实验方法的特点及其意义

一、物理学的兴起与 “理性介入”

要想超越常识这种 “小心眼的”“乡巴佬式的”思考方式和判断方式，就必须诉诸科学。

科学作为普遍必然性的知识，它当然源于经验，以经验的积累为前提。所以，科学与常识有着千丝万缕的联系。在科学自身的基础上，铭刻着其带有共同经验、共同的理解方式和思想方式的历史连续性的印记。例如，科学虽然已经创造了十分严格和优雅的人造语言，但它迄今依然不得不使用我们共同的自然语言，并且还必须要把出现在科学对话及其理解中的世界，跟用日常语言表述和理解的世界联系起来。但从总体上看，科学又超越于日常经验，有着常识无法比拟的优点。从内容上讲，科学的解释往往更具普遍性、深刻性；从形式上讲，科学理论往往具有严谨的逻辑性和系统性，科学概念的定义和使用一般更加严格和规范；等等。总之，科学才是人们思想和行为的可靠基础。正因为如此，阿基米德才敢夸口：给我一个支点，我就能撬动地球。

那么，科学是如何达到这一 “人类文化最高最独特的成就”的呢？下面我们以物理学为例，着重从 “经验”的角度，谈谈科学是如何实现 “理性介入”的，从中我们可以看出实验方法的真正意义所在。

任何科学理论，都是对客观世界的反映。科学要想成为正确的知识，必须建立在坚实的经验基础之上，所以它一定要突破假象的迷惑、超越常识的限制。这样，科学发展的前提之一就是，首先要对经验现象作出甄别。然而，做到这一点并不容易，它需要有具体的可操作的方法论保障。

像人们熟知的那样，英国经验主义哲学家培根 （Francis Bacon，1561—1626）首先从哲学上为近代科学的发展指明了方向。他所提出的认识始于经验的基本原则，认为一切科学知识都必须从不带偏见的观察开始；他还注意到，人的理智如同一面凹凸不平的镜子，当我们认识事物时，可能会把主观的性质掺杂到事物的本性中去，所以从镜中反映出来的事物是被歪曲了的东西，这就是所谓 “假象”。因此，人们不仅要从经验出发来发展知识，而且必须清除种种来自主观方面的错误。培根将希望寄托于实验方法和归纳方法。

近代物理学正是在实验方法的基础上发展起来的。所谓 “科学实验”，是让自然现象在人为技术的干扰条件下显现出来的手段，它是经验方法在物理学及其他科学中的具体化。而自然的奥秘在 “技术的干扰”之下比其在自然活动状态时将更容易表露出来。这是因为实验方法的精髓在于，它是为了预定的认识目的，在人工控制的条件下，通过对物质客体的变革而达到对物质客体的认识的。因此，在认识世界的过程中，它比单纯的观察具有更加突出的作用。我们已经知道，伽利略最早将实验方法引入了物理学，他为了研究惯性运动和落体运动，曾精心设计了斜面实验，详细情况我们后面还会介绍。这一实验虽然简单，却体现了实验的基本特点，即：人们通过实验，有意识地干扰、控制自然条件，逼迫自然 “招供”显示其本真面目。经过几百年的运用，实验方法首先在物理学中成熟起来，并成为当代科学研究最主要的支柱手段之一。实验的特殊作用可以归结为以下几点：

1.使过程纯化和简化

为了特定的认识目的，人们可以按照研究的需要和主观、客观条件，用实验的手段排除次要的、偶然的、外来的因素的干扰，即把复杂的现象加以纯化和简化，保证客观事物之间特定的物理过程以纯粹的形态进行，并将它们置于人工控制的条件下，以便于观察在自然条件下观察不到的现象。这为揭示事物内部的本质联系开辟了道路。

2.使过程定向强化

借助于科学技术的成就，实验能够创造出在自然界中不易存在的更无法直接控制的特殊条件，如超高 （低）温、超高 （低）压等。实验方法还可以加速或延缓自然过程的进程，再现自然界中转瞬即逝的现象，或模拟亿万年前地球上的物理状态等。所有这些，都大大加深和扩展了人类认识自然的范围。

3.使现象具有可重复性

如前所述，可重复性是科学事实的一个重要特点。而单纯的观察方法限于自然发生，重复观察有时要等很长时间，有时根本不可能；生产实践虽然是不断重复的，但它只能重复已知的东西。要使新的现象重复出现，只有通过人工精密控制的实验才能做到。所以，实验的可重复性成为确立观察事实的基本前提条件。

4.可以通过模拟实验对自然过程进行间接研究

在无法或不宜对被认识的客体即原型进行实验研究的情况下，人们可以在认识主体和被认识的客体之间加上一个人工制造的模型，使模型同原型之间具有某种几何相似、数学相似、物理相似或者 “同态” “同构”的关系。通过对模型的实验研究，可以获得关于原型的信息。这种方法进一步增强了人类认识自然和变革自然的能力。

实验还有 “重组”作用，即为了探求因果关系，可以使各种因素互相搭配、重组等。总之，实验在认识自然中的作用可以用一句话来概括：实验是最有力的杠杆，科学家利用这个杠杆去撬开自然界的奥秘。物理学正是由于正确使用了实验方法，才插上了翅膀，在短短二三百年的时间里获得了腾飞。与此同时，科学实验也成长为人类最伟大的实践活动之一。

实验的重要性还在于，通常它是通过仪器来完成自己的使命的。仪器的出现和使用，主要是以它作为感官的延伸——不但可以扩大感觉的范围，排除感官的错觉，提供精确的测量和可靠的记录，而且能使我们观察不到的现象转化为我们可以观察到的现象。例如人的眼睛一般只能观察到390～750纳米的可见光，而可见光只是电磁波光谱中很小的一段；人的眼睛所看不到的紫外线和红外线等，只有借助于仪器才可以观察到。类似的，还有我们可以将人无法直接观察到的电磁运动转化为电磁学仪表指针的可视机械运动等。通过这种感官的延伸，我们就可以间接地感知到自然界中更多的现象。从原则上说，人类凭借着发展科学仪器的无限潜力，可以不断克服自身感官的生理局限性。早在伽利略时，他就使用望远镜观察月球和遥远的星空，而现在又有了从光学显微镜到电子显微镜再到高能粒子显微镜的发展。迄今为止，人类不仅能够观察到远在几十亿、上百亿光年处的天体，而且能够观察到原子核内的某些现象。所以，我们现在还很难说人的感觉能力将要发展到什么程度。总之，仪器的基本功能是充当人和观察对象之间的中介，它一方面把人的作用传递到研究对象上去，另一方面把对象的信息传递到人的感官上来。仪器的使用，不断深化和扩大着人的认识能力。可以这样说，现代科学 （特别是物理学）离开了实验仪器就寸步难行。著名美籍华裔实验物理学家邓昌黎教授1984年11月1日在北京师范大学作学术报告时，一开始就在投影仪上打出两句名言：“好的物理就是能够证实的物理”，“物理是由仪器而定的，仪器到哪里，物理就到哪里”。当代科学仪器，往往借助于计算机技术，不但延伸了人的感官，还能部分延展人脑的某些功能，其威力越来越大。

但另一方面，仪器的使用在物理学中引起了又一个问题，即我们接下来要说的测量问题。

二、测量问题

伽利略把望远镜指向天空的时候，人们对待望远镜的态度大多不是欢呼，而是怀疑。这种怀疑主要出于两方面的原因：一是宗教社会学上的原因。当人们从望远镜中看到太阳上有斑点、月球的表面凹凸不平，而木星居然有卫星，并且不止一颗，俨然是一个小 “太阳系”——这些发现不仅支持了日心说，而且使宗教中神圣的天界不再神圣了——属于上帝的太阳和月亮居然不是像亚里士多德所说的那样光洁无瑕，宇宙中也并非只有一个中心，真是匪夷所思！于是各种攻击纷至沓来：伽利略竟敢偷看上帝的秘密！这使得教会及其追随者感到震惊和愤慨。由此而引发的攻击大多是感情用事，属于非理性的范围。二是纯粹科学上的考虑。当时的人们完全有理由认为，伽利略的望远镜可能只是一种 “错觉”。显而易见，最早指向天空的望远镜由于仪器本身制造水平的局限性，分辨率不可能很高，因此得到的观察现象是不清晰、不确定甚至是相互矛盾的，而且和常人用肉眼所见的图景相抵触，人们就很难相信通过望远镜观察到的东西是可靠的。更为复杂的是，这里实际上还有一个心理学问题。例如，当你第一次看一架很糟糕的显微镜的时候，你很难明白和相信你所看到的东西，因为我们毕竟没有在人行道上遇到过像人那样大的跳蚤；而且作为一个观察的 “新手”，你也无法把对象的性质和这个仪器由于失真造成的错觉区分开来。伽利略的望远镜提出的心理学问题与显微镜是类似的。基于上述原因而对望远镜采取拒绝的态度，应该说是一种理性的行为。此外，如果没有正确的物理透镜成像理论，伽利略的望远镜事实上根本无法区分、说明看到的景象是否为错觉。而当时人们对光的本性的认识几乎等于无知；即使有一些关于光的理论，也是错误的。伽利略在望远镜上的成功，不是得益于 “理论”，而是受惠于经验性的试错法，是经验而不是数学理论把他引向了成功。有人对伽利略的研究表明，伽利略对当时的光学理论只是略有所知，而他恰恰是由于对当时理论的 “无知”而幸运地成功了。

与伽利略相反，开普勒就是因为掌握了更多的光学理论而对望远镜显得顾虑重重。为了向世人说明自己的仪器是可靠的，1611年4月16日，伽利略在一次会议上向大家演示了自己的仪器。通过望远镜，人们观察到了足有16意大利里远的名闻遐迩的阿尔特姆普斯大公在托斯卡尼山上的宫殿：人们可以轻易地数清它的每扇窗户，连最小的也不会遗漏；人们还能看清2意大利里多远处的一座教堂的楼座上面的文字，甚至能分辨出刻在文字间的句号。所以伽利略深信，望远镜在地上的成功是可以确保的。但对天体的应用却是另一码事，这里牵涉到有关自然的或天地的齐一性问题，类似的问题比如：天上的闪电是否与地面的电荷具有相同的本质？只有当富兰克林把天电用风筝引下来，人们才能通过比较研究最终确定两者的一致性。可见，在类似的问题上，情况非常复杂。

无论如何，当望远镜终于进入到科学的视野中时，它对科学的推动作用实际上是无与伦比的。所以，伽利略的一位朋友在他死后曾说过这样一段话：“只要木星在天边闪耀着光芒，地球上的人就永远忘不了伽利略。”然而我们在这里强调的却是，无论是赞同还是反对，其选择都需要理性的思考。在这方面采取审慎的态度，无疑是可取的。

望远镜提出的观察问题的实质是，仪器作为人与观察对象的中介，是否真的可靠？如果仪器本身会产生错觉，甚至它会给我们的观察对象带来某种干扰，那么我们就不应该鼓励对仪器的使用。好在随着物理学和近代科学的不断壮大，仪器的制造和使用也从简单到复杂而不断走向成熟。现在，仪器的使用成了科学中天经地义的事情，因为无论是物理学还是其他学科，都离不开仪器了。从某种程度上说，仪器的使用水平已成为科学水平高低的标志。另一方面，在人们所熟悉的宏观世界中，由于测量仪器对被测客体的影响很小，以至于可以忽略不计而从测量结果中排除出去，所以人们通过仪器所观察到的现象，就有理由被认为是与客体本身的属性一致的；而测量的误差仅仅被看作是一个实验技术上的问题，从原则上讲可以尽量消除，或者至少可以说它们保持在一个允许的范围之内。这就意味着，对于宏观物理学来说，自然对象是完全独立于观察者的，因此测量问题一直没有引起人们的特别重视。但是测量，作为理论与经验之间的桥梁，特别是作为人们获得精确知识的必要手段，是物理学和其他科学的基础。所以，测量在哲学上绝不是那么简单的，它涉及认识世界的过程中人与自然的相互作用问题，或人与世界的关系的根本所在。但在量子力学建立起来之后，人们才真正开始意识到测量概念的这一哲学底蕴。

在微观领域中，由于微观粒子本身的线度、质量和能量等极其微小，首先人们只能借助于仪器才能把握它们的性质，但仪器的介入却又不可避免地改变了微观粒子原来的 “自在”状态。量子力学的奠基人玻尔和海森伯对此都有过论述。海森伯指出，在量子力学中，对微观客体的每次测量，都会对测量前的粒子状态产生干扰；玻尔也认为，在仪器与微观粒子之间存在着不可分离的相互作用。那么我们就不得不问：由于在仪器上显示的已经是宏观现象了，即人们观察到的现象实质上是微观过程在宏观量度上的表现，我们通过仪器测量所得到的知识是关于微观粒子本身状态的真实描述吗？如果不是，我们有能力去把握微观世界吗？可见，量子力学从根本上提出了测量的认识论问题。于是，在量子力学发展的过程中，人们对测量问题的探讨也在逐步深化。其间，出现了许多有代表性的观点。

按照正统的量子力学的解释 （即以玻尔为代表的哥本哈根学派的观点），一次测量实质上是在微观客体和宏观仪器之间建立起一种不可约化的耦合作用，因此我们所看到的现象是以作为微观客体与宏观仪器组合而成的整体的面貌出现的。这一思想的延伸，自然也就把人即观察者的性质纳入到观察的结果之中。也就是说，微观物理世界不再是完全独立于观察者的 “准自然”，或者说，观察者已经成为自己所观察的世界的一部分。明确这一点，不仅可以为我们揭示出观察的复杂性，同时它也将从根本上改变人们关于客观实在的观念。有关这方面的情况，我们后面还会继续讨论。

总之，恰如恩格斯概括的那样：“人的思维的最本质和最切近的基础，正是人所引起的自然界的变化，而不单独是作为自然界的自然界；而人的智力是比例于人学会改变自然界的状况而发展的。”[5]所以，实验由于通过仪器引起自然界的变化，而使自己成为获得揭示自然规律的感性材料和提供检验科学理论真伪的最终证据的最强有力的手段——其作用是单纯的观察所做不到的，也是一般的生产实践所不能取代的。不过，仅仅依靠单纯的观察甚至实验方法就想得到正确的结论是不可能的。在认识的每一个环节，都需要理性的介入。

第一，仪器是理性知识的物化。特定的仪器，只有运用相应的科学知识才能研制出来。拿温度计来说，我们必须先对物体的冷热性质作彻底的分析，并在我们所测量的对象的冷热性质同感官之间引入特定的媒介物，利用这一媒介物的特定性质 （如热膨胀效应或热电效应），才能制成温度计。可见仪器的设计和制造是人的理性能力的物化。自然，仪器性能和精度的提高在很大程度上也依赖于理论。而且后面我们还要谈到，读懂仪器的读数，尤其是解释观察的结果，也需具备必要的理论知识。

第二，好的观察和严密的逻辑推理相结合，才能建立具有预言能力的正确理论，这一原则，最先被伽利略应用于具体的科学研究之中并得以深化，经过牛顿的完善而成为整个近代自然科学的准则。这种经验论的工作方法，归根结底是对事实的归纳，以及以此为基础的演绎推理。所以谈到理性介入，不能不说逻辑的作用。

关于逻辑的作用和重要性，我们在下一章中将详细讨论。这里我们首先强调，逻辑是思维和理性的根本方式所在。虽然它在古希腊时就有了相对完备的形式，但是在科学发展中，还需要进一步具体化和成熟。例如，归纳法就是在近代科学和物理学的发展中成长起来的。培根所倡导的归纳法是在实验的基础上探求因果联系的方法，实验与归纳是相辅相成的。培根认为，简单枚举的归纳是幼稚的，它的结论是脆弱的，有遇到反例的危险。因此，归纳需要有足够多的事例，在分别列出 “本质表”“差异表”和 “比较表”的基础上，通过认真的考察和分析，才能得出某种结论。在培根归纳法的基础上，英国实证主义的代表人物穆勒 （J.S.Mill，1806—1873）又进一步提出了包括求同法、求异法等在内的 “穆勒五法”，对归纳逻辑的发展作出了重要贡献，同时也为人们探索事物间复杂的因果关系，提供了一把新钥匙。

伽利略在自己的科学实践中，则成为运用归纳逻辑方法的楷模。在研究物体的自由下落问题时，伽利略曾有一个直观的猜测：真空中的自由落体运动应该是最简单的。这一结论完全是借助于逻辑推理得出的。他设想把大小相同的金球、铅球和木球放在水银里。从阿基米德的浮力定律可知：只有金球将下落，而铅球和木球将浮在水银面上。如果把它们放在水里，则只有木球浮在水面上，金球和铅球都会下落，而且金球会比铅球落得快一些。如果把它们放在空气中，它们都会下落，金球和铅球下落的速度差不多，木球会慢一些。鉴于介质对小球下落速度的这种影响，伽利略合乎逻辑地认为，如果完全排除空气阻力，所有的物体将下落得一样快。

其实，这一结论，完全可以从纯逻辑的角度得出。设想，把一个重的物体同一个轻的物体绑在一起，让它们自由下落。显然，这两个物体加在一起的重量肯定大于其中任何一个物体的重量。如果亚里士多德的观点是对的，那么，绑在一起的两个物体应该比它们各自单独下落时落得更快。然而，从另一个角度考虑，同样是根据亚里士多德的观点，重的物体比轻的物体落得快，这绑在一起的两个物体将相互影响，慢的轻物会被快的重物拖快，快的重物又会被慢的轻物拖慢，即：绑在一起时的下落速度，应该比单独下落的轻物快，而比单独下落的重物慢。这样，从亚里士多德的观点出发，就得到了一个逻辑上的悖论。克服此矛盾的唯一出路，就是否定亚里士多德的观点，转而认为物体在真空中的下落速度与其重量无关。

从这样一个简单的例子中，我们可以充分体会理性思维的力量和重要性。其实，从伽利略到牛顿在科学方法上的成熟，最重要的表现是实验方法与逻辑方法 （特别是数学方法）的有机结合，它不仅使科学形式和方法进一步规范化了，更重要的是，它使科学终于能够超越常识的局限。

逻辑方法的成熟，还促进了理想化方法的发展和成熟。理想化方法的基本特征是提取现实事物的某种纯粹的、理想的本质或状态，排除各种掩盖规律性的偶然性质和关系的干扰，从而使过程以某种纯粹的形态进行。正如恩格斯所说，萨迪·卡诺 “研究了蒸汽机，分析了它，发现蒸汽机中起决定作用的过程并不是以纯粹的形式出现，而是被各种各样的次要过程掩盖住了；于是他撇开了这些对主要过程无关重要的次要情况而设计了一部理想的蒸汽机 （或煤气机），的确，这样一部机器就像，举例来说，几何学上的线和面一样，是绝不可能制造出来的，但是它按照自己的方式起了像数学抽象所起的同样的作用：它表现纯粹的、独立的、不掺有杂七杂八的东西的过程”[6]。事实表明，正是由于卡诺对蒸汽机的热过程作了这样的理想化，他才顺利提出了今天被称作 “卡诺定理”的热力学规律，为日后更为普遍的热力学第二定律的发现奠定了基础。

理想化方法有各种形式：

第一，概念和理想化模型的抽象。物理学离开了诸如原子、分子等概念基础是不可能的；物理学若离开了完全没有分子间相互作用的理想气体及完全不能压缩的理想流体、绝对不发生形变的刚体等，也同样是不可能的。这些通过理想化方法得到的抽象概念和理论模型，虽然不等同于实际存在的客体的性质，但这些概念和相应的模型都是以原型为基础的，是对原型的相对正确的反映，它们所对应的客体或关系存在于现实世界中。简言之，理论模型与原型的关系可以概括为四点：①相似性：两者在性质或关系方面是相似的；②代表性：模型可以充当原型的替身，甚至可以运用于实验操作之中；③外推性：由对模型的研究所得到的信息可以外推到原型身上；④简单性：模型比原型简单，它舍弃了与所研究问题不太相关的因素，从而使运用数学进行精密研究成为可能。

第二，理想实验方法。还是伽利略，他在研究物体的惯性运动时，在使实验方法定量化的同时，还把实验同逻辑推理结合起来，创造性地运用了理想实验方法，使理想实验成为实际实验的重要逻辑补充，从而在科学发现的过程中发挥了自己的重要作用。其具体过程如下：

一个物体在没有受到力的作用时，它的运动状态如何？亚里士多德认为，该物体相对于地球必定是绝对静止的。伽利略则认为，如果一个物体能够没有摩擦地在一个水平面上滑动，那么它将保持自己的运动速度不变。为了证明这一结论，他做了著名的斜面实验 （参见图2－1－1）。让一个小球沿一个斜面从顶端滚下来；为了提高实验的精确性，减小次要因素即摩擦力的影响，他在斜面上做了一个凹槽，并在槽里贴上了羊皮纸。

图2－1－1 斜面实验

第一种情况 （a），小球加速滚动到底部时，会沿平面继续运动，然后再让小球沿一个斜面由下向上滚动，且愈滚愈慢。不难设想，如果忽略摩擦，在两个斜面的倾角相同的简单情况下，小球将上升到原来的高度。这一点也很容易在实验中被证实。

第二种情况 （b），如果把第二个斜面的倾角减小，小球的运动会怎么样呢？像大家都知道的那样，由于坡度的减小，小球会滚过更远的距离。伽利略推测说，小球将会达到原来的高度。这一假设同样很容易为实验所验证。

第三种情况 （c），如果继续减小第二个斜面的倾角，并最终把它变成水平，我们就能合乎逻辑地给出一个一般的推论：小球将通过更远的距离，而且它既不会加速，也不会减速，而是以恒定的速度沿水平面持续运动下去，直到永远。

这样，惯性定律的基本内容便具备了：若某物体在不受力的情况下沿水平面运动，该物体将做匀速运动；而且，如果平面在空间中可以延伸至无限远的话，这一运动将永远延续下去。但是，由于伽利略相信宇宙是一个球形的封闭空间，因此他就无法想象我们这个世界中真的可以存在一个无限大的平面，也就无法对惯性定律给出正确的表述，而只提出了惯性运动的思想。后来牛顿突破了伽利略的局限，最终完成了惯性定律的发现。

从上面这个简单的斜面实验我们可以看出，得出惯性定律的关键，是要运用丰富的想象力把实验条件理想化、极限化，即在思维中把握无限，并在这种设想的条件下，把实验在逻辑推理的过程中继续进行下去，从而获得重要的科学结论。这种仅在思维中才能存在、把握和进行的操作，又称思想实验。这种方法在物理学的发展过程中不断成熟，如今人们在很多情况下，不必进行实际的实验操作，而只运用思想实验、依靠符号的思维模型，就可以进行逻辑推理或数学推导，就可以得出能与实验相比较的结果，从而说明某一理论是否正确。这种理想化的思想实验方法曾被许多著名的物理学家所使用，尤其是爱因斯坦将它运用到了炉火纯青的地步。爱因斯坦在创立狭义和广义相对论的过程中，多次使用了思想实验的方法，如 “爱因斯坦火车”“爱因斯坦升降机 （电梯）”“爱因斯坦旋转圆盘”等。

理想实验这种纯思维的符号化的东西，与实际的实验有本质的区别。因为它不需要进行实际的物质操作和测量，就可以超越物质条件的限制，即设想出暂时不可能实现甚至是原则上达不到的条件 （如绝对真空、绝对光滑等），进行推理论证。由此，这种在理想化条件下的思想实验，作为实际实验的不可缺少的逻辑补充，不仅在简化操作、提高效率、密集信息和压缩思维过程等方面有着巨大的作用，最为突出的是，它还有助于充分发挥人的思维的主动的创造精神。所以，思想实验作为人类理性的体现，是人们到达真理彼岸的金桥，它能成为科学家们尤其是物理学家进行理论思考的重要方法论之一，也就不足为奇了。事实上，这种理想化方法最早是在物理学中发展和成熟起来的，并在物理学的发展过程中，不止一次地发挥着关键性的作用。这种成功的示范效应，使思想实验也逐步走向了其他学科领域。

总之，一切理想化方法的本质，就是透过日常的具体的直观的纠缠在一起的现象，对研究对象的本质进行抽象，并加以突出和强化，从而舍弃其他枝节和次要的东西。这种抽象虽然离具体的东西远了，但离真理近了。因为说到底，一切科学都是理想化的结果。如果在研究一些复杂问题时，把所有因素都考虑进去，不仅会增加认识的难度，有时甚至会令人寸步难行。只有通过理想化方法，才能让研究对象的主要的、基本的过程充分显露来。所以，理想化是科学的必要手段和步骤，物理学尤其如此。当然，理想化方法绝不是任意的自由创造，也不是随心所欲地对各种因素进行取舍。在运用理想化方法的时候，研究对象的哪些因素是主要的、不能忽略的，哪些因素是次要的、可以忽略的，这都是由现象的实际情况来决定的。例如上面提到的理想气体模型，就是在温度足够高的情况下忽略分子间相互作用的结果。在这种条件下，气体的压强P、体积V和温度T的关系便被突出出来，并可能以精确的数学形式表达出来，从而得到了理想气体的状态方程，即PV＝RT（式中R为气体常数）。当然，模型毕竟与原型存在差距。当气体的温度降低时，上述理想气体方程的精确度也随之降低，这时就要把原先被忽略掉的那些因素重新考虑进来。如把被舍弃的分子间的相互作用补充进来后，就可以使理论的推算逐步逼近实际情况，于是气体定律也被改写为PV／RT＝1＋B／V＋C／V2＋…这种先舍弃后回收的方法，在科学研究中常常被采取。“舍弃”就是理想的抽象化；“回收”就是使理论上升到具体，再现具体；而理想化方法运用得是否得当，最终还是要由这种 “再现具体”的实践加以检验，并根据检验的结果不断加以修正，直至完善。

从上面的叙述中我们可以看出，无论是哪种理想化方法，本质上都是凭借逻辑思维的作用，使比较复杂的过程简单化、纯化，并超越科学与社会中现实条件的局限，这充分体现了人类理性的能动作用。换言之，理想化方法是思维的活动，在那里，思维将披着实验的外衣进行活动，其扮演的角色是关键性的。因此，在物理学发展的里程碑上，不能没有理想实验的花朵的点缀。

综上所述，通过实验和逻辑方法以及两者的完美结合，科学终于完成了超越常识的 “理性介入”，这是人类在认识世界的过程中迈出的关键一步。

本章要点

本章从对经验的分析入手，说明了经验对于科学知识的作用。经验虽然有其特殊的价值，但是人们对它的认识也经历了曲折的发展，如对常识经验的具有狭隘性、极端性和保守性的认识。因此，科学要想成为正确的知识，必须要建立在坚实的可靠的经验基础之上，于是便出现了实验方法。接着，本章以物理学为例，着重从 “经验”的角度，归纳了实验方法的特点及其对科学知识的特殊作用和意义。由于实验必然离不开测量，而测量又必然需要借助于相应的仪器，因此，“测量问题”便自然而然地出现了。本章从微观和宏观两个领域讨论了测量的哲学意蕴，进而得出：实验作为获得揭示自然规律的感性材料和提供检验科学理论真伪的最终证据的最强有力的手段，其作用是单纯的观察所做不到的，也是一般的生产实践所不能取代的。然而仅靠单纯的实验方法也是不够的，在认识的每一个环节，都需要理性的介入。因此，本章在最后以适当的篇幅讨论了逻辑方法的重要性，尤其是由其导致的理想化方法。科学，正是通过实验和逻辑方法以及两者的完美结合，才最终完成了超越常识的 “理性介入”。

思考与练习

1.狭义的科学指的是什么？它的目标和任务分别是什么？

2.常识经验有哪些特点？

3.什么是实验？它有哪些特点和作用？

4.你认为科学测量有哪些作用？谈谈你对 “测量问题”的理解。

5.结合你所学过的知识，谈一谈理想实验 （或思想实验）的特点及其对科学认识的作用。

[1] ［德］恩格斯：《自然辩证法》，人民出版社，1984，第49页。

[2] 转引自 ［美］保罗·法伊尔阿本德：《反对方法》，上海译文出版社，1992年，第50页。

[3] ［德］恩格斯：《反杜林论》，人民出版社，1993年，第21页。

[4] ［美］M.W.瓦托夫斯基：《科学思想的概念基础——科学哲学导论》，求实出版社，1982年，第74页。

[5] ［德］恩格斯：《自然辩证法》，人民出版社，1984年，第99页。

[6] ［德］恩格斯：《自然辩证法》，人民出版社，1984年，第122页。