物理單位的哲學新思考 | Physics World專欄

科技 12-09

重新定義國際單位制單位可以激發哲學家們重新審視科學工作是如何進展的。圖片來源：pxhere.com

編者按

美國石溪大學哲學系教授

羅伯特·克里斯（Robert P Crease）在本文闡釋了哲學家為何著迷於國際單位制的重新定義問題。

撰文 | 羅伯特·克里斯（Robert P Crease）

翻譯 | 余其身

校譯 | 楊嶺楠

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在計量學的故事中，對於科學家們而言情節總是相當地簡單：無非就是保證各項計量標準得到持續不斷地改進。

1799年，法蘭西帝國應用的單位「磅」讓位於用純鉑製造出來的一千克原型。而在1889年，一千克原型又被鉑銥合金的國際千克原型

（IPK）

所取代，再到2018年11月，國際化千克原型正處在即將被普朗克常數新定義的質量單位所取代的邊緣。這些標準更替的每一步都使千克標準更為精確、耐用、穩定，並使研究更為準確和明確。這次最新的進展，把所有國際單位制

（SI）

基本標準的定義都繫於自然常量，似乎把計量標準的探索之路引到了一個輝煌的終點。

我們哲學家會以不同的角度來看待這些故事。如果說科學家們研究的是世界，那麼哲學家們研究的就是這些科學家怎樣研究這個世界。

哲學存在多種實踐方式，像「分析」論、「實用」論和「歐陸」論，它們每一種理論都聚焦於科學的不同方面

（儘管在實際中，哲學家們可以同時用到一種或多種上述方式）

。所以在科學標準的建立過程中，通過每種哲學方式都可以看到不同的方面，這並不奇怪。而實際上，計量學並不只是簡單地生產出更好的測量工具，它所涵蓋的要更多。

三種哲學傳統

我在「物理世界發現」系列電子書《物理學的哲學》中詳細地描述了分析哲學傳統的關注重點是科學進展的邏輯條件。例如，分析哲學家的討論對象是「規定性」定義，在這個定義中，一個事物通過與另外一個事物產生聯繫而被賦予意義。當一個物理單位

（例如千克）

被聯繫於一個特定的人造物

（例如千克原型的金屬塊）

以建立標準時，其邏輯條件是成立的。這個定義過程使得這個特定的人造物獨立於所測量的現象。

路德維格·維特根斯坦

（Ludwig Wittgenstein）

1953年的著作《哲學研究》在對國際米原型

（IPM）

的討論中也生動地體現了這一點。IPM是當時應用的單位，跟IPK一樣，被保存在巴黎郊區的保險庫中。維根特斯坦說，IPM是唯一一個既可以自相矛盾又可以正確地被稱為既不是一米長的，也不是非一米長的物體

（有點類似一個三角形或者一棵樹的定義本身並不是一個三角形或者一棵樹一樣）

。與之同時，德國哲學家漢斯?萊辛巴哈

（Hans Reichenbach）

曾假設如果地震損壞了保險庫，並且損毀了裡面的人造物原型，會產生什麼後果。他認為答案是在「邏輯上極其複雜」的。

然而，對千克的重新定義將意味著我們喪失了測量標準和所測現象的獨立性。與普朗克常數相關聯的現象，不得不再通過普朗克常數所定義出來的單位來測量。儘管國際單位界對此感到滿意，但這個邏輯循環已經引起了一些分析哲學家的憂慮。

這種循環對實用哲學家們而言卻並不要緊——這些哲學家們更關心科學的實用而不是其邏輯。美國科學家查爾斯·皮爾斯

（Charles Peirce）

可謂全國最具原創性的哲學家，他首次實驗性地用一個自然常量

（光的波長）

來定義物理單位

（米）

。他在1960年對單位米的設定在他逝世半個世紀後促使了國際單位制米的誕生，即通過氪的一條光譜線的波長定義了米的單位。

皮爾斯通過計量學實驗中得到的經驗把實用主義發展成為一個思辨理論。當你遇到一個問題時，發現目前的概念和儀器無法解決問題；於是開始研究並改進概念，然後利用改進的工具做出更好的研究，循環往複。但自始至終你的研究都處在一個群體中，你必須要說服群體的成員接受新的概念，然後這個群體最終將改進你的研究工作。

分析主義者們往往會避開實踐問題，而實用主義者們恰恰把注意力放在了測量實踐以及實踐如何作用於科學難題的解決上。驅動新標準建立的背後有哪些不甚理想的實踐問題？新的國際單位制是否獨立於社會和政治機構並充分通過民主化的途徑建立？或者它只是仰仗前沿技術再次進行的精英化操作？

至於第三種哲學流派——歐陸派——它更著重於測量人員而不是測量系統或者測量本身。歐陸法把測量視為人類參與環境的一種特殊的方式。查爾斯·狄更斯

（Charles Dickens）

在小說《艱難時世》

（Hard Times）

中塑造了托馬斯·葛萊恩

（Thomas Gradgrind）

的人物形象，展示了一種極端情形。在小說中，托馬斯執迷於測量人類生活的每個方面，在此過程中卻失去了自己的生活軌道。我們這個時代也有類似的人，比如那些過度執迷於監測自己生物學健康指標的人。

測量通常是對世界的一部分進行瞬時客體化，以推動和促進範圍更廣的活動——不論是房主們決定什麼傢具適合自己的房子，還是物理學家們決定一個理論是否精確地描述了一個現象，皆是如此。歐陸派哲學就負責描述這個客體化的過程，即怎樣把它從廣泛的活動中提煉出來，然後又怎樣去影響這些活動。在過去，測量條件的改進會帶來某些更為有效的實踐，但其有時候並不適用於普遍的實踐，也得不到公眾的理解。物理單位既是測量的基礎語言，那麼新的國際單位制對科學實踐的日常認知又將會帶來什麼衝擊？

思考

新的國際單位制會引發哲學家們的新思考，這也是它對哲學最重大的影響。如果實踐才是最重要的，那麼，出現邏輯循環又有何妨？然而實踐才是唯一重要的問題嗎？哲學家們是不是要緊跟步伐，通過科學技術實踐的加速實現來評判社會和政治的影響？由此看來，新的國際單位制帶來的影響遠不止重新定義千克那麼簡單，它也會激發哲學家們更多的思考。