证伪与科学研究纲领方法论-第14章
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当查德威克在1914年发现放射性的β放射物的连续光谱时，没有人想到这一奇怪的现象会同守恒定律有任何关系。1922年，L。迈特讷和C。D。埃利斯在当时的原子物理学框架内提出了两个朴素的竞争说明。迈特讷小姐认为，电子一部分来自原子核的初级电子，一部分来自电子层的次级电子。埃利斯先生认为，它们都是初级电子。两个理论都包含着复杂的辅助假说，而且都预测了新颖的事实。两个理论所预测的事实相互矛盾，而实验证据有利于埃利斯，不利于迈特讷。迈特讷小姐提出上诉，实验“上诉法庭”拒不支持她，但裁定埃利斯理论中的一个决定性的辅助假说必须予以拒斥。竞争的结果是一个平局。
玻尔和克雷默斯恰好在埃利斯…迈特讷争论的时候想到，他们只有放弃单一过程中的能量守恒原理，一个一致的理论才能得到发展。若不是玻尔和克雷默斯的这一观点，谁也不会想到查德威克的实验对能量守恒定律提出了挑战。玻尔…克雷默斯…斯莱特1924年的理论是很吸引人的。它的主要特点之一是用统计定律取代了古典的能量和动量守恒定律。这一理论（或者说，“纲领”）立即遭到了“反驳”，它的推断一个也没得到证认；实际上，它从未得到充分的发展以说明β衰变。但尽管这一纲领立即就被放弃了（原因不光是它遭到了康普顿…西蒙及玻色…盖革实验的“反驳”，还由于出现了一个强大的竞争对手：海森堡－薛定谔纲领），玻尔仍然确信非统计的守恒定律最后必将被放弃，只有取代这些定律之后，β衰变这一反常才能得到说明；这时，β衰变会被看成反对守恒定律的判决性实验。伽莫夫告诉我们玻尔怎样试图利用β衰变中能量不守恒的观点来巧妙地说明恒星中似乎永无休止的能量生产。只有泡利，由于魔鬼般地急于同上帝作对，仍然保守，并于1930年制定出他的中微子理论以说明β衰变并挽救能量守恒的原理。他给蒂宾根会议的一封诙谐的信传达了他的观点，他自己却宁愿呆在苏黎世参加一个舞会。他1931年在帕萨迪纳的一次公开讲演中第一次提到他的观点，但他不同意出版他的讲演，因为他觉得“没有把握”。玻尔在那时候（1932年）仍然认为，至少在原子核物理学中，可能必须“放弃能量平衡的观点”。泡利最后决定出版他在1933年索尔瓦伊会议上所作的关于中微子的讲话，尽管“除了两个年轻的物理学家，会议对他的观点是怀疑的。”但泡利的理论有某些方法论的优点，它不仅挽救了能量守恒原理，而且挽救了自旋和统计守恒原理：它不仅说明了β衰变光谱，同时还说明了“氮反常”。按休厄尔的标准，这种“归纳的一致”足以确立泡利理论的可敬地位。但按照我们的标准，成功地预测某个新颖的事实是必需的。泡利理论也提供了这样的新颖事实，因为泡利理论有一个有趣的可观察的推断：假如没错，β光谱必定有一个清楚的上限。这一问题当时没有定论，但埃利斯和莫特对它发生了兴趣，很快埃利斯的学生亨德森证明实验支持泡利的纲领。玻尔不以为然，他知道，一个以统计能量守恒为基础的重大纲领一经开始，不断增长的辅助假说保护带便会适当地对付看起来否定性最强的证据。
事实上，在这些年里，多数重要的物理学家认为，在原子核物理学中，能量和动量守恒定律崩溃了。只是到了1933年才承认失败的莉泽。迈特讷把理由讲得很清楚：“一切坚持能量守恒定律对单个过程亦有效的尝试都需要［在β衰变中］有第二个过程，但并没有发现这种过程”：也就是说，守恒纲领对于原子核显示了经验上退化的问题转换。当时有过几次不假定有“小偷粒子”而解释连续的β放射光谱的巧妙尝试。人们以极大的兴趣讨论这些尝试，但它们被放弃了，因为它们没能确立进步的转换。
这时候，费米出现了。1933…1934年期间，他在新量子论研究纲领的框架内重新解释了β放射问题，这样他发起了一个小小的关于中微子的研究纲领（这一纲领后来成长为弱相互作用纲领）。他计算了一些最初的粗糙模型，尽管他的理论还没有预测任何新事实，但他清楚地表明，这不过是进一步研究的问题了。
两年过去了，费米的诺言还没有实现。但至少就非原子核现象而言，这个新量子物理学纲领的发展是很快的。玻尔开始确信，玻尔…克雷默斯…斯莱特纲领的一些基本的、独到的观点现在被牢固地置于新量子纲领中了，新纲领解决了旧量子纲领内部的理论问题而不触及守恒定律。因此，玻尔是同情地关注着费米的研究的，1930年，在一系列不寻常的事件中，按我们的标准来看，他过早地公开支持了费米的研究。
1936年，香克兰为光子散射的竞争理论设计了一次新的检验，他的成果似乎支持被抛弃的玻尔…克雷默斯…斯莱特理论，而削弱了十多年前反驳了这一理论的那些实验的可靠性。香克兰的论文引起了一阵轰动。那些讨厌新潮流的物理学家立即为香克兰的实验欢呼。例如，狄拉克立即欢迎被“反驳”了的玻尔…克雷默斯…斯莱特纲领的归来，写了一篇十分尖锐的文章来反对“所谓的量子电动力学”，要求“在当前的理论观点中来一次深刻的改变，包括脱离守恒定律，［以便］得到一个令人满意的相对论量子力学。”在这篇文章中，狄拉克再次提出，β衰变很可能会成为反对守恒定律的一个判决性证据，并嘲笑说：“中微子这个观察不到的新粒子是某些研究者专门造出来的，他们试图通过假定有这种应付平衡的不可观察的粒子，从形式上保住能量守恒。”佩尔斯随后立即加入了讨论，他提出香克兰的实验甚至可能会反驳统计能量守恒。他补充说：“看来，一旦抛弃了内容详细的守恒，那也是令人满意的。”
在玻尔的哥本哈根研究所中，人们立即重复并摒弃了香克兰的实验。玻尔的一个同事雅各布森在给《自然》杂志的一封信中报道了此事。与雅各布森的成果同时，玻尔本人也来了一封信，他坚决反对叛逆者们，并捍卫海森堡的新量子纲领。他尤其捍卫中微子，而反对狄拉克：“人们可能注意到，关于β射线现象的迅速增加的实验证据，同在费米理论中得以显著发展的泡利中微子假说的推断之间有一种使人得到启发的一致，这在很大程度上排除了在来自原子核的β射线放射问题上严重怀疑守恒定律的严格有效性的根据。”
费米理论的最初形式没有取得显著的经验成功。实际上，甚至可资利用的材料，尤其是就当时β放射研究的中心问题RaE而言，都与费米1933…1934年的理论尖锐地相矛盾。费米想在他的论文的第二部分中解决这些问题，然而这一部分从未发表。即使把费米1933…1934年的理论说成是一个灵活纲领的第一种形式，到了1936年却不可能找到进步转换的任何重要的迹象。但玻尔想用他的权威支持费米把海森堡新的大纲领大胆地应用于原子核。香克兰的实验和狄拉克、佩尔斯的攻击使β衰变成为这个新的大纲领的批评中心。玻尔过分地赞扬了费米这一有希望弥补敏感分歧的中微子纲领。无疑，后来的发展使玻尔免遭了一场戏剧性的羞辱；以守恒原理为基础的纲领进步了，而竞争的阵营却没有一点儿进步。
这一故事的教益又是，一项实验能否取得“判决性的”地位，取决于它所在的理论竞争的地位。随着竞争阵营的命运的盛衰，对该实验的解释和评价也会变化。
然而我们的科学传说充满了即时合理性的理论。我所讲的故事被多数以某种错误的合理性理论为依据的叙述和重建所歪曲了。甚至最为流行的说法中也充满了这类歪曲。让我举两个例子。
关于β衰变，我们在一篇论文中获悉：“当第一次碰到这种情形时，选择似乎是严峻的。物理学家们或者必须承认能量守恒定律的崩溃，或者必须假设存在着一种新的未看到的粒子。这种在中子衰变中同质子、电子一同发射出来的粒子，可带走失踪的能量，从而可能挽救物理学的中心支柱。这是三十年代早期的局面，当时引进一种新粒子不象今天这样随便。然而，只经过最短时间的犹豫，物理学家们便作出了第二种选择。”当然，即使讨论过的选择也远不止两个，而“犹豫”也绝不是“最短时间的”。
在一本著名的科学哲学教科书中我们获悉：（1）“β射线衰变实验的结果是不容否认的，能量守恒定律（或原理）受到这些实验的严重挑战；”（2）“然而，这一定律没有被放弃，而是假设存在着一种新的实体（称为”中微子“），以使定律符合实验材料；”（3）“这一假设的基本原理是，拒斥了守恒定律会使我们一大部分物理学知识失去其系统的连贯性。”但所有这三点都是错误的。第一点错了，因为仅有实验无法对任何定律提出“严重挑战”，第二点错了，因为假定新的科学的假说不仅仅是为了修补材料与理论的分歧，而是为了预测新颖的事实；第三点错了，因为在当时看来，只有拒斥守恒定律才能保证我们的物理学知识的“系统的连贯性”。
（d4）结论。不断增长的要求
判决性实验是不存在的，如果指的是能即时地推翻一个研究纲领的实验，那无论如何是不存在的。事实上，当一个研究纲领遭到失败并且被另一个纲领所取代的时候，如果一个实验实际上为胜利的纲领提供了一个辉煌的证认证据，并为被击败的纲领提供了失败的证据（即在被击败的纲领内，该实验从未得到“进步地说明”，或简言之，从未得到“说明”，从这一意义来说），我们就可以以长期的事后之明鉴称这个实验为判决性实验。但是，科学家们当然并不总是正确地判断后发式研究的形势的。一个鲁莽的科学家可能会声称他的实验击败了一个纲领，科学团体中的部分人甚至可能轻率地接受他的声称。但如果几年后，“失败”阵营中的一个科学家在所谓失败的纲领内部对所谓的“判决性实验”作出了科学的说明（或作出了与所谓失败的纲领相一致的说明），“判决性实验”这一尊称就可能要被收回，而“判决性实验”就可能把失败变成该纲领的新胜利。
例子是很多的。在十八世纪中，有许多实验被广泛接受，作为反对伽利略自由落体定律和牛顿万有引力理论的“判决性”证据，这是一个历史的－社会学的事实。在十九世纪中，有好几个以测量光速为基础的“判决性”证据“证伪”了微粒论，然而后来根据相对论，证明这些实验是错误的。这些“判决性实验”后来被作为可耻的目光短浅的表现，甚至是忌妒的表现，而从辩护主义的教科书中删掉了。（最近它们在某些新教科书中又重新出现了，这次是为了说明科学时尚的非理性在所难免。）然而，在那�
![[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)