一般来讲，实验者在构建论证体系之时，论证的说服力至少有一部分是来自过去既有成果中所获得的理论和实验知识。[1]那么预设有哪些种类？他们又对实验论证造成哪些影响呢？
虽然这些问题一开始貌似只有哲学意义，但它们的解决方式却会产生直接的史学影响。举例而言，假设史学家采信了这样的观点：实验事实反映的是公开的、一定程度上毫无疑问的经验，那么实验史的范围将十分有限，历史书写的任务也将变成记述实验技术要求、列举实验结果的理论性应用。
与此相反，如果实验结果不具有独立于理论之外的自主性，那么书写出的物理史将是另一种模样。这样的历史阐释将肩负不同的重任：实验的历史将几乎仅仅集中于实验的概念框架中，即对实验自主性范围的评判是与“哪些历史因素需要被纳入到实验考量中”这一决策紧密连结在一起的。
虽然理论和实验的哲学阐释范围较宽，但也并没有必要对观察的哲学或“理论”自“观察”中的分离等相关著述进行过多的回顾。[2]实验者是如何使用（或不使用）理论的？具有这两个方面的宽泛梗概就已足够。对于逻辑实证主义者而言——尤其是鲁道夫·卡尔纳普（Rudolf Carnap）等——实验者无需诉诸理论即可说明现象。当然，从实际角度而言，实验物理学家会使用“铜”这样的简略词来代表一长串的感官数据语句，但这仅仅是出于节约时间、简便易行的考虑。真正粗糙的“观察报告”中没有理论的存在，从卡尔纳普的观点来看就像是这个例子：“现在指针指向5，出现火花，同时发生爆炸，然后出现了臭氧的气味。”[3]
理论与实验的严格分离是卡尔纳普纯粹以逻辑（归纳法或推论法）为基础进行科学重构的基石。观察用语可以转化为不含理论用语的习语，那么它也可以是针对备择假定的一个通用、中立的裁决者。因为记录的原因理论假说也会对选择、阐释和数据成果造成影响，即便是这一点也受到了厌弃。这将累及科学研究经验基础的自主性。从逻辑实证论者的角度来看，当实验者已经充分地整合了相关的报告内容时，决定实验何时终结并不是问题，实验的终结是独立于理论之外的。
卡尔纳普试图通过逐渐积累基本观察报告来证实理论，这一计划被卡尔·波普尔（Karl Popper）否定了。波普尔之所以否定，其中的一个重点就在于，卡尔纳普将观察和理论阐述严格区分开来。波普尔认为，即便是“桌子上有一杯水”这样的简单阐述也是在一系列设置处理的基础上才能够使人了解的。比如，如果温度下降到华氏32度以下，那么液体会结冰；如果水杯受到撞击，那么凝固的冰块将会破碎。虽然波普尔对不成熟的观察报告所处的状态有疑问，但他并没有妨碍到逻辑实证论者的基本信仰——实验毫无疑问的是理论的仲裁者。波普尔曾提出过一个著名的论断：理论可通过“证伪”——即理论在面对实验不一致时的开放程度——来进行评价，从本质上而言，这一评价是基于在面对清晰的实验证明结果时，是否与其他矛盾理论具有匹配性。[4]
非常讽刺的是，那些自认是逻辑经验主义者的哲学家们实际上对实验行为并无兴趣。布雷思韦特（Braithwaite）就是一个例子，他认为应该研究观察的基础——感知心理学，或者观察实验检验与科学定律之间的联系。[5]但是正如我们一直以来所见，实验的内容实际上与“观察”——例如仪表读数的感知——并无关联。实证主义者的言论中真正缺少的是感知与确立的“实际”之间的论证场所。实验室聚集了所有的兴趣点，是实验者集合论证、重组设备、测试仪器、修改说明技巧的地方。
而对于历史文献中理论重视程度的不对称或许正是源于实证主义者的观点。科学理论的构建具有至高的重要性，科学家们寻求的更多是伟大观点的产生，而非实验“事实”的发展。一直以来这一观点较为盛行。成千上万的文章和书籍已然详尽记录了狭义相对论和非相对论量子力学的发展历程，但介绍实验成型阶段演化进程的资料却少之又少。鉴于这一史学上的倾向性，实验的历史性问题很自然就被限定在这两个问题上：“从技术上而言，一项特定的实验何时能具有可行性？”——这一问题的实质往往会沦为对机器何时第一次被使用的历史研究；而另一个问题是“实验结果如何？”这些问题再一次被限定在了理论的发明和试验上。实证主义者相信实验触及了实证工作的本质，但若将重点直接放在以理论为目标的实验上，这一看法的基础就岌岌可危了。
对逻辑经验主义的反驳是不可避免的，其影响力较大且被广泛传播。传统实证主义者坚信观察先于理论。托马斯·库恩在其1962年的作品《科学革命的结构》（The Structure of Scientific Revolutions）中，对实验的通用性裁决能力及其独立于理论外的情况进行了抨击。库恩并不认为观察必须先于理论的建立，正相反，他主张理论应先于观察。库恩认为，科学史已经充分地证实了理论在进行实验、判读数据和定义相关现象时所具有的不可或缺的地位。在天王星这一天体被认作是恒星的时候，库恩在观测中未能发现它的运动。当天文学家对该天体的真正身份产生质疑时，人们才能“见证”它的运动。同样道理，在探讨化学变革时，库恩多次指出了拉瓦锡（Lavoisier）和普利斯特列（Priestley）所发现和未发现的问题，即普利斯特列意识到的是燃素的不足，而拉瓦锡预见到的是氧气。
为了把握预期在观察力构建中的作用，库恩和诺伍德·罗素·汉森（Noruood Russell Hanson）使用了感知心理学的著名结论作为理论与实验间的关系模型。[6]两人均使用了格式塔意象图（Gestalt images），如既可以被视作鸭子也可以被视作兔子的意象。在不同的“理论假说”下，意象中的纹路和曲线将具有完全不同的意义。首先，格式塔比喻法显示，某些线条元素并不是人脑中所想的它在图中的位置，困境在于：你看见的可能是鸭子或兔子，但不能同时看见两者。在库恩的眼中，这并不仅仅是一个比喻，也描绘出了科学的画卷——稳定的理论框架逐渐发生改变，最终完全崩塌。这样的整体更迭式科学实践图景中存在很多问题，具体内容我们将在后文中继续探讨。
库恩援引了另一个心理学实验以详细说明想法的惯性。实验者在实验对象面前快速地展示按顺序排列好的一副扑克牌，牌面为同一花色。若其中混杂了一张不同花色的纸牌，则在对象眼前飞速闪过之后，对象会简单地认为这只是多数正常纸牌中的一张多余的牌，这张牌闪过之后原先的序列将会继续。[7]由此可见，先入为主的预期可能会将实验者对世界的观察局限在已有的经验性现象中。同样，若在基础理论发生改变之前，研究者对一组实验结果进行观察，那么观察到的状态和理论改变后观察到的结果将并不相同。
在这些心理学模型中，库恩着重强调了理论性预期是如何，以及何时深刻地影响了观察结果的确立。然而，虽然他提及了感知心理学实验，但并没有继续深入地了解其影响机制。理论假说到底是如何影响实验的？一些史学家和社会学家已经试图对此做出完整清晰的阐释。在后面几章的内容中，我们将了解到，在物理学科内外的普遍关注点是如何像贴切地定义特定理论预言一样，决定了实验的设计、实施和阐释的方向。通过这些历史性材料，我们将可以得出相应的结论，可以概括出不同级别的理论对结束实验这一决定产生的影响。
某些科学社会学家支持库恩的看法，认为理论（或基于理论的“范例”）远远先于观察。他们还使用社会学的语言对“先验信念”进行了重述：科学上的想法或投入都应该被解释为对先前的社会学“利益”的满足。这一利益大到阶级或宗教利益，小到专业利益。[8]对于狭义的专业利益而言，争论的焦点在于：前沿科学家努力投入数载获得了特定的技能后，对这来之不易的技能的使用前景的利益将促使他们会以此为基准选择接受或拒绝新的科研工作。[9]虽然许多社会学家会拥护这一观点，但巴里·巴恩斯（Barry Barnes）辩称，科学家是通过观察外部自然来获得知识的，这一看法并不正确，知识应该以社会利益来阐释，就如同社会力量设置的“常规性的艺术表现形式”一样确信不疑。[10]
以这一较为激进的立场而言，不仅假说会影响特定时间进行的调查研究——这一观点甚至连最为保守的实证主义科学哲学家也可以接受，在更激进的情况下，利益-理论这一解释还会贬低自然的地位，假设科学家（被兴趣支撑）的假说是取决于可接纳的现象，那么会表现为特定的理论及封闭、自我指涉的相关实验。这样看来，理论观点连同拥护者所认为的相关实验均将从后续的理论与实验的结合中完全分离出来。
同实证主义者形成鲜明对比的是，一些利益理论者采纳了这样的观点：实验测试并不具有在理论间进行裁判的能力。安德鲁·皮克林（Andrew Pickering）所著的关于当代物理学史的作品令人印象深刻，他的理论也被吸收到了本书的第4章中，在这个问题上他的立场尤为鲜明：“科学团体常常会拒绝与团队理念相矛盾的数据，可是与此相反，对待与理念相符的现象时他们会调整实验技术和方法，以便与其保持协调。”[11]这样的阐述显然是与实证主义者的想法大相径庭：卡尔纳普认为观察是完全独立的，而皮克林则认为它完全不具有独立性。
援引皮克林的话来说，“科学家们只重视他们可以理解的那部分世界，这并没有问题，为了这个世界他们奉献出文化资源，但他们唯一无法胜任的就是（让高能物理学家）无论何时均无法以易于理解的形式来描述事实”。由此来看，现象的自由选择和解读具有相当重要的意义：
所以任何人在尝试构建对世界的看法时，都没有重视20世纪科学内容的义务。在20世纪70年代末，粒子物理学家们乐于摒弃大多数的现象世界和解释架构，而这些被摒弃的也正是他们在前一个10年间自己建设起来的。一个局外人是无需对当下的高能物理学（HEP）世界观具有什么敬意的。[12]
皮克林还辩称，若确保实验具有理论符合性，则不同的体系间确实没有一个共同的衡量标准。
这一看法中存在着三个方面的问题：
其一，在实验论证中追寻颠扑不破的内涵，发现实验无法获得逻辑性结论时就将实验者的信念完全归因于“利益”，这样是有失公允的。但是谁又能想到实验同数学运算如此相像？纵然实验者对自己想法的信任并不是基于数学论证的形式，但在笔者看来，了解实验者是如何进行推论、建立和自主测试，进而将具有说服力的证据整合起来的，这一点所具的意义更深。
其二，利益-理论归因方式夸大了理论的灵活性。由此，“理论脱离实验即无效”并非造成各种针对粒于物理学可行阐释无法共存的唯一原因，数学和物理学上的限制条件并不能被轻易忽视。在利益理论家眼中，理论仅仅是一个模具，凭借其将黏土一样的现象世界锻造成既定的模样。我们赞美锻造者与被锻造者之间的严丝合缝，在他们看来这并不足为奇。[13]在格式塔图景中，当实验结果与理论模型假设相契合时，实验宣告结束；在社会建构图景中，当实验结果与处于优势地位的理论家利益相一致时，实验宣告结束。
最后一方面的问题与第二点紧密相关。利益理论者对实验技巧与技术对实验结论的约束关注不够。其不会因为新理论的出现而突然完全改变。在这方面，理论优位者同逻辑实证主义者一样，相对于实验操作过程本身而言，他们对理论家对实验的应用兴趣更浓。在大卫·布鲁尔（David Bloor）所著的《知识与社会意象》（Knowledge and Social Imagery）一书末尾，作者将社会学家（受到作者支持）与波普尔派哲学家（受到作者反对）的缺点进行了对比，得出的结论是：这两个群体都是理论相对论者，对技术力量、实用性和手工艺的地位都进行了弱化。引用作者的原话即：
知识在社会学家的眼中是可推测的理论，任何东西都不是绝对的或不可更改的。因此，所有的知识都和思想者创造它时的具体情况有关，包括他们可能怀有的观点和猜想、困扰他们的难题、周围环境中假定与考证间的相互作用、创造知识的目标与用途，以及他们具有的经验，采用的标准和含义。[14]
笔者并不同意布鲁尔做出的“知识是相对的”这一结论。当然它具有一定的正确性，就如同前文引用的迪昂的话中提到“实验中的矛盾现象并无将物理假设转为无可辩驳的真理这样的能力”。而且我们可以发现，即便是实体间的基本区分偶尔也会取决于工作的概念框架。普利斯特列和拉瓦锡的化学研究工作即是如此。在历史上，阐释性框架、测量方法和实验设计均会出现、也确实出现了改变。但这并不能说明实验的重要性是如此“狭隘”，以至于仅仅可以通过一个或多个支持性理论来进行衡量。理论家和实验家都已经打破了各自的传统，但两者仍未能保持典型的同步性。
在20世纪物理学的多个分支中，实验家与理论家的分立现象在学科的知识、社会和教育结构中均是重要部分。在20世纪的前20年，从根本上讲物理学还是一门实验科学，集中于理论研究的科学家少之又少，主要是欧洲的一些物理学家。后文中也将提到，即便是爱因斯坦也进行过实验活动。在战争的间隙中，理论物理学的分支渐渐出现，集中点主要是对量子物理学相关问题的研究。直到“二战”之后，理论物理学家的数量才与实验家的数量渐渐持平。尽管如此，我们对近代物理学史的了解主要还是通过理论的眼睛和理论家的回忆录。物理学领域内发展出了两个文化群落，但这并不代表它们互相之间毫无往来，事实上两者会共享体系、经费和世界观。但是，这的确说明了捕捉到浅显易见兴趣点的实验生活值得讲述，而关于实验者确信中微子、正电子和中性流存在的一切却并非如此。
为了捕捉这些想法，有必要避开两个观点的误区，即欲将观察或理论“置于首位”。无论是认为观察先于理论，还是认为理论先于观察，这两种观点都仅仅是对实验特征的片面理解。若认为理论先于观察，则许多理论性和实验性假说被纳入实验是不言自明的。这些投身实验室的假说被用于科学“真相”的建立。这些先验知识是由实验工作的测量、阐释和构建阶段生产出来，后文中也将加以详细讨论。此外，这些“颠覆”了实验过程完全自主性的理论假说并不仅仅是“偏见”，同其他方面较为清晰的自然观间具有抵触性。如果没有假说的存在，实验无法开始，更无法结束。
从某种意义上来说，实验是现象空间中设立的精密过滤器。通过实验的构建具化了实验者头脑中的知识，如老生常谈的现象规律、由经验中吸取的材料工艺知识，以及群体为了判断物理规律的合理性而援引的形而上学原则。但这并不代表实验仅拘泥于先前的投入。实验者不会因循守旧，对理论家们亦步亦趋，他们的实验常常会涵盖特定的多个甚至成组的理论。理论性和实验性的改变一般不会同时出现。当理论家摒弃传统时，不一定会引起实验物理学主题、方法、步骤和仪表的混乱，特别是在近代物理学中，当理论家与实验家是两个独立的群体时，认为它们会同时改变研究方向这一看法就越来越不合适了。
因此，理论上出现了概念性改变后实验上也会出现改变，这一主张很难成立。巴恩斯所理解的库恩理论是：
在真实的历史情况中，新的理论框架出现时，整个概念结构将会出现相应的改变。论述与活动的二选一框架不得不经受评估。两者的整体模式将被重构。[15]
在史学条件下，虽然在物理学发展过程中并没有做出明确假设，但对抽象性较强的理论领域的恰当划分并不一定是对实验的恰当划分。因此，某些实验值得加以详尽探讨，以了解其理论假说和技术连续性。
注释
[1] 大量的历史学家和社会科学家已经对假说在20世纪物理学中所起的作用进行了探讨。特别是杰拉尔德·霍尔顿著有大量关于此话题的文章，参见“Kepler's Universe”（1956年首次出版，1973年作为Thematic Origins的第2章重印）and“Hypothesen，”in Eranos Jahrbuch 31（1963）：351-425.其他关于假说的作品将会在后续章节中提及，典型案例参见Holton，“Millikan，”in Scientific Imagination（1978）；Stuewer.“Controversy，”in Experiment（1985）；Wheaton.Tiger（1983）；Trenn，Self-Splitting（1977）；Franklin.“Millikan's Data，”Hist.Stud.Phys.Sci.11（1981）；185-201；Pickering“Monopole，”Soc.Stud.Sci.11（1981）：63-93；Pickering，“Quark，”Isis 72（1981）：216-236；Pickering，“Against Phenomena First，”Stud.Hist.Philos.Sci.15（1984）：85-117；Collins，“Tacit knowledge，”Sci.Stud.4（1974）：165-186；Collins，“Replication，”Sociology 9（1975）：205-224；Collins.“Destruction，”Soc.Stud.Sci.11（1981）：33-62.为了得出扼要的评论和文献，历史学和社会学试图把许多科学领域的科学结果与科学利益相连接，参见Shapin，“Sociological Reconstructions，”Hist.Sci.20（1982）：157-211.
[2] 针对区分“理论的”和“观察的”的术语引发的问题进行的清晰争论，参见Achinstein，Science（1968）.
[3] Carnap，“Protocol，”in Logical Positivism（1981），153.
[4] Popper，Logic（1968），e.g.，chap.5 and 424ft.
[5] 即使他们不同意他们中存在的其他观点，却没有任何经验主义者，尤其是亨普尔、布雷思韦特、内格尔、波普尔，注意真实的实验情况。沉默的背后是假定，当观察（他们常常提及的观察，频率比实验多）成为科学的基础时，对被观察物体的评估往往是相对没有问题的。所以，在他们为面对的理论提供不容置疑的“事实”时，便有了实验的兴趣。在这种情况下，布雷思韦特反驳卡尔纳普的还原论与波普尔不谋而合。布雷思韦特想要避免自己对将实验数据简化为“直接经验”的可能性负责，但他却不想挑战逻辑实证主义者的实验结果即明显“事实”的观点。因此，布雷思韦特在《诠释》（Explanation，1953）第4期中写到：“我们现在关心的是科学定律的属性，以及科学定律与观察到的事实之间的关系。观察到的事实通常是关于实物的行为的事实——物体运动，是测量仪器指针所指的范围标记，是原子弹爆炸；亦是我们对事实之间的关系的兴趣，是被科学定律约束的事实。”
[6] 库恩认为：“科学家在使用熟知的仪器在曾经观察过的地方进行观察时，他们会发现新的、不同的事物……这是科学家的世界转变的最基本原理，使用视觉格式塔进行类似展示可以引发兴趣。在进化之前，科学家的世界是微不足道的。”参见Kuhn，Structure（1970），111.亦可参见Kuhn，Structure（1970），62-65 and 110-115，and Hanson，Patterns（1958），chaps.2 and 3.
[7] Kuhn，Structure（1970），62-63.
[8] 关于“利益”的不同感知，参见Shapin，“Sociological Reconstructions，”Hist.Sci.20（1982）：157-211，159-164。对“利益”思想的严谨评价参见Woolgar，“Interest，”Soc.Stud.Sci.11（1981）：365-394.
[9] Shapin，“Sociological Reconstructions，”Hist.Sci.20（1982）：164-175.
[10] Barnes，Interests（1977），2.
[11] Pickering，“Hunting，”Isis 72（1981）：236.
[12] Pickering，Constructing Quarks（1984），413.
[13] Pickering，Constructing Quaxks（1984），410.
[14] Bloor，Knowledge（1976），142-143.
[15] Barnes，T.S.Kuhn（1982），67.