物理学中的实验不仅仅是现象的观察；此外，它是这个现象的理论诠释

物理学理论的目的是实验定律的描述。词汇“真理”和“确定性”只是相对于这样的理论才有唯一的含义；它们表达理论的结论和观察确立的法则之间的符合。因此，如果我们不分析实验家陈述的定律的精密本性，如果我们不恰当地注意它们能够产生什么种类的确定性，我们便无法把我们对物理学理论的批判性审查推进一步。而且，物理学定律只是已经完成的或将可能进行的无数实验的概要。因而，我们自然而然地被导致提出问题：物理学中的实验确切地讲是什么？

这个问题无疑将使不止一个读者惊讶不已。有任何需要提出它吗？答案不是自明的吗？对于任何人来说，“做物理学实验”意味着比在可以借助合适的仪器精密而细微地观察的条件下产生物理现象更多的东西吗？

请走进这个实验室吧；接近这张堆满如此之多器械的桌子：电池组、用丝包裹的铜导线、充满水银的容器、线圈、带有镜子的小铁杆。观察者把带有用橡胶制作的棒的金属柄插入小洞；铁杆摆动，并借助与它连在一起的镜子把一束光发送到赛璐珞标尺，观察者追踪光束在它上面的运动。无疑地，在这里你有一个实验；借助这个光斑的振动，这位物理学家精细地观察铁杆的摆动。现在问他，他正在干什么。他将回答：“我正在研究带有这面镜子的铁杆的振动”吗？不，他将告诉你，他正在测量线圈的电阻。如果你感到惊讶并问他，这些话具有什么意义，它们与他知觉的和你同时知觉的现象有什么关系，他将答复说，你的问题也许需要十分冗长的说明，他将建议你修一门电的课程。

情况确实是这样：你看到所做的实验像物理学中的任何实验一样，都包含两个部分。首先，它在于某些事实的观察；为了进行这种观察，你只要使你的感官充分注意和警觉就足够了。了解物理学是不必要的；实验室主任可能在这种观察事务上不如助手技艺娴熟。其次，它在于被观察的事实的诠释；为了进行诠释，仅有警觉的注意和实践的眼光是不够的；必须知道所接受的理论，必须了解如何应用它们，一句话，必须是一位物理学家。任何一个人，如果他看得清楚，都能够追踪光斑在透明标尺上的运动，看见它向右移动还是向左移动，或者停在如此这样一个点；为此，他的确不必是一位优秀的办事员。但是，如果他不通晓电动力学，那么他将无法完成这项实验，他将不能测量线圈的电阻。

让我们举另一个例子。勒尼奥（Regnault）正在研究气体的可压缩性；他取来一定量的气体，把它封入玻璃管内，使温度保持不变，测量气体经受的压力和它占有的体积。

在这里，一般将认为，你对某些现象和某些事实有细微而精密的观察。肯定地，在勒尼奥的手中和眼下，在他的助手的手中和眼下，产生了具体的事实；勒尼奥报告他对物理学进展的预期的贡献是这些事实的记录吗？非也。在观测装置中，勒尼奥看到，某个水银面的图像变得和某条线一样高；他在他的实验报告中记录的是这些东西吗？否，他记录气体占据的体积具有如此这般的值。助手升高和降低高差计的透镜，直到水银的另一高度的图像变得与透镜的十字线一样高；他接着观察刻度尺和高差计游标上的某些线的配置；在勒尼奥的专题论文中我们找到的是这些东西吗？不，我们在那里读到的是，气体经受的压力具有如此这般的值。另一位助手看到，高差计的流体在两个线标志之间摆动；他报告的是这些东西吗？没有，所记录的是，气体的温度在如此这般的程度之间变化。

现在，气体占据的体积是多少，它经受的压力的值是多少，它所处的温度是多少？它们是三个具体的客体吗？绝不是，它们是三个抽象的符号，只有物理学理论才能把这些符号与实际观察到的事实关联起来。

为了形成这些抽象中的第一个即封闭的气体体积之值，并使它与观察到的事实即水银变得与某一线标志一样高相对应，就必须分度玻璃管，也就是说，不仅要诉诸算术和几何学的抽象观念以及它们依赖的抽象原理，而且也要诉诸质量的抽象观念以及普通力学和天体力学的假设，由于它们证明使用比较质量的天平是合理的；还必须知道在进行分度时水银在该温度的比重，尽管它在0°时的比重是已知的，但是在不求助于流体静力学的情况下分度还是无法进行；要知道水银的膨胀定律，这是借助器械决定的，而在器械中则使用了透镜，接受了某些光学定律；结果，物理学许多合适的章节的知识必然先于抽象观念的形成即某种气体占据的体积的形成。

与最深刻的物理学理论非常密切地联系在一起的更复杂的东西，是另一个抽象观念即气体经受的压力值的产生。为了定义和测量它，必须利用压力和内聚力的观念，这些观念是如此微妙和如此难以获得；就气压计水准仪而言，必须请求拉普拉斯公式的帮助，这个公式是从流体静力学定律引出的；必须引入水银的压缩性定律，它的决定与弹性理论的最棘手的和有争议的问题有关。

于是，当勒尼奥做实验时，在他眼前他有事实，他观察现象，但是他就这个实验传达给我们的不是观察到的事实的叙述；他给予我们的是抽象的符号，被接受的理论容许他用这些符号代替他收集到的具体证据。

勒尼奥已做的事情是每一位实验物理学家必然做的事情；这就是我们能够陈述下面的原则——其结果将在本书的余下部分展开——的理由：

物理学中的实验是对现象的精确观察，同时伴随对这些现象的诠释；这种诠释借助观察者认可的理论，用与数据对应的抽象的和符号的描述，代替观察实际收集的具体数据。