提供证据—— 库仑扭秤和法国启蒙理性文化

［瑞典］H.奥托·斯巴姆/文

计海庆/译

提供证据
—— 库仑扭秤和法国启蒙理性文化

［瑞典］H.奥托·斯巴姆/文

计海庆/译

当代物理学把库仑定律作为自然科学的基石之一。18世纪80年代，作为工程师和自然哲学家的库仑用他的扭秤进行了一系列实验，为一条自然科学定律提供了经验证据。其后，历史学家和物理学家们重复了这个实验，但发现几乎不可能得到可靠的实验结果作为证据来证明这条平方反比律。为什么在18世纪晚期的法国，这个实验可以作为证据？在对该事件证据语境的进一步历史考察中可以发现，在证据概念和有能力提供证据的人之间，存在着某种重要的历史关联。在为需证明的事实提供必要的证据语境方面，库仑在其实验中用到的扭秤装置扮演了尤其重要的角色，因为这个实验工具起到了一种传导宏观的法国启蒙理性文化的作

用。

证据；库仑扭秤；启蒙理性

一

1785年，作为工程师和自然哲学家的查尔斯—奥古斯丁·库仑（Charles-Agustin de Coulomb）向法兰西科学院提交了他的一项基于实验的研究。①Charles A. Coulomb， “Premier memoire sur l’electricite et le magnetisme” （1785）， in Memoires de l’Academie des Sciences（ Paris： 1788）， pp.569—577；“Second memoire sur l’ectricite et la magnetisme”（ 1785），in Memoires de l’Academie des Sciences（ Paris： 1788），pp.578—611.另参见，“ Recherchestheoretiques et experimentales sur la force de torsion， et sur l’ectricite des fils de metal”（ 1784）， in Memoires de l’Academie des Sciences（ Paris： 1787）， pp.229—268。在这些杰出和卓越的观众面前，库仑展示了他的“扭秤及其结构和用途”。正是通过这个装置，库仑在实验基础上确立了一条定律，即带有相同电荷的带电体之间的作用力是相互排斥的。库仑详细地叙述了他用这种新的测量装置发现一个科学事实的过程，即如何精确地测量两个带电体之间产生的作用力。他认为自己已经为一条适用于自然界中电力和磁力作用的普遍法则提供了经验的证 据。

现今的物理学家把库仑实验奉为经典，因为它是物理学学科的基石之一。科学史家把这个实验描述为精确科学成型期的一个里程碑。在过去几十年中，历史学家和物理学家进行了一项合作研究，通过重做这一实验来进一步澄清：在18世纪的最后数年中，该实验在电学研究中到底起了怎样的实际作用。②“重做实验”是一种科学史的编史方法，它通过对历史上的科学仪器进行仿制来重复以前的科学实验，以此作为补充历史事实的探索方法。参见H. Otto Sibum，“ Eperimental History of Science”， in Museums of Modern Science，edited by Svante Lindqvist， Canton MA： Science History Publications， 2000， pp.77—86。这方面的案例研究可参见H. Otto Sibum，“ Reworking the Mechanical Value of Heat: Instruments of Precision and Gestures of Accuracy in Early Victorian England”，Studies in History and Philosophy of Science， Vol. 26，No.1， 1995， pp.73—106。关于重复库仑实验的研究参见Christine Blondel and Matthias D觟rries， Restaging Coulomb： Usages， controverses et r伢plicationsautour de la balance de torsion. Biblioteca di Nuncius， Studi e Testi，15， Florence： Leo S. Olschki， 1994。但研究得到的却是一个令人迷惑的结果：库仑的实验不能被重复。事实上，实验中得到的数据过于分散，不能被作为反比率或平方反比率的证据。③这种重做科学实验的方法被称为复制实验，它是建立一个科学事实的必要条件。关于复制实验的论述参见Harry Collins， Changing Order： Replication and Induction in Scientific Practice， London， Beverley Hills， New Dehli： Sage， 1985。关于复制库仑实验后所得到的结果的详细描述参见Peter Heering，“ The Replication of the Torsion Balance Experiment： The Inverse Square Law and its Refutation by Early 19thCentury German Physicists”， in Blondel and D觟rries， Restaging Coulomb，pp.47—66。关于实验的论述参见Steven Shapin and Simon Schaffer， Leviathan and the Air-Pump.Hobbes， Boyle， and the Experimental Life， Princeton，NJ： Princeton University Press， 1985。而且直到现在，库仑实验得以实施的具体工作原理还是处于默会的层次，因而甚至可以说，库仑是否真正进行了这个实验都还无法确定。

但本文不会在这个问题上再做进一步的推测，本文要进行的是通过分析证据语境来对库仑实验做一个历史的考察。近年来史学家和哲学家的研究表明，“在证据和提供证据的人这两个概念的演变中，存在着重要的历史关联”。④关于“证据语境”的论述参见Trevor Pinch， “Towards and Analysis of Scientific Observation： The Externality and Evidential Significance of Observational Reports in Physics”，Social Studies of Science， Vol.15， No.1，pp.3—36。还可参见 Simon Schaffer，“ Self Evidence”，Critical Inquiry，Vol. 18， Winter 1992， pp.56—91。根据哲学家伊恩·哈金（Ian Hacking）的观点，直到现代的早期，“（口头）证词和权威性是最重要的因素，事物能被当作证据，仅仅是因为它们与观察者的所见和书本的权威结论存在相似性”①Ian Hacking， The Emergence of Probability： A Philosophical Study of Early Ideas about Probability， Induction and Statistical Inference，Cambridge： CUP， 1975， pp.33—34. 正如西蒙·沙菲尔（Simon Schaffer）指出的，在早期现代的自然哲学中，这种观念并没有完全成为一种意识形态式的指导，对此可考虑英国皇家学会的会训nullius in verba（“不以人言为据”）。或可参见实验哲学家罗伯特·波义耳力图“撇开不值得信任的人证，而从实验室对象上获得确信”的态度，参见Schaffer， “Self Evidence”， pp.56—57。。于是在17世纪晚期和18世纪期间，可以发现一种倒置效应：只有当自然的探究者无法获得个人经验性的研究进路时，才要寻求来自证词和权威方面的保证。因此，所谓实验者就是那些运用他们身体感官来获得“新的物理学真理”的人，但他们试图去做的，是把以身体为基点的证据语境转换到更宏观的对自然哲学的关注上。于是，诸如（实验）事实这类事物的诞生，成了一种实验者最缺乏个体经验的声 明。

以下将对库仑的实验设备（扭秤）进行考察，并企图揭示这个装置中潜藏的文化含义，这或许有助于理解为什么库仑实验只得到了如此之少的量化数据结果，却在法国自然科学研究者的共同体中成了一个权威性的结论。笔者认为，库仑扭秤的作用如同一项传导技术，它在法国启蒙文化中为静电力的平方反比率成功地构建出了一个必不可少的证据语境。②关于传导（mediation）这个概念参见M. Norton Wise， “Mediations： Enlightenment Balancing Acts or the Technologies of Rationalism”， in World Changes. Thomas Kuhn and the Nature of Science， edited by Paul Horwich， Cambridge， MA： MIT Press， 1993， pp.207—256。

在深入考察这个仪器本身之前，还是先了解一下在库仑那个时代究竟什么叫做“实验的自然哲学”或physica experimentalis，以及那时的电学和磁学到底是一种怎样的研究。在18世纪下半叶，电学研究成了一场吸引公众眼球的表演，但实验中的困难并未因此而终止。相反，学界对“实验的技艺”的看法大相径庭。从否认实验具有任何认识论价值，到如同19世纪时那样坚信它是使自然因果律具有意义的唯一途径，在这些争议中潜藏了一个关于实验意义的问题，即对物体的物理操作被认为不属于学术探索的领域，在那里文本的权威要优于感官的经验，这点又是基于当时对知（理论）与行（实践）二者的明确区分。

18世纪中叶以来，为了填补书本（理论）世界和直接经验（实践）之间的鸿沟，工程师被当成可以沟通和协调这两个世界的理想人选—— 第三种人。但是从工程师的立场看来，夹在这个中间位置并不是一个令人满意的状态。正如德国哲学家沃尔夫在为比利多尔（Bernard Forest de Belidor）所著的Architectura Hydraulica写的德译本导言中提醒读者的：

在这样的环境中，需要一类第三种人，他们可以凭借自身来整合科学和技艺，既为了纠正理论家们的孱弱，也为了与技艺爱好者们的偏见做斗争，在那种情况下他们仿佛可以不借助理论而完成任务，把它（理论）仅仅留给那些善于空想但于事无补的人……因此他（Leupold）把自己比作一只蝙蝠，忍受着既不是鸟类也不属于四足动物的状态。他抱怨道，从事技术的人痛恨他，理论家鄙视他，但在他本性上却又希望被这两者作为非凡的人物来赞赏，即在知识界享有声望，同时又能和技艺者一起在现场享受实践中的快乐。①Christian Wolff， introduction to Architectura Hydraulica： Oder die Kunst， das Gew覿sser zu denen verschiedentlichen Nothwendigkeiten des menschlichen Lebens zu leiten， in die H觟he zu bringen， und vortheilhaftig anzuwenden， by Bernard Forest de Belidor， Augsburg， 1764， p.2.

为了在知识界建立“实验的自然哲学”，实验者们体验到了由第三种人的处境所带来的有利和不利条件。如同蝙蝠，实验者很难被归类。他们对自然的研究既要用脑也要动手，得出的是一种具体的知识，但这能作为科学吗（Wissenschaft，Scientia）？对此的回答取决于实验者的立场，即如何看待那个时代中隐含的对实验知识和科学，或者说，具体的知识和普遍的科学知识之间的区分。

这种区分有其自身所未被言明的历史，并和那些关于用双手工作和用大脑工作的阶层的社会史有着密切的关联。当时，对科学知识的主流观点是：这是一种普遍的、自主的和永久的知识。这是由学者特有的生活方式（写作）所决定的，书面文本天然地具有某种霸权的地位。因而，从18世纪中叶以降，许多代的实验自然哲学家仍不得不力争把实验技艺从认识论的耻辱柱上解脱出来，并希望在知识界为他们所拥有的知识谋求一席之地。

实验哲学家的产生，亵渎了传统经院学者的身份，而18世纪的电学研究与这种新的研究者的形成关系密切。学习古典语言、哲学和神学，开始不再成为学者的前提条件，物理学者、工匠和药剂师所拥有的工作知识和一般常识，要求获得与前者同样的地位。②这方面例子参见Joseph Priestley， The History and Present State of Electricity: With Original Experiments，London，1767。由于侵犯了大学中现存的知识和道德秩序，这类要求导致了社会冲突。在德国，体制内的哲学教授们感到有必要对这一做实验的风气加以警告，他们说，在工具的帮助下对自然进行操作，对以这种方式来获得物理世界的真理不要抱太大的希

望。

在物理学中通过感官获得的经验具有双重性：一种是来自上帝的造物，如火、空气、水、土地、星星、花朵等；另一种来自人造的事物，即诞生自人双手的东西……但我们没有理由对后者大加炫耀，好像（通过人工物）发现的是迄今为止全新的自然真理似的。①引自H. Schimank， “Zur Geschichte der Physik an der Universit覿t G觟ttingen vor Wilhelm Weber （1734—1830）”，in Rete： Strukturgeschichte der Naturwissenschaften 2， 1974，S. 207—252， S. 213。

诺兰特（Abbe Nollet）在其于纳瓦拉学院所做的就职演说中承认，之所以这么说，是为了替实验在知识界设定一个恰如其分的位置。他坚持认为，对于自然的这种探索方式应该与自然史的探究有所区分：

有些人想在不了解自然史的前提下来研究自然，这几乎是不可能的。有些人除了自然史之外，对自然一无所知，但他们仍有权在那些仅仅用心灵进行工作的学者中获得一席之地。②J.A. Nollet， Discours sur les Dispositions et sur les Qualit伢s qu’il faut avoir pour faire du Progr侉s dans l’魪tude de la Physique Exp伢rimentale， Paris， 1753.德语版参见Rede von der ntigen Geschicklichkeit zur Erforschung der Natur，welche er den 15. Mai 1753 bei dem Antritte seinesffentlichen Lehramtes in dem Navarrischen Collegio gehalten，Erfurt， 1755。德语版中，后一类学者，即传统从事文本研究的那一类，被译为“Ged覿chtnisgelehrte”，以区别于那些新派的从感觉经验来导出知识的学者。

但是，公众对带电和磁性物质的热情，却把这场关于实验的认识论地位的争论推向了相反的方向。在用新的实验工具进行的研究中出现了十分奇怪的现象，比如电击现象，水可被电击分解为氢气和氧气，酒精可以被电火花点燃。当然，电还可具有能改变基本的自然物质的力量，如水。因而，电有时被称为“第五元素”、生命的力量、活力的原则、以太。但电究竟是一种自然现象还是人工现象呢。这个问题在上述情境中不断地被提出，当时人们得出的一个著名的结论是有两种电：人工电（由发电机产生的放电效应）和动物电［伽伐尼（Luigi Galvani）做的青蛙实验］。关于电到底属于哪种性质的争论和相关探究数不胜数。在此略举一二。例如，研究者们企图发现在真空玻璃灯泡中的人工放电现象和北极光之间的相似之处。大部分带有挑战性的尝试是想证明电是一种生命的力量。这些实验中的一条重要线索是卡文迪许设计的电鳐放电实验，它想求证的是触摸这种鱼后的放电效果与人工放电的效果是否相同。③例如可参见Henry Cavendish， “An Account of Some Attempts to Imitate the Effects of the Torpedo by Electricity”，Philosophical Transactions， Vol. 66， 1776，pp.196—225。关于在电学研究中如何用物理模型在自然和人工现象之间进行协调参见Simon Schaffer，“ Fish and Ships： Models in the Age of Reason”， in Models：The Third Dimension in Science， edited by Nick Hopwood and Soraya de Chadarevian， Stanford： UP， 2004，pp.71—105。

二

库仑，这位法国工程师，对于这些令人费解的实验感到迷惑，他对类似的动物电学和动物磁学研究发起了挑战。当库仑回到法国时，他深信自己可以为电学研究中的混乱现状带来秩序。在这位26岁的军队工程师的早年职业生涯中，他被派往法属马提尼克岛修建一座新的军事堡垒。回到巴黎后又担任了法国政府委派的重要工作。无论在马提尼克岛还是在国内，如何对工作有效地进行组织始终是他的重点关注之一。在杜尔哥（Turgot）政府主政期间，他参与了不少项目。在工作中，他结识了拉瓦锡，后者当时正在一个农场埋头于一项同样重要的研究。在18世纪80年代的9年时间中，拉瓦锡致力于对食物的收成进行量化评估。吉利斯比（Charles C.Gillispie）的研究表明，拉瓦锡用这些经验数据最终写成了一篇关于农业研究的奠基性的论文。文中的分析方法很大程度上采纳了奎奈（François Quesnay）倡导的经济理性的风格。拉瓦锡在某个政府委员会中和重农主义者杜邦（Pierre Samuel du Pont）一起工作，为的是通过精确的测量来确定从农业产量中可以获得的最大利润。在这样的工作环境中，库仑和拉瓦锡、杜邦、奎奈等学者得以充分交流各自的理性方法。①例如， 可参见 Charles C. Gillispie， Science and Polity in France： The End of the Old Regime， Princeton， NJ：Princeton University Press， 1980；C. Stewart Gillmor， Coulomb and the Evolution of Physics and Engineering in Eighteenth-Century France，Princeton， NJ： Princeton University Press， 1972；Christian Licoppe， “Coulomb et la ‘physique experimentale’： Pratique instrumentale et organisation narrative de la preuve”， in Blondel and D觟rries， Restaging Coulomb， 1994， pp.67—83； H. Otto Sibum， “Charles Augustin Coulomb. Einfache Maschinen in Theorie und Praxis”， in Die großen Physiker， Vol.1， edited by Karl von Meyenn， M俟nchen： Beck， 1997， S. 1—262。

18世纪70年代末，库仑到达了他工程师生涯的顶峰。作为一名工程师，他的意见在国内举足轻重。在科学方面，他继续进行着在马提尼克岛的研究计划。1777年，他参与竞标了法国科学院为了改进船舶指南针的一个项目。出于一名工程师通常所具有的工作态度，库仑首先确定了：磁针不能精确转向，是由于支点上的机械摩擦力所导致的。产生摩擦力，意味着力的损失；因此，新的机械装置应该能测量到哪怕最小的做功而导致的磁针转动。为了达到这个目的，他改变了磁针的设计，磁针用一根细金属丝悬挂。这之前，库仑曾进行过关于金属弹性的研究，由此他建立了扭力定律，即在一定误差范围内，线的扭转角度和施加的机械力之间具有某种比例关系。②C. A. Coulomb， “Recherchestheoretiques et experimentales sur la force de torsion， et sur l’ectricite des fils de metal” （1784）， Memoires de l’Academie des Sciences， Paris， 1787， pp.229—268.

这一测量技术的形成，为库仑在不同领域中开展新的研究提供了基础。让·多米尼克·卡西尼（Jean Dominique Cassini）很快发现了这一方法，并邀请库仑加入巴黎天文台的磁力研究项目。在那里，库仑又用新的扭力原理富有实效地改进了实验方法。随后，电力和磁力现象吸引了库仑的注意力，因为他感到这为展现启蒙科学的力量提供了足够宽广的空间。如前所述，库仑面对的是研究领域中一种令人灰心丧气的氛围，事实和虚构之间没有明确的界线。他想的是提出一种测量技术，可以对电力进行清晰的定性和定量的测定。基于他长期以来在扭曲金属丝扭力的量化测定方面的经验，他最终提出了打造一台电力扭秤的计划。①C. A. Coulomb， “Premier memoire sur l’electricite et le magnetisme” （1785）， Memoires de l’Academie des Sciences， Paris： 1788，pp.569—577； “Second memoire sur l’electricite et le magnetisme” （1785）， Memoires de l’Academie des Sciences， Paris， 1788， pp.578—611.

这一装置如何工作呢？在一个玻璃的圆柱体中，一根针被悬空挂在丝线上。针的一头装有一个小通草球。小球可以在水平面上按两个方向运动。现在，把通草球和第二个带电的小球接触。一开始悬挂着的球被吸住，过了几秒后电荷分布到了两个小球上，它们又相互排斥了。通过阅读安装在玻璃圆柱体表面的刻度尺，可以测量排斥产生的距离。在这个装置的顶部有一个螺丝，通过旋动螺丝可以扭曲丝线，使得两个小球之间的夹角减小为原来的一半。同时在秤的顶部可以读到为扭曲丝线所施加的机械力值。在第二轮实验中，可以又一次缩小夹角，再次读取扭曲丝线的机械力数

值。当库仑使小球带电后，两个小球的平衡位置形成的夹角是36°。现在他通过拧紧螺丝来扭曲丝线，当达到的新平衡位置是原先距离的一半，即夹角为18°时，停止扭曲丝线。这时他拧紧螺丝转动的角度是126°，而总共的扭曲角度是126°加上原来扭力角度36°的一半，也就是说一共扭动的值是144°。144°正好是原先扭力夹角的4倍。因此，他推算出：静电力的改变基于距离平方的反比。

库仑仅仅发布了三组实验结果，其中只有两组给出了精确值。但对他来说，这些结果已经可以为论证下述事实提供令人满意的证据了，即电力的作用原理和牛顿的万有引力作用相同。于是，这些结果很快就作为经验证据被库仑和他的实验伙伴们接受。它证明了牛顿的力学原理甚至对于其他形式的力同样适用，如电力或磁力。

但是，就如前文提到的，重复这个实验，比如再造一台扭秤并用它来进行测量，却导致了令人吃惊的结果。在实验中，实验者所用的带电体和悬针针尖上的通草球之间的电相互作用引起了人们的注意。因为它成了一种妨碍有效测量的环境因素，而在库仑发布的说明中根本没有提到这一点。但无疑他必定会碰到这个问题。因此，在用一台扭秤的复制品重新进行实验的尝试中，科学家用一个法拉第笼罩在了扭秤上，在装置和实验者之间实施了屏蔽。但是这项技术在1840年法拉第发明它之前是不为人所知的。只有在这个改进的装置上进行的测量，才为平方反比律提供了证据。因此，我们有理由质问，库仑到底能不能获得他所发布的那些实验数据？他到底采用了怎样的策略来克服这个问题。这些都不得而知。①参见Restaging Coulomb， pp.47—66， p.55。他究竟是如何做的，为什么他和他的同事把这些成问题的实验结果当成了证明一条自然科学定律的充足证据？对此我们只能通过下文进一步的历史考察来回答。

1781年时库仑已经成了法兰西科学院的成员，他主要交往的科学家有他以前的老师、工程师查尔斯·博萨特（Charles Bossut）、数学物理学家拉普拉斯，化学家拉瓦锡和孔多塞，以及孔狄亚克。拉普拉斯和拉格朗日代表了以数学为志趣的一群学者，他们把牛顿的《自然哲学的数学原理》一书中的数学部分作为他们理论工作的范本。通过强调数学，他们想把牛顿的生机论的自然神学从新的启蒙精确科学中排斥出去。拉普拉斯的设想是：最好是把起不到什么作用的以太猜想去掉，因为为了说明后者还要假设存在不同的液质（fluida）。诸如电力、磁力和热等所有自然力，都和牛顿重力的作用机制一样，是超距作用。拉普拉斯的权威对库仑的影响程度之深，就如同库仑也使普拉斯深信库仑将是把牛顿的力学方案应用到电力中的那个人一样坚定。在这两个社会群体之间，扭秤起到的正是这样一个传导工具的作用。

但是，通过精确测量来说明，甚至证明自然定律，这在18世纪的学者中并不是一项共识，相反是一个充满争议的问题。就像简·戈林斯基（Jan Golinski）在他的化学史研究中提到的，对于法国研究者用实验来反驳普利斯特利的燃素学说的做法，英国学者并不接受，因为这对他们来说是一种新的、未被认可的学术交流的方式。为什么在尚存争议的背景下，就断定精确测量比那些定性的实验更有说服力？在另一方面，拉瓦锡在巴黎进行了卡路里计的公众演示实验，为的是介绍这种新的获取科学证据的方法。在公众面前，拉普拉斯、拉瓦锡和库仑想要表明的是：他们的科学研究是建立在精确测量基础上的。对拉瓦锡和拉普拉斯来说，精确测量具有一种更加普遍的意义，因为它甚至可以是一种基础性的培育启蒙思想的手段。正是拉普拉斯在法国大革命中还坚持讲授统计学课程，因为统计中的计算思想被其誉为对抗非理性的武器。②Jan Golinski， “ ‘The Nicety of Experiment’： Precision of Measurement and Precision of Reasoning in Late Eighteenth-Century Chemistry”， in The Values of Precision， edited by M. Norton Wise，Princeton， NJ： Princeton University Press， 1995， pp.72—91.

关于库仑实验历史背景的介绍在此就不再展开了，其中对如何理解库仑的研究有关键作用的是如下两点。

为了确保新的精确实验技术的灵敏度，需要建立起一种追求精确的态度。例如，通常的做法是在设计好的环境中进行实验。这些实际操作中的措施，必然地导致了一种区分，即在不受干扰的环境中进行的实验和在公开场合进行的实验。伴随着这种实验操作中的改变而发生变化的，是学者之间进行沟通交流的方式。所谓的实验现象不仅指那些在公开场合可以进行演示的东西，现在还包括在学者中宣读实验报告，即那些在不受干扰条件下进行的实验的报告，以及那些为证明实验者的观点而经过特别设计的演示性实验。

在这个精确科学成型的时代中，可以发现不少关于在不受干扰环境下进行实验的极端主张，往往被法国人称为“一丝不苟的精确性（exactitude scrupuleuse）”。这种关于精确性的修辞通常并不具有坚实的基础，但对于并没有直接参与实验的学者来说却很难对此提出质疑，因为他们对坚持精确性的学者是信任的。但另一方面，从拉瓦锡和拉普拉斯的私人通信中可以获悉，他们对于经验数据不能匹配理论演算值的情况并不十分担心。他们很清楚“真正的科学并不需要那几栏数据”这句话到底意味着什么。①霍姆思（F. L. Holmes）已表明，拉瓦锡的实验除了能作公众演示外，在精确度上并不可靠。参见Frederic L. Holmes， Lavoisier and the Chemistry of Life： An Exploration of Scientific Creativity， Madison： University of Wisconsin Press， 1985。对于其论文中的数据在小数点上的精确度的批评见Jan Golinski， Science as Public Culture. Chemistry and Enlightenment in Britain， 1760 —1820， Cambridge： CUP， 1992， p.144。实验者们完全知道在数学的简明性和实际测量中产生的误差之间存在张力，如怀斯（Norton Wise）所解释的，拉普拉斯总是选择用重力法则作为自然定律最简明的表达，但他也清楚在实验中要精确证明它所存在的困难。“尽管如此，他还是坚持自己的确信，即强调自然的结构是数学的和简明的，力和距离之间的比值是2，而不是近似的2.0001。”库仑的工作正是在这样一个精确科学成型的背景中展开的。他所发布的那些少得可怜的量化结果已经足以证明平方反比律了。

三

尽管提供了如此之少且成问题的量化结果，库仑的实验还是在法国学界被承认。对此的理解，还是需要再次回到仪器本身。库仑“扭秤的制作”是一种对无所不在的合理性的具体实现。这种合理性认为，自然和社会中的所有力的动态过程，最终都将导致一个静止的系统平衡态。在这些团体中，扭秤正是作为这种观念的“传导机器” （mediating machine）而出现的。以下，笔者将借助诺顿·怀斯（Norton Wise）在其探索性的《传导：启蒙运动中作为理性主义工具的称量》一文中进行的工作来进行阐述。在怀斯的书中，他不仅提出了“传导机器”这个概念，而且也表明了在法国启蒙运动的理性主义者精英群体中，扭秤所起到的传达和中介性的作用。①参见M. Norton Wise，“Mediations： Enlightenment balancing acts， or the technologies of rationalism”，in World Changes： Thomas Kuhn and the Nature of Science，edited by Paul Horwich， Mass.： MIT Press， 1993， pp.207—256。

根据怀斯的研究，当化学家拉瓦锡和拉普拉斯发明他们称之为热量测量“机器” （不久后被称为卡路里计）的设备时，他们是以某种简单机械模型（秤）为蓝本制造的。卡路里计可以测量冰融化时所消耗的热量值。实际的测量是在一台标准的质量秤上对一定量的水进行称重。它假设水自身中有一种平衡，这是一种“倾向于把构成物质的分子相互分离的热量，与倾向于把分子聚合起来的相互引力之间的平衡”。一块冰的融化，意味着这两种力从一种平衡状态转变到另一种平衡态。在这个意义上，他们的仪器测量的就是膨胀和收缩的力。这对于理解“传导机器”这个概念十分重要。显然，拉瓦锡和拉普拉斯认为，同一个卡路里计中其实还包括了另外一些平衡。作为化学家的拉瓦锡，看到的是同一物质中不同性质的化学组成之间的平衡。拉普拉斯看到的则是各种力之间的平衡，如斥力和引力，这是一种物质的原子之间按照牛顿重力原则产生的超距作用。鉴于理性的机械力学和天体力学之间的相似作用机制，因而产生了一个勉强能算作有效的合作成果—— 卡路里计。这又依赖于建构一个有限的可以共享意义、对象和动机的区域，在其中合作、竞争和交流可以进行。正是在这样一个交集区域中，卡路里计起到了协调拉普拉斯和拉瓦锡各自的核心利益的作用。

除了标准秤和卡路里计之外，拉瓦锡还采用了平衡表作为他惯用的计量方法，以此来记录和证明实验中各种物质间达到的平衡。这张表在整体上是对全部输入和输出关系的平衡，并用了某种标准经济学表格的形式加以呈现。拉瓦锡还用平衡表作为分析经济表现和政府政策的工具，甚至平衡表也是政治经济学思想在现实中的度量衡。但对拉瓦锡赋予平衡表的这些扩展用途的重要性却不宜过高估计。根据怀斯的研究，对拉瓦锡而言，平衡表更像是一种温度计，“如果热量流和货币流之间可以做一个扩展性的类比的话，那么平衡表是一种针对高烧的热度测量计，也就是说高热可以在平衡表的数值上体现出来，平衡表也可以用来反映这种热度。不健康的经济就是一个充斥着过多现金流的经济，即经济过热了。就像热量从过热的部分流向较冷的部分以恢复热平衡一样，货币的流动也是为了达到经济的平衡”②M. Norton Wise，“Mediations： Enlightenment Balancing Acts， or the Technologies of Rationalism”，in World Changes： Thomas Kuhn and the Nature of Science， edited by Paul Horwich， Mass.： MIT Press， 1993，p.222.。

作为测量政治机体的宏观温度计的一个组成部分，拉瓦锡还为许多农业部门建立了平衡表。简而言之，平衡表和热度计之间是相互推动和相互证明的关系。由此，当拉瓦锡与杜邦和农业委员会交流时，可以倚重其在化学研究实践中获得的力量；当讨论化学时，他又可以倚重其经济学研究的实践经验。

除此之外，还可以举出其他许多在实现机理上可以相互印证的平衡秤。但是在回到对静电扭秤的讨论之前，有必要对怀斯发现的另一个平衡工具（代数）稍加评论，以此作为对这类平衡机械的总结。显然，拉瓦锡的化学研究与孔狄拉克的哲学之间存在相互影响。孔狄拉克的代数为拉瓦锡的新型化学分析提供了所需的逻辑。反之，孔狄拉克的代数也并不仅仅是抽象的符号等式的平衡，它也是一种具有发现功能的机械装置。“确切地说，它是心灵的杠杆。”显然，在孔狄拉克对基督教道德的理解中，当人在被欺骗的修辞和武断教条的统治蒙蔽之前，不会怀疑“思想”这个词所指的除了“称量”、“权衡”和“比较”之外，没有别的意思。经过启蒙并获得新生的人，已经在代数中重新发现了这一被遗忘的思想分析技艺，即通过对已知事物的比较和权衡来撬动未知世界的“心灵的杠杆”①M. Norton Wise，“Mediations： Enlightenment Balancing Acts， or the Technologies of Rationalism”， p.228；魪tienne Bonnot de Condillac， La logique， ou les premiers development de l’art de penser （1780）， in Oeuvres de Condillac， Paris， 1798， Vol. 22， p.127.。

怀斯颇有说服力地证明了，在通过制造具有称量功能的技术产品来发现自然和社会秩序这点上，法国启蒙运动的理性主义者精英群体是相互支持的。秤，满足了许多学者的研究兴趣，正是这些法国的数学家和哲学家们提出了分析的方法，后者又成了法国启蒙运动的象征。他们认定，正是通过积累起来的无数实验档案，启蒙社会最终将达成一种永恒的自然秩序。为了理解这个内在的逻辑，有必要先理解这一点，即把时间因素排除出所有形式的计算是完全可能的。代数是唯一真正的语言。孔狄拉克要论证的，是对任何有序系统而言，唯一的关键是把系统描述为一个由不同变量构成并能产生不同计算值的代数方程。从一个未知的测量中得出一些数值，这就意味着解出了这一方程式，也就是理解了这个系统。在孔狄拉克看来，方程式就是支配着不同因素的自然律，解开方程式意味着找到了系统的平衡条

件。

库仑在1785年发布的实验，是对法兰西学派这一数学化方法的证明，一个成功的进一步的论证。对大多数人来说，“扭秤的结构和用途”是孔狄拉克的代数等式在机械力上的表达。库仑所做的就是把电学测量作为一种相互作用力来处理。在扭秤实验中，他用一根扭曲的银丝线来平衡两个带电的通草球之间的斥力。在这个相互作用力的物质系统中，库仑把机械力和电力之间的平衡点作为一个自然的标志，以此用测量可知的机械力的方法来测定仍处于未知状态的电力。扭秤象征了一种自然法则，即在相互作用的机械力和电力之间保持平衡的自然律。通过调节千分尺螺钉，库仑可以根据带电体的电量所产生的作用力调节出多个平衡点。这些被确定下来的数值，就是大自然方程式的答案。库仑几乎排除了时间因素的平衡实验，完美地表达出了法国启蒙运动的理想—— 静止（永恒的机械力的平衡）。①在实际操作中，库仑需要两分钟时间来完成三个测量，在论文中，他甚至描述了如何在实验中避免电量损失，以便在最后的计算中能作出说明。因此，扭秤不仅把工程师的实践能力直接转化成了电学研究的测量设备，更是法国学者们进一步证明如下事实的范例，即对自然中动力的精确测量可以由静态平衡的方式来表征或控制。库仑的扭秤不仅传达出了这种合理性，而且改变了人们对电的看法。电力不再是自然中一个晦暗不明的实体，而是一种半机械力。这使得静电力学成了一门新的学科。库仑发布的实验，尤其是他发明的扭秤，使得对电的理解可以建立在精确测量的基础上，并且把电归入了牛顿力学系统。

四

正如怀斯所表明的，法国自然哲学家经常把他们的分析技巧称为工具。拉瓦锡把平衡表当作一种温度计就是一个典型。令人更为印象深刻的是，拉普拉斯和孔狄拉克等人更是把数学分析本身作为一种揭示和体现自然本身之实在的工具。因此，从法国启蒙运动理性主义者的共同体那里，我们可以学到如何来克服当代的某种思维定势，这种思维阻止我们把扭秤或热量计这样的物质工具，看作一种像平衡表或数学方程式那样的分析技巧。

在此基础上，本文说明了：在18世纪晚期法国的数学家、经济学家、化学家、工程师和政治家的亚文化之间，扭秤起到的是一个传导器的作用。通过发明各种称量技术，法国启蒙运动的理性主义者精英群体的参与者们，在关于自然和社会秩序的观点上是相互支援的。扭秤的发明和使用，加强了不同参与者关于自然和社会秩序的想象—— 现在这种想象被视为达成某种平衡态，或者就是静电力学。

最后，扭秤还在各种认识论层面上传递着把电作为一种实体的观念。库仑的扭秤实验把电具体化为一种理论实体，但就它经常把电的理论意义赋予电本身而言，扭秤也是一种对现实的理想化。①当法国哲学家被要求证明从亚历山德罗·伏特（Alessandro Volta）的电池中产生的力量是电时，这点就变得十分明显。众所周知，1800年伏特在拿破仑和法兰西科学院院士们面前展示了他的发明，但促使法国人相信伏特的电池产生的力量是电力的工具正是库仑的扭秤。当然后者本身并没有就此给出任何暗示。相关论述参见Giuliano Pancaldi， Volta，Science and Culture in the Age of Enlightenment， Princeton， NJ：Princeton University Press， 2003。因此，物理学家拉普拉斯对库仑的扭秤极为欣赏，这特别是出于理论的层面，即测量将经验地证明牛顿重力法则在电这一新的实体上同样有效的普遍性。尽管用现代的标准看，这个证明相当糟糕。在法国理性主义者的精英共同体内，扭秤的传导作用是成功的。这些不同种类的称量实践，为这个新的物理学真理，即关于现实中物质的真理，提供了证据。但是，直到19世纪早期，在法国学者群体之外，几乎没有人把库仑的实验当作这条自然律的证据。公认的事实是，库仑发现的电的平方反比律被认为是一种可能性，但扭秤实验要么被法国之外的研究者们忽略，例如德国、英国或意大利，要么就是被国际公认的学者公开诟病，如瑞士的德鲁克（Jean Andre Deluc）认为平方反比律不过是“由扭秤制造出来的人为规律”，并予以拒绝。他坚持认为，库仑无权断定这些力都是指向互斥球体的中心。如果库仑采用一个恰当的坐标系统作为参照源—— 一个在周围介质中不受干扰的参照点，那么他将发现要想精确证明这条自然律是不可能的。显然，只有在局部的和精心构筑的证据语境下，库仑的扭秤实验似乎才可以作为这一科学事实的毫无争议的经验基础。鉴于此，尽管在相当一段时间内，扭秤被当成了法国启蒙理性的象征，但也仅仅是在法国范围 内。

（责任编辑：韦海波）

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2095-0047（2017）03-0017-13

奥托·斯巴姆（H. Otto Sibum），瑞典乌普萨拉大学科学史所所长、汉斯·劳辛（Hans Rausing）科学史教授。

译者简介：计海庆，上海社会科学院哲学研究所副研究员。