王英，趙煦

(河海大學(xué)馬克思主義學(xué)院，江蘇南京，210098)

論思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)區(qū)別

王英，趙煦

(河海大學(xué)馬克思主義學(xué)院，江蘇南京，210098)

思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)同屬于實(shí)驗(yàn)的范疇，有著相同的構(gòu)成要素，相同的存在價值。在思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系上，索倫森和麥卡利斯特認(rèn)為它們在本質(zhì)上是相同的，但波普爾和諾頓認(rèn)為它們僅有部分相同，而馬赫、庫恩、布朗等人卻認(rèn)為它們完全不同。通過細(xì)致的比較研究可發(fā)現(xiàn)，二者在構(gòu)成要素上總體相似，但兩類實(shí)驗(yàn)在起點(diǎn)、現(xiàn)象以及實(shí)驗(yàn)的代表性等方面頗具差異性，存在著本質(zhì)的區(qū)別。

思想實(shí)驗(yàn)；物質(zhì)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)條件；實(shí)驗(yàn)對象；邏輯推理

在近現(xiàn)代科學(xué)中，思想實(shí)驗(yàn)在伽利略和愛因斯坦等科學(xué)家們出神入化的運(yùn)用下，使人們對世界有了深刻的認(rèn)識。但自庫恩(Thomas S. Kuhn)提出 “為什么它們一直能有如此顯著的功效？”[1](240)這一問題以來，直到目前為止，依然無人能為這一問題給出明確的答案。也是由于這一困惑，歐文(Andrew D. Irvine)提出了許多問題：什么是思想實(shí)驗(yàn)？思想實(shí)驗(yàn)和物質(zhì)實(shí)驗(yàn)之間是什么關(guān)系？即它們有什么相似點(diǎn)和不同？我們?nèi)绾螞Q定它的結(jié)果？思想實(shí)驗(yàn)和科學(xué)理論之間是什么關(guān)系？等等[2](149)。對上述問題的回答，將有助于我們揭開思想實(shí)驗(yàn)的神秘面紗，有利于思想實(shí)驗(yàn)在當(dāng)代科學(xué)前沿的有效運(yùn)用。

一、思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)相同嗎？

以思想實(shí)驗(yàn)和物質(zhì)實(shí)驗(yàn)在科學(xué)中的具體表現(xiàn)為突破口，是揭示思想實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的必經(jīng)之路。但站在不同的角度看二者之間的異同，科學(xué)哲學(xué)家們得出的結(jié)論也各不相同。目前，有關(guān)思想實(shí)驗(yàn)和物質(zhì)實(shí)驗(yàn)之間的比較，大致有三種不同的聲音，具體如下。

(一)本質(zhì)相同

索倫森(Roy Sorensen)是持這一主張的代表人物。雖然索倫森也認(rèn)識到思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)之間有一些不同的特征。比如，他指出，科學(xué)中存在許多悖論問題，這是物質(zhì)實(shí)驗(yàn)所常常疏忽的，而思想實(shí)驗(yàn)的研究重點(diǎn)就是悖論問題。他認(rèn)為這是思想實(shí)驗(yàn)和物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的主要不同之處。此外，索倫森還認(rèn)為，在物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，人們可憑借人的感官提供經(jīng)驗(yàn)依據(jù)，而思想實(shí)驗(yàn)只能通過非感官來源來訴諸問題的解決。不過，索倫森指出，這些不同僅僅體現(xiàn)出物質(zhì)實(shí)驗(yàn)專門化的優(yōu)點(diǎn)，并并非是與思想實(shí)驗(yàn)相區(qū)別的本質(zhì)特征。他主張，從本質(zhì)上看，“思想實(shí)驗(yàn)就是無需真正實(shí)施即可達(dá)到其目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)”[3](205)，與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)一樣，都屬于實(shí)驗(yàn)的范疇。

此外，有些人從某一特定角度看，思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)有著相同的功能。比如，麥卡利斯特(James W. McAllister)從證據(jù)的角度看實(shí)驗(yàn)與理論之間的關(guān)系，他認(rèn)為思想實(shí)驗(yàn)和物質(zhì)實(shí)驗(yàn)一樣可為理論提供支持或反對的證據(jù)。雖然麥卡利斯特并不贊同索倫森的全部主張，但他同樣宣稱，“思想實(shí)驗(yàn)像物質(zhì)實(shí)驗(yàn)一樣，能采取不同的形式，實(shí)現(xiàn)不同的目的。但不管其擁有什么樣的形式與目的，思想實(shí)驗(yàn)都必須擁有證據(jù)意義，以在科學(xué)中發(fā)揮作用?！盵4](233)在他看來，一個思想實(shí)驗(yàn)，就像一個物質(zhì)實(shí)驗(yàn)一樣，可提供關(guān)于世界的證據(jù)，并且它支持或質(zhì)疑一個科學(xué)陳述的方式也是相同的，是根據(jù)它所提供的證據(jù)進(jìn)行的。

(二)部分相同

根據(jù)思想實(shí)驗(yàn)在理論進(jìn)步中的作用，波普爾(KarlR. Popper)將思想實(shí)驗(yàn)分為三種：批判式的思想實(shí)驗(yàn)、啟發(fā)式的思想實(shí)驗(yàn)和狡辯式的思想實(shí)驗(yàn)。他認(rèn)為，前兩種思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)一樣，都能在理論進(jìn)步中發(fā)揮重要的作用，可為科學(xué)理論中的某些現(xiàn)象提供解釋和說明，具有重要價值。但他指出，第三種——狡辯式的思想實(shí)驗(yàn)，即在理論遭到批評時，為了捍衛(wèi)理論而對控方進(jìn)行反擊的那些思想實(shí)驗(yàn)，是易錯的，常常形成狡辯。他對此類思想實(shí)驗(yàn)提出了嚴(yán)厲批評，并告誡科學(xué)家們：“通過展示某些被理論忽視的可能性來批評該理論，通常都是被允許的，但是，要使用思想實(shí)驗(yàn)反擊這些批評，就得格外小心?！盵5](426)可見，波普爾在思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的使用價值上，較為謹(jǐn)慎，認(rèn)為只有部分功能與價值等同。

除了波普爾這類經(jīng)過深入思考而將思想實(shí)驗(yàn)分類處理的人之外，還有一類人，以諾頓(John Norton)為代表，他們在實(shí)際行動中將自己的注意力限制在自然科學(xué)中的思想實(shí)驗(yàn)上，或許這些僅以自然科學(xué)中的思想實(shí)驗(yàn)為研究對象的哲學(xué)家們并沒有進(jìn)行過確切的論證，他們的限制似乎只是一種謹(jǐn)慎的策略——即他們不能確定科學(xué)中的思想實(shí)驗(yàn)與其他領(lǐng)域，比如哲學(xué)中，有什么本質(zhì)的不同。他們僅僅討論他們確信他們的解釋能夠起作用的范圍。但他們的行動卻透露出思想實(shí)驗(yàn)在他們的心底深處的局域性。

(三)完全不同

布朗(James R Brown)是持此類主張的哲學(xué)家中態(tài)度最為鮮明的一位，他主張思想實(shí)驗(yàn)和物質(zhì)實(shí)驗(yàn)完全不同。他認(rèn)為，我們的知識中的大部分來源于物質(zhì)實(shí)驗(yàn)，即為經(jīng)驗(yàn)知識，可以用經(jīng)驗(yàn)論者的思想路線加以說明；但布朗同時認(rèn)為，還有一部分先驗(yàn)知識，通過對相關(guān)自然規(guī)律的感知而獲得，感知的途徑就是思想實(shí)驗(yàn)。因此，也可以說，先驗(yàn)知識來源于思想實(shí)驗(yàn)。就如數(shù)學(xué)思維能捕獲到抽象的組織一樣，科學(xué)思維能通過思想實(shí)驗(yàn)捕獲包括自然規(guī)律在內(nèi)的抽象實(shí)體。因?yàn)樽匀灰?guī)律和獨(dú)立存在的抽象實(shí)體之間是有關(guān)聯(lián)的，這類實(shí)體的存在給了思想實(shí)驗(yàn)感知的東西。所有思想實(shí)驗(yàn)對自然規(guī)律的感知，“既不立足于新的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)之上，也不僅僅是舊的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的派生”[6](75)。

當(dāng)然，庫恩的思想實(shí)驗(yàn)觀與布朗的主張截然不同，但在思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的區(qū)別上，他們的立場是一致的。庫恩指出，人們普遍認(rèn)為，以一些人們所熟知的并廣泛接受的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)由思想實(shí)驗(yàn)的運(yùn)作，能夠?qū)е滦轮R的產(chǎn)生或?qū)ψ匀坏男吕斫?。但庫恩認(rèn)為，“思想實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的新理解不是對自然的理解，而是科學(xué)家的概念工具。”[1](241)之所以這樣認(rèn)為，原因是科學(xué)家們舊有的世界認(rèn)知中內(nèi)含著一些固有的矛盾，或存在認(rèn)知混亂的狀況。所以，“思想實(shí)驗(yàn)的作用從一開始就迫使科學(xué)家承認(rèn)他的思想方式中固有的矛盾，以便有助于消除以前的混亂?！盵1](242)進(jìn)而幫助科學(xué)家得到不同于他們以前堅(jiān)持的定律和理論。這與通過物質(zhì)實(shí)驗(yàn)獲取經(jīng)驗(yàn)知識的方式完全不同。

總體上看，以上科學(xué)哲學(xué)家們對思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)之間關(guān)系的思考，以及二者之間的比較研究，要么過于籠統(tǒng)(比如索倫森、布朗等)，僅僅從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)論和先驗(yàn)論兩個角度展開思考；要么較為片面(比如庫恩、麥卡利斯特等)，僅僅從某一特定視角看待思想實(shí)驗(yàn)。要想深入認(rèn)識思想實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，對思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的全面系統(tǒng)的比較研究是當(dāng)下的必經(jīng)之路。

二、思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)區(qū)別

在思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的細(xì)致的比對中，尋找二者之間固有的差異性，進(jìn)而凸顯思想實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)我們對思想實(shí)驗(yàn)的全面深入的認(rèn)識。本文的比較研究擬從五個方面展開。

(一)實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)的不同

在馬赫(Ernst Mach)看來，思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的起點(diǎn)全然不同。馬赫認(rèn)為，思想實(shí)驗(yàn)是物質(zhì)實(shí)驗(yàn)必須具備的前提條件。每一個實(shí)驗(yàn)者在物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的真正實(shí)施之前，都會在頭腦中先進(jìn)行思想實(shí)驗(yàn)，形成物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的程序。這意味著，馬赫認(rèn)為物質(zhì)實(shí)驗(yàn)與思想實(shí)驗(yàn)的所要經(jīng)歷的程序相同，但在起點(diǎn)上，“思想實(shí)驗(yàn)先于物質(zhì)實(shí)驗(yàn)”[7](452)。而布朗則認(rèn)為思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的起點(diǎn)相同，他曾指出，“實(shí)驗(yàn)包括背景假設(shè)和內(nèi)在理論指導(dǎo)、操作、觀察、附加理論、計(jì)算、得出結(jié)論?！盵8](157)思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)都是如此，二者不僅起點(diǎn)相同，而且整個過程的所有程序都是相同的。

馬赫與布朗有關(guān)實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)的主張雖然并不完全準(zhǔn)確，但他們，特別是布朗，從一個完整的實(shí)驗(yàn)程序包含的幾個必要環(huán)節(jié)著手分析的做法，卻為我們提供了一個有益的思路。在物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，人們在實(shí)驗(yàn)之前，必須為實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行作精心的準(zhǔn)備，從實(shí)驗(yàn)所需的儀器設(shè)備，到實(shí)驗(yàn)過程中所需的溫度、濕度，再到實(shí)驗(yàn)對象的選材等等，小到驗(yàn)證事物屬性的實(shí)驗(yàn)，大到強(qiáng)子對撞機(jī)實(shí)驗(yàn)，不管是哪一種，實(shí)驗(yàn)所需的物質(zhì)基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行所必備的。因?yàn)槲镔|(zhì)實(shí)驗(yàn)是以人們控制下的物質(zhì)基礎(chǔ)為起點(diǎn)的。近年來，旨在探索宇宙起源奧秘的歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)壳罢谶M(jìn)行當(dāng)中。在實(shí)驗(yàn)之前，科學(xué)家們經(jīng)過反復(fù)論證，不具備實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)條件，實(shí)驗(yàn)是不能進(jìn)行的，因?yàn)檫@樣大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)隨時可能會帶來不可預(yù)測的負(fù)面后果。任何一個物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，人們都是以可觀測的物質(zhì)基礎(chǔ)為起點(diǎn)。正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，物質(zhì)實(shí)驗(yàn)才可以形成觀測型經(jīng)驗(yàn)問子①。也正因?yàn)槿绱?，最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果的得出，就一定會對理論產(chǎn)生影響，形成一經(jīng)驗(yàn)協(xié)調(diào)或經(jīng)驗(yàn)沖突的實(shí)例。也就是說，實(shí)驗(yàn)結(jié)果便構(gòu)成了觀測型經(jīng)驗(yàn)解子。這對提高理論解決問題的經(jīng)驗(yàn)協(xié)調(diào)力是直接相關(guān)的。同時，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還可間接地通過對思維、心理等方面產(chǎn)生影響，而導(dǎo)致理論的背景協(xié)調(diào)力的上升或下降。

而在思想實(shí)驗(yàn)中，人們只能以一假想的狀態(tài)作為實(shí)驗(yàn)的起點(diǎn)。導(dǎo)致這一狀態(tài)產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，大致可就此將思想實(shí)驗(yàn)分為三種情況：① 無需做真實(shí)的物質(zhì)實(shí)驗(yàn)；② 現(xiàn)有的條件不能夠做真實(shí)的物質(zhì)實(shí)驗(yàn)；③ 永遠(yuǎn)無法在現(xiàn)實(shí)世界中形成可觀測的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，它只能在人的思維中以假想的形式出現(xiàn)。當(dāng)然，思想實(shí)驗(yàn)的起點(diǎn)就決定了它無法形成觀測型經(jīng)驗(yàn)問子，但它可以產(chǎn)生理論型經(jīng)驗(yàn)問子。雖然理論型經(jīng)驗(yàn)問子必須得到觀測型經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，才能夠提高理論的經(jīng)驗(yàn)協(xié)調(diào)力。但思想實(shí)驗(yàn)通過理論型經(jīng)驗(yàn)問子的提出，可導(dǎo)致問題產(chǎn)生，可以為理論的解決提供思路，也可間接為理論的經(jīng)驗(yàn)協(xié)調(diào)力的提高作出貢獻(xiàn)。

(二)實(shí)驗(yàn)條件的差異

為了使事物的現(xiàn)象清楚明白地呈現(xiàn)出來，物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中常常要求精確度很高的實(shí)驗(yàn)條件，即優(yōu)越化的實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)越化是相對于純自然條件下的觀察而言的。古代天文學(xué)觀測只能憑借肉眼，同時天氣與環(huán)境的限制比較多，發(fā)展緩慢。而近代科學(xué)中，望遠(yuǎn)鏡發(fā)明以后，天文學(xué)實(shí)現(xiàn)了飛躍式的發(fā)展。與人的肉眼相比較而言，望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)用就是實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)越化的重要一步。也正是優(yōu)越化的實(shí)驗(yàn)條件，使人們看到了許多以前看不到的現(xiàn)象。今天，人們“看”到了宇宙空間里，所有的星球都正在相互遠(yuǎn)離，從而得出宇宙正在加速膨脹的結(jié)論。這都要?dú)w功于實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)越化。優(yōu)越化的條件使得實(shí)驗(yàn)按照實(shí)驗(yàn)者所設(shè)計(jì)的方案呈現(xiàn)出它們所希望看到的結(jié)果。也正是由于優(yōu)越化的實(shí)驗(yàn)條件使實(shí)驗(yàn)的結(jié)果具有更強(qiáng)的可信性，雖然并不一定總是正確。

而思想實(shí)驗(yàn)的條件相對于物質(zhì)實(shí)驗(yàn)優(yōu)越化的條件而言，其要求要高出許多。這在量子力學(xué)的發(fā)展中曾有過深刻的表現(xiàn)。1926年，量子力學(xué)的發(fā)展陷入了僵局，長期面臨著的無法解決的問題令包括玻爾和海森堡在內(nèi)的許多人幾近“絕望”。經(jīng)過很長一段時間的苦苦思索，海森堡對此有了新的認(rèn)識。他指出，物理學(xué)中的所有實(shí)驗(yàn)都是用牛頓的經(jīng)典力學(xué)術(shù)語來描述的，此前他們所面臨的那些問題就在于他們運(yùn)用經(jīng)典力學(xué)體系中的概念來看待粒子現(xiàn)象，來討論一個電子的速度和位置。用經(jīng)典力學(xué)概念看待粒子現(xiàn)象是存在問題的做法，在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)就是他們在那些物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中遭遇的難以克服的反常。海森堡表示，在量子力學(xué)中，人們應(yīng)該“對自牛頓以來成為經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)的那些概念的適用范圍施加限制”[9](12)。進(jìn)而他又明確了他的態(tài)度，“這些概念的應(yīng)用受到測不準(zhǔn)關(guān)系的限制”[9](14)。測不準(zhǔn)原理的發(fā)現(xiàn)，使得量子力學(xué)中的那些問題迎刃而解。眾所周知，海森堡關(guān)于測不準(zhǔn)原理的發(fā)現(xiàn)是基于一個思想實(shí)驗(yàn)之上而獲得的。這個實(shí)驗(yàn)就是?射線顯微鏡實(shí)驗(yàn)。海森堡在此用?射線顯微鏡觀測環(huán)繞原子核運(yùn)行的電子的實(shí)驗(yàn)分為三個步驟。

第一個步驟，是將觀測結(jié)果轉(zhuǎn)述成一個幾率函數(shù)。電子的位置可以觀測得很準(zhǔn)確，且準(zhǔn)確度依?射線的波長而定。在觀測前電子可以說實(shí)際上是靜止的。但是在觀測作用過程中，至少有一個?射線的光量子必須通過顯微鏡，并且必須首先被電子所偏轉(zhuǎn)。因此電子被光量子撞擊，這就改變了它的動量和速度。

第二個步驟在于顯示一個不繞原子核運(yùn)動而是離開原子的波包，因?yàn)榈谝粋€光量子已將電子從原子中打出。如果?射線的波長遠(yuǎn)小于原子的大小，?射線的光量子的動量將遠(yuǎn)大于電子的原始動量。因此，第一個光量子足以從原子中打出電子，并且人們決不能觀測到電子軌道中另外的點(diǎn)；因此，也就沒有通常意義的軌道了。

第三個步驟將顯示電子離開原子的路線。兩次相繼觀測之間所發(fā)生的事情，一般是完全無法描述的[9](16)。在這一思想實(shí)驗(yàn)中，海森堡通過對經(jīng)典力學(xué)中的那些概念的適用范圍施加限制，事實(shí)上也就是將物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的條件提高為思想實(shí)驗(yàn)的條件，并在此基礎(chǔ)上來談?wù)撾娮拥奈恢煤退俣?。海森堡發(fā)現(xiàn)，“人們不能以任意高的準(zhǔn)確度同時測量這兩個量?！盵9](12)這就是測不準(zhǔn)原理。

海森堡的?射線顯微鏡思想實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了此前物質(zhì)實(shí)驗(yàn)所無法完成的工作，解除了量子力學(xué)的發(fā)展困境。思想實(shí)驗(yàn)的成功來源于其理想化的實(shí)驗(yàn)條件。歐文曾指出，理想化的條件假設(shè)就類似于忽略了實(shí)驗(yàn)中那些與結(jié)果非直接相關(guān)的因素，不論其對或錯。這樣可使得思想實(shí)驗(yàn)“在更為一般的環(huán)境中，對于理論的啟發(fā)更為有利，作為導(dǎo)向性的事例，在或多或少的程度上(取決于假設(shè)類型)將更接近真實(shí)世界的運(yùn)用”[2](160)。事實(shí)上，思想實(shí)驗(yàn)的條件中的大多數(shù)在物質(zhì)世界中是無法實(shí)現(xiàn)的，光滑無摩擦的平面、追著光柱奔跑的人、可跟蹤分子的小妖等等。這時，理想化方法的運(yùn)用就成為必然。實(shí)驗(yàn)條件的理想化是思想實(shí)驗(yàn)的最大特征。

(三)實(shí)驗(yàn)對象存在方式的區(qū)別

從實(shí)驗(yàn)對象發(fā)生變化的過程來看，思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)并無二致。在薛定諤的貓的思想實(shí)驗(yàn)中，他設(shè)想了一個密閉的結(jié)構(gòu)巧妙的盒子，其中有一個精密的裝置，包括一個輻射源、一個用來記錄發(fā)生粒子輻射時的檢測器、一瓶毒藥(例如氰化物)和一只貓。作為輻射源的這個粒子有50%的幾率發(fā)生輻射，同時檢測器將記錄下這個粒子的活動情況。一旦衰變發(fā)生，粒子發(fā)射出來，它就會激發(fā)一連串的連鎖反應(yīng)，裝置將通過一個機(jī)構(gòu)將毒藥瓶擊碎，毒藥釋放，貓將死亡；當(dāng)然，如果輻射沒有發(fā)生，毒藥瓶也就不會被擊碎，貓將會繼續(xù)活著。根據(jù)實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)出的現(xiàn)象所作的說明是：輻射衰變的發(fā)生完全是隨機(jī)的，以50%的幾率分布。因此，在打開盒子查看之前，人們是無法得知貓的生存狀態(tài)的。實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)論為：原子衰變的發(fā)生以50%的幾率分布，那么貓同時處于一個既死又活的疊加態(tài)。僅從表面上看，這與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中的過程是一樣的。

但從兩類實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)象的具體形態(tài)——實(shí)驗(yàn)對象的存在方式上看，卻是大不相同的。思想實(shí)驗(yàn)中的對象是一個抽象的客體，代表著一類事物。它是一個清晰的概念，但具體形象上卻很模糊。比如，伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)中的球，我們只需要有一重一輕兩個球的概念就可以了，球的大小、具體重量、形狀、顏色、氣味、材料等卻不會有具體的要求。薛定諤的貓實(shí)驗(yàn)中的貓其實(shí)也只是個代表，把它換成一只狗、一只雞，甚至是一個人都可以，因?yàn)檫@對于實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是不會產(chǎn)生什么影響的。只不過在通常的意識中，用人來充當(dāng)這個實(shí)驗(yàn)的主要形象，肯定會在人們的思維中產(chǎn)生沖突，而遭到眾人反對的。馬赫在討論引力問題的時候，石頭可以隨意地變大或變小，以至于思想實(shí)驗(yàn)在“得出的量上的表象就獲得了最肯定的支柱”[7](459)。思想實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)對象不管其在具體形象上如何變化，它們的概念協(xié)調(diào)的狀態(tài)不會發(fā)生變化，也不會導(dǎo)致其經(jīng)驗(yàn)協(xié)調(diào)力下降。

然而，這些對象在物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中是不可能的。相反，人們對于實(shí)驗(yàn)的精度要求是越高越好。牛頓的鐘擺實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)協(xié)調(diào)力之所以高于伽利略的實(shí)驗(yàn)就是因?yàn)樗膶?shí)驗(yàn)精確度高于伽利略的實(shí)驗(yàn)。大多數(shù)物質(zhì)實(shí)驗(yàn)對研究對象的要求都很高，近乎苛刻。它們在對實(shí)驗(yàn)對象的重量、大小、長短、元素、顏色、氣味等各方面材料上的精確度都是不一樣的。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)對象的不同而產(chǎn)生的差異，導(dǎo)致最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差之毫厘，謬以千里的情況很多。特別在當(dāng)今的一些高科技領(lǐng)域中，對實(shí)驗(yàn)材料的要求精確到小數(shù)點(diǎn)后的很多位數(shù)的差錯，都有可能導(dǎo)致一個火箭發(fā)射實(shí)驗(yàn)的失敗。因而，導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)驗(yàn)沖突。

事實(shí)上，物質(zhì)實(shí)驗(yàn)和思想實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)對象存在方式的差異并不是簡單的抽象程度不同的反映。在物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)對象所呈現(xiàn)出的狀態(tài)之所以不能夠無限制地進(jìn)行抽象，是因?yàn)樗仨毷鞘挛锉硐蟮牟粩嘌莼?。而在思想?shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)對象所呈現(xiàn)出的狀態(tài)則是人們頭腦中的科學(xué)意象在不斷演化?？茖W(xué)意象雖然根源于經(jīng)驗(yàn)世界，但它在人們的頭腦中卻常常主要表現(xiàn)為一類事物，凸顯了某一類事物的某些特征，其它特征則被視而不見。當(dāng)然，對于某些具體的方面，科學(xué)意象就可以無限地抽象，自由地變化。

(四)邏輯推理的不同

在物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)可觀測的部分從實(shí)驗(yàn)的起點(diǎn)處開始，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)時止，包含了實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)象演化從始至終的所有環(huán)節(jié)。但對于一個完整的實(shí)驗(yàn)來說，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)并不是實(shí)驗(yàn)結(jié)束的時候。因?yàn)閺膶?shí)驗(yàn)結(jié)果到實(shí)驗(yàn)結(jié)論之間還有一個討論的環(huán)節(jié)。討論是針對實(shí)驗(yàn)結(jié)果所呈現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行解釋說明的過程，包括猜想、協(xié)商、對比、爭論等等。邏輯推理是進(jìn)行解釋說明所必須的手段之一。無論是在物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，還是在思想實(shí)驗(yàn)中，都有邏輯推理方法的運(yùn)用。

在以悖論形式出現(xiàn)的思想實(shí)驗(yàn)中，邏輯推理在其中所發(fā)揮的主導(dǎo)作用，是毋庸置疑的。因?yàn)槭聦?shí)上它本身就是一個用思想實(shí)驗(yàn)的形式表現(xiàn)出來的二難推理。推理的重要作用，在驗(yàn)證性的思想實(shí)驗(yàn)中，也很相似。人們在一個假想的狀態(tài)中，以一個假定的現(xiàn)象為起點(diǎn)，想象發(fā)生了一系列現(xiàn)象的演變，最終得出結(jié)果。值得注意的是，馬赫認(rèn)為，“一個思想實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，是我們以思想中變化的狀況為出發(fā)點(diǎn)做出的猜測?！盵7](455)這一觀點(diǎn)可能代表了相當(dāng)一部分人的想法，但事實(shí)上，此類主張是有問題的，因?yàn)殂Ｕ撔运枷雽?shí)驗(yàn)中的一系列的演變的過程就是一個邏輯推理的過程。因此，若要該思想實(shí)驗(yàn)成功，且其結(jié)果為真，那么其中的邏輯推理的過程必然是正確無誤的。剩下來的就是思想實(shí)驗(yàn)的起點(diǎn)問題了，即剛開始時思想實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)的假想的狀態(tài)中的假定的條件是否違背了事物本質(zhì)規(guī)律的問題。在伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)中，中間的推理過程清晰無誤，那么，最終悖論的產(chǎn)生必然是因?yàn)檫壿嬐评淼钠瘘c(diǎn)處存在問題，即從一個錯誤的起點(diǎn)出發(fā)，即使推理過程無誤，也不能夠得到正確的結(jié)果。

在探索性的思想實(shí)驗(yàn)中，推理的作用就要弱得多。在追光實(shí)驗(yàn)中，愛因斯坦苦苦地思索了10年。有一天他突然頓悟：① 光速不變，永遠(yuǎn)是C；② 光的波粒二象性，即光兼具波和粒子二種特性。他的這一頓悟來自追光實(shí)驗(yàn)中的一個假想狀態(tài)，從中直接得出結(jié)論。中間似乎沒有什么邏輯推理的過程。

到了物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，推理的過程在驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)和探索性的實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)也有所不同。在驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)中，在實(shí)驗(yàn)之前，人們便已經(jīng)知道了實(shí)驗(yàn)的原理，實(shí)驗(yàn)將會出現(xiàn)什么樣的結(jié)果也已大致了解，實(shí)驗(yàn)的過程是早已設(shè)計(jì)好了的。所以，驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)其實(shí)也就是對前人已經(jīng)做過的實(shí)驗(yàn)的一次重復(fù)而已。這來源于實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性特征。而在探索性的實(shí)驗(yàn)中，推理總是出現(xiàn)在新現(xiàn)象產(chǎn)生之后，即從現(xiàn)象出發(fā)，思索為什么會是這樣。在這里，推理的作用是為現(xiàn)象提供說明，對現(xiàn)象的發(fā)生原因加以解釋。比如：密立根的油滴實(shí)驗(yàn)，油滴在電場中運(yùn)動的狀態(tài)，可推算出基本電荷。

總體上來看，物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中以現(xiàn)象為主，推理為輔助手段。許多物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，現(xiàn)象一出，結(jié)果便很明了。從現(xiàn)象到結(jié)果，其中根本無須推理，甚至不用言語解釋，便能得到大家一致贊同的結(jié)論。而在思想實(shí)驗(yàn)中，邏輯推理的作用則甚為關(guān)鍵。

(五)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的不同

在思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的對比研究中，有一個現(xiàn)象值得引起我們的關(guān)注。思想實(shí)驗(yàn)無論是成功的還是失敗的，都只需一次就可將結(jié)果顯現(xiàn)出來，進(jìn)而憑此推導(dǎo)出結(jié)論。但人們?nèi)绻麅H憑一次物質(zhì)實(shí)驗(yàn)就得出結(jié)論來，那無疑是草率的做法，一定會遭到人們廣泛的質(zhì)疑。物質(zhì)實(shí)驗(yàn)總要經(jīng)過多次反復(fù)驗(yàn)證，才會得出最終的結(jié)論。

對于實(shí)驗(yàn)最終的結(jié)論而言，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度看，每一次物質(zhì)實(shí)驗(yàn)都只是一個案例，只能提供一個統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，所以物質(zhì)實(shí)驗(yàn)往往要進(jìn)行多次，得出若干組數(shù)據(jù)，從中尋找一些共同的現(xiàn)象。很多著名物質(zhì)實(shí)驗(yàn)都經(jīng)過許多年的連續(xù)實(shí)踐，在摸索中不斷改進(jìn)，可能要進(jìn)行成千上萬次實(shí)驗(yàn)。孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)前后歷經(jīng)8年不間斷的觀察，才從中窺得這樣的事實(shí)：生物性狀遺傳給下一代遵循著某種確定的規(guī)律，而非混沌無序。

上面論述說明，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度看，每一次物質(zhì)實(shí)驗(yàn)只提供一個經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。雖然在物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們都盡可能選取具有典型性的物質(zhì)，以體現(xiàn)其代表性，但一次實(shí)驗(yàn)并不能說明什么問題，即使是成千上萬次，也只能代表部分。也就是說，對于千變?nèi)f化的自然界而言，物質(zhì)實(shí)驗(yàn)無法窮究所有。從此點(diǎn)出發(fā)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)論只是基于部分現(xiàn)象之上的推論。因此，物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中從實(shí)驗(yàn)結(jié)果到實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出中一個最常見的方法就是歸納推理。結(jié)合科學(xué)史的實(shí)際看來，僅憑人們的部分經(jīng)驗(yàn)而得出的結(jié)論，總會被后來出現(xiàn)的反常一而再，再而三地推翻。所以一次物質(zhì)實(shí)驗(yàn)無法代表全部，人們必須多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)才能得出令人感到可信的結(jié)論。事實(shí)上，即便如此，對于人類永遠(yuǎn)無法窮盡的自然界來說，無論進(jìn)行多少次實(shí)驗(yàn)，它都只能說明部分問題。

在思想實(shí)驗(yàn)中，其實(shí)驗(yàn)對象是一類事物的總稱，其實(shí)驗(yàn)條件是理想化的，這是一種獨(dú)特的境界，其邏輯推理的過程是標(biāo)準(zhǔn)化的，通用的科學(xué)方法，其展示的結(jié)果，代表的是一類現(xiàn)象，而非個別現(xiàn)象。因此，這樣的思想實(shí)驗(yàn)即使重復(fù)進(jìn)行成千上萬次，其展示的現(xiàn)象都是相同的，結(jié)果也必然相同。

產(chǎn)生這一結(jié)果的原因是因?yàn)?，思想?shí)驗(yàn)是以意象方式存在的概念實(shí)體的運(yùn)作，思想實(shí)驗(yàn)的結(jié)果就代表了這類現(xiàn)象的全部。麥克斯韋妖實(shí)驗(yàn)中，在小妖的作用下，冷的分子和熱的分子分別向著不同的方向運(yùn)動，絕不會象在物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中一樣，可能會發(fā)現(xiàn)反?，F(xiàn)象存在。物質(zhì)世界中，人們看到了許多烏鴉是黑色的，于是得出“所有烏鴉都是黑色的”結(jié)論，但可能某一天在某個地方又會發(fā)現(xiàn)一只白色的烏鴉，于是“所有烏鴉都是黑色的”結(jié)論將會被推翻，或者人們就要對這一結(jié)論進(jìn)行修改，以包含對新的反常現(xiàn)象的說明。物質(zhì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論經(jīng)常會因?yàn)榉闯５某霈F(xiàn)而變化，這在科學(xué)史中比比皆是。有關(guān)原子模型的研究中，道爾頓最早提出的原子模型是一個實(shí)心球，后來由于發(fā)現(xiàn)了電子，湯姆遜認(rèn)為應(yīng)該是葡萄干模型，而盧瑟福實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了轟擊原子的粒子發(fā)生了不同的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這表明原子的大部分體積是空心的，因此提出了電子繞核運(yùn)動模型，今天最新的證據(jù)支持的是電子云模型。在短短不到200年的時間里，原子模型發(fā)生了五次變化，將來有可能還會發(fā)生類似的轉(zhuǎn)變。這種情況在思想實(shí)驗(yàn)中決不會存在。思想實(shí)驗(yàn)只要前提正確，推理無誤，其結(jié)論就必然是正確的。

三、結(jié)語

總體上看，思想實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)實(shí)驗(yàn)有著相同的結(jié)構(gòu)和要素，但實(shí)驗(yàn)的起點(diǎn)、現(xiàn)象，以及實(shí)驗(yàn)的代表性等因素方面則有著本質(zhì)的不同。對二者之間的差異性的探尋，特別是在當(dāng)代科學(xué)前沿，由于微觀和宇觀世界科學(xué)活動對實(shí)驗(yàn)條件的要求大大提高，思想實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性得以凸顯，而物質(zhì)實(shí)驗(yàn)則逐漸下降到僅僅作為科學(xué)思想的驗(yàn)證手段的時候，結(jié)合科學(xué)前沿中的具體事例，認(rèn)識并運(yùn)用思想實(shí)驗(yàn)開展科學(xué)研究是一項(xiàng)迫切且具有創(chuàng)新價值的工作。

注釋：

① 我國學(xué)者馬雷提出的協(xié)調(diào)論主張，任何理論都是由問題部分和對問題的解答兩部分構(gòu)成的。問題部分是由問子和提問方式構(gòu)成，對問題的解答部分是由解子和解子的聯(lián)結(jié)構(gòu)成的。在協(xié)調(diào)論中，問子和解子包含經(jīng)驗(yàn)問子和經(jīng)驗(yàn)解子，概念問子和概念解子，背景問子和背景解子。經(jīng)驗(yàn)問子又有兩種，一種是觀測型經(jīng)驗(yàn)問子，它來自觀測實(shí)驗(yàn)，是經(jīng)驗(yàn)事實(shí)；另一種是理論型經(jīng)驗(yàn)問子，它來自理論，是從理論中推導(dǎo)出來的。

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[2] Irvine, A. Thought experiments in scientific reasoning [C]// Tamara Horowitz, Gerald Massey.Thought Experiments in Science and Philosophy. Maryland, US: Rowman & Littlefield Publishers, Inc., 1991.

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On the essential difference between thought experiments and physical experiments

WANG Ying, ZHAO Xu
(Marx’s College, Hehai University, Nanjing 210098, China)

In general, thought experiments and physical experiments belong to the same category of experiments. They have the same elements and the same value of existence. However, in the comparison between thought experiments and physical experiments, Sorensen and McAllister think that they are essentially the same, but Popper and Norton believe that they are partly the same, and Mach, kuhn, Brown content that they are completely different. Through careful comparative studies, we can find that they both have the same elements, but there are manifest differences in the starting point, the phenomenon, the links between the experimental results and the conclusions and the representation.

thought experiments; physical experiments; experimental starting point; experimental condition; experimental subject; logic reasoning

B0:G30

A

1672-3104(2014)06-0064-06

[編輯: 顏關(guān)明]

2014-02-11；

2014-10-20

國家社科基金青年項(xiàng)目“當(dāng)代科學(xué)前沿背景下的思想實(shí)驗(yàn)研究”(12CZX015)；國家社會科學(xué)基金項(xiàng)目“馬克思主義科學(xué)社會學(xué)思想及其當(dāng)代意義”(11BKS008)；江蘇省社科基金項(xiàng)目“霍金的時空實(shí)在論思想研究”(12ZXD015)

王英(1964-)，女，江西吉安人，哲學(xué)博士，河海大學(xué)馬克思主義學(xué)院教授，主要研究方向：科技哲學(xué)；趙煦(1978-)，男，江蘇泗陽人，哲學(xué)博士，河海大學(xué)馬克思主義學(xué)院副教授，主要研究方向：科學(xué)哲學(xué)