所得税实验目的

物理学及一般的自然科学，是建立在有效的实验证据、批评和理性讨论基础上的。为我们提供了关于物理世界的知识，而正是实验为这些知识提供了证据。

实验在科学中扮演着多种角色。实验的重要作用之一是检验理论，为科学知识提供基础。它还可以通过证明公认的理论是不正确的，或通过展示需要解释的新现象，提出新的理论。

实验可以为理论的结构或数学形式提供提示，也可以为我们理论中涉及的实体的存在提供证据。最后，实验还可以有自己的生命，独立于理论之外。

科学家可能仅仅因为某种现象看起来有趣而对其进行研究。这些实验可能为未来的理论解释提供证据。

如果实验要在科学中发挥这些重要作用，就必须有充分的理由相信实验结果，因为科学是一项易错的事业。

理论计算、实验结果或实验与理论之间的比较都可能是错误的。科学比 "科学家提议，自然处置 "更为复杂。科学家提出的是什么并不总是很清楚。理论往往需要阐明和澄清。

大自然如何处置也可能并不清楚。实验也不一定总能得出明确的结果，甚至可能在一段时间内出现分歧。

实验认识论是一套合理相信实验结果的策略。科学知识可以合理地建立在这些实验结果的基础上。

实验认识论是科学哲学的一个分支，重点研究实验在科学中扮演的各种角色，实验与理论、实验仪器的理解和功能以及实验室环境中科学共同体的结构和文化之间的各种联系。

对实验的认识论分析既有高度抽象的哲学论证，也有沉浸在反思性案例研究中的分析。长期以来，物理学实验一直是实验科学的前沿，开创了实验技术、方法和创新环境。这就是为什么许多实验认识论都集中在物理学上。

17世纪首次出现了对实验本质的哲学思考。鉴于实验在当时已成为一种重要的科学工具，这一点不足为奇。这些思考的目的在于揭示为什么当我们将实验方法强加于自然时，自然会向我们展示其隐藏的一面。

一些自然哲学家认为，科学知识不过是对自然现象正确应用观察和实验技术而已。弗朗西斯-培根甚至声称，可以进行他所谓的关键实验，这是一种理想实验，可以单独确定两个对立假说中哪一个是正确的。

甚至一些现代科学巨匠，如牛顿，也赞同这样的观点，即科学理论是直接从实验结果和观察中得出的，而不需要未经检验的假说的帮助。

难怪许多自然哲学家认为，实验技术及其正确应用应该成为科学哲学研究的主要对象。

然而，并非所有人都同意这一观点。霍布斯指出，人类的理性先于实验技术及其应用。他认为人类的理性揭示了自然法则，并批评了波义耳对实验方法揭示自然法则的能力所持的乐观态度。

人类的理性不是在引导我们选择数据和样本，以及让我们解释数据和样本的方式上指导实验者的行为吗。

如果是这样的话，我们就应该把重点放在对理性和理论科学推理的哲学研究上，而不是放在对实验技术及其应用的研究上。

早期这场激烈的争论在许多方面预示了日后争论的主要分歧点。哲学对实验的兴趣在19世纪末几乎完全丧失，直到20世纪后期才恢复过来。

在此期间，哲学家们把大部分注意力转向了研究科学理论的逻辑结构及其与证据的联系。逻辑实证主义的信条影响了这一研究领域以及当时更普遍的哲学。

其中一条信条指出，科学中的观察命题和理论命题是可以分离的。我对水银温度计刻度的读数可以与有关热传递和温度理论概念的相当复杂的理论陈述区分开来。

事实上，我们不仅可以把理论和观察分开，而且前者只有在与后者相对应的情况下才被认为是合理的。热传导理论是由我在水银温度计上的读数所产生的命题所证实的。因此，观察命题只是科学家为了证实或反驳某一理论而进行的实验或一系列观察的结果。

托马斯-库恩和保罗-费耶阿本德强烈批评了这种观点。他们认为，观察和实验结果已经是理论框架的一部分，因此不能独立地证实理论。

也不存在一种理论中立的语言来捕捉观察结果。即使是水银温度计的简单读数，也不可避免地依赖于理论上的温度概念，证据总是带有理论色彩的。

无论是逻辑实证主义的支持者还是他们的批评者，都从未试图解释产生重要的观察陈述的实验的本质。原因很简单，他们认为没有什么有趣的东西需要解释。

他们对理论与证据之间关系的看法截然相反，但他们都认为只有实验的最终产品，即观察陈述，才具有哲学意义。在他们的科学哲学研究中，实验过程本身被搁置一边。随着以伊恩-哈金为代表的新实验主义的出现，这种情况才逐渐得到改变。

自从伊恩-哈金提出 "我们通过显微镜看东西吗。哈金的问题实际上是问，我们如何相信通过复杂的实验仪器获得的实验结果。

我们如何区分一个有效的结果和一个由仪器制造出来的假象。如果实验要在科学中发挥上述所有重要作用，并为科学知识提供证据基础，那么我们就必须有充分的理由相信这些结果。

哈金指出即使实验仪器至少带有仪器的理论，尽管仪器的理论或现象的理论发生了变化，观察结果仍然是可靠的。

当阿贝指出衍射在显微镜工作中的重要性时，尽管显微镜的理论发生了重大变化，但人们仍然相信显微镜的图像。

给出的一个理由是，在进行此类观察时，实验者进行了干预--他们操纵了观察对象。因此，在通过显微镜观察细胞时，人们可能会向细胞中注入液体或对标本进行染色。

人们期望细胞在这样做时改变形状或颜色。观察到预测的效果会增强我们对显微镜正确操作和观察的信念。这在一般情况下是正确的。观察到干预的预期效果会增强我们对实验仪器的正确操作和观察结果的信心。

哈金还讨论了通过独立证实来加强观察结果的信念。用 "不同的 "显微镜（如普通显微镜、偏光显微镜、相衬显微镜、荧光显微镜、干涉显微镜、电子显微镜、声学显微镜等）观察到相同的点状图案细胞中的致密体，这一事实证明了观察的有效性。

也许有人会质疑 "不同 "是否是一个充满理论的术语。毕竟，正是我们关于光和显微镜的理论使我们能够将这些显微镜视为彼此不同。这个论点仍然成立。

哈金正确地指出，如果在两种完全不同的物理系统中产生相同的点图案，那将是荒谬的巧合。不同的仪器有不同的背景和系统误差，如果这种巧合是伪造的，那也是不太可能的。如果是正确的结果，并且仪器工作正常，那么结果的重合是可以理解的。

哈金的回答是正确的。它并不完整。当我们只能用一种仪器（如电子显微镜或射电望远镜）进行实验时，或者当干预是不可能或极其困难时，会发生什么情况呢。

需要采取其他策略来验证观测结果，实验检查和校准，即实验仪器再现已知现象。如果我们希望证明使用新型光谱仪获得的物质光谱是正确的，我们可以检查这种新型光谱仪是否能够重现氢气中已知的巴尔默序列。

如果我们能正确观察到巴尔默系列，那么我们就会更加相信光谱仪是正常工作的。这也增强了我们对使用该光谱仪获得的结果的信心。如果检查失败，我们就有充分的理由质疑使用该仪器得到的结果。

重现事先已知的伪影。测量有机分子红外光谱的实验就是一个例子。制备此类材料的纯样品并非总是可能的。

实验人员不得不将该物质置于油膏或溶液中。在这种情况下，我们可以观察到油或溶剂的光谱与物质的光谱相叠加。然后可以将复合光谱与已知的油或溶剂光谱进行比较。观察到这种伪影后，就可以对使用光谱仪进行的其他测量产生信心。

当科学家声称在土星环上观测到放电现象时，通过证明这不可能是由遥测设备的缺陷、与土星环境的相互作用、闪电或尘埃造成的来论证他们的结果。

对其结果的唯一解释是，这是由于土星环中的放电所致，没有其他可信的解释。此外，旅行者1号和旅行者2号也观测到了同样的结果。这提供了独立的证实，在同一个实验中会使用多种认识论策略。

利用结果本身来论证其有效性。伽利略用望远镜观测木星卫星的问题。尽管人们很可能相信他那台原始的、早期的望远镜可能产生了虚假的光斑，但这台望远镜所产生的图像却似乎是日食和其他与小型行星系统的运动相一致的现象，这是极不可能的。如果认为所产生的光斑符合开普勒第三定律（"常数"），那就更难以置信了。

罗伯特-米利坎用类似的论据来支持他对电荷量子化的观察和对电子电荷的测量。我们观察到的变化总数在一到两千之间，没有一个变化不是代表一个确定不变的电量或该电量的一个很小的倍数出现在电滴上。

在这两种情况下，我们都认为仪器或背景不存在可以解释观测结果的合理故障。

使用独立的、得到充分证实的现象理论来解释结果。带电中间矢量玻色子的发现就说明了这一点。

温伯格-萨拉姆电弱相互作用统一理论所要求的带电中间矢量玻色子。尽管这些实验使用了非常复杂的仪器和其他认识论策略。

观测结果与粒子特性的理论预测的一致性有助于验证实验结果。在这种情况下，候选粒子是在包含高横向动量电子的事件中被观测到的，其中没有粒子喷流，这与理论预测的一致。

使用基于可靠理论的仪器。在这种情况下，对理论的支持激发了人们对基于该理论的仪器的信心。电子显微镜和射电望远镜就是这种情况，它们的操作都是建立在有充分支持的理论基础上的，尽管也使用其他策略来验证这些仪器的观测结果。

使用统计论据。一个有趣的例子出现在20世纪60年代，当时寻找新粒子和共振占据了从事高能物理实验的物理学家大量的时间和精力。

通常的技术是将观测到的事件数量绘制成最终态粒子不变质量的函数，并在平滑的背景上寻找突起。新粒子出现的通常非正式标准是它导致了高于背景3个标准差的效应，这一结果在单个分区中出现的概率为0.27%。

这个标准后来被改为4个标准差，概率为0.0064%，因为有人指出，高能物理学家每年绘制的图表数量使得从统计学角度来看，观测到3个标准差效应的可能性相当大。

这些策略与哈金的干预和独立确认一起构成了实验认识论。它们为我们提供了相信实验结果的充分理由，但它们并不保证实验结果是正确的。

有许多实验运用了这些策略，但其结果后来被证明是不正确的。实验是易错的。这些策略也不是排他性的或详尽无遗的。

没有任何一种策略或策略的固定组合能够保证实验结果的有效性。物理学家在任何给定的实验中都会使用尽可能多的策略。

在彼得-加里森关于电子回旋磁比的测量、μ介子的发现和弱中性电流的发现的历史中，他考虑了一系列测量单一量的实验、一系列最终导致发现的不同实验，以及由大型团体用复杂的实验仪器完成的两个高能物理实验。

当实验者认为他们的实验结果在法庭上站得住脚时，实验就结束了。目前我还不知道如何让这些效应消失"。

在一个大的实验小组中，小组的不同成员可能会发现不同的证据最有说服力。在弱中性电流实验中，几个实验组成员发现中微子-电子散射事件的单张照片特别重要，而对其他人来说，观测到的中性电流候选体与中子背景之间的空间分布差异是决定性的。

这在很大程度上归因于实验传统的不同，科学家们在使用某些类型的仪器或设备时会产生不同的技巧。

在粒子物理学中，有视觉探测器的传统，如云室或气泡室，与盖革计数器、闪烁计数器和火花室的电子传统形成鲜明对比。

视觉传统中的科学家倾向于选择能够清楚证明相关现象的 "黄金事件"，而电子传统中的科学家则倾向于认为统计论据比单个事件更有说服力和更重要。

理论和实验实践及仪器的重大变化并不一定同时发生。实验结果的持续性为这些概念的变化提供了连续性。

回旋磁比的实验跨越了经典电磁学、玻尔的旧量子理论以及海森堡和薛定谔的新量子力学。

科学仪器的优势在于它不能改变理论。可以肯定的是，仪器体现了理论，否则我们就不可能掌握仪器操作的意义，至少当我们从正确使用仪器所涉及的专业知识中抽象出来时，仪器在其操作和世界之间创造了一种不变的关系。

当我们的理论发生变化时，我们可能会以不同的方式来看待仪器的意义以及与之相互作用的世界，仪器的基准可能会在意义上发生变化，但基准仍然可以保持不变，并且通常会被期望保持不变。

当仪器接触到某种现象时，其读数为 2。在理论改变之后，它将继续显示相同的读数，即使我们可能认为这个读数不再重要，或者它告诉我们的东西与我们最初的想法不同。

理论可能会影响什么被认为是真实的效果，需要解释，什么被认为是背景。在讨论μ介子的发现时，奥本海默和卡尔森的计算表明，电子穿过物质时会产生骤雨，而穿透性粒子（后来被证明是μ介子）则是无法解释的现象。

在他们的工作之前，物理学家们都认为 "淋浴粒子 "是问题所在，而 "穿透粒子 "似乎是可以理解的。

消除可能模拟或掩盖效应的背景是实验工作的核心，而不是外围活动。在弱中性电流实验中，电流的存在关键在于证明候选事件不可能都是中子背景造成的。