作為客體的科學(xué)儀器哲學(xué)論文
摘要：
傳統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)識(shí)論一般凸現(xiàn)了科學(xué)位器在科學(xué)認(rèn)識(shí)過程中的中介作用，忽視了科學(xué)儀器使用過程中的具體復(fù)雜性，將科學(xué)儀器當(dāng)作科學(xué)認(rèn)識(shí)的工具和橋梁。其實(shí)，在科學(xué)認(rèn)識(shí)過程中，儀器的使用是具體的、不充分的、開放的，儀器的呈像是可錯(cuò)的，儀器是與認(rèn)識(shí)對(duì)象有著復(fù)雜關(guān)聯(lián)的。這就決定了科學(xué)儀器既是科學(xué)認(rèn)識(shí)的工具，又是科學(xué)認(rèn)識(shí)的對(duì)象，是經(jīng)過人的現(xiàn)實(shí)的對(duì)象性活動(dòng)制造出來后，在其使用過程中被深刻地認(rèn)識(shí)的對(duì)象，扮演著科學(xué)認(rèn)識(shí)工具和科學(xué)認(rèn)識(shí)客體的雙重角色。
關(guān)鍵詞：
客體 科學(xué)認(rèn)識(shí) 科學(xué)儀器
引言
科學(xué)的發(fā)展史，就是以發(fā)展中的儀器和儀器使用作為其基礎(chǔ)之一的歷史，是理論、實(shí)驗(yàn)、儀器以彼此匹配的方式演進(jìn)和相互維護(hù)的歷史，是包含了各種類型的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，并從這些活動(dòng)以及理論家、實(shí)驗(yàn)家、儀器制造者的合作中獲得進(jìn)步的歷史。在這樣的歷史中，科學(xué)儀器起著巨大的作用：對(duì)科學(xué)認(rèn)識(shí)主體的認(rèn)識(shí)能力具有強(qiáng)化作用， 對(duì)科學(xué)認(rèn)識(shí)客體具有激化、純化、強(qiáng)化作用。由此拉近人類與宏觀世界、微觀世界、生命世界之間的距離，使人類能夠獲得對(duì)自然的更深刻、廣泛、準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。因此，科學(xué)認(rèn)識(shí)論者一般將科學(xué)儀器獨(dú)立出來，作為科學(xué)認(rèn)識(shí)三要素中的一種，即科學(xué)認(rèn)識(shí)的工具來看待�？陀^地說，這有一定道理。因?yàn)榭茖W(xué)儀器能夠在儀器制造廠以標(biāo)準(zhǔn)化的方式生產(chǎn)，然后從一個(gè)研究團(tuán)體到另一個(gè)研究團(tuán)體轉(zhuǎn)移使用而不需或很少需要對(duì)其進(jìn)行內(nèi)部調(diào)整。此時(shí)，科學(xué)認(rèn)識(shí)主體只要按規(guī)定的程序操作，就能獲得令其它科學(xué)認(rèn)識(shí)主體確信的結(jié)果。其它科學(xué)認(rèn)識(shí)主體按照同樣的程序進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)也會(huì)獲得同樣的結(jié)果，結(jié)果具有可重復(fù)性、普遍性。這就使得這一結(jié)果幾乎沒有可能去反駁。這樣，在科學(xué)認(rèn)識(shí)過程中，科學(xué)儀器就能作為“可信的、不成問題的、很難挑戰(zhàn)的認(rèn)識(shí)要素使用”，[1]單純地起著認(rèn)識(shí)工具和認(rèn)識(shí)橋梁的作用，作為達(dá)到獲得進(jìn)一步事實(shí)的目的的手段。
但是，當(dāng)全面地、具體的、深入地分析科學(xué)儀器在科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)中的地位和作用時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，將科學(xué)儀器看作科學(xué)認(rèn)識(shí)的工具和橋梁是片面的、靜態(tài)的、有局限性的，科學(xué)儀器及其使用是具體的、可錯(cuò)的、不充分的、開放的、與客體有著復(fù)雜關(guān)聯(lián)的。應(yīng)將其作為與主體相對(duì)的東西、作為主體實(shí)踐和認(rèn)識(shí)活動(dòng)的對(duì)象、作為客體看待。
一、科學(xué)儀器的使用是具體的
科學(xué)儀器使用的具體環(huán)境，也需將此作為認(rèn)識(shí)客體。因?yàn)榇藭r(shí)科學(xué)儀器與正被研究的現(xiàn)象或與儀器使用相關(guān)的條件性，必須將其看作實(shí)驗(yàn)室中不確定的因素進(jìn)行研究。
(1)科學(xué)儀器的選擇是具體的、有條件的。
科學(xué)儀器的選擇和使用，必須參照所選用的實(shí)驗(yàn)方法。方法不同，儀器的選擇及其操作就不同，對(duì)結(jié)果的處理和解釋也就不同。如對(duì)阿佛加德羅常數(shù)的測定，就可選擇不同的方法，既可用化學(xué)、熱力學(xué)的方法，又可用電子學(xué)的方法。針對(duì)每種方法構(gòu)建不同的儀器，獲得相同的結(jié)果，然后相應(yīng)地用有關(guān)的化學(xué)、熱力學(xué)、電子學(xué)理論對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋。
(2)科學(xué)儀器的裝配是具體的、有條件的。
實(shí)驗(yàn)方法一旦確定后，就要裝配儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。儀器的裝配必須參照所應(yīng)用的方法，適合運(yùn)用這一實(shí)驗(yàn)方法的具體的實(shí)驗(yàn)案例。由于實(shí)驗(yàn)方法相對(duì)于具體的實(shí)驗(yàn)案例來說起著方法論的指導(dǎo)作用，因此，即使實(shí)驗(yàn)方法已被使用，并且不成問題，儀器裝配也不是固定的。怎樣裝配儀器以及裝配怎樣的儀器須由正被研究的實(shí)驗(yàn)案例決定，而非由實(shí)驗(yàn)者試圖實(shí)現(xiàn)某種主觀特定的裝配指導(dǎo)。本世紀(jì)二、三十年代化學(xué)動(dòng)力學(xué)家們對(duì)化學(xué)反應(yīng)速度的研究就說明了這一點(diǎn)。當(dāng)時(shí)可采用的實(shí)驗(yàn)方法有靜態(tài)法和流動(dòng)法。選定流動(dòng)法后，對(duì)應(yīng)于氣態(tài)鏈烷屬烴高溫分解反應(yīng)、甲烷和氧氣的反應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)、烯烴的聚合反應(yīng)等，F(xiàn)arkas和Melville 給出了七種不同的實(shí)驗(yàn)安排和不同的儀器裝配，以便實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行。 ([1],pp.293-296)
因此，對(duì)于具體的不同的實(shí)驗(yàn)案例，可采用同一種實(shí)驗(yàn)方法。但是，所運(yùn)用的這同一種實(shí)驗(yàn)方法并不能充分決定在這些實(shí)驗(yàn)案例中的實(shí)驗(yàn)儀器裝配相同。實(shí)驗(yàn)儀器裝配的合理性不在儀器裝配自身，而在于運(yùn)用該儀器所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)所選擇的實(shí)驗(yàn)方法以及涉及到的實(shí)驗(yàn)對(duì)象和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，只有這幾者相互匹配才能保證一個(gè)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。由此，在運(yùn)用科學(xué)儀器進(jìn)行科學(xué)研究的過程中，儀器不是作為絕對(duì)能提供正確結(jié)果的認(rèn)識(shí)工具被接受，而是有條件地接受并且同時(shí)按照實(shí)驗(yàn)過程中有可能涉及到的所有因素的要求進(jìn)行修改�？茖W(xué)儀器使用的條件性不再允許將科學(xué)儀器作為穩(wěn)定的不變的工具使用。
(3)科學(xué)儀器的操作是具體的、有條件的。
科技的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入“大儀器操作微觀對(duì)象”的時(shí)代，并正向“微觀機(jī)械”、“毫微技術(shù)”邁進(jìn)。這時(shí)儀器的操作需要科技工作者具備大量的技能，知道去做什么，怎么做，以及恰當(dāng)解釋所獲得的結(jié)果。因此，從認(rèn)識(shí)論上說，復(fù)雜的現(xiàn)代儀器，如高能物理學(xué)中的儀器，不能作為實(shí)驗(yàn)室中不成問題的、穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)工具使用，而必須在知道它的結(jié)構(gòu)以及它所包含的理論預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)上對(duì)它恰當(dāng)?shù)夭僮鳌?/p>
(4)科學(xué)儀器給定的結(jié)果是具體的、有條件的。
即使方法可行，并且科學(xué)儀器裝配后正常運(yùn)行，科學(xué)儀器也不能總是作為不成問題的、穩(wěn)定的工具使用。因?yàn)檎_的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并非僅僅由于科學(xué)儀器正確地運(yùn)行而產(chǎn)生。儀器給定值是有漏洞的。科學(xué)工作者經(jīng)常不得不進(jìn)一步校正由儀器給定的值。一個(gè)最明顯的例子是，當(dāng)我們用一支水銀溫度計(jì)去測量某物體的溫度時(shí)，只有當(dāng)溫度計(jì)原有的溫度與被測物體測量前的溫度一致時(shí)，即溫度計(jì)上的刻度在測量某物溫度之前和發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，改變正被測量的物體的熱量，導(dǎo)致溫度計(jì)上的讀數(shù)只能準(zhǔn)確反應(yīng)測量后被測物體的溫度，而不能準(zhǔn)確反映測量之前被測物體的溫度。對(duì)此，需要科學(xué)工作者根據(jù)具體的情況考慮實(shí)驗(yàn)儀器與被觀測物質(zhì)的相互作用對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，校正實(shí)驗(yàn)值，獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。這也說明，儀器并非總是作為中性的認(rèn)識(shí)工具提供真實(shí)的、正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，儀器使用的環(huán)境往往導(dǎo)致儀器所得結(jié)果的不確定性，從而需要將儀器看成成問題的、不確定的認(rèn)識(shí)過程 中的一個(gè)要素，而非單純地作為能夠穩(wěn)定使用、獲得正確認(rèn)識(shí)結(jié)果的工具。
二、科學(xué)儀器的呈象是可錯(cuò)的
科學(xué)儀器是可錯(cuò)的，對(duì)儀器的懷疑與儀器的歷史一樣久遠(yuǎn)。儀器自身的缺陷以及儀器的不穩(wěn)定都可產(chǎn)生假象，[2]前者如“色差”的形成，后者如“N射線”的產(chǎn)生。因此，在科學(xué)認(rèn)識(shí)過程中，需要對(duì)儀器進(jìn)行考察和有策略地使用，以確信儀器呈象的真實(shí)。這就表明，對(duì)科學(xué)儀器所獲得的新現(xiàn)象的真實(shí)性的論證需要將科學(xué)儀器作為客體加以研究而不能將其作為任何時(shí)候都能提供真實(shí)結(jié)果的科學(xué)認(rèn)識(shí)工具看待。
(1)儀器的理論支持策略。
一個(gè)好的儀器理論能很好地為儀器的有效性和儀器呈象的真實(shí)性辯護(hù)。對(duì)此，哈金 (Hacking)在“描述與干涉”中結(jié)合望遠(yuǎn)鏡的理論給了望遠(yuǎn)鏡呈象視物有效性以很好的說明。[3]
(2)實(shí)驗(yàn)的檢查與校準(zhǔn)策略。
這一策略使用的目的是，在產(chǎn)生新現(xiàn)象的同時(shí)或前后， 使用同樣儀器，采用同樣操作，產(chǎn)生與新現(xiàn)象具有同質(zhì)關(guān)系的已被確知的現(xiàn)象，那么儀器呈象的真實(shí)性得到支持。如在判斷所觀察到的物質(zhì)光譜是否有效時(shí)，可以通過檢查此儀器能否正確再生氫的巴爾末線系而檢查該儀器是否正常工作。
(3)干涉的策略。
對(duì)樣品進(jìn)行宏觀處理，如物質(zhì)著色、注射液體等。如果在儀器下看到事先預(yù)見的宏觀處理帶來的結(jié)果，那么強(qiáng)化了所觀察到的現(xiàn)象的真實(shí)性。如19世紀(jì)70年代，用苯膠染料處理染色體以達(dá)到觀察細(xì)胞行為的案例就說明了這一點(diǎn)。
(4)可重復(fù)性策略。
該策略指的是同一個(gè)人或不同的人在相同的或不同的時(shí)空，用相同類型的儀器和相同的實(shí)驗(yàn)原理重復(fù)同一實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致，是對(duì)所觀察到的現(xiàn)象真實(shí)性的支持。這是判斷某一實(shí)驗(yàn)是否有效、是否能被科學(xué)家集團(tuán)接受的一條普遍準(zhǔn)則。
(5)獨(dú)立證實(shí)策略。
這里的獨(dú)立有兩層含義。
第一層含義是，儀器的理論獨(dú)立于被作用的對(duì)象的理論。此時(shí)儀器對(duì)對(duì)象作用的有效性超過負(fù)荷對(duì)象的理論的儀器對(duì)該對(duì)象作用的有效性。Peter koss 就論證，使用電子顯微鏡去探查細(xì)胞比調(diào)查原子更有效。因?yàn)�，在關(guān)于細(xì)胞的調(diào)查中，儀器的理論、電子物理學(xué)的理論是獨(dú)立于樣品的理論的。而在對(duì)原子的調(diào)查中，不具有這一特點(diǎn)。這既避免了以不成熟理論檢驗(yàn)理論的不足，又避免了以某種方式依賴被檢驗(yàn)理論的觀察檢驗(yàn)該理論時(shí)，這種內(nèi)在的“自洽”有可能把本是錯(cuò)誤的理論當(dāng)成正確的理論。
第二層含義是實(shí)驗(yàn)方法的獨(dú)立。即同一個(gè)人或不同的人在相同或不同的時(shí)空，使用不同的實(shí)驗(yàn)儀器，[4]采用不同的實(shí)驗(yàn)原理，得到相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性，并且，從不同的實(shí)驗(yàn)要比從同一實(shí)驗(yàn)的重復(fù)中得到對(duì)某一假設(shè)更多的證實(shí)。[5]如在聚合水的案例中，Rousseau 和 Porto 就用電子微探 (eletrie micro probe) 法、火花源質(zhì)譜法 (Spark source mass spec- troscopy) 證明異常水的奇異性質(zhì)是由異常水中所含雜質(zhì) (Na+ 、 K+ 、 Ca2+ 、 S042 一等 ) 引起，而不是由 Limineott 僅根據(jù)紅外光譜法確定的水的改變了結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物——聚合水(H2O)n 引起。[6]因此，Lippincotz 宣稱發(fā)現(xiàn)了聚合水是錯(cuò)誤的。
(6)間接證實(shí)的策略。
當(dāng)只能用一種類型的儀器觀察某現(xiàn)象時(shí)，為了理性地相信所觀察到的對(duì)象，可利用此儀器去觀察已被其它手段確立的、且與此對(duì)象有著類似尺寸大小和類似特征的對(duì)象，對(duì)后一對(duì)象的真實(shí)觀察支持對(duì)前一對(duì)象的觀察。
這就表明，對(duì)科學(xué)儀器所獲得的新現(xiàn)象的真實(shí)性的論證需要將科學(xué)儀器作為客體加以研究，而不能將其作為任何時(shí)候都能提供真實(shí)結(jié)果的科學(xué)認(rèn)識(shí)工具看待。
三、科學(xué)儀器的使用是不充分的
在科學(xué)認(rèn)識(shí)過程中，實(shí)驗(yàn)科學(xué)家必然地要對(duì)它們所用儀器進(jìn)行分析。18世紀(jì)，氣象學(xué)家在氣壓計(jì)和溫度計(jì)上投入了很大的注意力，但此時(shí)的實(shí)驗(yàn)家僅偶爾將他們的注意力轉(zhuǎn)向儀器的理論課題。到了19世紀(jì)，情況就不一樣了，此時(shí)變化了的實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的文化，要求儀器承擔(dān)與原先不同的任務(wù)，這就使得儀器突然變得不充分從而需要實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家開始將其作為嚴(yán)格探索的對(duì)象。
這在科學(xué)上不足為怪，因?yàn)椋?/p>
(1)科學(xué)儀器是科學(xué)知識(shí)的物化，物化在科學(xué)儀器中的科學(xué)知識(shí)是什么，達(dá)到什么程度，具有何等完備性，就制約科學(xué)儀器能獲得什么樣的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)材料。由于每一歷史時(shí)期的科學(xué)認(rèn)識(shí)是具體的、現(xiàn)實(shí)的、有條件的，因此科學(xué)儀器的穩(wěn)定性、精密性、先進(jìn)性也是具體的、有局限的，需要研究改進(jìn)，以便逐漸知道它的不足和可靠性，適應(yīng)科學(xué)實(shí)踐進(jìn)一步的需要。如為了滿足增加測長的精度和擴(kuò)大測長領(lǐng)域的需要，人們?cè)O(shè)計(jì)、制造了木工尺、碼尺、游標(biāo)卡尺、移動(dòng)式顯微鏡、干涉儀等設(shè)備來改進(jìn)儀器，提高儀器的穩(wěn)定性、精密性、先進(jìn)性，減小測量的誤差，滿足對(duì)具體對(duì)象認(rèn)識(shí)的需要。然而，誤差的減小不可能達(dá)到0的程度。一是因?yàn)閮x器不能無限可用，二是當(dāng)測量包含原子系統(tǒng)時(shí)，limWS 并不趨向0( 這里 S 表明按儀器精度遞增序列的第 S 儀器，W表示在誤差曲線中的最大值的一半，也稱半寬度)。因此，儀器自身并不能使得測量精 度達(dá)到絕對(duì)。
而且，從思辨的角度看，絕對(duì)的精度在物理上是不可能的。因?yàn)檫@意味著一個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了一個(gè)無限的信息量。而且如果承認(rèn)絕對(duì)精度，那么也就承認(rèn)了絕對(duì)測量的存在，并且這樣的結(jié)果可無限制的重復(fù)，并且完全相同。倘若如此，就抹煞了現(xiàn)實(shí)的對(duì)象和現(xiàn)象的永久變化和運(yùn)動(dòng)。
因此利用科學(xué)儀器進(jìn)行測量是不充分的，絕對(duì)的精度是沒有的，所有的測量都是不精確的，總有某些誤差。被測值不具有與“真值”的同心性，而只有離心性。這就為科學(xué)家改進(jìn)儀器設(shè)備、增加儀器的精確度提供了無限可能性。
�。�2）即使我們假定科學(xué)儀器有很高的精確度，對(duì)于某些對(duì)象的測量也不能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。因?yàn)�，從被測量對(duì)象自身看，存在無理數(shù)的量，而科學(xué)儀器所測得的數(shù)值至多是有理數(shù)。由此，對(duì)這樣一些特殊對(duì)象，如兩直角邊為1米的直角三角形斜邊的測量，無論運(yùn)用多么精確的測量儀器，都不能獲得準(zhǔn)確的數(shù)值。
(3)特定的實(shí)驗(yàn)只暴露認(rèn)識(shí)對(duì)象的一個(gè)方面，不能單義地決定所有的屬性。當(dāng)測量是在過程中而非靜態(tài)物上進(jìn)行時(shí)，認(rèn)識(shí)對(duì)象特別地以眾多屬性展現(xiàn)。展現(xiàn)的屬性與儀器的使用密切關(guān)聯(lián)。相對(duì)于一些屬性的測量，儀器的使用的恰當(dāng)性并不總是確定無疑的。儀器不可作為毋庸置疑的提供非偶然性的結(jié)論的認(rèn)識(shí)工具。[7]
(4)客觀地說，實(shí)驗(yàn)對(duì)象并不能自主地向?qū)嶒?yàn)者展現(xiàn)其實(shí)在，只能按照實(shí)驗(yàn)者在與儀器的相互作用過程中所獲得的經(jīng)驗(yàn)感受來展現(xiàn)。展現(xiàn)的方式與難題的解決相聯(lián)系，難題又是由科研背景對(duì)我們的影響而產(chǎn)生。背景影響了我們，從而也就產(chǎn)生了被解決的難題。當(dāng)解決該難題的前提沒有闡明時(shí)，對(duì)難題背景的研究要比解決該難題更加重要。此時(shí)，在一些科學(xué)家看來，儀器是作為自身內(nèi)在所具有的目的起作用，而非作為進(jìn)一步達(dá)到目的手段([1],P-302),是作為類似于獨(dú)立存在實(shí)體世界的一部分被研究。此時(shí)，儀器不僅僅作為器械 (devices)——破壞背景以及人們對(duì)這一背景的經(jīng)驗(yàn)，更是作為事物 (things)——它們是與它們的環(huán)境以及我們與它們的交流分不開的。
(5)不滲透理論的科學(xué)儀器是沒有的，從某種具體的科學(xué)儀器的產(chǎn)生看，它是較早期的理論預(yù)設(shè)的物質(zhì)體現(xiàn)。隨著科學(xué)的發(fā)展，我們必須對(duì)已存在的科學(xué)儀器進(jìn)行研究， 賦予它新的理論內(nèi)涵，使之“老樹發(fā)新芽”。但是，正如 Peter Gabon 所言，我們“關(guān)于科學(xué)信念在科學(xué)儀器中更新 (recreate) 自身的方式知道得太少”，[8]從而忽視了對(duì)儀器的研究，限制了研究的范圍。如法國物理學(xué)家 Boit 在從事伏打電堆的研究中， 由于信奉扭力天平，將他的研究限制在靜電學(xué)的范圍內(nèi)，只測量電荷的效應(yīng)，而不可能研究在一封閉線路內(nèi)由電池產(chǎn)生的電流。
由此可見，儀器的使用是不充分的，對(duì)儀器的研究是必要的。這樣的研究不僅僅意味著增加儀器的精度，擴(kuò)大儀器的使用范圍，即不僅僅進(jìn)行與檢驗(yàn)和證實(shí)相關(guān)的研究，而且還意味著將此研究作為進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)的淵源，暴露隱藏在儀器背后的理論假設(shè)， 并且引出新的研究領(lǐng)域去檢查這些假設(shè)。這就能夠使儀器變得“象自然一樣，憑其自身成為理論研究的對(duì)象；[9]能夠意外地指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)沿著未預(yù)期途徑進(jìn)行；能夠通過研究實(shí)驗(yàn)過程中科學(xué)儀器對(duì)解決難題的限制，而不是通過它們的測量應(yīng)用產(chǎn)生新思想。由此使得儀器不只是證實(shí)的工具，也是靈感的來源。如19 世紀(jì) 30 年代，對(duì)扭力天平的研究就具有這一作用。在 Boit 的工作中作為限制因素的扭力天平，在 Weber 的工作中成為研究的客體，引發(fā)了新的研究領(lǐng)域——彈力后效研究。[10]
四、科學(xué)儀器的使用是開放的
一個(gè)設(shè)備，就其自身而言不是科學(xué)儀器，它只能叫作工具對(duì)象 (instrument object)。它要獲得科學(xué)工具的地位，必須與科學(xué)工作者相作用，使得科學(xué)工作者獲得對(duì)周圍世界的看法。科學(xué)工作者典型地解剖、重組、整合科學(xué)認(rèn)識(shí)對(duì)象與科學(xué)認(rèn)識(shí)儀器系統(tǒng)，把儀器的理論說明(包括儀器理論和現(xiàn)象的理論)及其預(yù)測投射到未知領(lǐng)域，通過儀器的潛在能力、測量對(duì)象的未知參量與背景理論的關(guān)聯(lián)，揭示被研究對(duì)象的多種屬性，使研究具體化并獲得經(jīng)驗(yàn)的重建，使“科學(xué)家擴(kuò)展他們被限制的理論理解而進(jìn)入到先前隱藏的領(lǐng)域，”[11]使科學(xué)儀器能超越它的先在繼續(xù)成為實(shí)驗(yàn)操作中的不確定性的來源，從而作為研究客體。考察科學(xué)史上的實(shí)驗(yàn)案例，不難發(fā)現(xiàn)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中所用的儀器、儀器理論說明及其實(shí)際應(yīng)用具有下表所示的相互聯(lián)系 :
所用儀器種類 儀器的理論說明 儀器的實(shí)際應(yīng)用 儀器舉例
(相同或不同) (相同或不同) (相同或不同)
相同 相同 相同 很普遍
相同 相同 不同 用于物理實(shí)驗(yàn)或化學(xué)
實(shí)驗(yàn)上的伏特計(jì)
相同 不同 不同 作為氣象學(xué)再現(xiàn)與作
為粒子檢測器的云室
相同 不同 相同 氫液化器[U〕
不同 相同 相同 長臂天平與短臂天平
不同 相同 不同 冰箱與氫液化器
不同 不同 相同 聲學(xué)顯微鏡與
光學(xué)顯微鏡
不罔 不同 不同 很普遍上表表明，相同的儀器理論說明的相同的科學(xué)儀器，實(shí)際應(yīng)用可以相同也可以不同；不同的儀器理論說明的相同的科學(xué)儀器，實(shí)際應(yīng)用可以相同也可以不同；相同的儀器理論說明的不同的科學(xué)儀器，其實(shí)際應(yīng)用可以相同也可以不同；不同的儀器理論說明的不同的科學(xué)儀器，其實(shí)際應(yīng)用可以相同也可以不同。這就為科學(xué)儀器在科學(xué)認(rèn)過程中的應(yīng)用展現(xiàn)了廣闊的前景，這種廣闊的前景使我們明了：科學(xué)儀器的力量不在于怎樣使用它們，而在于使用它們能做什么；科學(xué)儀器作為一種存在雖然完成了，但是對(duì)它的理論說明以及使用的多種途徑并沒有完成，它的認(rèn)識(shí)自然的潛力并沒有得到充分發(fā)揮。為此還必須研究有關(guān)儀器和被研究對(duì)象的理論文化，因?yàn)椤袄碚撐幕隙ǖ�，不僅是實(shí)驗(yàn)的文化，而且是儀器確立的文化，”[13]還必須將儀器看作是一未完成的對(duì)象，其自身帶有不斷發(fā)展的潛力，從而作為研究對(duì)象。
五、科學(xué)儀器與客體是不可分離的
人類認(rèn)識(shí)客觀世界能力的增強(qiáng)與科學(xué)儀器對(duì)客觀世界的作用的增強(qiáng)是同步的。這使得科學(xué)儀器與客體世界的距離越來越近，聯(lián)系越來越緊，它們之間的區(qū)別日趨模糊， 以致科學(xué)儀器自身嵌入到對(duì)客觀對(duì)象的認(rèn)識(shí)內(nèi)容中，且最終不能將科學(xué)儀器從這樣的內(nèi)容中排除。在這種情況下，科學(xué)儀器和認(rèn)識(shí)對(duì)象一道成為認(rèn)識(shí)對(duì)象系統(tǒng)——客體系統(tǒng)，對(duì)此客體系統(tǒng)的研究在科學(xué)上不可避免。對(duì)量子力學(xué)中自我參照測量和測不準(zhǔn)原理的分析就說明了這一點(diǎn)。
�。�1）自我測量難題。
測量的過程是儀器與被認(rèn)識(shí)對(duì)象相互作用的過程，此作用過程確立了儀器系統(tǒng)與被認(rèn)識(shí)對(duì)象之間的一定關(guān)系。在經(jīng)典物理學(xué)中，由于從實(shí)驗(yàn)技術(shù)或從理論分析上能夠排除儀器對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象的作用，因此，如果用 W 代表整個(gè)世界，S 代表被認(rèn)識(shí)對(duì)象，A 代表儀器工具系統(tǒng),R 代 表 S 、 A 以外的世界，則認(rèn)識(shí)世界的模式為 W=S+A+Ro。此時(shí)科學(xué)儀器能完全作為中介而完成工具作用。但是，在量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，儀器對(duì)微觀對(duì)象發(fā)生了不可控制的作用，這種作用無論在實(shí)驗(yàn)技術(shù)上，還是在理論分析上都不能排除，從而使得“儀器一微觀對(duì)象”的作用系統(tǒng)所產(chǎn)生的現(xiàn)象不是單一的純自然呈象，而是多維的.，既包括被認(rèn)識(shí)對(duì)象，也包括科學(xué)儀器及其相互作用，從而使得科學(xué)儀器與被認(rèn)識(shí)對(duì)象一道成為客體系統(tǒng)，儀器與被認(rèn)識(shí)對(duì)象劃不出明顯的界限，認(rèn)識(shí)世界的模式轉(zhuǎn)變?yōu)?W=Sl+R 。這里的 S1=S+A。( 注意 : 這里的 "+" 不是 S 與 A 的機(jī)械疊加，而是相對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果而言的 S 與 A 不可分離的有機(jī)結(jié)合。
當(dāng)我們對(duì) S1 系統(tǒng)測量時(shí)，我們?nèi)匀皇菑墨@得的儀器狀態(tài)的信息來推論被觀察系統(tǒng)的信息的。但是，由于儀器包含在被觀察的系統(tǒng)中，而且也是參照被觀察系統(tǒng)的狀態(tài)，因此，這時(shí)從儀器獲得被觀察系統(tǒng)的狀態(tài)的這一參照就是自我參照，這樣的測量就是自我測量。對(duì)于這種自我測量，Thomas Breuer 論證了“沒有一個(gè)來自內(nèi)部自我被測系統(tǒng)的測量能被信息地完成，”[14]即通過測定一可觀測量，人們不可能區(qū)別所有狀態(tài)。“準(zhǔn)確狀態(tài)的自我測量是不可能的�！�([14],p.209) 因此，在測量不能區(qū)別所有狀態(tài)的意義上，科學(xué)儀器不能看作是與被認(rèn)識(shí)對(duì)象相互分離而作為純粹的認(rèn)識(shí)工具，它既是工具又是客體。
�。�2）測不準(zhǔn)難題。
測不準(zhǔn)原理是海森堡1927年從量子力學(xué)數(shù)學(xué)形式中推導(dǎo)出來的，與對(duì)所有物質(zhì)粒子的實(shí)驗(yàn)室觀察相符合。該原理認(rèn)為，對(duì)一個(gè)共軛互補(bǔ)變量的較準(zhǔn)確測量是以對(duì)另一共軛變量的較不準(zhǔn)確測量作為代價(jià)的，作為極點(diǎn)，對(duì)一共扼變量的完全認(rèn)識(shí)是以對(duì)另一變量完全不認(rèn)識(shí)為代價(jià)的。即我們不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道兩共軛互補(bǔ)的量，由此形成量子測量的測不準(zhǔn)難題。
造成測不準(zhǔn)的原因是什么呢 ? 有人認(rèn)為這是由我們所用的測量方法和儀器的不完備所致，即儀器在獲取某共軛量的同時(shí)，無法控制地干擾了粒子的運(yùn)動(dòng)，使得粒子失去展現(xiàn)另一互補(bǔ)共軛量的能力。如果這一觀點(diǎn)正確，測不準(zhǔn)難題就不是原則上不可解決的難題，隨著人類認(rèn)識(shí)的深入和實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)手段的進(jìn)步，共扼互補(bǔ)量必會(huì)準(zhǔn)確確定，原則上不可準(zhǔn)確知道的東西不存在。然而，量子非破壞性測量理想實(shí)驗(yàn)表明，即使在獲取某共軛量的同時(shí)，保證粒子的運(yùn)動(dòng)沒有受到不可控制的干擾，即在裝置不受不確定關(guān)系影響的情況下，仍然不能同時(shí)確定另一共扼量，即互補(bǔ)性仍然存在。[15]
這樣，不確定難題的存在就與儀器精密度、儀器對(duì)微觀對(duì)象的作用無本質(zhì)的、必然的關(guān)聯(lián)，而與微觀對(duì)象的互補(bǔ)性質(zhì)有本質(zhì)的關(guān)聯(lián)。即微觀對(duì)象的不完全確定性是由微觀對(duì)象的本性決定。照此，粒子的這一本性給人類關(guān)于微觀對(duì)象的認(rèn)識(shí)提出了原則性的限制，即人類原則上不能獲得對(duì)微觀對(duì)象的完全認(rèn)識(shí)。因?yàn)槲⒂^對(duì)象的運(yùn)動(dòng)、變化、發(fā)展要遵循一定的自然規(guī)律，受到自身性質(zhì)、結(jié)構(gòu)的限制，它只能做它能做的事。不僅如此，限制微觀對(duì)象“能做什么的某些規(guī)律也限制人類”。[16]即人類雖然有著偉大的想象力，有著先進(jìn)的科學(xué)儀器，仍然不能按自己的主觀愿望去擺布自然，改變自然法則，逼迫自然去做它的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)不允許它做的事。
存在人類原則上不可完全認(rèn)識(shí)的對(duì)象，既不意味著世界是完全不可認(rèn)識(shí)的，也不意味著在感覺與對(duì)客觀世界的客觀認(rèn)識(shí)之間沒有通道，更不意味著人類認(rèn)識(shí)能力的有限性，而是意味著 世界存在不可完全認(rèn)識(shí)的部分，存在著有人類最終無法認(rèn)識(shí)的對(duì)象或?qū)ο髮傩�。這不是人類認(rèn)識(shí)能力有限所致，而是事物的本性使然。這就在邏輯上為人類認(rèn)識(shí)過程的演進(jìn)和認(rèn)識(shí)能力的發(fā)展提供了無限可能性和不可窮盡性。這就從根本上排除了“不完全的認(rèn)識(shí)是一種人類不充分的、有限的認(rèn)識(shí)，是一種對(duì)事物原本確定的性質(zhì)的不清楚準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，這樣的認(rèn)識(shí)不是真知識(shí)”的錯(cuò)誤信念。
上面的分析說明，在某些現(xiàn)代科學(xué)研究過程中，一方面科學(xué)儀器與認(rèn)識(shí)對(duì)象已經(jīng)不可分離，兩者一道成為科學(xué)認(rèn)識(shí)的客體系統(tǒng)。另一方面，在對(duì)認(rèn)識(shí)結(jié)果進(jìn)行方法論、認(rèn)識(shí)論和本體論解釋時(shí)，儀器與認(rèn)識(shí)對(duì)象一道成為不可分離的客體系統(tǒng)，進(jìn)入人們的思維之中。這種新思維必將改變?nèi)藗儗?duì)科學(xué)的傳統(tǒng)觀念，使人們認(rèn)識(shí)到：科學(xué)知識(shí)不只與發(fā)現(xiàn)有關(guān)，而且還與怎樣發(fā)現(xiàn)有關(guān)；科學(xué)理論不只與世界有關(guān)，而且還與人類與世界的相互作用有關(guān)。鑒此，將科學(xué)儀器作為客體進(jìn)行研究就顯得既自然又必要了。
結(jié)束語
本文并不否定科學(xué)儀器的工具作用，相反地，筆者認(rèn)為，科學(xué)不僅是關(guān)于什么的，而且是關(guān)于能是什么的。能是什么是通過行動(dòng)而不是通過沉思所得，是通過儀器與認(rèn)識(shí)對(duì)象的作用所得。隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)儀器的工具化作用必將加強(qiáng)，而且，科學(xué)儀器是能夠勝任作為工具這一基本角色的。我們有三方面的理由相信這一點(diǎn)：①本體論理由：相信世界與人類的統(tǒng)一性，任何物質(zhì)都能夠通過相互作用引起變化來接收和傳遞信息；②方法論理由：測量系統(tǒng)是信息的產(chǎn)生者和處理者, 人們能夠通過輸入—輸出結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)、噪音的控制來達(dá)到信號(hào)的保真； ③認(rèn)識(shí)論理由：有多種實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)論策略(理論的、實(shí)踐的、美學(xué)的)保證人們理性地相信儀器呈象的真實(shí)。( 此當(dāng)另文探討 )
然而，隨著科學(xué)的技術(shù)化趨勢增強(qiáng)，老的格言“科學(xué)發(fā)現(xiàn) ，技術(shù)創(chuàng)造”已被新的格言“科學(xué)發(fā)現(xiàn)因?yàn)樗鼊?chuàng)造”[17]所代替。創(chuàng)造就必須有儀器�？茖W(xué)儀器有其自身的生命。它既是科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)的產(chǎn)物，又是科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)的要素。作為科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)的要素，它不僅指導(dǎo)著當(dāng)下的科學(xué)認(rèn)識(shí)的追求，并在這樣的追求中留下自己的印記。從一定意義上說，一部科學(xué)認(rèn)識(shí)史也是一部儀器進(jìn)步史，科學(xué)走到哪里，儀器就發(fā)展到哪里，儀器的進(jìn)步意味著自身作為“科學(xué)進(jìn)步有用單元”。[18]作為科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)的產(chǎn)物，儀器的完成是在將此作為研究對(duì)象——客體的情況下完成的，是在追求對(duì)世界的科學(xué)認(rèn)識(shí)過程中完成的。儀器的設(shè)計(jì)、制造、使用和知識(shí)的追求是一對(duì)伙伴，沒有其中一個(gè)，另一個(gè)也不可能。因此，科學(xué)儀器的產(chǎn)生是人類認(rèn)識(shí)自然和認(rèn)識(shí)儀器自身的產(chǎn)物，是在科學(xué)認(rèn)識(shí)過程中將科學(xué)儀器既作為科學(xué)認(rèn)識(shí)工具又作為科學(xué)認(rèn)識(shí)客體的產(chǎn)物。那種認(rèn)為科學(xué)儀器只是由儀器制造廠生產(chǎn)出來的觀念是錯(cuò)誤的，它割裂了儀器制造者與實(shí)驗(yàn)者之間的聯(lián)系，忽視了實(shí)驗(yàn)室作為科學(xué)儀器“孵化器”的作用；那種認(rèn)為科學(xué)儀器在科學(xué)認(rèn)識(shí)過程中只是作為科學(xué)認(rèn)識(shí)工具要素起作用的觀點(diǎn)也是錯(cuò)誤的， 它將科學(xué)儀器從科學(xué)認(rèn)識(shí)的其它要素中孤立了出來，忽視了在科學(xué)的艱辛探索過程中，科學(xué)儀器并非是一個(gè)封閉的文本，提供的并非是無可爭辯的、正確的事實(shí)。要獲得正確的事實(shí)，必須將科學(xué)儀器與理論、實(shí)驗(yàn)和技術(shù)聯(lián)系起來，必須將儀器看作是具體的、可錯(cuò)的、不充分的、開放的、且與客體有著復(fù)雜關(guān)聯(lián)的認(rèn)識(shí)對(duì)象，作為進(jìn)一步深化和擴(kuò)張科學(xué)知識(shí)的物質(zhì)手段。
總而言之，對(duì)于非科學(xué)工作者而言，將科學(xué)儀器當(dāng)作科學(xué)認(rèn)識(shí)客體既無可能也沒必要，只要在實(shí)際生活中能用某些儀器就行。然而，對(duì)于科學(xué)工作者而言，在科學(xué)認(rèn)識(shí)過程中，必須將科學(xué)儀器既看作工具，又看作客體。表面看來，這好象是對(duì)儀器工具化功能的削弱，實(shí)際上“降低儀器工具化的功能和作用可以讓我們更加完全地將儀器在科學(xué)活動(dòng)中的作用理論化”，([1], P.303) 可以讓我們?cè)诖龠M(jìn)科學(xué)儀器進(jìn)步的基礎(chǔ)上推進(jìn)科學(xué)認(rèn)識(shí)的進(jìn)步。這點(diǎn)是與科學(xué)史相符合的，也是在科學(xué)史中確立以自主的實(shí)驗(yàn)生命為基礎(chǔ)的新趨勢所必需的。
參考文獻(xiàn)與注釋：
[1]Jeffryl Ramsey,On Refusing to be an Epistemologically Black Box:Instruments in Chemical kinesties during the 1920s and 30s,Stud .Hist .Phi1.Sci,Vol.23,No.2,1992,p.286.
[2]對(duì)儀器自身所產(chǎn)生的假象要有一個(gè)恰當(dāng)?shù)睦斫�。�?dāng)我們的視覺是正常的時(shí)候， 儀器所產(chǎn)生的假象不是不存在的現(xiàn)象,它有著自身產(chǎn)生的基礎(chǔ)，在這個(gè)意義上說， 它是“真象”——真實(shí)存在的現(xiàn)象，只不過這樣的“真象”或與被研究的對(duì)象不相干，或是對(duì)對(duì)象歪曲的反映，或這樣的呈象還沒有納入人類的認(rèn)識(shí)域，因而被研究者拒斥，看作是與對(duì)象性認(rèn)識(shí)相對(duì)立的“假象”。因此，“假象”也是一種存在，具有本體論意義，只是對(duì)科學(xué)認(rèn)識(shí)而言，不具有真理性的認(rèn)識(shí)論意義，只具有相對(duì)的意義。與人類主觀臆想和幻覺不一樣，“假象”具有客觀現(xiàn)實(shí)性，臆想和幻覺不具有。所以，儀器呈象的“虛假”,不在于此現(xiàn)象是否存在，是否是以純態(tài)存在(Hacking就說，實(shí)驗(yàn)的主要結(jié)果就是現(xiàn)象的創(chuàng)造 ),而在于存在的這一現(xiàn)象是否與被研究的對(duì)象有關(guān)，且具有什么樣的關(guān)系。
[3]Ian Hacking,Representing and Intervening,Cambridge University Press,1983,pp.186-209.
[4]實(shí)驗(yàn)儀器的不同分為三類：① A、B 兩個(gè)儀器，根據(jù)單一理論操作，這些儀器可依據(jù)大小、材料、空間安排、分析步驟等方面不同；② A、B 兩個(gè)儀器，各自完全依賴于不同的理論，這樣的理論可通過它們每個(gè)中暗含的陳述集合而區(qū)分，如氣泡室與火花室；③A、B 兩個(gè)儀器，部分依賴于相同的理論，部分依賴于不同的理論。
[5] Franklin,A & Howson,C (1984)Why do Scientists Prefer to Vary Their Experiments? Stud.Hist .PhiL Sci 5,pp.51-62.
[6]William J .Mcknney,Experiment on and Experiment with:Polywater and Experiment Realism,Brit.J Phil.Sci.42(1991),pp.295-307.
[7]非偶然性結(jié)論指的是，所獲得的結(jié)論或是“事實(shí)”或是“虛構(gòu)”。從而將結(jié)論所處的認(rèn)識(shí)論狀態(tài)對(duì)立了起來。其實(shí)，當(dāng)科學(xué)家使用了能決定性地和單義地確定屬性的儀器時(shí)，將結(jié)論分為“事實(shí)”和“虛構(gòu)”是可行的。但是，當(dāng)結(jié)論嵌入可認(rèn)識(shí)的或明晰的模型中時(shí)，“事實(shí)”和“虛構(gòu)”并沒有必要對(duì)立。
[8] Peter Galison,How Experiments End,Chicago,London:Chicago University Press,1987,pp.252.
[9]Christa Jungnicke and Russell Mccormmach,Intellectual Mastery of Nature,2Vols,Chicago:University Of Chicago Press,1986,V01.2,p.9.
[10]Matthias Dorries,Blances,Spectroscopes,and the Reflexive Nature of Experiment,Stud .Hist.phil.sci,Vol125,No.1,1994,p.17.
[11]Danial Rothbart,the Epistemology of a Spectrometer,phi1.Sci.61(1994),p.26
[12] 荷蘭 kamdingh Omes 的氫液化器與英國 Dewar的液化器是基于相同原則， 并且包含在相同活動(dòng)中的液化器,但是應(yīng)該被看作不同儀器。因?yàn)榍罢吲c后者相比， 不僅是一個(gè)技術(shù)上進(jìn)步了的儀器，而且也體現(xiàn)了與范德華對(duì)應(yīng)狀態(tài)規(guī)律 (Law of corresponding states) 相關(guān)的原理，體現(xiàn)了他的熱力學(xué)對(duì)應(yīng)操作的思想。這是不同實(shí)驗(yàn)文化和理論文化的體現(xiàn)，體現(xiàn)了科學(xué)敘述的不同風(fēng)格。前者導(dǎo)致低溫物理學(xué)作為一物理分支學(xué)科的確立。
[13] Galison P.,1988a,History,Philosophy and the Central Metaphor,Science in Context2,pp.197-212.
[14]Thomas Breuer,The Impossibility of Accurate State Self-Measurements,phil.Sci,62(1995),p.197.
[15]Berthold-Georg Englert,Marlan 0.Sxully,Herbert Walther,“物質(zhì)和光的二象性”，《科學(xué)》(Scientific American 中文版),1995,4,pp.30-36.
[16] Milton A.Rothman,Scince Gap:Dispelling the Myths and Understanding the Reality of Science,Dormet-- hous Books,Buffalo,New York 1993,p.35.
[17]Sadjan Lelas,Science as Technology,Brit.J.Phil.Sci,44(1993),p.423.
[18]Davis Baird and Thomas Faust,Scientific Instruments,Scientific Progress and Cyclotron,The Brit.J. Phi1.Sci,1990,41(2),p.172.
【作為客體的科學(xué)儀器哲學(xué)論文】相關(guān)文章：