德麦国际专著第376卷 · 王德生 著

第2章 物体、物质、物理:三个层级如何同生

2.1 一根铁棒里的三个问题

设想一家小型工坊要用一根铁棒制作支架。工人首先需要找到它:不是旁边较短的那根,也不是已经弯曲的那根。随后要判断它属于哪类材料,适不适合承受计划中的作用。最后还要确定,设计所使用的尺寸、承载要求与检验办法,能否被另一位操作者或另一家工坊可靠地接续。

这三个问题彼此相连,却不相同。“是哪一根”涉及物体的个体成位;“是什么材料”涉及可重复辨认的类型;“按什么关系可以共同计算与检验”涉及物理规定的公共成立。如果把三个问题都缩成“这根棒本来有什么属性”,实际工作的差别就被一个过于宽大的句子遮住了。

《属性纠缠论》第25章以“这一个”“这一类”“谁来都一样”分别展开物体、物质与物理。[1]这是一种发生学解码,而不是把三个词在所有语境中的用法规定完毕。本书继承这一区分,并进一步研究:个体、类型与公共规律怎样在物理创造中互相规定,怎样因其中一层的变化而共同重组。

尤其不能把它们写成三道单向工序:先制造物体,再归类物质,最后发现规律。我们选择什么样的棒作为一个实验样本,往往已经受到材料分类和实验规则的影响;新规则形成以后,又可能要求重新切分样本,甚至重新界定材料类型。一个看似稳固的“这一个”,也有来自“这一类”与公共操作的支持。

2.2 成位:边界不是简单画一条线

工人用粉笔在棒上作出记号,并不能因此把记号两侧变成两个完全独立的力学物体。若尚未切断,两侧仍可能共同承受作用;若已经切断,先前整体的受力关系就需要重新说明。可见,命名边界、视觉边界与操作边界不必重合。

本书把“成位”理解为一个研究任务:在某种发生系统内,哪些差异被组织成可以指认、操控和承接的个体。它不是在世界中随意圈一块区域,也不意味着每个个体都必须具有刚硬的外壳。一个可研究的振动模式没有石头式边缘,却可以在相应的制备、激发与辨认中取得身份。不同成位方式应当分别研究,而不是让日常固体替所有物理存在规定资格。

即使研究铁棒,个体性也不只是由外观保证。两根形状相同的棒可以在记录中被混淆,运输中的标记可以脱落,切取试样后也可能失去与原材料批次的联系。因此,编号、取样、操作顺序与记录连续性具有实际作用。但这些程序不能代替物理检验:编号相同不保证材料未被换掉,标签完好也不保证内部状态不变。

由此可以区分两种失败。第一种是物体发生了变化,记录仍把它当作原来那个;第二种是物体所需的同一性关系仍可保持,记录却把它错误地拆散。发生学既要追踪边界的形成,也要追踪边界何时失去作用。这样,“物体是发生的”才不只是赞美变化的口号,而具有可落实的判断。

2.3 物质:类型为何不能只由外观决定

工坊中的“铁”“钢”“合适的支架材料”,不是完全相同的分类。前两种名称指向材料规定,后一种还包含用途与性能条件。即使一批棒具有相近外形和颜色,能否在同一设计中互换,仍需要相应证据。这里不必先进入复杂材料学,便能看出类型成立的核心:它要求某些差异可以重复识别,并在所声明的条件下支持替换。

“这一类”因此不是把许多“这一个”堆在一起。归类需要规定哪些差异重要,哪些差异在当前问题中可以保留为个体变化。若研究对象是表面磨损,表面处理可能非常重要;若研究另一个经论证可以忽略表面差异的问题,同样差异就可能退出必要说明。类型并不因此变成随意命名,因为替换之后是否仍能完成承诺,会反过来限制分类。

我们可以提出一个具体的思想检验。假设两批材料被归入同一工程类型,理由是它们在既定装置中表现出相近的弹性响应。当试验温度或加载路径改变,两批材料出现系统性差别时,研究可以有几条路线:缩小原分类的适用范围,增加状态说明,或者建立更细的类型。哪条路线合适,要由用途、差异与证据共同决定。

这段分析是本书对底本“可复现的纠缠质地”的展开,不是宣称现实材料已经被某个具体实验判为同类或异类。它的要点在于:类型有形成史,也有可承担后果的运行范围。物质规定的创造,有时就表现为将过去混在一起的响应分开,或者将过去看作不同材料的显露纳入一个更强的共同结构。

因此,材料的发生史不能简化成“先有很多东西,后来人给它们分类”。新的制备、加工和检验可以改变材料本身的可发生方式;新的数学描述又能改变哪些特征被组织成一种可重复的质地。分类、制作与解释在这里相互进入,而不是站在三条永不相交的线上。

2.4 物理:“谁来都一样”不是人人写同一个数

底本用“谁来都一样”概括公共规定性,容易让读者误以为客观性要求任何人、任何仪器、任何参考下都写出完全相同的数字。第379卷已经明确指出,经典物理也允许不同坐标描述具有不同数值;重要的是差异能否经有约束的关系相互转换。[2,第6—7章]

例如,两个人采用不同长度单位,报告的数字可以不同,而所报告的长度并不因此矛盾。更复杂的情况不是单位变换,而是测量对象或操作规定不同。棒在某种状态下的端点距离,与包含夹持部分的装配长度,可能本来就不是同一个被测量。把它们强行要求为同数,得到的不是更严格的科学,而是对问题的混淆。

本书据此把公共性解释为一种有条件的可接续:更换承担操作的人,保留或者明确转换必要条件,新的结果仍能进入同一套检验关系。人可以互换,承担的操作责任不能凭空消失;装置可以改进,新装置与旧结果之间的联系也不能靠声称“更先进”来保证。

这个意义上的公共性不是削弱主体,而是重新组织主体差异。某些私人偏好可以被排除,因为没有进入所研究的作用通道;某些选择必须被保留,因为它们规定了测什么、怎样测、怎样解释。把二者统称“主观因素”一并驱逐,与把所有个人感受一并放进物理方程,都是过于粗糙的处理。

新物理世界之所以能够成为公共世界,正需要这种精细的分辨。它既不能由单个人的赞同决定,也不能靠宣告所有人都应当同意而成立。它要使他人的不同操作有机会发现错误,并让这些错误能够返回修改原来的规定。

2.5 从手感到刻度:四种操作怎样改变显露

《属性纠缠论》提出放大、过滤、固化与符号压缩四种操作。[1,第25章]它们为研究科学对象怎样获得可承接性提供了一条线索。本书不把四者规定为所有实验必须依次经过的固定阶段,而将其看作常会相互配合的构成工作。

放大,是使原本难以辨认的差别能够进入观察或操作范围。过滤,是使某些差异退出当前记录,让所研究的关系获得较清楚的显露。固化,是把可以重复实施的安排稳定下来。符号压缩,则把已经形成的关系转成便于计算、传递与重新操作的表达。每一种工作都可能增加能力,也可能留下新的限制。

在铁棒思想案例中,一个极小的位移可以经装置成为较大的指示变化;读数程序可能排除明显不属于目标的摆动;支撑与加载步骤可以被固定;最后,一组响应被写成表格或函数。此时出现的数值并不是离开所有操作后剩下的神秘本质,而是受控关系中的显露。不过,这也不意味着数值只反映装置,与材料无关。材料若不按所预期的方式响应,整个安排就必须承担失败。

更重要的是,四种操作会互相限制。过度过滤可能删去真正重要的变化;过度放大也可能把装置噪声推到前台;固化了错误步骤会稳定地生产偏差;符号压缩若丢掉适用范围,公式传播越广,误用也可能越广。因此,一项成熟的物理规定应当保存重新展开压缩的路径,让后来的研究者知道简洁表达依赖什么。

我们可以把这种保存称为“可恢复的简洁”。它不同于把全部现场永远写进每一次计算,也不同于用一句“条件相同”掩盖所有差异。科学的力量不是拒绝省略,而是使省略具有可说明、可检查、可在必要时撤回的根据。

2.6 单位、数值与常量:三件不能混成一件的事

国际单位制把量的数值与单位区分开来,并通过规定基本常数的固定数值建立单位体系。[11]这个具体的计量学安排提醒我们:一个数字的精确性,必须先问它属于哪一层。单位定义中的精确数值、某项测量的估计结果、一个模型在特定条件下采用的参数,并不是同一种“常数”。

若约定用不同单位表示同一长度,数值会变,但不能据此断言长度发生了新的物理变化。若单位定义已经固定,具体实现仍可能具有测量不确定度,也不能因此说定义失败。若模型参数随状态变化,首先应当检查参数的意义和适用域,而不是立刻宣告所有物理常数都不成立。

这一区分尤其重要,因为研究对话曾把多个领域的参数漂移、量子不确定性与相对论读数差别统一放在“不收敛”标题下。[7,第30—42页]它提供了寻找共同构成问题的启发,但这些现象在数学上并不是同一个命题。本书保留其问题意识,不将尚未区分的“常数难题”直接写成通用定理。

对铁棒而言,弹性模型中的参数能否稳定,需要实验与模型的具体支持;对单位体系而言,采用哪种定义是公开的计量约定;对某个理论不变量而言,稳定可能表现为变换关系中的保持。三种问题可以互相进入,却不能互相替代。属性纠缠论若要增强研究,就必须帮助我们更准确地区分它们,而不是让“纠缠”成为免除区分的口令。

2.7 三层同生,怎样进入一个方程

回到工坊。一根棒被选为样本,其材料类型被规定,加载和记录形成公共程序。随后,位移、作用与时间进入一个数学模型。这个过程中,个体成位、材料归类和规律表达相互支持:样本边界不清,函数变量就可能混乱;类型未经检验,参数迁移就可能失效;公共程序不稳定,一组精密结果也可能无法被他人承接。

这里的公共检验也不能取代物理关系本身。一个可共同执行的程序,不仅规定大家怎样报告,还要允许材料对安排说不:装配不能完成,结构不能维持,响应不满足承诺,都是能够纠正规则的后果。公共性不是许多人共享一句话,而是不同承担者能够进入同一种受限制的发生。

从这些相互关系出发,本书提出一项连接命题:物理变量的建立,是物体、物质与物理三层共同取得有限稳定的结果;微积分的运用,则会进一步检验这种稳定是否足以支持局部变化与整体重建。一个变量不是随手写下的字母,一条方程也不是脱离发生条件的纯粹命令。

假如后来发现棒的响应不能只由当前位移说明,还需要加载历史,那么被修订的就不只是一项数值。研究可能需要改变样本制备、状态分类和函数形式。原先的“这种材料”与“这条规律”一起获得新的范围,甚至形成新的研究对象。这就是三层同生的实际内容:每一层都不是等其他层全部完成之后才来领取一个名字。

“物体、物质、物理”于是构成一种有方向的追问,而不是三个静止抽屉。我们从个体进入类型,从类型进入公共关系,也可以反过来从新关系进入新的个体划分。方向可以改变,整体却不能被随意拆散。正是在这些方向的交错中,物理学不只是记录已经完成的东西,而不断创造新的成立方式。