发表的讲稿，St Petersburg Academy of Sciences archive,Russia。
(22)卡文迪什从18世纪80年代开始绘制有关“热”的草图，包含这样的实验的建议位于手稿部的参考编号MG23,L6处，Pre-Confederation Archives,Public Archives of Canada,Ottawa。关于这一草图的详细讨论，参见Ch.Jungnickel,R.McConnmack,Cavendish.The Experimental Life,Cranbury,NJ,1999,pp.400-423,p.410。在19世纪初，正是法国卡诺测定了热功当量，但也没有发表。U.Hoyer,
den Zusammenhang der Carnoschen Theorie mit der Thermodynamik,' Archive for the History of the Exact Science',1974,pp.359-375。
(23)关于科学的绅士，参见J.Morell and A.Thackray,Gentlemen of Science.Early Years of the Brirish Association for the Advancement of Science,Oxford,1981。有关焦耳在形成能量科学时所起的作用，参见D.S.L.Cardwell,James Joule,A Biography,Manchester,1989; C.Smith,The Science of Energy.A Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain,London,1998; H.O.Sibum,"An Old Hand in a New System",in J.-P.Gaudielliere,I.Loewy,Manufactures and the Production of Scientific Knowledge,Houndmills,1998。
(24)J.P.Joule,"On the Mechanical Equivalent of Heat",Philosophical Transactions of the Royal Society,CXL,1850,pp.61-82,printed also in Joule's Scientific Papers,I,London 1884-1887[henceforth SPJ],pp.298-328.
(25)焦耳的手稿“On the Mechanical Equivalent of Heal”(1850)保存在英国皇家学会档案馆PT.37.3。也参见C.Smith,"Faraday as Referee of Joule's Royal Society Paper on the Mechanical Equivalent of Heat",in 'Isis',LXVII,1976,pp.44d-449.
(26)Joule to Stokes,July 3rd,1850,CUL,Add.7656 J75.
(27)关于这个过程的详细描述，参见H.O.Sibum,"Reworking the Mechanical Value of Heat:Instruments of Precision and Gestures of Accuracy in Early Victorian England",in Studies in History and Philosophy of Science,XXVI,1995,pp.73-106。
(28)在不同条件下酿酒的再生产时常出现很大困难，即使是同一个酿酒师酿造，也是如此，因为每个场所都有其特殊性，不同的酿造器具、不同的材料等。但即使条件相同，每次酿造也都是独一无二的事件，因为谷物、麦芽和温度条件总是不同，因此，每次酿造需要特别注意和调整措施。在通过精确测量将酿酒转变为一门科学的过程中，一些酿酒师认为，不存在标准的热量，它们只是由于国家税务局而存在。R.Shannon,A Practical Treatise on Brewing,Distilling and Rectifying,London,1805,p.57.
(29)J.Bateman,The Excise Officer's Manual Being a Practical Introduction to the Business of Charging and Collecting the Duties under the Management of Her Majesty's Commissioners of Inland Revenue,London,1852；有关军队财政状况与精确测量，参见J.Brewer,The Sinews of Power.War,Money and the English State,1688-1783,London,1994; S.Schaffer,"Golden Means:Assay Instruments and the Geography of Precision in the Guinea Trade",in M.N.Bourguet,Ch.Locoppe,H.O.Sibum,Instruments,Travel and Science,cit.; W.J.Ashworth， Between the "Trader and the Public":defining productionand measures in eighteenth-century Britain，未发表的手稿。关于“信任数字”的看法，参见T.Porter,Trust in Numbers:The Pursuit of Objectivity in Science and Public Life,princeton,New Jersey,1995。
(30)关于税务研究室，参见P.W.Hammond,H.Egan,Weighed in the Balance.A History of the Laboratory of the Government Chemist,London,1992; H.O.Sibum,Les Gestes de la Mesure.Joule,les pratiques de la brasserie et la science,in 'Annales Histoire,Science Sociales',IV-V(1998),pp.745-774。
(31)1865年，焦耳在格陵诺克纪念詹姆斯·瓦特诞生时发表的演讲中使用了“自然界的主要工具”的术语，引自CH.A.Parsons,"The Rise of Motive Power and the Work of Joule.Second Joule Memorial Lecture",in Memoirs and Proceeding of the Manchester Literary and Philosophical Society,LXVII(1922/23),pp.17-29,p.22。关于酿酒师的热的领域，参见G.A.Wigney,An elementary Dictionary,or,Cyclopaediae for the use of Maltsters,Brewers,Distillers,Rectifiers,Vinegar Manufacturers and others,Brighton,1838; H.O.Sibum,Les Gestes,cit。
(32)J.P.Joule,On the Caloric Effects of Magneto-Electricity,and on the Mechanical Value of Heat,SPJ,pp.123-159,p.146,Italics by Joule.
(33)这里重要的是提到，热质说很快就受到不同研究者的攻击，参见St.G.Brush,"The Wave Theory of Heat.A Forgotten Stage in the Transition from Caloric Theory to Thermodynamics",The British Journal for the History of Science,V,No.18,1970,pp.143-167,p.147。
(34)“一切可能看起来很复杂并且陷入了原因、结果、转化和安排的几乎是无休止变化的明显的混淆和混乱之中，然而，最完美的规律性被保存下来——整个存在受到至高无上的上帝旨意的支配”；J.P.Joule,On Matter,Living Force and Heat.A Lecture at St Ann's Church Reading-Room,SPJ,pp.265-276,p.273；关于焦耳的宗教背景，参见D.S.L.Cardwell,James Joule,A Biography,Manchester,1989,p.47,pp.10-13；史密斯建议说，焦耳的观点与他对终身追求社会秩序和稳定的保守分子的自我描述相一致，因此，与查尔姆(Chalmer)的新教派的幻想形成对比，与圣安德鲁斯(John Playfairs)在那个世纪初的自然系统相协调。C.Smith,The Science of Energy.A Cultural History of Energy Physics in Victorian Britain,London,1998,p.72.
(35)有关焦耳作为一个桥梁式的重要人物的文献，参见D.S.L.Cardwell,James Joule.,cit.and H.O.Sibum,"Narrating by Numbers.Keeping an Account of Early Nineteenth Century Laboratory Experiences",in Reworking the Bench.Research Notebooks in the History of Science,edited by L.Holmes,J.Renn,H.-J.Rheinberger,forthcoming。
(36)关于转化比例的文化技巧及其各种应用的详细讨论，参见H.O.Sibum,Shifting Scales.Microstudies in Early Victorian Britain; Max Planck Institute for the History of Science Preprint,No.171；有关丹瑟的微缩微影照片，参见B.Bracegirdle,J.B.McCormick,The Microsopic Photographs of J.B.Dancer.With illustrations from original Dancer negatives from the collection of A.L.E.Barron,Chicago,1993；对这一时期兴起的视觉文化的更广泛的研究，参见J.Crary,Techniques of the Observer.On Vision and Modernity in the Nineteenth Century,Cambridge,Mass,1991。
(37)关于这种进行独特测量的文化资源的进一步详情，参见Sibum,Reworking,cit.；进行温度测量的整个动作设计是非常明显地通过酿酒过程中实践的身体技巧来塑造的，甚至浆式叶轮实验的实验设置也是一个小规模的酿酒模型。参见Sibum,Les Gestes,cit.。
(38)Joule to Thomson,7 November 1848,CUL Add 7342.
(39)有关从手工艺的文化中抽取事实性知识的问题，参见前面脚注中的文献。狄德罗等人在研究手工艺文化时面临的历史问题和认识论问题仍然没有完全解决。从这里讨论的内容来看，似乎合理的建议是，在公开的信件中试图确立事实性知识的18世纪末和19世纪的实验者感受到类似的问题。知识与科学的关系值得进一步进行历史研究，当前，马克斯·普朗克科学史研究所的研究小组正在从事“科学实验史”研究。
(40)有关作为一种社会运动的“爱好者科学”(devotee science),参见R.H.Kargon,Science in Manchester.Enterprise and Expertise,Manchester,1977; J.Morell,A.Thackray,Gentlemen of Science,cir.; D.Hoffmann (ed.),Gustav Magnus und sein Haus,Stuttgart,1995; A.Fiedler,Die physikalische Gesellschaft zu Berlin.Vom lokalen naturwissenschafilichen Verein zur nationalen Deutschen Physikalischen Gesellschaft,Aachen,1998 (Dissertation Universitat Halle)。
(41)参见C.Smith,The Science of Energy,cit.,p.57ff；作为一种职业而不是生活的科学，参见J.Morrell,A.Thackray,Gentlemen of Science,cit.,p.33；关于焦耳在Sturgeons Annals上发表的文章，参见SPJ,1884,cit.,pp.1-53; J.P.Joule,"A Short Account of the Life and Writings of the Late Mr.William Sturgeon",in Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester,XIV,1857; I.R.Morus,Frankenstein's Children:Electricity,Exhibition,and Experiment in Early-Nineteenth-Century London,Princeton,1998。
(42)R.Kargon,Science in Victorian Manchester,cit.p.79f.关于丹瑟的观点，参见他的传记：J.B.Dancer,John Benjamin Dancer,F.R.A.S.,1812-1887,"An Autobiographical Sketch,with some Letters",in Memoirs and Proceedings of the Manchester Lit.And Phil.Society,CVII (1964/65),pp.115-142。
(43)有关法国实验室科学的状况，参见R.Fox,"Scientific Enterprise and the Patronage of Research in France,1800-70",in R.Fox,The Culture of Science in France,1700-1900,Aldershot 1992,pp.442-437；关于英国实验室科学的状况，参见M.N.Wise,C.Smith,Energy & Empire.A biographical study of Lord Kelvin,Cambridge,1989; F.A.James (ed.).The Development of Laboratory,Essays on the Place of Experiment in Industrial Civilization,Houndsmill,1989；关于德国实验室科学的状况，参见Ch.Jungnickel,R.McCormmick,Cavendish,cit.; K.Olesko,physics as Calling:Discipline and Practice in the Konigsberger Seminar for Physics,Ithaca,London,1991。
(44)E.Brücke (1851).in J.J.Weyrauch (ed.),Die Mechanik der Warme in Gesammelten Schriften von Robert Mayer.Dritte erganzte und mit historisch-literarizchen Mitteilungen versehene A uflage,Stuttgart,1893,p.296.
(45)“书面摹写”(literary replication)这个术语是由吉姆·西科德(Jim Secord)提出的，意指为了使实验行为有意义，读取和描绘实践。J.Secord,"Extraordinary Experiment:Electricity and the Creation of Life in Victorian England",in D.Gooding,T.Pinch,S.Schaffer (eds),The Uses of Experiment.Studies in the Natural Sciences,Cambridge,1989; pp.337-383,347ff。有关亥姆霍兹的文献参见F.Bevilacqua,"Helmhohz's 'Ueber die Erhaltung der Kraft'.The Emergence of a Theoretical Physicist",in D.Cahan (ed.) Hermann yon Helmholtz and the Foundations of Nineteenth-Century Science,Berkeley,Los Angeles,1993；特别是参见R.Brain,M.N."Wise,Muscles and Engines:Indicator Diagrams and Helmholtz's Graphical Method",in L.Krüger (ed.),Universalgenie Helmholtz.Rückblick nach 100 Jahren,Berlin,1994。他认为，亥姆霍兹喜欢把图示作法更值得信赖的手段来确立功的测量。有关克劳修斯的文献，参见他的笔记记录，Deutsche Museum,Munich,and D.S.L.Cardwell,From Watt to Clausisus.The Rise of Thermodynamics in the Early Industrial Age,Ithaca,1971,p.246。
(46)W.Weber,"Zur Galvanometric",1862,in W.Weber,R.Kohlrausch,Fünf Abhandlungen über die absoulte elektrische Strom-und Widerstandsmessungen,Leipzig,1904,Ostwald's Klassiker No.142,pp.70-94,p.88.有关纽曼的讲稿参见Franz Ernst Neumann,Vorlesung:Mechanische Warmetheorie.Vorlesungsmitschrifi von Prof.Wild,D.Dorn from the year 1867,Handschriftenabteilung Niedersachsische Staats-und Universitatsbibliothek Gottingen.MS F.E.Neumann 8 II,pp.237-418,p.256；有关纽曼的文献也参见K.Olesko,Physics as Calling,cit.。
(47)William Thomson to Dr.James Thomson,1 July 1847,T367,Kelvin Collection,GlasgowUniversity Library (hereafter GUL)，也参见Smith,The Science of Energy,cit.,p.79。
(48)有关他的理论与焦耳的事实之间的调和工作，特别参见M.N.Wise,"William Thomson's Mathematical Route to Energy Conservation:A Case Study to the Role of Mathematics in Concept Formation",Historical Studies in the Physical and Biological Sciences,X,1979,pp.49-83。
(49)W.Thomson,Lecture notes by David Murray "Lecture LI,14 April 1863",GUL,MS Murray 326.
(50)R.Mayer,"Remarks on the Mechanical Equivalent of Heat",The London,Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science,Supplement to Vol.XXV.Fourth Series,No.171,1863,p.520.English translation of Bemerkungen über das mechanische Aquivalent der Warme,Heilbronn und Leipzig,1851.
(51)关于这一开创性论文参见T.S.Kuhn,"Energy Conservation as an Example of Simultaneous Discovery",in Kuhn.The Essential Tension cit.,pp.66-104。
(52)一些历史学家至今都一直质疑同时发现的观念，并提供了局域性研究，来表明这些贡献的特殊性。例如，参见Y.Elkana,The Conservation of Energy:A Case of Simultaneous Discovery? Archives Internationales d'Histoire des Sciences,23-e année,1979,pp.31-60; K.Caneva,Robert Mayer and the Conservation of Energy,Princeton,1993; C.Smith,The Science of Energy,cit.; H.O Sibum,Reworking cit.有关发现概念参见S.Schaffer,"Scientific Discoveries and the End of Natural Philosophy",Social Studies of Science XVI,1986,pp.387-420。
(53)Joule to Thomson,March 18,1851.
(54)Joule to Tait,July 25,1863,Glasgow University Library,Kelvin papers J 173.
(55)G.Magnus," die Ausdehnung der Gase duch die Warme",in Poggendorff's Annalen der Physik under Chemie,LV,1842,pp.1-27; V.Regnault,"Untersuchung tiber die Ausdehnung der Gase",in Poggendorff's Annalen der Physik und der Chemie,LV,1842,pp.391-414 u.557-585，也参见Ch.Sichau Der Joule-Thomson Effekt.Der Versuch einer Replikation,Physics Diploma Thesis,University of Oldenburg,1995。
(56)V.Regnault, den Vergleich des Luftthermometers mit dem Quecksilberthermometer,in Poggen-dorff's Annalen der Physik und der Chemie,LVII,1842,p.218.
(57)J.R.Mayer, quantitative and qualitative Bestimmung der Krafte,send to editor of Poggendorff's Annalen on June 16.1841,not published,found in Friedrich Zollner archive published in J.R.Mayer,Die Mechanik der Warme.Samtliche Schriften,ed.by Hans Peter Münzenmayer,Heilbronn,1978.
(58)关于焦耳与丹瑟在制造温度计方面的紧密合作，以及焦耳与汤姆逊之间在处理温度测量方面的差异，参见H.O.Sibnm,Shifting Scales cit.。绝对温标参见W.Thomson,"On a Absolute Thermometric Scale founded on Carnot's Theory of the Motive Power of Heat,and Calculated from Regnault's Observations",in Philosophical Magazine.XXXIII 1848,pp.313-317。
(59)泰特和汤姆逊之间的通信特别参见July 3,1863 (T41) and J.Thomson and W.Thomson,Aug.13,1863 (T119) at GUL.关于涉及焦耳与迈尔争论的通信的详细说明，参见J.T.Lloyd,"Background to the Joule-Mayer Controversy".in Notes and Records of the Royal Society,XXV,1970,pp.211-225。
(60)"Report of the Committee appointed by the British Association on Standards of Electrical Resistance",in British Association for the Advancement of Science Reports,London,1864,pp.111-177.
(61)M.N.Wise,C.Smith,Energy & Empire.A Biographical Study of Lord Kelvin,Cambridge,1989; S.Schaffer,"Late Victorian Metrology and its Instrumentation:A Manufactory of Ohm's",in S.Cozzen,R.Bndd,(eds.),Invisible Connections,Bellingham,1992,pp.23-65; S.Schaffer,"Accurate Measurement is an English Science",in M.N.Wise.The Values of Precision,Princeton,1995,pp.135-172; B.Hunt,"The Ohm is where Art is:British Telegraphic Engineers and the Development of Electrical Standards",in Osiris,IX,1994,pp.48-63.
(62)J.Welsh,On the Graduation of Standard Thermometers at the Kew Observatory,BAAS Report,1853,pp.34-36.
(63)有关第一门实用物理学课程参见F.Kohlrausch,Leitfaden der praktischen Physik zunachst für dos physikalische Praktikum in Gottingen,Leipzig,1870。
(64)W.Thomson,Popular Lectures and Addresses,3 Vols.,London,1889,I,pp.73-74.
(65)Ibid.
(66)参见H.Highton,"On the Relations between Chemical Change,Heat,and Force—With a Special View to the Economy of Electro-dynamic Engines",in The Quarterly Journal of Science and Annals of Mining,Metallurgy,Engineering,Industrial Arts,Manufactures,and Technology,I,1871,pp.77-94,p.89。
(67)J.P.Joule,"Determination of the Dynamical Equivalent of Heat from the Thermal Effects of Electric Currents",British Association for the Advancement of Science Reports,London,1867,pp.512-522.
(68)W.Thomson,Popular Lectures and Addresses,3 Vols.,I,pp.73-136,pp.133-134.
(69)Maxwell to Tait,Dec.23,1867,Cambridge University Library,Add 7655 1b.
(70)Joule to Thomson,Dec 29,1869,Cambridge University Library MSS Add 7342 J287.
(71)关于这些问题如何解决的研究，参见H.O.Sibum,"An Old Hand in a New System,cir.,pp.23-57,H.O.Sibum,Exploring the Margins of Preecsion",Max Planck Institute for the History of Science Preprint,No.172,and C.Smith,The Science of Energy,cit.。
(72)H.A.Rowland,"On the Mechanical Equivalent of Heat,with Subsidary Researches on the Variation of the Mercurial from the Air Thermometer,and on the Variation of the Spedific Heat of Water",in Proceedings ofthe American Academy of Arts and Sciences,1879-80,pp.75-200.学家，但他希望明确，“未来的科学”必须超越那些以改进性能为基础的实验操作形式。比较H.O.Sibum,An Old Hand in New System,cit.。
(73)H.A.Rowland,Report to the Board of Trustees,undated,JHU,Ms 6,pp.17-18.尽管罗兰钦佩法拉第等英国科
(74)H.A.Rowland.lecture notes (given at the opening of the physics laboratory),Rowland Manuscripts,John Hopkins University,Eisenhower Library.Ms.6.Ser.5.
(75)H.A.Rowland."The Physical Laboratory in Modem Education",in The Physical Papers of Henry Augustus Rowland.Baltimore.1902.pp.614-618.p.617.
(76)Ibid.,p.617.
(77)H.A.Rowland,"The Highest Aim of the physicist.Address'delivered as the President of the American Physical Society,at its meeting in New York.October 28.1899".in The Physical Papers,cit.,pp.668-678,p.676.
(78)H.A.Rowland,manuscript Physical Laboratory,Johns Hopkins University.Comparison of Standards.Circular No.I.p.6.JHU Ms.6,Ser.5.
(79)罗兰未完成的结论性判断和部分判断在他的下列草稿中能找到：on Appendix to Paper on the Mechanical Equivalent of Heat,Containing the Comparison with Dr.Joule's Thermometer,emphasis by H.O.Sibum,JHU,Ms.6,Box 39.Series 5；出版的版本参见H.A.Rowland,Appendix...,cit.,Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences,XVI,1880,pp.38-45。
(80)关于亨利·罗兰对确立这一事实的贡献的详细研究，参见H.O.Sibum,Exploring the Margins cir.and H.O.Sibum,An Old Hand in a new System,cit.。
(81)例如，参见E.H.Griffiths."The Value of the Mechanical Equivalent of Heat,deduced from some Experiments performed with the view of establishing the relation between the Electrical and Mechanical Units;together with an Investigation into the Capacity for Heat of Water at different Temperatures",in Philosophical Transactions of the Royal Society of London.Vol.184.1894.pp.361-504; O.Reynolds and W.H.Moorby,"On the Mechanical Equivalent of Heat".Philosophical Transactions of the Royal Society of London (A) ,Vol.190,1898,pp.301-422。
(82)D.Cahan.An Institute for an Empire:the Physikalische Technische Reichsanstalt 1871-1918,Cambridge,1989.
(83)Committee Report to the President of the National Academy of Sciences,New York City,February 9,1895.Rowland Papers,Eisenhower Library archive,Johns Hopkins University.“焦耳”是国际单位制(SI)中功或能量的单位。国际单位制被称为SI，采用了其法语名称Système International d'Unités前两个首字母。关键的协议是1875年5与20日在巴黎签署的公尺条约(Convention du Mère)。迄今已有48个国家签署了这一条约，包括所有主要的工业化国家在内。美国是这种公米制俱乐部的创办成员之一，1875年已经签署了从前的原始文件：今天，把焦耳定义为，1牛顿的作用力，使一个物体在这个力的方向移动1米，所做的功。相当于，既然动能等于质量的一半乘以速率的平方，所以，1焦耳就是两千克的物体以1米/秒的速率运动时的动能，等于107尔格，或大约0.7377尺磅。用电学术语来说，焦耳等于1瓦特每秒—也即，1安培电流通过l欧姆电阻在1秒内释放的能量。
(84)Th.C.Mendenhall,"Commemoration of Prof.Henry A.Rowland",in Johns Hopkins University Circulars,XXI,No.154.December 1901.reprinted in Annual Report of the Board of Regents of the Smithso-nian Institution,Showing the Operations.Expenditures,and Conditions of the Institution for the Year Ending June 30,1901; Washington 1902.pp.739-753.p.743.关于这个法案，参见Rowland's Report to the President of the National Academy of Sciences,Johns Hopkins University Library archive,Rowlands manuscript collection。有关“动力网络”的观念，参见T.P.Hughes.Networks of Power.Electrification in Western Society 1880-1930,Baltimore,1983。
(85)Mayer to Mohr,April 28,1868,in J.J.Weyrauch,Kleinere Schriften und Briefe von Robert Mayer.Nebst Mittheilungen aus seinem Leben,Stuttgart 1893,pp.419-420.今天，这一数值事实最终将卡(热的厘米克秒制单位)与焦耳(机械能的单位)联系起来，等于4.1868焦耳/卡。在国际单位制中，用焦耳(为使热功当量是1)衡量热量和所有形式的能量这一事实，甚至成了多余的。
(86)“价值的微观交易的新发展，在很大程度上，归于从物体交易转向能量交易。这个革新过程并没有达到其目标，不是本世纪，而是下一个世纪，被认定为是这一自然探索的果实成熟的时期。F.Kohlrausch,Die Energie oder Arbeit und die Anwendungen des elektrischen Stromes,Leipzig,1900,pp.68-69.人们应该知道，正值德国发生几起非法消耗电能的犯罪行为的法庭审判之际，柯尔拉乌希(Kohlrausch)撰写这本书。柯尔拉乌希认为，这是能量科学问题上糟糕的公共教育的结果。
(87)就实验室科学的历史发展而言，当然在17、18世纪的大学里开始为物理操作台(physical cabinets)腾出地方。但是就没有预算和训练以及地位而言，有理由认为，直到19世纪晚期，实验者们才从内容上和理想上完全成功地把实验科学确立为一门独立的精深的学科。对18世纪物理操作台的概述，参见J.L.Heilbron,Elements of Early Modern Physics.Berkeley,1982,p.139ff; W.Clark,The Hero of Knowledge,to appear with University of Califronia Press；19世纪物理操作台的概述，参见F.A.J.L.James(ed.)The Development of the Laboratory.cit.。
(88)有关实用物理学教科书，参见例如F.Kohlrausch,Leitfaden der praktischen Physik zunachst für dos physikalische Praktikum in Gottingen,Leipzig,1870；有关教学仪器，参见J.Puluj," einen Schulapparat zur Bestimmung des mechanischen Warmeaquivalents",in Annalen der Physik und Chemie,XVII (1876),pp.437-446; W.E.Ayrton,W.C.Haycraft."Students simple Apparatus for determining the mechanical equivalent of heat",in Proceedings of the Physical Society,VIII (1894-95),pp.295-309；也比较G.J.N.Gooday,"The Morals of Energy Metering:Construtting and deconstructing the precision of the Victorian electrical engineer's ammeter and voltmeter",in M.N.Wise.The Values of Pre- cision,cit,239-282。
(89)M.Planck.Sinn und Grenzen der exakten Wissenschaft,Leipzig,1967,p.6.
(90)M.Planck,A Survey of Physical Theory,NewYork,1960,p.4.
(91)炼金术是中世纪的一种化学哲学思想与实践，是现代化学的雏形。其目标是将一些一般金属转化为黄金，发现灵丹妙药和长生不老之药。西方的炼金术士称丹药为点金石(philosopher's stone)。——校者注
(92)Ibid.,p.6.他(没有)处理的热功当量，参见M.Planck,Das Prinzip der Erhaltung der Energie,Leipzig,Berlin 1924,(fifth ed.)，写于1887年哥廷根大学哲学系举办的一次有奖竞赛之际，他获得二等奖(一等奖空缺)，委员会评论说：“作者特别回避了对成为我们关于热功当量数值的知识基础的那些实验研究的批评讨论。”(p.XI)，也参见p.148ff，在这里，他讨论了用归纳法和演绎法确立证据的可能性；在这篇关于热力学的论文中，他当然提及19世纪测定热功当量的实验，强调了所用的为能量守恒原理提供关键条件的各种设备。M.Planck,Treatise on Thermodynamics,Berlin,1897,reprint New York,1945,p.43。