20世纪粒子物理学文化图景述评——兼论实证主义、反实证主义与SSK的还原论科学图景，本文主要内容关键词为：实证主义论文,图景论文,述评论文,粒子论文,物理学论文，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：N031 文献标识码：A 文章编号：1000－8934(2012)09－0022－06
盖里森先后完成了科学史与科学哲学三部曲：《实验如何终止》[1]、《图像与逻辑：粒子物理学的物质文化》[2]与《爱因斯坦的时钟与彭加勒的地图：时间的帝国》[3]。这三部著作分别考察了物理学文化中的实验亚文化、工具亚文化与理论亚文化。《实验如何终止》与《图像与逻辑》的连续性较大，关注的对象都是20世纪粒子物理学；《爱因斯坦的时钟与彭加勒的地图》关注的是爱因斯坦与彭加勒在物理学、哲学与技术相互交融的层面上如何处理同时性问题。三本著作中影响最大的是《图像与逻辑》，此书关注的核心是20世纪粒子物理学文化。盖里森通过引入社会学与人类学等语言①对20世纪粒子物理学文化图景展开言说，继哈金将科学哲学的研究延伸到理论/实验的两维之后，继续将科学哲学的关注点扩展到理论/实验/工具的三维。
1 粒子物理学的物质文化与视觉文化
盖里森对于粒子物理学文化的描述主要从物质文化与视觉文化的角度入手，他考察了粒子物理学实验室的物质文化以及工具所表征的图像体现的视觉文化，并将工具表征分为图像传统与逻辑传统。
1)粒子物理学实验室的物质文化
《图像与逻辑》是一部关于粒子物理的“物质文化”史。它以20世纪主要物理和化学实验室的生活为宏大的背景，涉及工具与辩论、云室、气泡室、火花室、粒子计数器、原子示踪乳剂、雷达、计算机语言和人工模拟等工具的发明与改进[4]182。盖里森对器物的情有独钟在《图像与逻辑》一书中得到了充分的展现。盖里森的工具和机器的概念是可以相互替代的，《图像与逻辑》是关于粒子物理学工具的。如果说《图像与逻辑》是关于工具的，那么《实验如何终止》围绕的主题是实验的过程。《实验如何终止》在一定程度上过分重视理论(揭示了原子物理学、核物理学或粒子物理学的哪些部分与实验者关系重大、为何关系重大)，而轻视了工具设备(云室、计数器和气泡室可以被用作使得那些特定的实验论证终止)[2]xix。
《图像与逻辑》中工具成为了中心，特定效应的实验证明退居其后。盖里森由关注实验主体的连续性转移到关注物理学工具设备的连续性以及围绕着工具变化的实验实践。实验室工具不但负载着它们直接的功能，而且体现着证明的策略、实验室中的工作关系以及与这些工具立足的外界文化相关的物质和符号联系，所有可以说实验室工具密集着意义。正是通过对实验室工具的管(tubes)、带(tapes)和轨迹(tracks)的广泛和深入的探究，我们能领会粒子物理学的物质文化图景。
盖里森区分了物理学家的宏观环境(macroenvironment)与微观环境(microenvironment)，即外部实验室(outer laboratory)和内部实验室(inner laboratory)。他主要关注的正是作为物理学家物质文化和实验实践的内部实验室：工作台上的工具、计算的方法以及技师、工程师、同事和学生的作用。到了20世纪末期，随着计算机控制和分析网络的延伸，内部和外部的界限正在逐步消除。在原子物理学、核物理学和粒子物理学的内部实验室，可以将连接微观世界和我们感觉世界的探测装置分为两大类：制造图像的装置(产生图片)和逻辑装置(产生计算)[4]4。
盖里森指出他的工具史研究不同于詹姆斯·科南特的哈佛实验科学史案例(Harvard Case Histories in Experimental Science)研究。哈佛实验科学史案例用实证主义的手法将实验的胜利载入了编年史，为科学史提供了连续和进步的叙事：如玻意耳发现了气体定律、巴斯德探究了发酵以及拉瓦锡推翻了燃素说等等。盖里森认为实验的图景不可能是永不改变的，没有关于实验、理论和工具的普遍准则。假如案例研究意味着得到现代科学的普遍结构，那么盖里森是反对案例研究的；如果案例研究中意味着科学工作的详细研究，那么盖里森是支持案例研究的。通过将工具带到非常重要的位置(front and center)，我们可以得到不同于“内部智识史”和“外部社会史”的新的历史。工具史既是技艺史(technical history)，也是劳动史(labor history)、社会史和认知史。盖里森的工具史不是为科学的统一理论服务的，而是通过特定的物质客体来研究产生和维持实验意义的难以琢磨的历史动力学[2]5。
2)工具表征的视觉文化：图像传统和逻辑传统
在《实验如何终止》中，盖里森已经对粒子物理学中视觉探测器(如云室、气泡室)同电子探测器(如盖革计数器、闪烁计数器以及火花室)的不同传统进行了详尽的讨论[5]4。在《图像与逻辑》中，盖里森从视觉文化[6]的角度进一步明确了工具表征的不同传统。
盖里森不是要建立理论优位下的说明或者收集独立的实验发现的故事，他的目标是通过粒子物理学工具的分析证明实验实践的深度连续性。盖里森区分了两个相互竞争的工具制造传统：图像传统和逻辑传统。“图像传统的目标是表征自然过程的丰富性和复杂性——产生这类清晰性(单个图片作为新实体或效应的证据)图像。这些图像作为模拟的(mimetic)——它们声称保留了事物存在于世界上的形式——被呈现和保卫。盖里森称这种依赖于形式的模拟保留的理想表征是同型的(homomorphic)。”[2]19与模拟传统相对的是“逻辑传统”，它已使用与电子逻辑电路(electronic logic circuits)相连的电子计数器(electronic counters)。这些计算(而不是绘图)机器聚集大量数据以作出关于粒子或效应存在的统计论证。盖里森称保留了事件之间的逻辑关系的这种记录的统计模式是“同源的”(homologous)表征[2]19。
图像传统和逻辑传统各有利弊，两种进路在许多事例中产生相同的信息，例如新粒子的披露。依照遍历定理(ergodic theorem)，如果看到一个反缈子中微子(anti-muon-neutrino)，你已经看到了所有反缈子中微子；如果你看到零星的百万个拉姆达(lambdas)，你能知道关于任何指定的拉姆达的全部。“抽象的说就是图像传统(以它的同型表征)与逻辑传统(以它的同源表征)保持着张力而演进。”[2]20如下图[2]20，盖里森将为追踪粒子物理学实体而设计的工具分为图像传统(云室、核乳胶和气泡室)和逻辑传统(计数器、火花室和丝状电极火花室)，以电子产生的图像是图像—逻辑的混合物(image-logic hybrid)。
图像传统与逻辑传统图解
逻辑传统和图像传统在三个层次上具有持续加强的连续性：教学上的连续性(pedagogical continuity)、技艺上的连续性(technical continuity)以及说明上的或认知上的连续性(demonstrative or epistemic continuity)。图像机器和逻辑机器都有成功并获得诺贝尔奖的经历，没有一个传统具有声称长期把握住真理的特权，也没有一个传统使得物理学共同体可以长期一边倒的支持它[2]24。盖里森认为每个工具制造传统都捕捉住了某些关键性的经验知识事物并将其嵌入长期的物理学结构之中。同时没有一个传统具有认知的优先性。[2]26盖里森给出的与其说是超时间的关于机器的哲学不如说是机器中的历史性特定哲学。工具制造的逻辑传统和图像传统分别赶超对方的优势，这种竞争使得双方的技术都得到发展。
在20世纪粒子物理学中，工具的图像传统和逻辑传统相互竞争并最终联合。“两种传统结合的到来是迟疑不决的协调努力，努力通常因为技术障碍而搁浅。虽然给予对方以攻击，但是每一方都坚持努力去获得对手的优点：逻辑传统具有统计学和实验控制但想获得有说服力的细节；图像传统具有显微粒的(fine-grained)、可见的等优点但想获得统计学的影响力和对实验的控制。”[2]807
斯坦利认为盖里森的区分太过绝对，实际上两种传统共享实验论证的统计模式这一承诺[7]196。尽管盖里森与斯坦利在考察具体案例时观点有冲突，但是他们都属于富兰克林划分的支持实验证据和知识理性的一方，有别于科学知识社会学对实验认识论的去理性化消解[8]1－35。
2 解读粒子物理学的互嵌式文化图景
正如维特根斯坦的隐喻指出：“绳的强度并非在于有一根贯穿绳的全长的纤维，而是在于许多纤维互相重叠。”[9]48盖里森指出科学不是统一的，而正是科学的非统一性使得科学强健而稳定。盖里森的科学非统一性观点与两个哲学运动的原则以及科学知识社会学(SSK)的纲领相抵触。这两种哲学运动分别是20世纪二三十年代的逻辑实证主义运动和20世纪五六十年代的反实证主义运动；前者认为科学是统一的进而构成了科学一致性和稳定性的基础；后者认为科学的非统一性暗示了不稳定性。SSK的纲领的盛行于20世纪70年代前后，突出了社会利益至上的社会还原论。
盖里森指出物理学发展中多种亚文化是互嵌的，因为许多传统尽管相互协调但不是同质的。物理学的各个专业不能作为同质(homogeneous)共同体看待。物理学既不是统一的，也不能分裂为孤立的碎片。不同的理论、实验、工具制造和工程传统交汇甚至相互转移或转换，但是它们并没有失去自身特定的身份和实践。
1)盖里森对实证主义、反实证主义与SSK的科学图景的批判
将逻辑实证主义和反实证主义的观点简化可知：前者认为观察的“基本”语言作为所有理论的基础，科学是统一的项目；后者取消了实验和理论之间的严格界限，并认为不存在“记录语言”(protocol language)。反实证主义不但认为实验与理论相互无法分开，而且二者失去了各自的动力学，以至于不假定在其它活动领域中存在伴随的转移就不能解释在一个活动领域中的断裂或革命。盖里森反对逻辑实证主义和反实证主义的观点，认为(在逻辑上、历史编纂学上和哲学上)存在着另一种互嵌的科学图景。虽然不存在适用于所有理论变化的观察语言，但是对于每个理论(或者实验、或者工具)变化至少还存在着一个持续未中断的实践领域的可能性，即物理学可以具有连续性。
逻辑实证主义具有一种还原论的立场：将知识还原到经验上即认为观察经验是知识的基础。逻辑实证主义致力于世界的逻辑建构：由基础的个体感官经验上升到物理学、再到个体心理学、最终到所有自然科学和社会科学的金字塔式大统一。
历史学家通过分期(Periodization)这一方法论承诺来指定所研究领域的断裂和连续。逻辑实证主义通过将经验报告作为所有科学的基础和统一物(unifier)，进而认为观察语言是积累的和连续的。
实证主义科学图景分期图[2]785
实证主义赋予了观察以不可动摇的地位。在实证主义分期中，由经验结果的积累可以得出科学图景的连续性。为了适应新的观察数据，理论可以发生改变。实证主义没有在观察与实验之间作明确的区分。
反实证主义坚持的最重要观点是不存在中立的观察语言，观察是负载理论的。库恩和汉森借助格式塔心理学来解释理论的改变：不同个体可以将一幅图片看作鸭子或兔子，正如不同共同体成员可以认为同一实验显示了燃素的缺失或氧气的存在。对于反实证主义来说，理论是科学变化的动因，科学的变化是基于理论的。反实证主义将实证主义的观点进行了颠倒：理论占据了原先实验和观察的首要地位，现象也不再免于断裂了。当理论改变时，包括实验和观察的整个物理学场景都发生了改变。强调理论的转变是一种格式塔转换就突出了理论改变和经验断裂是同时发生的。反实证主义分期图表明分期的断裂是在理论和实验层次上同时发生的。认知首要性已经由经验层次转移到理论层次。
反实证主义科学图景分期图[2]794
反实证主义的分期通过将理论置于首位而颠倒了实证主义的分期。反实证主义认为理论和观察是共同分期的，于是理论上的每一次剧烈变化都伴随着观察标准的转变。[2]794
虽然反实证主义的分期不再像实证主义那样将科学理想化的描述为观察和经验的渐进积累，但是二者的分期都寻求单一的主线来贯穿整个科学发展历程：实证主义求助于观察，而反实证主义求助于理论。“二者都认为语言是科学的关键(linchpin)——虽然实证主义者寻求经验的语言，而反实证主义者在理论中找出关键术语。实证主义者认为在基本观察中的所有专业的共同基础确保了科学的统一。反实证主义者(如库恩)通过否定这种基础，借助‘微观革命’将专门的物理学学科分裂为无数没有关联的部分。”[2]793－794实证主义和反实证主义都基于一种还原论立场进而寻求利用语言的指导作用去建立普遍的科学演化模式。
盖里森对实证主义与反实证主义的论述也引起了一些异议。例如，劳斯追随弗里德曼(Michael Friedman)指出盖里森过分强调逻辑实证主义的经验主义而忽视了其新康德主义根源，逻辑实证主义比盖里森指出的更加同情整体论；盖里森对后实证主义作实证主义翻转式地解释就忽视了“在何种程度上后实证论者求助于现代性叙事的高度抽象的、普遍性的理论观念，以取代实证论对形式方法的说明”。[10]47－48
盖里森通过追随工具的实践，不再只将观察或理论作为科学的基础，从而在不同方面跨越了学科的界限。实证主义科学哲学将观察或经验作为所有确定知识的源泉，物理学史成了以观察为基础以建立复杂的理论结构的历史。随着奎因对经验主义两个教条的批判以及历史主义通过观察渗透理论命题对观察基础地位的抨击，反实证主义将观察拉下神坛而使理论上位，中立的观察语言不再存在，理论范式之间存在着不可通约性。到了20世纪70年代前后，SSK突出社会维度以解释理论范式的采用、持续和取代。SSK将社会利益因素充分的扩大化以致建构一切，将工具等物质维度还原为社会维度，围绕着利益以及利益与知识之间的关系进行研究。上述三种科学图景都试图将科学纳入统一的解释框架下。
SSK试图依据意识形态和社会集团的利益说明科学家对理论的赞同或拒绝，并得出社会文化因素影响科学知识内容的结论。从泛文化的立场来研究科学，得出貌似深刻实则大而化之的观点，实质上消解了科学之所以为科学的特质[11]45。盖里森对于SSK的社会还原论给出了批评。盖里森指出传统上对科学的说明：要么认为科学必须遵循一系列指定的规则：发现、复制、确证或证实的算法；要么认为科学就是关于利益、经济、心理或社会的事业。前者是对科学进行逻辑解释，后者是对科学进行社会解释。盖里森认为无论逻辑解释还是社会解释都过于单一，物理学其实是个结构复杂的拼凑物(patchwork)。科学的图景不是单纯的合理性建构也不是各种力量为分摊知识领地而进行的非理性争斗。“作为整体的物理学通常是处于特别多样的物理学文化(工作、机器、证据、论证)之间的不完全合作状态。”[2]xxii
20世纪的粒子物理学是大科学的代表，它与社会和政治因素密切相关。假如能证明它不完全是社会利益建构的产物就可以使得其他与社会、政治因素相距较远的学科摆脱被社会利益决定的命运。盖里森描述了反规则实践，精神产品，交易区，实验家、工程师、数学家、理论家之间的分歧与合作，科学界与工业界及政治家的关系，实验室与大学之间的权力斗争等等；但是有别于社会建构论者们所关注的意识形态斗争——右派对左派、资本主义对社会主义、男性对女性等，盖里森关注的是那些更物质化的因素的影响[4]182。盖里森也研究政治权利斗争，但是他不认为科学就是政治权利斗争，科学家们的金钱和地盘是制造科学工具和进行科学实验所必需的。“盖里森写到实际的斗争，决定谁的机器被批准建造，谁的探测器被使用，谁的理论被检验的战斗。在人们之间的战斗见出分晓之后，实验继续前进，而结果是由工具与自然决定的。如果工具不好，自然的声音就被压抑住。如果工具良好，自然就会对清楚的问题给出清楚的回答。实验的结果取决于自然和工具质量，而不是取决于实验者的意识形态。”[12]盖里森考虑到了“世界所提供的材料制约”[13]与工具对粒子物理学发展的的影响，在突出自然与物质性对粒子物理学影响的同时，盖里森还描绘了粒子物理学的逻辑性与社会性维度。
2)理论、实验和工具互嵌的粒子物理学文化图景
实证主义、反实证主义和SSK给出的科学图景都不能与20世纪粒子物理学的发展相吻合。盖里森将20世纪的物理学划分为三个部分：理论、实验和工具制造。盖里森指出认为物理学具有单一的整体结构是不恰当的，物理学文化是由具有不同动力学的亚文化构成的，物理学共同体是个远比想象复杂的集团。“每个亚文化有自身的变化节奏，每一个亚文化有自身的证明标准，同时每个亚文化有区别地被嵌入更广的制度、实践、发明和观点文化之中。”[2]798
粒子物理学文化图景的互嵌分期图[2]799
亚文化这一概念具有技艺的、符号的和社会的维度，这表明理论家、实验者和工具制造者作为三个群体各自有某种程度的自治(autonomy)。“理论家在他们对很好划分的物质的表征中关注于物质行为的一致性、自洽性和可计算性；实验者将工具与新颖效应、更精确的测量特性、或者即使无效的结果的寻求相组合；工具制造者十分精通气体、液体和线路的操作。”[2]xx
不同的准自治传统具有自身的分期，这一开放性终结的模型有四个特征[2]799－800：第一，这是一个三位一体的模型，它确保了工具、实验和理论部分自治的可能性。不必使得每个亚文化都被单独表征，如工具制造者和实验者在物理学史中并非真正地不同、断裂点也并非总是单独出现、相同的领域往往运行着多个相互竞争的亚文化；第二，这个中心隐喻包含着反实证主义的重要贡献：观察中不存在绝对连续的基础。实验层次、工具层次和理论层次一样都有自身的断点；第三，局部连续性是互嵌的——不能期望理论、实验和工具上的急剧变化会同时出现，具体的情况要结合特定的历史事件本身进行研究；第四，盖里森期盼尽量平等的对待每个层面，没有一个层次具有优先地位，没有一个亚文化是进步的仲裁者或是还原的基础。
盖里森认为物理学作为理论或作为观察的还原论图景都未能注意到物理学的多样性；物理学的图景只是作为独立亚文化的集合也未抓住物理学作为一门学科的互连性(interconnectedness)。为此盖里森引入了交易区的概念。在交易区这个文化领地，不同的群体可以发现共同的范围。在科学的理论和实验亚文化之间、甚至在不同的工具制造传统或不同的理论化的亚文化之间不必存在全局的一致就可以存在局部的交易(协调)。
物理学的亚文化之间是相互影响的，它们不是共同分期的(coperiodized)。正是不同系列实践(工具制造、实验和理论)的这种互嵌(intercalation)使得物理学具有作为整体的连续性意义。物理学的连续性通过理论、实验和工具制造之间的局部协作得以实现。物理学的参与者具有超常的多样性，盖里森给出的图景指出了参与者(低温学工程师、无线电化学家、代数拓扑学家、模型工匠、计算机奇才和量子场理论家)究竟是如何相互交流的。
查尔默斯指出新实验主义牺牲了理论的研究，“就其未能对理论在科学中所起的各种关键作用作出适当的说明而论，新实验主义的说明是不全面的”。[14]针对哈金认为理论(至少高层次理论)缺乏干预实验的能力，盖里森指出哈金的实验实在论[15]是建立在部分牺牲理论生命的基础上。盖里森想在保卫实验领域的鲁棒性(robustness)的同时，保卫理论和工具的鲁棒性，即实验、理论和工具每一层次都可以保持准自治[2]800。与哈金通过操作实体来赋予实验部分自治这一实在论观点不同，盖里森认为实验者有自己持续的关注点和信念体系，这些关注点和信念体系即使在理论极度改变的情况下仍然可以保持不变[2]782。如威尔逊及其云室与格拉泽及其气泡室都显示出工具制造甚至可以在完全不同的实验调查领域中持续地保持不变。盖里森指出了较大的共同体呈现出层压的(laminated)现象：在较大的物理学共同体中存在着实践的异质性，在一个层面上的连续性可以把另一层面上的间断性(discontinuities)连结起来[2]783。工具实践在理论分离时将持续不间断；理论在新技术改变实验室时将继续；实验实践甚至在工具改变时可以继续；宏观连续性可以与局部断裂共存。
盖里森想要建立的粒子物理学文化史是介乎于宏观(普遍化)历史和微观(唯名论式)历史之间的介观(mesoscopic)历史[16]376。盖里森避免给出适用于任何时间、任何学科的普适图景，通过聚焦20世纪粒子物理学，结合物质文化与视觉文化分析，给出了粒子物理学文化的进化图景。他将粒子物理学划分为三种亚文化要素的思想，相较于实证主义、反实证主义与SSK给出的还原论科学图景更加全面。科学是一个理论、实验、工具共同参与的实践事业，它具有历史性、科学性与哲学性。相较于盖里森的三要素划分，哈金对于实验室科学中使用的分类项目的三类划分(观念、事物与标记)更为全面，每类划分各包含五种要素共计十五种要素。“在许多事物之间有一个博弈，数据、理论、实验、现象、工具、数据处理等之间有一个博弈。”[17]56盖里森对粒子物理学文化的分析在认知维度上有其局限性。用文化来解释科学活动，必须对文化与科学活动之间的作用机制提供充分说明。SSK引起争议的一大原因是它涉及了科学活动的认知过程[11]50。尽管盖里森对SSK的社会决定论进行了纠正，但是他对科学家们在互动中所用的认知过程一言不发，他忽视了存在一个完整的认知人类学领域用以研究文化差异的心理学基础[13]282。粒子物理学文化的研究应该被放置在认知、社会与物质世界等维度相互作用的动态场景中。
(感谢盖里森教授对我电子邮件的热情回复，解答了我的一些问题并指出他与哈金实验哲学的联系与区别。)
收稿日期：2012－03－19
注释：
①盖里森在研究物理学文化时，借助社会学与人类学引入了“亚文化”与“交易区”的概念。亚文化是相对于科学文化而言的，科学文化中包含许多亚文化。亚文化这一概念具有技艺的、符号的和社会的维度，盖里森区分了三种亚文化(理论亚文化、实验亚文化与工具亚文化)，各种亚文化之间可以各自保持某种程度的自治。交易区是一个隐喻，盖里森将“交易区”比喻为社会的、物质的和智识的砂浆(mortar)，它将非统一的实验、理论和工具制造传统结合起来。
标签：粒子物理学论文; 物理论文; 实证主义论文; 科学论文; 还原论论文; 关系逻辑论文; 社会经验论文; 亚文化论文; 科普论文; 自然科学论文;