科学研究纲领方法论 作者:伊.拉卡托斯兰征译-第14章
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详细地讨论某些只有回过头来看时才能明显看出其“判决”性质的实验例子可能是值得的。首先，我想讨论著名的1887年迈克耳孙－莫雷实验，这一实验据说证伪了以太理论，并“导致了相对论”；然后讨论卢默－普林希姆实验，这些实验据说证伪了古典辐射理论并“导致了量子论”。我最后想讨论的一项实验曾被当时许多物理学家认为是反对守恒定律的，然而事实上它最终最成功地证认了守恒定律。
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d1）迈克耳孙－莫雷实验
迈克耳孙1881年访问赫尔姆霍茨的柏林研究所期间，设计了一项实验来检验菲涅尔和斯托克司关于地球运动对以太的影响的矛盾理论。根据菲涅尔的理论，地球运动时穿过静止的以太，但地球内部的以太部分地被地球所带动。因此，菲涅尔的理论意味着地球外部的以太速度相对于地球来说是正的（也就是说，菲涅尔的理论暗示了“以太风”的存在）。根据斯托克司的理论，以太为地球所拖拽，在地球的直接表面上，以太的速度同地球的速度相等：因此以太的相对速度为零（也就是说，地球表面没有以太风）。斯托克司最初认为两个理论在观察上是一致的；例如，通过适当的辅助假设，两个理论都说明了光行差。但迈克耳孙声称，他在1881年的实验是两个理论之间的判决性实验，这一实验证明了斯托克司的理论。他断定地球相对于以太的速度比菲涅尔的理论所说的速度要小得多。他甚室断言说，根据他的实验，“必然的结论是这个［静止以太的］假说是错误的。这一结论与关于先行差现象的说明是直接矛盾的，该说明……预先假定地球穿过以太，以太保持静止。”正象经常发生的那样，实验家迈克耳孙当时从一个理论家那里得到一个教训。当时主要的理论物理学家洛伦兹在迈克耳孙后来描绘为“对整个实验的……一个非常彻底的分析”中，证明迈克耳孙“错误地解释了”事实，他所观察到的东西事实上与静止以太的假说并不矛盾。洛伦兹证明迈克耳孙的计算是错误的；菲涅尔的理论只预测了迈克耳孙所计算的结果的一半。洛伦兹断定说，迈克耳孙的实验没有反驳菲涅尔的理论，当然也没有证明斯托克司的理论。洛伦兹继而证明，斯托克司的理论是矛盾的：它假定地球表面的以太对于地球是静止的，而又要求相对速度具有势能；然而这两个条件是互不相容的。但是即使迈克耳孙真地反驳了静止以太的一个理论，纲领还是未被触动：人们可以轻易地制定出以太纲领的其他几种理论，以预测以太风的非常微小的值，而洛伦兹立即就提出了一个这样的理论。这一理论是可以检验的，洛伦兹骄傲地让它接受实验的判决。迈克耳孙和莫雷一起接受了挑战。这一次地球对以太的相对速度似乎又是零，同洛伦兹的理论相矛盾。但这一次迈克耳孙在解释他的材料时比较谨慎了，他甚至想到整个太阳系有可能在与地球相反的方向运动；因此他决定“每隔三个月”重复一次实验，“从而避免一切不确定性”。迈克耳孙在他的第二篇论文中没有再谈论“必然的结论”和“直接的矛盾”，他只是认为，根据他的实验来看，“如果真的存在着传光的以太和地球之间的相对运动，那么从所有先前的实验看来相当肯定，这种运动一定是很小的，小到足以反驳菲涅尔对光行差的说明。”因此，在这篇论文中，迈克耳孙仍然宣称反驳了菲涅尔的理论（以及洛伦兹的新理论）；但只字未提关于反驳了一般的“静止以太理论”的1881年的旧的断言。（实际上，他相信要想反驳静止以太理论，他必须在很高的高度上，“例如，在一座孤山顶峰上”，检验以太风。）
然而，某些以太理论家（如开尔芬）不信任迈克耳孙的“实验技巧”，洛伦兹指出，尽管迈克耳孙作了朴素的断言，但是就连他的新实验也“未能为它所要解决的问题提供任何证据”。人们完全可以把菲涅尔的理论看成解释性理论，它解释事实，而不为事实所反驳。然后，洛伦兹证明，“迈克耳孙…莫雷实验的意义在于它可以教给我们某些关于量纲变化的事情”：物体的量钢受它们通过以太的运动的影响。洛伦兹以极大的独创性造成了菲涅尔纲领中这一“创造性的转换”，从而声称“消除了菲涅尔理论与迈克耳孙实验结果之间的矛盾”。但他承认，“由于我们完全不知道分子力的性质，要检验这一假说是不可能的”：至少暂时它不能预测任何新颖事实。
同时，在1897年，迈克耳孙进行了他长期计划的在山顶上测量以太风速度的实验，但他没有发现任何以太风。由于他早先认为他已证明了斯托克司的理论，该理论预测在较高的高度上有以太风，他现在不知所措了。如果斯托克司的理论仍然是正确的，那么以太速度的梯度必定是很小的。迈克耳孙只得断言说，“地球对以太的影响延伸到相当于地球直径的距离上”。他认为这是一个“不大可能的”结果，并断定1887年他从自己的实验中得出了错误的结论：必须拒斥的应该是斯托克司的理论，而菲涅尔的理论必须予以接受。他决定要接受任何可以拯救菲涅尔理论的合理的辅助假说，包括洛伦兹1892年的理论。现在他似乎喜欢菲茨杰拉德…洛伦兹的收缩理论，到了1904年，他在卡斯的同事们试图发现这种收缩是否因材料的不同而改变。
多数物理学家试图在以太纲领的框框内解释迈克耳孙的实验，爱因斯坦都没注意迈克耳孙、菲茨杰拉德和洛伦兹，他主要受马赫对牛顿力学所作批评的激励，制定了一个新的进步的研究纲领。这个新纲领不仅“预测”并说明了迈克耳孙…莫雷实验的结果，而且还预测了一系列以前未曾梦想过的事实，这些事实得到了戏剧性的证认。只是到了这时，即二十五年之后，迈克耳孙…莫雷实验才开始被看成“科学史上最伟大的否定实验”。但这一点是不会被立即看到的。即使实验是否定的，当时也不清楚究竟否定了什么？而且，迈克耳孙在1881年认为他的实验也是肯定的：他坚持说他反驳了菲涅尔的理论，但证实了斯托克司的理论。迈克耳孙本人，然后是菲茨杰拉德和洛伦兹，还在以太纲领之内肯定地说明了这一实验结果。同一切实验结果一样，它对旧纲领的否定性只是后来才得以确立的，这是通过慢慢积累起来的在退化的旧钢领内部解释该实验的特设尝试、通过逐渐确立一个新的进步的胜利纲领从而把该实验变成一个肯定的证例而确立的。但永远也不能合理地排除恢复“退化的”旧纲领的某一部分的可能性。
只有通过极端困难而无限漫长的过程才能确定一个研究纲领取代了其对手；过于鲁莽地使用“判决性实验”这一术语是不明智的。即使人们认为一个研究纲领被原有的纲领淘汰了，它也不是被某个“判决性”实验淘汰的；即使后来把握不大地称这样一种实验为判决性实验，如果这个旧纲领没有一个有力的进步高潮，也是无法阻挡新纲领的。迈克耳孙－莫雷实验的否定性及重要性主要在于该实验所有力支持的新研究纲领中的进步转换，该实验的“伟大”不过反映了所涉及到的两个纲领的伟大。
仔细分析一下气运渐衰的以太理论中的竞争转换，是很有趣的。但是在朴素证伪主义的影响下，迈克耳孙的“判决性实验”之后的以太理论最有趣的退化阶段被多数爱因斯坦论者干脆忽视了。他们相信迈克耳孙－莫雷实验单枪匹马地打败了以太理论，以太理论的顽固性只不过是由于蒙昧主义的保守主义。另一方面，反爱因斯坦论者也没有批判地检查迈克耳孙之后这一时期的以太理论，他们认为以太理论根本未受任何挫折：爱因斯坦理论中的长处在洛伦兹的以太理论中本质上都有，爱因斯坦的胜利不过是由于实证主义的风尚。但事实上，从1881年到1935年，迈克耳孙所做的一系列用来检验以太纲领的相继变体的实验提供了一个退化问题转换的有趣例子。（但研究纲领可以摆脱退化的低潮。众所周知，可以很容易地加强洛伦兹的以太理论，即使它在一有趣的意义上变得同爱因斯坦的非以太理论等值。在一个重大的“创造性转换”的范围内，以太可能会再回来的。）
我们需要以事后之明鉴来评价实验，这个事实说明了为什么在1881年到1886年的文献中根本就没有提到迈克耳孙的实验。甚至当一位法国物理学家保梯向迈克耳孙指出他1881年的错误时，迈克耳孙决定不发表纠正按语。他在1887年3月写给瑞利的一封信中解释这一决定的原因说：“我一再试图使我的科学界朋友们对这一实验发生兴趣，但没能成功。我从未发表这一更正（我羞于承认这一点）的原因是，这一工作得到的注意很少，这使我感到沮丧。我认为更正是不值得的。”顺便说一下，这封信是对瑞利的一封信的回答，瑞利的信使迈克耳孙注意到了洛伦兹的论文，这封信导致了1887年的实验。但即使在1887年之后，甚至在1905年之后，一般也不认为迈克耳孙－莫雷实验充分有理地证伪了以太的存在。这也许能说明，为什么迈克耳孙获得诺贝尔奖金（1907年）不是因为他“反驳了以太理论”，而是“因为他的精密光学仪器和分光仪，以及在这些仪器帮助下进行的方法论的研究。”还说明了为什么授奖演说中甚至没有提到迈克耳孙－莫雷实验。迈克耳孙在他的“诺贝尔演讲”中也没有提到迈克耳孙－莫雷实验；他闭口不谈这样一个事实，即尽管他最初有可能设计出他的仪器来精确地测量光速，但他被迫改进这些仪器来检验某些特定的以太理论，而他的1887年实验的”精确性”在很大程度上是由洛伦兹的理论批评所激发的：这是当代的标准文献从来不提的一个事实。
最后，人们容易忘记，即使迈克耳孙－莫雷实验证实了“以太风”，爱因斯坦的纲领也照样会胜利。古典以太纲领的热心拥护者米勒当时发表了一个轰动一时的声明，说迈克耳孙－莫雷实验进行得没有条理，实际上以太风是存在的。这时，《科学》杂志的新闻通讯员吹嘘道：“米勒教授的成果从根本上打垮了相对论。”但是，爱因斯坦认为，即使米勒报道了真实的事况，要放弃的也［只不过］是“目前形式的相对论”。事实上，辛格指出，即使从表面上来看，米勒的成果同爱因斯坦的理论也并不矛盾：只是米勒对这些成果的说明同爱因斯坦的理论相矛盾。人们可以轻而易举地用新的加德纳－辛格理论来取代现存的刚体辅助理论，这样也就可以在爱因斯坦的纲领内充分消化米勒的成果。
![[易丹] 我在美国信息高速公路上(四、科学研究)封面](http://www.beike3.com/cover/noimg.jpg)