［瑞典］H.奧托·斯巴姆/文

計海慶/譯

提供證據(jù)
—— 庫侖扭秤和法國啟蒙理性文化

［瑞典］H.奧托·斯巴姆/文

計海慶/譯

當代物理學把庫侖定律作為自然科學的基石之一。18世紀80年代，作為工程師和自然哲學家的庫侖用他的扭秤進行了一系列實驗，為一條自然科學定律提供了經(jīng)驗證據(jù)。其后，歷史學家和物理學家們重復了這個實驗，但發(fā)現(xiàn)幾乎不可能得到可靠的實驗結果作為證據(jù)來證明這條平方反比律。為什么在18世紀晚期的法國，這個實驗可以作為證據(jù)？在對該事件證據(jù)語境的進一步歷史考察中可以發(fā)現(xiàn)，在證據(jù)概念和有能力提供證據(jù)的人之間，存在著某種重要的歷史關聯(lián)。在為需證明的事實提供必要的證據(jù)語境方面，庫侖在其實驗中用到的扭秤裝置扮演了尤其重要的角色，因為這個實驗工具起到了一種傳導宏觀的法國啟蒙理性文化的作

用。

證據(jù)；庫侖扭秤；啟蒙理性

一

1785年，作為工程師和自然哲學家的查爾斯—奧古斯丁·庫侖（Charles-Agustin de Coulomb）向法蘭西科學院提交了他的一項基于實驗的研究。①Charles A. Coulomb， “Premier memoire sur l’electricite et le magnetisme” （1785）， in Memoires de l’Academie des Sciences（ Paris： 1788）， pp.569—577；“Second memoire sur l’ectricite et la magnetisme”（ 1785），in Memoires de l’Academie des Sciences（ Paris： 1788），pp.578—611.另參見，“ Recherchestheoretiques et experimentales sur la force de torsion， et sur l’ectricite des fils de metal”（ 1784）， in Memoires de l’Academie des Sciences（ Paris： 1787）， pp.229—268。在這些杰出和卓越的觀眾面前，庫侖展示了他的“扭秤及其結構和用途”。正是通過這個裝置，庫侖在實驗基礎上確立了一條定律，即帶有相同電荷的帶電體之間的作用力是相互排斥的。庫侖詳細地敘述了他用這種新的測量裝置發(fā)現(xiàn)一個科學事實的過程，即如何精確地測量兩個帶電體之間產(chǎn)生的作用力。他認為自己已經(jīng)為一條適用于自然界中電力和磁力作用的普遍法則提供了經(jīng)驗的證 據(jù)。

現(xiàn)今的物理學家把庫侖實驗奉為經(jīng)典，因為它是物理學學科的基石之一?？茖W史家把這個實驗描述為精確科學成型期的一個里程碑。在過去幾十年中，歷史學家和物理學家進行了一項合作研究，通過重做這一實驗來進一步澄清：在18世紀的最后數(shù)年中，該實驗在電學研究中到底起了怎樣的實際作用。②“重做實驗”是一種科學史的編史方法，它通過對歷史上的科學儀器進行仿制來重復以前的科學實驗，以此作為補充歷史事實的探索方法。參見H. Otto Sibum，“ Eperimental History of Science”， in Museums of Modern Science，edited by Svante Lindqvist， Canton MA： Science History Publications， 2000， pp.77—86。這方面的案例研究可參見H. Otto Sibum，“ Reworking the Mechanical Value of Heat: Instruments of Precision and Gestures of Accuracy in Early Victorian England”，Studies in History and Philosophy of Science， Vol. 26，No.1， 1995， pp.73—106。關于重復庫侖實驗的研究參見Christine Blondel and Matthias D觟rries， Restaging Coulomb： Usages， controverses et r伢plicationsautour de la balance de torsion. Biblioteca di Nuncius， Studi e Testi，15， Florence： Leo S. Olschki， 1994。但研究得到的卻是一個令人迷惑的結果：庫侖的實驗不能被重復。事實上，實驗中得到的數(shù)據(jù)過于分散，不能被作為反比率或平方反比率的證據(jù)。③這種重做科學實驗的方法被稱為復制實驗，它是建立一個科學事實的必要條件。關于復制實驗的論述參見Harry Collins， Changing Order： Replication and Induction in Scientific Practice， London， Beverley Hills， New Dehli： Sage， 1985。關于復制庫侖實驗后所得到的結果的詳細描述參見Peter Heering，“ The Replication of the Torsion Balance Experiment： The Inverse Square Law and its Refutation by Early 19thCentury German Physicists”， in Blondel and D觟rries， Restaging Coulomb，pp.47—66。關于實驗的論述參見Steven Shapin and Simon Schaffer， Leviathan and the Air-Pump.Hobbes， Boyle， and the Experimental Life， Princeton，NJ： Princeton University Press， 1985。而且直到現(xiàn)在，庫侖實驗得以實施的具體工作原理還是處于默會的層次，因而甚至可以說，庫侖是否真正進行了這個實驗都還無法確定。

但本文不會在這個問題上再做進一步的推測，本文要進行的是通過分析證據(jù)語境來對庫侖實驗做一個歷史的考察。近年來史學家和哲學家的研究表明，“在證據(jù)和提供證據(jù)的人這兩個概念的演變中，存在著重要的歷史關聯(lián)”。④關于“證據(jù)語境”的論述參見Trevor Pinch， “Towards and Analysis of Scientific Observation： The Externality and Evidential Significance of Observational Reports in Physics”，Social Studies of Science， Vol.15， No.1，pp.3—36。還可參見 Simon Schaffer，“ Self Evidence”，Critical Inquiry，Vol. 18， Winter 1992， pp.56—91。根據(jù)哲學家伊恩·哈金（Ian Hacking）的觀點，直到現(xiàn)代的早期，“（口頭）證詞和權威性是最重要的因素，事物能被當作證據(jù)，僅僅是因為它們與觀察者的所見和書本的權威結論存在相似性”①Ian Hacking， The Emergence of Probability： A Philosophical Study of Early Ideas about Probability， Induction and Statistical Inference，Cambridge： CUP， 1975， pp.33—34. 正如西蒙·沙菲爾（Simon Schaffer）指出的，在早期現(xiàn)代的自然哲學中，這種觀念并沒有完全成為一種意識形態(tài)式的指導，對此可考慮英國皇家學會的會訓nullius in verba（“不以人言為據(jù)”）?；蚩蓞⒁妼嶒炚軐W家羅伯特·波義耳力圖“撇開不值得信任的人證，而從實驗室對象上獲得確信”的態(tài)度，參見Schaffer， “Self Evidence”， pp.56—57。。于是在17世紀晚期和18世紀期間，可以發(fā)現(xiàn)一種倒置效應：只有當自然的探究者無法獲得個人經(jīng)驗性的研究進路時，才要尋求來自證詞和權威方面的保證。因此，所謂實驗者就是那些運用他們身體感官來獲得“新的物理學真理”的人，但他們試圖去做的，是把以身體為基點的證據(jù)語境轉換到更宏觀的對自然哲學的關注上。于是，諸如（實驗）事實這類事物的誕生，成了一種實驗者最缺乏個體經(jīng)驗的聲 明。

以下將對庫侖的實驗設備（扭秤）進行考察，并企圖揭示這個裝置中潛藏的文化含義，這或許有助于理解為什么庫侖實驗只得到了如此之少的量化數(shù)據(jù)結果，卻在法國自然科學研究者的共同體中成了一個權威性的結論。筆者認為，庫侖扭秤的作用如同一項傳導技術，它在法國啟蒙文化中為靜電力的平方反比率成功地構建出了一個必不可少的證據(jù)語境。②關于傳導（mediation）這個概念參見M. Norton Wise， “Mediations： Enlightenment Balancing Acts or the Technologies of Rationalism”， in World Changes. Thomas Kuhn and the Nature of Science， edited by Paul Horwich， Cambridge， MA： MIT Press， 1993， pp.207—256。

在深入考察這個儀器本身之前，還是先了解一下在庫侖那個時代究竟什么叫做“實驗的自然哲學”或physica experimentalis，以及那時的電學和磁學到底是一種怎樣的研究。在18世紀下半葉，電學研究成了一場吸引公眾眼球的表演，但實驗中的困難并未因此而終止。相反，學界對“實驗的技藝”的看法大相徑庭。從否認實驗具有任何認識論價值，到如同19世紀時那樣堅信它是使自然因果律具有意義的唯一途徑，在這些爭議中潛藏了一個關于實驗意義的問題，即對物體的物理操作被認為不屬于學術探索的領域，在那里文本的權威要優(yōu)于感官的經(jīng)驗，這點又是基于當時對知（理論）與行（實踐）二者的明確區(qū)分。

18世紀中葉以來，為了填補書本（理論）世界和直接經(jīng)驗（實踐）之間的鴻溝，工程師被當成可以溝通和協(xié)調這兩個世界的理想人選—— 第三種人。但是從工程師的立場看來，夾在這個中間位置并不是一個令人滿意的狀態(tài)。正如德國哲學家沃爾夫在為比利多爾（Bernard Forest de Belidor）所著的Architectura Hydraulica寫的德譯本導言中提醒讀者的：

在這樣的環(huán)境中，需要一類第三種人，他們可以憑借自身來整合科學和技藝，既為了糾正理論家們的孱弱，也為了與技藝愛好者們的偏見做斗爭，在那種情況下他們仿佛可以不借助理論而完成任務，把它（理論）僅僅留給那些善于空想但于事無補的人……因此他（Leupold）把自己比作一只蝙蝠，忍受著既不是鳥類也不屬于四足動物的狀態(tài)。他抱怨道，從事技術的人痛恨他，理論家鄙視他，但在他本性上卻又希望被這兩者作為非凡的人物來贊賞，即在知識界享有聲望，同時又能和技藝者一起在現(xiàn)場享受實踐中的快樂。①Christian Wolff， introduction to Architectura Hydraulica： Oder die Kunst， das Gew覿sser zu denen verschiedentlichen Nothwendigkeiten des menschlichen Lebens zu leiten， in die H觟he zu bringen， und vortheilhaftig anzuwenden， by Bernard Forest de Belidor， Augsburg， 1764， p.2.

為了在知識界建立“實驗的自然哲學”，實驗者們體驗到了由第三種人的處境所帶來的有利和不利條件。如同蝙蝠，實驗者很難被歸類。他們對自然的研究既要用腦也要動手，得出的是一種具體的知識，但這能作為科學嗎（Wissenschaft，Scientia）？對此的回答取決于實驗者的立場，即如何看待那個時代中隱含的對實驗知識和科學，或者說，具體的知識和普遍的科學知識之間的區(qū)分。

這種區(qū)分有其自身所未被言明的歷史，并和那些關于用雙手工作和用大腦工作的階層的社會史有著密切的關聯(lián)。當時，對科學知識的主流觀點是：這是一種普遍的、自主的和永久的知識。這是由學者特有的生活方式（寫作）所決定的，書面文本天然地具有某種霸權的地位。因而，從18世紀中葉以降，許多代的實驗自然哲學家仍不得不力爭把實驗技藝從認識論的恥辱柱上解脫出來，并希望在知識界為他們所擁有的知識謀求一席之地。

實驗哲學家的產(chǎn)生，褻瀆了傳統(tǒng)經(jīng)院學者的身份，而18世紀的電學研究與這種新的研究者的形成關系密切。學習古典語言、哲學和神學，開始不再成為學者的前提條件，物理學者、工匠和藥劑師所擁有的工作知識和一般常識，要求獲得與前者同樣的地位。②這方面例子參見Joseph Priestley， The History and Present State of Electricity: With Original Experiments，London，1767。由于侵犯了大學中現(xiàn)存的知識和道德秩序，這類要求導致了社會沖突。在德國，體制內(nèi)的哲學教授們感到有必要對這一做實驗的風氣加以警告，他們說，在工具的幫助下對自然進行操作，對以這種方式來獲得物理世界的真理不要抱太大的希

望。

在物理學中通過感官獲得的經(jīng)驗具有雙重性：一種是來自上帝的造物，如火、空氣、水、土地、星星、花朵等；另一種來自人造的事物，即誕生自人雙手的東西……但我們沒有理由對后者大加炫耀，好像（通過人工物）發(fā)現(xiàn)的是迄今為止全新的自然真理似的。①引自H. Schimank， “Zur Geschichte der Physik an der Universit覿t G觟ttingen vor Wilhelm Weber （1734—1830）”，in Rete： Strukturgeschichte der Naturwissenschaften 2， 1974，S. 207—252， S. 213。

諾蘭特（Abbe Nollet）在其于納瓦拉學院所做的就職演說中承認，之所以這么說，是為了替實驗在知識界設定一個恰如其分的位置。他堅持認為，對于自然的這種探索方式應該與自然史的探究有所區(qū)分：

有些人想在不了解自然史的前提下來研究自然，這幾乎是不可能的。有些人除了自然史之外，對自然一無所知，但他們?nèi)杂袡嘣谀切﹥H僅用心靈進行工作的學者中獲得一席之地。②J.A. Nollet， Discours sur les Dispositions et sur les Qualit伢s qu’il faut avoir pour faire du Progr侉s dans l’魪tude de la Physique Exp伢rimentale， Paris， 1753.德語版參見Rede von der ntigen Geschicklichkeit zur Erforschung der Natur，welche er den 15. Mai 1753 bei dem Antritte seinesffentlichen Lehramtes in dem Navarrischen Collegio gehalten，Erfurt， 1755。德語版中，后一類學者，即傳統(tǒng)從事文本研究的那一類，被譯為“Ged覿chtnisgelehrte”，以區(qū)別于那些新派的從感覺經(jīng)驗來導出知識的學者。

但是，公眾對帶電和磁性物質的熱情，卻把這場關于實驗的認識論地位的爭論推向了相反的方向。在用新的實驗工具進行的研究中出現(xiàn)了十分奇怪的現(xiàn)象，比如電擊現(xiàn)象，水可被電擊分解為氫氣和氧氣，酒精可以被電火花點燃。當然，電還可具有能改變基本的自然物質的力量，如水。因而，電有時被稱為“第五元素”、生命的力量、活力的原則、以太。但電究竟是一種自然現(xiàn)象還是人工現(xiàn)象呢。這個問題在上述情境中不斷地被提出，當時人們得出的一個著名的結論是有兩種電：人工電（由發(fā)電機產(chǎn)生的放電效應）和動物電［伽伐尼（Luigi Galvani）做的青蛙實驗］。關于電到底屬于哪種性質的爭論和相關探究數(shù)不勝數(shù)。在此略舉一二。例如，研究者們企圖發(fā)現(xiàn)在真空玻璃燈泡中的人工放電現(xiàn)象和北極光之間的相似之處。大部分帶有挑戰(zhàn)性的嘗試是想證明電是一種生命的力量。這些實驗中的一條重要線索是卡文迪許設計的電鰩放電實驗，它想求證的是觸摸這種魚后的放電效果與人工放電的效果是否相同。③例如可參見Henry Cavendish， “An Account of Some Attempts to Imitate the Effects of the Torpedo by Electricity”，Philosophical Transactions， Vol. 66， 1776，pp.196—225。關于在電學研究中如何用物理模型在自然和人工現(xiàn)象之間進行協(xié)調參見Simon Schaffer，“ Fish and Ships： Models in the Age of Reason”， in Models：The Third Dimension in Science， edited by Nick Hopwood and Soraya de Chadarevian， Stanford： UP， 2004，pp.71—105。

二

庫侖，這位法國工程師，對于這些令人費解的實驗感到迷惑，他對類似的動物電學和動物磁學研究發(fā)起了挑戰(zhàn)。當庫侖回到法國時，他深信自己可以為電學研究中的混亂現(xiàn)狀帶來秩序。在這位26歲的軍隊工程師的早年職業(yè)生涯中，他被派往法屬馬提尼克島修建一座新的軍事堡壘。回到巴黎后又擔任了法國政府委派的重要工作。無論在馬提尼克島還是在國內(nèi)，如何對工作有效地進行組織始終是他的重點關注之一。在杜爾哥（Turgot）政府主政期間，他參與了不少項目。在工作中，他結識了拉瓦錫，后者當時正在一個農(nóng)場埋頭于一項同樣重要的研究。在18世紀80年代的9年時間中，拉瓦錫致力于對食物的收成進行量化評估。吉利斯比（Charles C.Gillispie）的研究表明，拉瓦錫用這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)最終寫成了一篇關于農(nóng)業(yè)研究的奠基性的論文。文中的分析方法很大程度上采納了奎奈（Fran?ois Quesnay）倡導的經(jīng)濟理性的風格。拉瓦錫在某個政府委員會中和重農(nóng)主義者杜邦（Pierre Samuel du Pont）一起工作，為的是通過精確的測量來確定從農(nóng)業(yè)產(chǎn)量中可以獲得的最大利潤。在這樣的工作環(huán)境中，庫侖和拉瓦錫、杜邦、奎奈等學者得以充分交流各自的理性方法。①例如， 可參見 Charles C. Gillispie， Science and Polity in France： The End of the Old Regime， Princeton， NJ：Princeton University Press， 1980；C. Stewart Gillmor， Coulomb and the Evolution of Physics and Engineering in Eighteenth-Century France，Princeton， NJ： Princeton University Press， 1972；Christian Licoppe， “Coulomb et la ‘physique experimentale’： Pratique instrumentale et organisation narrative de la preuve”， in Blondel and D觟rries， Restaging Coulomb， 1994， pp.67—83； H. Otto Sibum， “Charles Augustin Coulomb. Einfache Maschinen in Theorie und Praxis”， in Die gro?en Physiker， Vol.1， edited by Karl von Meyenn， M俟nchen： Beck， 1997， S. 1—262。

18世紀70年代末，庫侖到達了他工程師生涯的頂峰。作為一名工程師，他的意見在國內(nèi)舉足輕重。在科學方面，他繼續(xù)進行著在馬提尼克島的研究計劃。1777年，他參與競標了法國科學院為了改進船舶指南針的一個項目。出于一名工程師通常所具有的工作態(tài)度，庫侖首先確定了：磁針不能精確轉向，是由于支點上的機械摩擦力所導致的。產(chǎn)生摩擦力，意味著力的損失；因此，新的機械裝置應該能測量到哪怕最小的做功而導致的磁針轉動。為了達到這個目的，他改變了磁針的設計，磁針用一根細金屬絲懸掛。這之前，庫侖曾進行過關于金屬彈性的研究，由此他建立了扭力定律，即在一定誤差范圍內(nèi)，線的扭轉角度和施加的機械力之間具有某種比例關系。②C. A. Coulomb， “Recherchestheoretiques et experimentales sur la force de torsion， et sur l’ectricite des fils de metal” （1784）， Memoires de l’Academie des Sciences， Paris， 1787， pp.229—268.

這一測量技術的形成，為庫侖在不同領域中開展新的研究提供了基礎。讓·多米尼克·卡西尼（Jean Dominique Cassini）很快發(fā)現(xiàn)了這一方法，并邀請庫侖加入巴黎天文臺的磁力研究項目。在那里，庫侖又用新的扭力原理富有實效地改進了實驗方法。隨后，電力和磁力現(xiàn)象吸引了庫侖的注意力，因為他感到這為展現(xiàn)啟蒙科學的力量提供了足夠寬廣的空間。如前所述，庫侖面對的是研究領域中一種令人灰心喪氣的氛圍，事實和虛構之間沒有明確的界線。他想的是提出一種測量技術，可以對電力進行清晰的定性和定量的測定。基于他長期以來在扭曲金屬絲扭力的量化測定方面的經(jīng)驗，他最終提出了打造一臺電力扭秤的計劃。①C. A. Coulomb， “Premier memoire sur l’electricite et le magnetisme” （1785）， Memoires de l’Academie des Sciences， Paris： 1788，pp.569—577； “Second memoire sur l’electricite et le magnetisme” （1785）， Memoires de l’Academie des Sciences， Paris， 1788， pp.578—611.

這一裝置如何工作呢？在一個玻璃的圓柱體中，一根針被懸空掛在絲線上。針的一頭裝有一個小通草球。小球可以在水平面上按兩個方向運動?，F(xiàn)在，把通草球和第二個帶電的小球接觸。一開始懸掛著的球被吸住，過了幾秒后電荷分布到了兩個小球上，它們又相互排斥了。通過閱讀安裝在玻璃圓柱體表面的刻度尺，可以測量排斥產(chǎn)生的距離。在這個裝置的頂部有一個螺絲，通過旋動螺絲可以扭曲絲線，使得兩個小球之間的夾角減小為原來的一半。同時在秤的頂部可以讀到為扭曲絲線所施加的機械力值。在第二輪實驗中，可以又一次縮小夾角，再次讀取扭曲絲線的機械力數(shù)

值。當庫侖使小球帶電后，兩個小球的平衡位置形成的夾角是36°?，F(xiàn)在他通過擰緊螺絲來扭曲絲線，當達到的新平衡位置是原先距離的一半，即夾角為18°時，停止扭曲絲線。這時他擰緊螺絲轉動的角度是126°，而總共的扭曲角度是126°加上原來扭力角度36°的一半，也就是說一共扭動的值是144°。144°正好是原先扭力夾角的4倍。因此，他推算出：靜電力的改變基于距離平方的反比。

庫侖僅僅發(fā)布了三組實驗結果，其中只有兩組給出了精確值。但對他來說，這些結果已經(jīng)可以為論證下述事實提供令人滿意的證據(jù)了，即電力的作用原理和牛頓的萬有引力作用相同。于是，這些結果很快就作為經(jīng)驗證據(jù)被庫侖和他的實驗伙伴們接受。它證明了牛頓的力學原理甚至對于其他形式的力同樣適用，如電力或磁力。

但是，就如前文提到的，重復這個實驗，比如再造一臺扭秤并用它來進行測量，卻導致了令人吃驚的結果。在實驗中，實驗者所用的帶電體和懸針針尖上的通草球之間的電相互作用引起了人們的注意。因為它成了一種妨礙有效測量的環(huán)境因素，而在庫侖發(fā)布的說明中根本沒有提到這一點。但無疑他必定會碰到這個問題。因此，在用一臺扭秤的復制品重新進行實驗的嘗試中，科學家用一個法拉第籠罩在了扭秤上，在裝置和實驗者之間實施了屏蔽。但是這項技術在1840年法拉第發(fā)明它之前是不為人所知的。只有在這個改進的裝置上進行的測量，才為平方反比律提供了證據(jù)。因此，我們有理由質問，庫侖到底能不能獲得他所發(fā)布的那些實驗數(shù)據(jù)？他到底采用了怎樣的策略來克服這個問題。這些都不得而知。①參見Restaging Coulomb， pp.47—66， p.55。他究竟是如何做的，為什么他和他的同事把這些成問題的實驗結果當成了證明一條自然科學定律的充足證據(jù)？對此我們只能通過下文進一步的歷史考察來回答。

1781年時庫侖已經(jīng)成了法蘭西科學院的成員，他主要交往的科學家有他以前的老師、工程師查爾斯·博薩特（Charles Bossut）、數(shù)學物理學家拉普拉斯，化學家拉瓦錫和孔多塞，以及孔狄亞克。拉普拉斯和拉格朗日代表了以數(shù)學為志趣的一群學者，他們把牛頓的《自然哲學的數(shù)學原理》一書中的數(shù)學部分作為他們理論工作的范本。通過強調數(shù)學，他們想把牛頓的生機論的自然神學從新的啟蒙精確科學中排斥出去。拉普拉斯的設想是：最好是把起不到什么作用的以太猜想去掉，因為為了說明后者還要假設存在不同的液質（fluida）。諸如電力、磁力和熱等所有自然力，都和牛頓重力的作用機制一樣，是超距作用。拉普拉斯的權威對庫侖的影響程度之深，就如同庫侖也使普拉斯深信庫侖將是把牛頓的力學方案應用到電力中的那個人一樣堅定。在這兩個社會群體之間，扭秤起到的正是這樣一個傳導工具的作用。

但是，通過精確測量來說明，甚至證明自然定律，這在18世紀的學者中并不是一項共識，相反是一個充滿爭議的問題。就像簡·戈林斯基（Jan Golinski）在他的化學史研究中提到的，對于法國研究者用實驗來反駁普利斯特利的燃素學說的做法，英國學者并不接受，因為這對他們來說是一種新的、未被認可的學術交流的方式。為什么在尚存爭議的背景下，就斷定精確測量比那些定性的實驗更有說服力？在另一方面，拉瓦錫在巴黎進行了卡路里計的公眾演示實驗，為的是介紹這種新的獲取科學證據(jù)的方法。在公眾面前，拉普拉斯、拉瓦錫和庫侖想要表明的是：他們的科學研究是建立在精確測量基礎上的。對拉瓦錫和拉普拉斯來說，精確測量具有一種更加普遍的意義，因為它甚至可以是一種基礎性的培育啟蒙思想的手段。正是拉普拉斯在法國大革命中還堅持講授統(tǒng)計學課程，因為統(tǒng)計中的計算思想被其譽為對抗非理性的武器。②Jan Golinski， “ ‘The Nicety of Experiment’： Precision of Measurement and Precision of Reasoning in Late Eighteenth-Century Chemistry”， in The Values of Precision， edited by M. Norton Wise，Princeton， NJ： Princeton University Press， 1995， pp.72—91.

關于庫侖實驗歷史背景的介紹在此就不再展開了，其中對如何理解庫侖的研究有關鍵作用的是如下兩點。

為了確保新的精確實驗技術的靈敏度，需要建立起一種追求精確的態(tài)度。例如，通常的做法是在設計好的環(huán)境中進行實驗。這些實際操作中的措施，必然地導致了一種區(qū)分，即在不受干擾的環(huán)境中進行的實驗和在公開場合進行的實驗。伴隨著這種實驗操作中的改變而發(fā)生變化的，是學者之間進行溝通交流的方式。所謂的實驗現(xiàn)象不僅指那些在公開場合可以進行演示的東西，現(xiàn)在還包括在學者中宣讀實驗報告，即那些在不受干擾條件下進行的實驗的報告，以及那些為證明實驗者的觀點而經(jīng)過特別設計的演示性實驗。

在這個精確科學成型的時代中，可以發(fā)現(xiàn)不少關于在不受干擾環(huán)境下進行實驗的極端主張，往往被法國人稱為“一絲不茍的精確性（exactitude scrupuleuse）”。這種關于精確性的修辭通常并不具有堅實的基礎，但對于并沒有直接參與實驗的學者來說卻很難對此提出質疑，因為他們對堅持精確性的學者是信任的。但另一方面，從拉瓦錫和拉普拉斯的私人通信中可以獲悉，他們對于經(jīng)驗數(shù)據(jù)不能匹配理論演算值的情況并不十分擔心。他們很清楚“真正的科學并不需要那幾欄數(shù)據(jù)”這句話到底意味著什么。①霍姆思（F. L. Holmes）已表明，拉瓦錫的實驗除了能作公眾演示外，在精確度上并不可靠。參見Frederic L. Holmes， Lavoisier and the Chemistry of Life： An Exploration of Scientific Creativity， Madison： University of Wisconsin Press， 1985。對于其論文中的數(shù)據(jù)在小數(shù)點上的精確度的批評見Jan Golinski， Science as Public Culture. Chemistry and Enlightenment in Britain， 1760 —1820， Cambridge： CUP， 1992， p.144。實驗者們完全知道在數(shù)學的簡明性和實際測量中產(chǎn)生的誤差之間存在張力，如懷斯（Norton Wise）所解釋的，拉普拉斯總是選擇用重力法則作為自然定律最簡明的表達，但他也清楚在實驗中要精確證明它所存在的困難?！氨M管如此，他還是堅持自己的確信，即強調自然的結構是數(shù)學的和簡明的，力和距離之間的比值是2，而不是近似的2.0001?！睅靵龅墓ぷ髡窃谶@樣一個精確科學成型的背景中展開的。他所發(fā)布的那些少得可憐的量化結果已經(jīng)足以證明平方反比律了。

三

盡管提供了如此之少且成問題的量化結果，庫侖的實驗還是在法國學界被承認。對此的理解，還是需要再次回到儀器本身。庫侖“扭秤的制作”是一種對無所不在的合理性的具體實現(xiàn)。這種合理性認為，自然和社會中的所有力的動態(tài)過程，最終都將導致一個靜止的系統(tǒng)平衡態(tài)。在這些團體中，扭秤正是作為這種觀念的“傳導機器” （mediating machine）而出現(xiàn)的。以下，筆者將借助諾頓·懷斯（Norton Wise）在其探索性的《傳導：啟蒙運動中作為理性主義工具的稱量》一文中進行的工作來進行闡述。在懷斯的書中，他不僅提出了“傳導機器”這個概念，而且也表明了在法國啟蒙運動的理性主義者精英群體中，扭秤所起到的傳達和中介性的作用。①參見M. Norton Wise，“Mediations： Enlightenment balancing acts， or the technologies of rationalism”，in World Changes： Thomas Kuhn and the Nature of Science，edited by Paul Horwich， Mass.： MIT Press， 1993， pp.207—256。

根據(jù)懷斯的研究，當化學家拉瓦錫和拉普拉斯發(fā)明他們稱之為熱量測量“機器” （不久后被稱為卡路里計）的設備時，他們是以某種簡單機械模型（秤）為藍本制造的?？防镉嬁梢詼y量冰融化時所消耗的熱量值。實際的測量是在一臺標準的質量秤上對一定量的水進行稱重。它假設水自身中有一種平衡，這是一種“傾向于把構成物質的分子相互分離的熱量，與傾向于把分子聚合起來的相互引力之間的平衡”。一塊冰的融化，意味著這兩種力從一種平衡狀態(tài)轉變到另一種平衡態(tài)。在這個意義上，他們的儀器測量的就是膨脹和收縮的力。這對于理解“傳導機器”這個概念十分重要。顯然，拉瓦錫和拉普拉斯認為，同一個卡路里計中其實還包括了另外一些平衡。作為化學家的拉瓦錫，看到的是同一物質中不同性質的化學組成之間的平衡。拉普拉斯看到的則是各種力之間的平衡，如斥力和引力，這是一種物質的原子之間按照牛頓重力原則產(chǎn)生的超距作用。鑒于理性的機械力學和天體力學之間的相似作用機制，因而產(chǎn)生了一個勉強能算作有效的合作成果—— 卡路里計。這又依賴于建構一個有限的可以共享意義、對象和動機的區(qū)域，在其中合作、競爭和交流可以進行。正是在這樣一個交集區(qū)域中，卡路里計起到了協(xié)調拉普拉斯和拉瓦錫各自的核心利益的作用。

除了標準秤和卡路里計之外，拉瓦錫還采用了平衡表作為他慣用的計量方法，以此來記錄和證明實驗中各種物質間達到的平衡。這張表在整體上是對全部輸入和輸出關系的平衡，并用了某種標準經(jīng)濟學表格的形式加以呈現(xiàn)。拉瓦錫還用平衡表作為分析經(jīng)濟表現(xiàn)和政府政策的工具，甚至平衡表也是政治經(jīng)濟學思想在現(xiàn)實中的度量衡。但對拉瓦錫賦予平衡表的這些擴展用途的重要性卻不宜過高估計。根據(jù)懷斯的研究，對拉瓦錫而言，平衡表更像是一種溫度計，“如果熱量流和貨幣流之間可以做一個擴展性的類比的話，那么平衡表是一種針對高燒的熱度測量計，也就是說高熱可以在平衡表的數(shù)值上體現(xiàn)出來，平衡表也可以用來反映這種熱度。不健康的經(jīng)濟就是一個充斥著過多現(xiàn)金流的經(jīng)濟，即經(jīng)濟過熱了。就像熱量從過熱的部分流向較冷的部分以恢復熱平衡一樣，貨幣的流動也是為了達到經(jīng)濟的平衡”②M. Norton Wise，“Mediations： Enlightenment Balancing Acts， or the Technologies of Rationalism”，in World Changes： Thomas Kuhn and the Nature of Science， edited by Paul Horwich， Mass.： MIT Press， 1993，p.222.。

作為測量政治機體的宏觀溫度計的一個組成部分，拉瓦錫還為許多農(nóng)業(yè)部門建立了平衡表。簡而言之，平衡表和熱度計之間是相互推動和相互證明的關系。由此，當拉瓦錫與杜邦和農(nóng)業(yè)委員會交流時，可以倚重其在化學研究實踐中獲得的力量；當討論化學時，他又可以倚重其經(jīng)濟學研究的實踐經(jīng)驗。

除此之外，還可以舉出其他許多在實現(xiàn)機理上可以相互印證的平衡秤。但是在回到對靜電扭秤的討論之前，有必要對懷斯發(fā)現(xiàn)的另一個平衡工具（代數(shù)）稍加評論，以此作為對這類平衡機械的總結。顯然，拉瓦錫的化學研究與孔狄拉克的哲學之間存在相互影響?？椎依说拇鷶?shù)為拉瓦錫的新型化學分析提供了所需的邏輯。反之，孔狄拉克的代數(shù)也并不僅僅是抽象的符號等式的平衡，它也是一種具有發(fā)現(xiàn)功能的機械裝置?！按_切地說，它是心靈的杠桿?！憋@然，在孔狄拉克對基督教道德的理解中，當人在被欺騙的修辭和武斷教條的統(tǒng)治蒙蔽之前，不會懷疑“思想”這個詞所指的除了“稱量”、“權衡”和“比較”之外，沒有別的意思。經(jīng)過啟蒙并獲得新生的人，已經(jīng)在代數(shù)中重新發(fā)現(xiàn)了這一被遺忘的思想分析技藝，即通過對已知事物的比較和權衡來撬動未知世界的“心靈的杠桿”①M. Norton Wise，“Mediations： Enlightenment Balancing Acts， or the Technologies of Rationalism”， p.228；魪tienne Bonnot de Condillac， La logique， ou les premiers development de l’art de penser （1780）， in Oeuvres de Condillac， Paris， 1798， Vol. 22， p.127.。

懷斯頗有說服力地證明了，在通過制造具有稱量功能的技術產(chǎn)品來發(fā)現(xiàn)自然和社會秩序這點上，法國啟蒙運動的理性主義者精英群體是相互支持的。秤，滿足了許多學者的研究興趣，正是這些法國的數(shù)學家和哲學家們提出了分析的方法，后者又成了法國啟蒙運動的象征。他們認定，正是通過積累起來的無數(shù)實驗檔案，啟蒙社會最終將達成一種永恒的自然秩序。為了理解這個內(nèi)在的邏輯，有必要先理解這一點，即把時間因素排除出所有形式的計算是完全可能的。代數(shù)是唯一真正的語言?？椎依艘撟C的，是對任何有序系統(tǒng)而言，唯一的關鍵是把系統(tǒng)描述為一個由不同變量構成并能產(chǎn)生不同計算值的代數(shù)方程。從一個未知的測量中得出一些數(shù)值，這就意味著解出了這一方程式，也就是理解了這個系統(tǒng)。在孔狄拉克看來，方程式就是支配著不同因素的自然律，解開方程式意味著找到了系統(tǒng)的平衡條

件。

庫侖在1785年發(fā)布的實驗，是對法蘭西學派這一數(shù)學化方法的證明，一個成功的進一步的論證。對大多數(shù)人來說，“扭秤的結構和用途”是孔狄拉克的代數(shù)等式在機械力上的表達。庫侖所做的就是把電學測量作為一種相互作用力來處理。在扭秤實驗中，他用一根扭曲的銀絲線來平衡兩個帶電的通草球之間的斥力。在這個相互作用力的物質系統(tǒng)中，庫侖把機械力和電力之間的平衡點作為一個自然的標志，以此用測量可知的機械力的方法來測定仍處于未知狀態(tài)的電力。扭秤象征了一種自然法則，即在相互作用的機械力和電力之間保持平衡的自然律。通過調節(jié)千分尺螺釘，庫侖可以根據(jù)帶電體的電量所產(chǎn)生的作用力調節(jié)出多個平衡點。這些被確定下來的數(shù)值，就是大自然方程式的答案。庫侖幾乎排除了時間因素的平衡實驗，完美地表達出了法國啟蒙運動的理想—— 靜止（永恒的機械力的平衡）。①在實際操作中，庫侖需要兩分鐘時間來完成三個測量，在論文中，他甚至描述了如何在實驗中避免電量損失，以便在最后的計算中能作出說明。因此，扭秤不僅把工程師的實踐能力直接轉化成了電學研究的測量設備，更是法國學者們進一步證明如下事實的范例，即對自然中動力的精確測量可以由靜態(tài)平衡的方式來表征或控制。庫侖的扭秤不僅傳達出了這種合理性，而且改變了人們對電的看法。電力不再是自然中一個晦暗不明的實體，而是一種半機械力。這使得靜電力學成了一門新的學科。庫侖發(fā)布的實驗，尤其是他發(fā)明的扭秤，使得對電的理解可以建立在精確測量的基礎上，并且把電歸入了牛頓力學系統(tǒng)。

四

正如懷斯所表明的，法國自然哲學家經(jīng)常把他們的分析技巧稱為工具。拉瓦錫把平衡表當作一種溫度計就是一個典型。令人更為印象深刻的是，拉普拉斯和孔狄拉克等人更是把數(shù)學分析本身作為一種揭示和體現(xiàn)自然本身之實在的工具。因此，從法國啟蒙運動理性主義者的共同體那里，我們可以學到如何來克服當代的某種思維定勢，這種思維阻止我們把扭秤或熱量計這樣的物質工具，看作一種像平衡表或數(shù)學方程式那樣的分析技巧。

在此基礎上，本文說明了：在18世紀晚期法國的數(shù)學家、經(jīng)濟學家、化學家、工程師和政治家的亞文化之間，扭秤起到的是一個傳導器的作用。通過發(fā)明各種稱量技術，法國啟蒙運動的理性主義者精英群體的參與者們，在關于自然和社會秩序的觀點上是相互支援的。扭秤的發(fā)明和使用，加強了不同參與者關于自然和社會秩序的想象—— 現(xiàn)在這種想象被視為達成某種平衡態(tài)，或者就是靜電力學。

最后，扭秤還在各種認識論層面上傳遞著把電作為一種實體的觀念。庫侖的扭秤實驗把電具體化為一種理論實體，但就它經(jīng)常把電的理論意義賦予電本身而言，扭秤也是一種對現(xiàn)實的理想化。①當法國哲學家被要求證明從亞歷山德羅·伏特（Alessandro Volta）的電池中產(chǎn)生的力量是電時，這點就變得十分明顯。眾所周知，1800年伏特在拿破侖和法蘭西科學院院士們面前展示了他的發(fā)明，但促使法國人相信伏特的電池產(chǎn)生的力量是電力的工具正是庫侖的扭秤。當然后者本身并沒有就此給出任何暗示。相關論述參見Giuliano Pancaldi， Volta，Science and Culture in the Age of Enlightenment， Princeton， NJ：Princeton University Press， 2003。因此，物理學家拉普拉斯對庫侖的扭秤極為欣賞，這特別是出于理論的層面，即測量將經(jīng)驗地證明牛頓重力法則在電這一新的實體上同樣有效的普遍性。盡管用現(xiàn)代的標準看，這個證明相當糟糕。在法國理性主義者的精英共同體內(nèi)，扭秤的傳導作用是成功的。這些不同種類的稱量實踐，為這個新的物理學真理，即關于現(xiàn)實中物質的真理，提供了證據(jù)。但是，直到19世紀早期，在法國學者群體之外，幾乎沒有人把庫侖的實驗當作這條自然律的證據(jù)。公認的事實是，庫侖發(fā)現(xiàn)的電的平方反比律被認為是一種可能性，但扭秤實驗要么被法國之外的研究者們忽略，例如德國、英國或意大利，要么就是被國際公認的學者公開詬病，如瑞士的德魯克（Jean Andre Deluc）認為平方反比律不過是“由扭秤制造出來的人為規(guī)律”，并予以拒絕。他堅持認為，庫侖無權斷定這些力都是指向互斥球體的中心。如果庫侖采用一個恰當?shù)淖鴺讼到y(tǒng)作為參照源—— 一個在周圍介質中不受干擾的參照點，那么他將發(fā)現(xiàn)要想精確證明這條自然律是不可能的。顯然，只有在局部的和精心構筑的證據(jù)語境下，庫侖的扭秤實驗似乎才可以作為這一科學事實的毫無爭議的經(jīng)驗基礎。鑒于此，盡管在相當一段時間內(nèi)，扭秤被當成了法國啟蒙理性的象征，但也僅僅是在法國范圍 內(nèi)。

（責任編輯：韋海波）

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奧托·斯巴姆（H. Otto Sibum），瑞典烏普薩拉大學科學史所所長、漢斯·勞辛（Hans Rausing）科學史教授。

譯者簡介：計海慶，上海社會科學院哲學研究所副研究員。