認識與謬誤 · 第十七章　探究的小徑

第一節 使自然的探究者滿意的努力、活動和目標的簡要而普遍適用的記述（description）也許相當於這樣：他想使他的思想儘可能地與事實一致且相互一致。相同的觀念也可以用稍微變化的語句來表達，諸如：「完備而最簡單的記述」（基爾霍夫，1874），「事實的經濟的描述」（馬赫，1872），「思想與存在的一致和思想過程在其自身之中」（格拉斯曼，1844）。向其他人傳達思想對事實的適應就是把它轉化為記述，如果這種記述是完備的和儘可能簡單的，那就是經濟的描述。記述思想的每一個可以避免的不協調或不完備、邏輯的差異或多餘，都包含著損失，都是不經濟的。儘管探究的這一特徵也許是普遍的和非決定的，但是與對它的較專門的從而較片面的敘述相比，它很可能更有助於理解探究者的活動，一些例子將表明這一點。 第二節 科學的天文學觀念是從樸素的和模糊的觀點發展起來的。地球周圍的恆星的天穹或天球的旋轉是觀察的直接表達。希帕克（Hip－parchus）首次嘗試藉助本輪描述太陽運動和太陰運動，從而成功地由許多比較簡單的幾何學觀念推出運動的不規則性。托勒密（Ptole-my）把本輪方法推廣到行星運動。菲洛勞斯（philolaus）、阿契塔和阿利斯塔克（Aristarchus）準備了日心觀點，該觀點由於對哥白尼（Copernicus）有用而獲得驚人的進展。正如克卜勒在1596年表明的，這使幾何系統的十一種運動成為多餘的。從行星系統必須受神秘的數值關係和幾何關係支配的預設開始，克卜勒努力藉助高度幻想的、運用五種規則的固體的結構探索它們。不過，在二十二年之後，這些思索導致地發現，距離的立方除以軌道周期的平方對於所有行星是相同的（他的第三定律）。他用地球和土星的案例說明了這一點。基於第谷（Tycho）的觀察對火星運動的研究產生了作為物理學假設的面積定律，該假設在回溯時被證明為真（1609）。他構想出「運動風」，這種風驅動中心天體周圍的天體，隨著中心距離的增加而減小。這個觀念大概導致他得到第三定律和第二定律（面積定律）。在許多無結果的嘗試之後，他找到了橢圓行星軌道，太陽處在一個焦點上。他於是把這三個定律推廣到其他行星。牛頓的成就在於，使這些數目眾多的個別記述可以從下述假定推導出來：行星以它們離太陽的距離的反平方被加速。他認為這些加速度是質量相互加速的特例，地球附近的重物的自由下落是其中最熟知的特例。因此，牛頓使天文學運動變成一般的物理力學的問題。但是，這一步也在哥白尼的尤其是克卜勒的觀點中已經準備好了，他們二人認為重力是質量的普適的相互吸引：克卜勒不僅利用運動風說明圓周推動力，而且進而提到，假如不用某種像風一樣的力或用某種其他相等的重量在月球軌道某處阻止月球，那麼月球會落向地球。可是，二人還缺乏也使這一步發揮作用的伽利略和惠更斯的洞察。 第三節 這一發展清楚無誤地表明日益準確的天文學事實的心理重構。起初，天體在恆星的天球上的表現運動必定是以粗糙的術語考察的，接著不規則性吸引我們的注意力，最後距地球的可變的距離也引起我們注意。今天，恆星的天球不再能夠被視為球或固定的了。該過程未完成，也許從來也不能充分完成。與此同時，我們看見心理重構或記述不斷變得更簡單和更經濟，以致它最終不再局限於它最初針對其被創造出來的事實，但是它卻在更廣泛的領域上有效。導向簡化的步伐沒有依據當時可以藉助公式得到的推理，這從所需要時間流逝可以看出。克卜勒因為對他的錯誤路線的承認和坦率陳述，他的《新天文學》格外在這裡富有教益。在他成功之前，花費了二十二年的工作。關於牛頓，我們也知道，在他的觀念的誕生和完成之間擱置了多年。豐富的幻想在一個或另一個被識別是通向簡化的正確途徑並被實驗確認之前，產生了各種類型的夭折的觀念。如果人們還沒有發現提出正式意見的觀念——這種觀念在它本身向驚奇的探究者呈現出來之前必須進行猜測，那麼所計劃的探查可能毫無用處。在這裡，最好在幻想的產物中發掘，同時使人們的眼睛盯住目標。克卜勒的《宇宙的奧秘》（1596）和《宇宙的和諧》（1619）在這方面是十分有教益的。天文學的發展在數千年間在各種各樣的頭腦中吐絲結網，天文學十分生動地表明，科學不是個人的事情，而只有作為社會的事情才能生存。 第四節 對釐清和簡化思想的需要不用說必定源於處於調研之下的領域，但是觀念本身完全可以來自不同的領域。本輪很容易被任何有經驗的幾何學家或實踐的技工掌握。哥白尼顯然受到關於表現運動和透視圖位移的日常經驗的影響，這一點在克卜勒那裡被神秘主義的和萬物有靈論的思想伴隨。最後，作為物理學家和傑出的幾何學家的牛頓添加了他自己的工作，消除了當時是多餘的東西。在解答這樣的問題的競賽中，理智的視野的廣度對於勝利來說是必不可少的，就像對於碰巧被選擇、並被交付檢驗的觀念的經濟的批判性判斷之敏銳性須臾不可或缺一樣。當然，被選擇的路線必須在心理學上是可能的，甚至對最偉大的天才也是如此——否則智力正常的凡人如何追隨他呢？如果要把動力學應用於天文學，那麼它必須被準備好而且已經在手頭。下面的細緻考慮表明，個人心理發展依然具有多麼大的影響。惠更斯這位天文學家和物理學家本人提出了說明行星系統所要求的一切工具，但是依舊沒有解決該問題，他也未能喚起對已完成的解答作任何恰當的評價。實際上，任何思考作為天文學運動的決定因素的重力的人，必定立即發現問題的實質：重力不能獨立於距離，因為要不然甚至地球附近的石塊也不會落向地面，克卜勒第三定律不能存在。於是，人們不得不尋找落體的加速度對於距離的其他依賴，第三定律明確地指向反平方。胡克雖然與作為數學家的惠更斯未處在同一級別，但是他因引力輻射的思想進一步贏得贊同，並以這種方式把握有生命力的觀點，從而獲得了甚至超過牛頓的優先權。然而，牛頓是唯一制服整個數學問題的人。 第五節 考慮一下另外的例子。自古代以來，已知的電現象和磁現象被十分膚淺地看待，經常被混為一談，直到吉爾伯特尖銳地強調了差異、居里克（Guericke）開始更精確地研究電以來，情況才有所改觀。迪費（Dufay）的兩種不同的電狀態的發現、導體和絕緣體之間差異的辨別和逐漸出現的豐富現象，使庫侖能夠找到與艾皮努斯（Aepinus）較古老的一元論的數學理論相對照的比較完備的二元論的數學理論。至於磁現象，庫侖能夠以十分相似的樣式處理它們。泊松進一步發展了兩種理論，電和磁之間的類似再次出現了。這一純粹的類似足以暗示兩個領域之間的關聯，這個猜測由於機遇強化了諸如通過放電使鐵針磁化之類的觀察，儘管這還沒有導致實質性的結果。當伏打建造他的電堆時，他給電的研究以新的衝擊，為追蹤這一關聯，人們進而作出了不成功的嘗試。奧斯特最終幸運得足以發現該關聯：也許是出於偶然，他在講課時注意到，磁針被接近的伏打電堆的電流擾動。突然，他抓住了他和其他人在整個這一時期正在尋找的線索，此時問題在於不丟失它。他把磁針相對於接近的導線放到所有可能的位置，能夠給出一切相關現象的綜合記述，這種陳述是完全正確的，儘管由於它的難以對付和不熟悉的術語很難吸引現代讀者。安培把事實總結成下述定則：磁針指北的極（北極）轉向充溢正電流且面對該極的觀察者的左邊。「電流」（current）的表達是安培首先使用的，而奧斯特講的是「電衝突」（electric conflict）。奧斯特認識到，電衝突沒有決定任何吸引，它通過玻璃、木頭、金屬、水等等引起磁針相同的運動，以致它沒有激發任何靜電吸引或排斥，沒有被局限於導線，而在導線周圍的空間中傳播到遠處。他相像，一種電實體在使北極與它一致的一個向指上繞導線迴旋，而另一種電實體相似地在使南極與它一致的相反的向指上繞導線迴旋。正如我們知道的，對於適當的安排，磁極將繞電流載體迴旋。這些樸素的觀念比十九世紀中期的正式的學院觀點更為接近今日的觀念，它們被Th．塞貝克和法拉第在這個方向進一步發展了。塞貝克實際上描述了磁力的環形線，認為負載環行的電流是一類環形的磁體。事實上，這個案例表明，幸運的偶然性揭示了人們正在尋求的某種東西；不管是否尋找，它都會被留意的觀察者接受，例如X射線和其他許多發現就是如此。然而，有兩種境況是無法預料的，從而排除了任何按照計劃的發現：首先，沒有一個人能夠知道，決定靜態的磁狀態需要動態的電狀態。奧斯特提及的發現開迴路在磁體上的效應的許多不成功嘗試，蓋出於此。那些只了解靜力學現象的人如何能夠發明包含動力學狀態的實驗呢？其次，靜電學和靜磁學中的大多數現象都關於正的和負的為對稱。誰能夠永遠期望，北極會不對稱他屈服於來自由磁針和平行於它的載流導線決定的平面的一側呢？至於按照公式或法則的發現，我們在這裡只不過是重複先前發生的理智境遇，這些實際上不是發現。每一個在精神上經歷了奧斯特實驗的人必定受到強烈的震撼，因為它突如其來地瞥見到新的和直到那時未曾料的世界。當對稱表面看來是不那樣完善時，對稱激盪的這種奇怪的物理動因是什麼呢？ 第六節 奧斯特的發現極大地刺激了由於缺少成功日益疲倦的探究者的幻想和渴望，重要的發現迅速尾隨而來，從而進一步地揭示了電和磁之間的關聯。人們會期望，奧斯特也表明，磁體能夠通過力學的反作用便可動的載流導體處於運動。安培猜想電流相互反作用，因為電流具有像磁體一樣的行為。他本人認為這個猜測是大膽的，由於一塊軟鐵對於磁體來說行為有磁性，但是相互之間卻是中性的，然而實驗證明他是對的。他的數學理論受到牛頓基本的超距力觀念的強烈影響，雖然該理論經受不住今天的批判性審查，但是他無論如何表明，就它們的效應而論，可以認為所有電流能用磁體代替，反之亦然。他在最短的時間內並以最出色的方式，為他的時代的物理學創造了進一步探究的卓越工具。 第七節 如果對磁體而言電流行為像磁體的話，那麼我們可以期望，它們對鐵和鋼來說行為也一樣。不過，情況似乎並非只是如此，而且也是把阿喇戈引向電磁發現的偶然觀察。放入鐵銼屑中的截流導線本身被這些鐵銼屑包裹達到羽毛管的厚度，當電流停止時，它使鐵銼屑再次掉下來。這導致他托住載流導線在細鐵棒和鋼針之上和橫越它們，使它們磁化，前者暫時磁化而後者永久磁化。在安培的建議下，阿喇戈然後把棒放入載流線圈內。他把進一步的發現歸功於偶然觀察到在銅盤上振動的磁針強烈減幅。由於假定反作用，他被誘導使圓盤急劇旋轉，這引起磁針也旋轉起來，以致銅似乎顯示出「旋轉的磁性」。使用電流使一片軟鐵轉向磁體的問題被解決了。法拉第長期徒勞地力圖利用磁體產生電流，直到一個幸運的偶然事件才幫助他找到行動路線。當插入和抽出線圈的磁芯時，他觀察到與線圈相接的電流計顯示出瞬時的偏轉。這促成了感應的發現，他不久了解它的所有形式和法則。此時，他能夠很容易地表明，在阿喇戈圓盤中存在電流，該電流當然具有磁效應。先前沒有一個人這樣試驗，儘管研究給定的安培電磁等價原理似乎是顯而易見的事情。這證明，所有可能的、甚或明顯的思想路線決不是都被窮追到底的；但是，探究者越多，他們作為個人的差異將更有把握保證所有可能的心理路線將被追蹤，科學將更迅速地進步。不用說，假若所有重複者徹底地調研阿喇戈圓盤的話，那麼感應早在它被發現的七年前就該發現了。而且，感應在另一方面是稀奇古怪的，因為我們在這裡幾乎重複奧斯特的理智境況，在回顧時很容易看到這一點。A與B無關緊要，但是A並非與那個B的變化無關緊要。在一種情況下B是靜態，在另一種情況下B是穩恆電流。像法拉第這樣的天才當然很少有可能按照這樣的公式思考問題，這個公式此後總是容易抽象出來的。 篇幅不容許多言，在這裡簡要地提一下麥克斯韋和赫茲的方程，該方程僅僅包含電和磁之間的關係的比較完備的闡明，它當時形成一個不可分割的整體，處在同化光學領域的過程中，這是從古代達到近代的科學發展的第二個例子。 第八節 在起電機作用時，尤其是當電從試探電極流出時，放射出一種特殊的氣味，范·馬呂姆（Van　Marum）觀察到這一現象。1839年，舍恩拜因（Schonbein）在形成藍色煙霧所伴隨的放電中，後來在電解水提供的氧中，數次聞到這種氣味。這位化學家的活躍的和充足的幻想把這種氣味與類似氣體的實物聯繫起來，因為只有那種實物才能影響嗅覺。這是十分容易得到的，因為浸入散發氣味物質中的金或鉑迅速地變成負極，而銀和其他金屬迅速被它氧化，從而揭示出在加熱時再次消失的化學性質。同樣自然的是，舍恩拜因認為這種與氧結合的實物是化合物；他稱它為臭氧。在空氣中緩慢燃燒磷產生相同特性的氣味，這一觀察導致離解臭氧的化學實驗，從而激起了許多爭論。在1845年，德拉里弗（De　la Rive）證明，臭氧是氧的同素異性體形式，馬里尼亞克（Marignac）猜想到這一點。這個例子清楚地表明，在發明的過程中幻想的作用是多麼重要，另外它把感覺與在不同條件下獲得的經驗（記憶）比較並使前者適應後者。對臭氧問題的比較細心的研究進而揭示出，同一事情在不同的頭腦中的反映是多麼不同，不同理智傾向的個人參與處理一個問題是多麼重要和有益這裡有觸動個人好奇心的偶然觀察如何能夠開闢探究的新小徑的典型例子。 第九節 當達蓋爾（daguerre）試圖在照像暗室中照亮被氧化的銀底板以產生圖像時，儘管他作出了許多嘗試，但還是失敗了。他於是把底板存放在小櫥內，當他在數周后再次取出它們時，他發現在它們之上有最漂亮的圖像，但是不能說明它們如何可能出現。從小櫥中移走器械和藥劑並無什麼變化：放在其中的爆露的底板在幾小時後總是顯示出圖像。最後，情況變得很清楚，餘留下來的水銀定影液是奇蹟的原因，因為水銀蒸氣在某種程度上以莫澤爾（moser）的煙霧影像（breath　im－ages）的方式沉澱在爆露的部分。他成功地藉助鍍金過程固定下可抹去的圖像。就這樣，偶然事件導致了所尋找的東西的發明和未找到的發現。不管過程的決定性的伴隨條件是通過物理條件發覺的，還是通過思想實驗——如果思想是充分適應的話——發覺的，它都未造成差異，這在於變異法的本性。為了認清物理的和心理的偶然事件以多少方式介入發現和發明，人們只需要列舉一下一些著名的人名就行了，諸如布拉德雷（Bradley）、夫琅和費（Fraunhofer）、傅科、伽伐尼、格里馬爾迪、赫茲、胡克、基爾霍夫、馬呂斯、J．R．邁爾、羅麥、倫琴（Rontgen）等等。幾乎任何探究者都經歷過機遇的影響。 第十節 植物的莖幹在整體上反抗重力向上生長，而根卻與重力一致向下生長。給出這兩個事實的恆久的結合，思想自然地想到，重力是生長方向的條件。而且，迪·阿默爾（Du Hamel）進行了特殊的實驗，表明正在生長的植物總是通過彎向反面補償強加給它的方向的任何變化，從而在正常的方向生長。奈特（Knight）添加了一些十分重要的實驗。他在小豎直水輪的軸上固定了直徑為11英寸的第二個輪子，輪子每分鐘轉150周。在其上容許蠶豆以最多變的位置發芽和生長。重力相對於植物的方向迅速而規則地變化，以致它不再會有決定性的影響：取而代之的是，植物此時與離心加速度的方向成一線，根背向軸而莖朝向軸，超過軸然後轉向軸。在同一直徑和每分250轉的水平輪上，離心加速度和重力加速度結合為合加速度，它的方向現在決定生長。薩克斯（Sachs）的迴轉器比較小，以十分緩慢旋轉速度抗衡重力，沒有任何可察覺的離心加速度，它容許固定在它之上的植物在任何方向生長。不過，我認為他的錯誤在於沒有估價這樣的實驗。對於毫無偏見的觀察者來說，也許極為可能的是，重力決定生長的方向，不過這大概是由迄今忽視的十分不同的境況造成的。直到奈特實驗，由於它們的質量加速度的大小和方向的變化，才清楚地表明，後者是決定的因素。此外，需要實驗能夠使我們把其他因素（光、空氣、土壤的濕度）的影響與重力分開。穆勒已充分表明，一致法從來也不能像變異法或共變法那樣是可靠的嚮導。儘管當時已知重力是生長方向的決定因素，但是這種效應的本性對於幾乎另一個世紀來說依然是神秘的。諾爾（Noll）第一個猜測，像動物的statholiths一樣，重力也以相同的方式刺激植物的向地性的適應。哈貝爾蘭德特（Haberlandt）和內梅克（Nemec）的調研（1904）表明，在植物中statholiths被澱粉的細粒承接下來，這通過特殊的器官或感知和釋放，決定向地性的適應。 第十一節 自太古以來，使人煩惱的最奇怪的問題之一是有機生命的起源問題。亞里士多德相信有機體來自無機物的原始發生，中世紀後期還贊同他。范·海爾蒙特（Van　Helmont，1577－1644）還講授如何生成老鼠。他關於在曲頸瓶中創造侏儒的設想，當時似乎不可能是如此冒險的。雷迪（Redi，1626-1697）這位西芒托學院（Accademia　del Cimen－to）的成員表明，如果用一片網紗擋住產卵的蒼蠅，那麼在腐敗的食用肉類中就不會出現「蛆」。當接著的顯微鏡幫助發現了在細節上難以追蹤的許多微小的有機體時，這樣的問題再次變得難以裁決了。尼達姆（Needham）首次想出這樣的觀念：加熱玻璃容器中的有機物，以便殺死所有的微生物，然後密封該容器。不過，在一段時間之後，被密封的液體看來好像因新的纖毛蟲而有生命。斯帕蘭扎尼 （Spallan－zani）認為，他用這個實驗能夠證明相反的結論，而尼達姆反駁說，斯帕蘭扎尼在他的步驟中抽掉了動物生命所需要的空氣。雖然阿珀特（Appert）為了保藏成功地應用了斯帕蘭扎尼的方法，雖然其他探究者參與了調研（諸如蓋－呂薩克（Gay-Lussac）、施旺（Schwann）、施羅德、杜施（Dusch）等人），但是該問題依然懸而未決，因為在這個困難的實驗中錯誤的來源完全沒有被揭露。巴斯德（Pasteur）在研究發酵時被引向生命起源問題，他在研究中認為，他明確地認識到有機生命。通過遠端被用一團棉絮阻擋的管子吸出大量的空氣，他截住了灰塵，然後用乙醚和酒精把棉團中的灰塵溶解出來，從而得到灰塵。顯微鏡檢查顯示出有機微生物的內容在類型和數量上有差別，這取決於空氣是城鎮、鄉村還是山區的空氣。如果把含有糖和蛋白的水在曲頸瓶中煮沸幾分鐘，在冷卻後讓空氣通過灼熱的鉑管進入，在鉑管處曲頸瓶被密封，它能夠在25-30℃保持數月而不在液體中產生任何生物體。如果我們此時引進攜帶灰塵的棉團，同時保證在操作時只讓通過灼熱管的空氣進入，那麼在重新密封曲頸瓶後，生物體的形成物經常在24－48小時後出現。只有使處於灼熱點的石棉起初和空氣一起被吸出，它才在曲頸瓶中產生生物體的形成物。在細頸處有幾個彎曲的敞開的曲頸瓶中，煮沸的液體即使在冷卻後依然無變化，因為灰塵在潮濕的彎管中被止住；但是，如果人們力圖通過顛倒敞開的曲頸瓶並把它浸入水銀中，那麼在水銀表面和內部的微生物立即甦醒過來。 第十二節 這些實驗也像正在揭示的錯誤來源一樣是有價值的，它們結論性地證明，我們了解的有機體僅僅是從有機胚原基發展而來的。不過，普遍的生命起源問題通向太遙遠、太深奧之處，以致用簡單的物理學實驗無法裁決。人們可能贊同費希納的看法：與其說無機的東西。還不如說有機的東西是原初的，後者能夠過渡到作為它的最終的和最穩定的狀態的前者，但是反過來則不能。自然並非必須從對我們的理解力而言的較簡單的東西開始。即便藉助其他宇宙天體的流星碎片把有機胚原基傳送到地球，也只不過能夠就最低等的生物體構想生命的轉移。只有高度發達的遺傳理論才能解決這個困難。那麼，什麼迫使我們假定有機的東西和無機的東西之間的差異如此斷裂，迫使我們相信從前者向後者的過渡是絕對不可逆呢？也許沒有截然分明的分界線。化學和物理學確實距離理解有機的東西還很遙遠，但是已經達到了某些成就，而且每天都添加更多的東西。巴斯德還認為，所有發酵都是有機的。今天，我們知道，類似於可能的化學反應的催化加速（奧斯特瓦爾德）的相似過程也必定能在有機領域中發現。想像一下我們直到那時對火的本性還相當無知的文明狀態：只會熄滅而不會產生火，從而被迫利用天然發生的火。在那種情況下，我們應該正確地說，火只能從火傳下去。可是，我們今天知道得更多。人們怎麼能夠設想這樣的概念，即關於生命起源與能量守恆原理相關的問題是十分難以理解的呢。 第十三節 上述的科學發展大都是由史前深處的十分原始的觀念開始的，但是今天決沒有結束。為數更多的和通常愈加困難的問題出現了，取代了已被解決的問題或被鑑別為假的問題。知識是在十分曲折的路線上獲得的，單個的步驟儘管以先前的步驟為條件，但是也部分地由純粹偶然的物理的和心理的境況決定。近代天文學必須在古代天文學止步的地方繼續前進。後者從幾何學借用了許多東西，前者從物理學、尤其是從動力學那裡獲得幫助，動力學像技術光學和理論光學一樣碰巧十分獨立地發展了，而技術光學和理論光學二者進而對近代天文學有所幫助。後來，我們甚至發現化學與天文學處於相互有用的關係之中。沒有玻璃和金屬技術的幫助，沒有空氣泵和沒有化學，我們的近代的電理論怎麼能夠存在呢？可是，偉大的歷史上偶然的思想和萬有引力——潛在的理論正是由此開始的——的貢獻何其之多！把認知階段圖式化在相似的境況復現時也許會有益於進一步的探究，但是對於用公式探究而言不存在廣泛有效的指導。不管怎樣，我們的目的在於思想對事實的適應以及思想的相互適應，這依然總是正確的。在有機體發展的案例中，與此對應的是有機體對環境的適應和有機體各部分的相互適應。