观察和实验中的理论渗透性

观察和实验中的理论渗透性

土木与交通学院 200930141129

摘要：进入现代科学时期，作为科学认识的经验认识方法的观察和实验，不再是纯粹的经验方法，而是广泛而深刻地渗透着理性思维及其成就。经验认识是不能独立地存在和进行的，它们与理论有着深刻的内在联系。本文将联系力学专业的科学实践，关注观察和实践中的理论渗透性问题。

关键词：观察；实验；理论渗透性

在科学实践中，基本方法有科学观察、科学实验和科学仪器的运用。科学观察是人们有目的、有计划地感知和描述处于自然状态下的客观事物、获取感性材料的基本手段。科学实验是科学研究者依据一定的科研目的，用一定的物质手段（科学仪器和设备），在人为控制或变革客观事物的条件下获得科学事实的基本方法。[1]科学观察和实验，无论是对己有科学知识的检验，还是对新知识的探索，都不能脱离科学理论而完全独立地进行，科学认识主体的观察和实验活动本身，渗透着科学理论。[2]汉森提出“观察渗透理论”的背景主要是针对逻辑实证主义的中性观察来说的，历来许多科学家论述科学理论体系时，往往强调它的感觉基础，即认为科学认识是从感觉开始（包括观察与实验）然后从中概括出感念，概念组成科学判断和推理，得出定律，再进行更高层次的概括而得出理论以至于原理，提出感觉先于理论，后来逻辑实证主义更提出，观察是绝对“中性的”，观察语言是最“公正”、“客观”因而是最“可靠”任何理论语言都必须能还原为观察语言，这才是可靠的理论；否则就是“形而上学”空谈，一律取消！于是他们提出观察语言和理论语言可以绝对分开的基本观点，并由此推演出逻辑实证主义的一系列观点，逻辑经验主义认为观察语言不依赖于理论语言，即对理论语言保持中立；而理论语言则依赖观察语言通过对应规则从观察获得意义，波普尔虽然强调理论先于观察，但对他而言，观察仍然是中性的，汉森反对逻辑经验主义的这一传统观点，并用观察渗透理论的观点与之分庭抗礼。[3]在力学的科学实践领域中，也能清晰地看到观察和实验中的理论渗透性。

一、观察活动中的理论渗透

科学观察中主体意识的渗透，主要是理论渗透。观察活动可以分为日常观察和科学观察。在日常观察中主体意识的渗透主要是主体知觉经验的渗透，这种渗透常常造成知觉心理上的

格式塔转换。而在科学观察活动中，主体意识的渗透主要表现为理论渗透，即观察活动渗透着主体的所持有的理论知识。[4]

科学观察中的理论渗透表现在若干环节上。

第一，观察目的渗透着理论。科学观察具有一定的目的性，这种目的性是由研究者的理论所决定的。汉森提出“观察渗透理论”时曾举出的例子是开普勒和第谷观察日出得到不同的结果。对于同一视觉现象，开普勒看到的是太阳不动，地球在运动，而第谷恰好相反。这是因为开普勒的观察目的中渗透着“日心说”理论，而第谷的观察目的中渗透着“地心说”理论。这在力学的科学实践中也并不罕见，著名力学家冯元桢曾指出，结构工程师把建筑上的风荷载视为施加在建筑物上的“外荷载”，而对流体力学家而言，建筑物只是空气流动的刚性壁。[5]

第二，观察对象渗透着理论。观察中的对象问题，在科学认识中可化归为选题问题。观察主体如何去确立和选择对象，往往与主体对客观事物的预先理解有关。在泡沫铝的力学性能与吸能效应研究中，研究本构关系的学者在观察泡沫铝吸能过程中往往关注的是时间尺寸、密度、孔隙率等参数对结果的影响，而研究细观建模的学者更为关注的则是泡沫铝内小孔的分布情况与孔隙壁的类型。

第三，观察操作渗透着理论。观察中的构思和设计是离不开理论的，而对于科学观察中运用的科学仪器的构造理论和技术操作理论的理解不同，也会造成不同的操作和对相同视觉信号的不同识别。对于双折射光测实验中的条纹，一般固体力学学者只会通过最初等的光测理论分析条纹级次，而专注于光测力学的学者则能通过变换光场形式以及更改仪器中的偏振镜快慢轴方向滤去等倾线得到纯粹的等差线图像。

第四，观察语言渗透着理论。观察的结果必须用语言来表述，即形成观察陈述、实验结论，但任何观察和实验结论都不能够孤立地作出，必须采用理论系统中的概念、术语，并在理论系统中得到界定和解释。正比如力学报告中最常见的“应力”、“应变”、“应变率”等都是理论术语，如果没有相关的理论知识则根本无法对观察结果做出有效的描述。

二、实验活动中的理论渗透

实验活动本质上是一种认识活动，其直接目的是为了探索科学认识问题，或者检验科学认识成果。实验活动是在主体的思维领域和仪器操作领域中同时进行的，它的这种认识性质，使得其本身渗透着理论。主体所持有的理论知识，影响着实验活动的进程和结果，这是科学

认识主体能动性在实验活动中的发挥。主体只有通过观察才能获知实验的过程和结果，也只有通过观察才能对实验的进程实行反馈控制。因此，实验的理论渗透性本身必然包含观察的理论渗透性。而观察的理论渗透性本身也恰恰表明了实验的理论渗透性。但是，实验的理论渗透性不能全部归化为观察的理论渗透性，它还存在着其他方面的理论渗透。

第一，实验活动是在一定的概念框架内进行的。只有在一定的概念框架内才能提出科学问题并使之具有的意义，而只有提出了科学问题才能进行科学实验活动。在弹性力学领域中，所有的研究问题都必须在以下五个假设的概念框架内进行研究：各向同性假设、均匀性假设、小变形假设、连续性假设、完全弹性假设。而且由于不能确保实验环境的绝对纯化，实验过程难免要受到与实验目的无关的因素的干扰，因而主体需要校正实验结果。而对实验结果的校正，也必须依据一定的概念框架才能进行。在力学实验得到数据后，经常要进行滤波处理，因为我们往往假设介质是连续的，而实验环境无法满足这个假设，使得数据出现了震荡。

第二，实验活动必须受实验理论的指导。科学实验要求严格性和精确性，为此必须接受实验理论的指导。最简单的例子是实验中的因果事件、随机事件等概念。如果我们在某一次实验中得到了截然不同的结果，显然不能就这样认为两种结果出现的概率各为50%。

第三，实验活动必须受实验设计理论的指导。在具体的实验活动中，不仅需要一般实验理论的指导，更需要具体实验设计理论的指导。在力学实验中，每个实验者都必须事先了解实验仪器的构造理论、研究对象的已知理论等才能进行实验程序的规划、实验系统的设计。

第四，实验活动必须受实验数据理论的指导。在实验过程中，中间结果与最终结果的表现形式往往是数据，这些数据与实验研究的对象和目的具有的内在规律和联系则都需要实验数据理论来进行处理。在力学实验的过程中，往往出现仪器老化或者其他影响导致了仪器自带的数据处理方式得不到正确结果的现象，这时候需要一套自己重新标定过的数据理论才能正确导出实验的结果。

三、对观察渗透理论的驳难

虽然现在被大多数人所接受的是观察渗透理论，但仍然有不少其他理论对其提出了驳难。[6-9]比如，20世纪80年代兴起的新实验主义则对之进行驳难。它希望通过在实验室中重构历史上的一些著名实验，以证明有些观察或实验不被理论渗透。其中比较著名的是古丁详细分析了法拉第的电磁相互作用的发现过程，他使用符号和绘图的方式，给出了法拉第案例的重构，说明实验不必负载精确的理论。[10]国内不少学者对观察渗透理论做出了辩护，他们通过