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我觉得我的哲学神经挺敏感

作为一个注意力缺乏综合征患者，最近我又陷到一些东西里。

本来觉得，要重述一下凝胶化临界现象的一些基本理论。

后来发现，其实量纲分析和标度律的方法，也很少人知道。所以很多人就算看基本的相变理论，也会对一些不加解释的操作感到困惑。在高分子物理界已经非常有名的、de Gennes的那本书，也并没有真正教会大家这个方法。我懂。所以又想着重写一个量纲分析和标度律的原理和方法论。

结果就碰到了测量这件事情的逻辑问题。其实我在2021年看过一些科学测量的哲学议题，但是没时间看完，而且也忘了自己看过。这几天我算是看完了一个大概。想着时间浪费差不多，该干正事了；量纲分析、连同凝胶化临界现象的笔记，先搁置了。

所以现在正在把目前科学测量问题的概览写一下，算是个了解。

在写到操作主义（operationalism）时，才发现一环：就是对极端操作主义的反驳中有一种说：一个量（quantity）可以不需要先定义其测量操作，就被物理学家广泛重视。说明量的概念可以不依赖任一测量它的操作定义。这逻辑上很好接受，关键是，Hasok Chang (2009)在这条中举了例子：应力和应变。这当然就击中我这个流变学家。

应力和应变在流变学或连续介质力学理论构建当中，是物体内部的张量场，例如柯西应力和左柯西–格林应变：$\mathbf{T}\left(\mathbf{r},t\right)$和$\mathbf{B}\left(\mathbf{r},t\right)$。在整个理论允许的任意性下，这个两个场一度曾是难以定义测量操作的。但这并不立即取消这个理论。

我其实早就认识到流变测量学作为“使流变学不是玄学而是科学”和重要性。

因为流变学理论的主要问题——本构关系，都是关于“任一此类物体在任一可发生（admissible）的形变/流动场下的应力场响应”的命题。你怎么去实验验证这个命题呢？

直觉可能让你想到，至少在某一你觉得可控的形变下，测边界力，然后就要依赖假定某本构关系成立去求算这个边界力作为一种预测，以跟实测值相比。然而这并没有完全地证明。不是因为你只在某一形变下证明了，而是因为就算如此，你也没证明命题的所有结论，因为命题要求证明“场”，即整个$\mathbf{T}\left(\mathbf{r},t\right)$函数形式。你只证明了它在边界上的值。

这就使得连续介质力学至少在本构关系问题上成了一个，它提的命题总是无法实证的学说，而无法成为科学。

直到测粘流理论（viscometric flow）的建立。它基本上是在说，本构关系有统一的泛函形式。以这个最一般的泛函形式出发，加上各类对称性公理，在测粘流这一大类流场下，仅测边界力就足以证明本构关系。

这才使流变学成为科学。

关键是，虽然这些理论在流变学文献中并不陌生，但这个“才使流变学成为科学”的强调很少看到，甚至使测粘流理论本身在很多流变学教材中是缺掉的。它本应是任一逻辑完整的流变学教材最不应缺少的重要章节；不仅不能缺少，还应该强调出它在这件事上的逻辑地位，让读者先在这样的视角下学习它的细节内容，以便批判式接受。

我前几年准备本科生和研究生的流变学课的时候就觉得这是个重要的问题，形成了这种认识。但当时还没有从测量哲学上明确这些事情的科学哲学意义。只是感到一个概念抛出后如何测量很重要；而实际测量的操作跟这个概念有差距，凭什么说还是对这个概念的测量、或说是对这个概念所属的理论之验证？这些正是测量哲学讨论的核心内容。

不是自夸，而是真的感叹，我还是挺有哲学上敏感性的。

作为以太论者的雷诺

雷诺（Osborne Reynolds）是一个以太论者。

我在很多年前，在豆瓣小站写了一篇《剪切增稠和以太》，讲了雷诺构想了了剪胀性流体（dilatant fluid）的物理本质之后，认为这是以太的假想性质可能基于的物理机制。但是很快就有了Michelson-Morley实验，否定了以太的存在。事实上在光速不变实验之后，雷诺仍然写了一本书，用很坚深的数学去构建以太流体的理论。这些都可以在Wikipedia上查到。

事实上，雷诺作为以太论者的迹相，就在他最为著名的工作——提出雷诺数的论文中，就已经体现。他在文中直接明确“不存在绝对时空”，并由此陈述出了一个特别深刻的见解：

As there is no such thing as absolute space or absolute time recognized in mechanical philosophy, to suppose that the character of motion of fluids in any way depended on absolute size or absolute velocity, would be to suppose such motion without the pale of the laws of motion. If then fluids in their motions are subject to these laws, what appears to be the dependance of the character of the motion on the absolute size of the tube and on the absolute velocity of the immersed body, must in reality be a dependance on the size of the tube as compared with the size of some other object, and on the velocity of the body as compared with some other velocity.

O. Reynolds (1883) Phil. Trans. R. Soc. A 174:935

以太作为一个后来被替代掉的范式或研究纲领，却驱使它曾经的“常规科学家”，以“修建保护带”为初衷，催生出后来仍具有强大生命力的物理观念。

科学研究与神创论信仰：Henri Devaux

这两天在查阅关于蛋白质分子在液液界面吸附的历史文献。关于最早做这个实验的人，很多文献都指向了Henri Devaux，界面物理化学的先驱。

一、Devaux研究单分子膜

Devaux原本是植物学家，但是后来对当时主要由物理学家关心的表面科学产生了兴趣，并做了重要的工作。但他同时也是个虔诚的福音派基督徒。

我想查阅的是他在1903年发表的第一篇关于清蛋白界面吸附的工作，但是这个工作发表的地方现在网上已经找不到了，甚至找不到这个期刊的介绍。我能找到的只有他在1931年对自己在表面科学方面的研分工作的总结，发表在Journal de Physique et Le Radium上[1]。由于是法语文献，我只把大标题小标题、图题、摘要和结论等部分用谷歌翻译DeepL翻译粗略读了一下。我发现他在最后总结里阐述了自己的研究工作与荣誉主的关系。

在此我补充一些背景知识。Devaux在这篇1931年的论文里报道的是表面活性剂分子在液体表面成形成单分子膜的实验。他特别研究了这种单分子膜的力学响应，发同这类单分子膜也可以显示出液体或固体的特征。因此这也可以视为界面流变学的开山之作。这种表面化学实验可以在厨房做，例如其中一个在这篇论文里报道了的实验：你在水面上撒上一层胡椒粉，然后滴一滴风油精，你会看到原本分散在水表面的胡椒粉突然被这滴风油精推开，形成一个空白的圆形区域。

在总结完一切现象之后，Devaux在论文中感叹道：

原文：Qu’on les examine dans le monde inanimé ou dans les êtres vivants, ces lames nous montrent un ensemble merveilleux et insoupçonné encore il y a quelques années. La mise en surface se révèle comme une mise en action d’énergies qui arrangent partout les molécules et les forces moléculaires, avec une précision et une ampleur qui nous rempliraient d’étonnement si nous pouvions les distinguer. L’aspect d’un millimètre carré d’une lame monomoléculaire de cire, avec ses 1 000 milliards de molécules, mieux rangées que la plus splendide mosaïque, ou celui d’un fragment de membrane nucléoplasmique dans une cellule végétale ou animale, avec son activité prodigieuse, nous saisirait d’admiration.

“Qui a créé ces choses et qui dispose en ordre leur armée ?….” pourrions-nous dire en paraphrasant un Prophète qui parlait des étoiles (Esaïe, 40, 26). Mais une telle question dépasse ce que peut dire la Science humaine [la science faite par les hommes]. Le moindre atome de matière, comme la moindre cellule vivante est et restera toujours un mystère ; nous devons nous prosterner devant la souveraine Puissance qui a créé les mondes, les molécules et les êtres vivants.

DeepL翻译（我作了修改）：无论我们是在无机的世界中还是在有机体中研究它们，这些单分子层都向我们展示了一个奇妙的、却直到几年前才被发现的整体：液体的表面显示出一种能量，这种能量处处安排着分子和它们之间的作用力，其精确性和规模——如果我们进行分析——会使我们充满惊奇。一平方毫米的单分子蜡片，有一万亿个分子，却排列得比最华丽的马赛克、或者植物或动物细胞的一块核膜还要好，再加上其惊人的活性，都让我们赞叹不已。

“你们向上举目，看谁创造这万象，按数目领出，他一一称其名。……”我们可以套用一位谈到星星的先知的话来发问（《以赛亚书》，40:26）。但这个问题已经超出了人类科学[人造科学]的范围。最小的物质原子，就像最小的活细胞一样，现在和将来都是一个谜；我们必须在创造世界、分子和生命体的主宰力量面前跪下。

p. 268, H.E. Devaux. Les lames très minces et leurs propriétés physiques. J. Phys. Radium, 1931, 2 (8)

二、Le Roux研究Devaux

Devaux的思想确实引起了学者的注意。我找到一篇相关的论文专门探讨了Devaux在思想中是如何统一宗教与科学的[2]，作者是Benjamin Le Roux，研究领域是20世纪的表面科学史。以下的内容主要参考了这篇以Devaux为研究对象的科学史论文。

Devaux留下了大量的书信和实验记录，在这些资料里Devaux更加自由地透露了他对科学与宗教的关系的认识。Devaux生在一个虔诚的新教家庭，并从小延续了相的宗教信仰。但是父亲的去世削弱了他的信仰。学习和从事生物学研究的他明白了所有的有机生物一旦死亡就会腐烂，他的父亲也不例外。但是在他参加了一个美国福音派基督徒会议之后，重新恢复了信仰。从他会后的感想中可以看到“您必须先相信才能理解”的认识。这使得他在生物学研究当中原本造成信仰削弱的一些困惑反而成了他更坚定信仰基础。这也同时使他更勤奋地进行研究工作。因为只要他坚定了信仰，那么他的科学研究最终将导致对信仰的更深刻理解。

Devaux在1903年发表的界面科学先驱工作，在他本人的理解完全是受主的启示和恩典，不是偶然发现。因此他才要发表，以便使更多的人看到主的全能。为什么他这么在乎这一研究呢？因为两亲分子在界面的自组织是导向理解生命现象的一扇门（哪怕从纯科学视角来看）。因为这种现象至少说明，无机世界并不总是自发导向混乱，有时竟也能自发导向有序。如此大量的分子，每一个都不例外地排成有序结构，这是很吸引人的。

Devaux这篇1931年的论文，恰好成了Le Roux的重点研究对象，花了专门的一节来讨论。像Devaux这样在自然科学论文里直接荣誉主，是很少见的，尤其是在J. de Phys.这个期刊里。在Devaux发表时候J. de Phys. Radium的编辑是朗之万（Paul Langevin）。他当时刚刚建立了Union Rationaliste（暂译为“理性主义者联盟”）。按照其法语的Wikipedia词条介绍，

原文：Elle lutte contre les différentes formes de dogmatisme ainsi que contre le recours au surnaturel, et promeut une éducation laïque et républicaine.

DeepL：它反对各种形式的教条主义以及对超自然现象的追捧，并提倡世俗和共和的教育。

Wikipedia

因此，这个组织的宗旨是与神创论相悖的，也相当程度上代表了朗之万本人的思想。Le Roux还检索了同一个期刊在1918到1939的所有论文中与宗教有关的词汇，发现只有Devaux的这篇使用。一个反对神创论的期刊编辑，竟然允许了包含宣扬神创论文字的论文得以不加修改地发表，也是一个值得注意的现象。

Le Roux从Devaux留下的资料分析说明，后者在“地球年龄”和“进化论”这两个主要议题上的取向。简单地说，Devaux通过当时最新的生物学考古和遗传学知识分析，认为圣经里关于神创造世界的七天，并非现在认为的一天24小时，而很可能所谓的一天实际上对应着上千年，也就是说它是一日千年论者（Day-Age creationist），不支持年轻地球论。但是同样的知识让他坚定认为物种的不变性，反对进化论。

更详细的可见Le Roux论文的结论（谷歌翻译）：

Devaux所做的研究倾向于表明，在20世纪初，对上帝的信仰，即使表现出来，也不一定是科学事业的制度或概念障碍。因此，尽管公开宣讲了宗教话语，并且在福音派基督教徒联盟内部做出了积极承诺，但 Devaux 能够在其原始学科——生理学——以及其他领域（例如分子物理学）中作出贡献。然而，他作为科学家的方法以其力图与信仰和解的辩护为特征的。在他那里，信仰是一切的源泉，甚至似乎是日常科学研究工作的动力。无论是在发现还是在辩护的背景下，Devaux都为宗教事实留下了空间。

他是一日千年论的支持者，同时拒绝任何形式的进化。因此，他的神创论思想显然受到对圣经的坚定信仰的影响，但似乎也建立在遗传学，地质学和分子物理学的先进科学知识之上。尽管我们不应用当前科学认识水平去分析当年的科学研究者的思想——这无疑会使我们陷入对历史学家来说危险的回顾性幻想中——但是不可否认的是，Devaux的信仰形成了一个限制性的框架，他无法超越这个框架。

在法国，Devaux同时是表面物理化学和“正统福音派”的领导者。在不改变我们对科学与宗教之间的关系的观念的前提下，他的生活倾向于表明，谈论二十世纪时，当下经典的“对立”或“排斥”话语可能是过于简单的描述。在1930年，保罗·朗之万（Paul Langevin）作为一位最热衷于理性和世俗主义的捍卫者，在他编辑的科学杂志上容忍了一项宗教言论，留出了空间让著名科学家自由表达观点。这一事实在此提及并无任何规范性暗示。

在Devaux的实验室笔记本中，我们发现在他一生的思想当中宗教和科学之间经常对话。除了了解这种辩证关系在那个年代是否受欢迎之外，这种形式的存在以及它作为一种表达的方式也值得科学史学者关注。

Devaux的论文[1]中展示的一个小实验：小船尾部粘了一小块樟脑，推动小船在水面上游行。1890年，瑞利利用这一现象估算了分子直径[3]。瑞利在水上滴油，直至小船不再运动，并视此刻为油分子完整铺满水面。根据所滴加的油体积与水面面积，瑞利估计了分子的直径约为1.63 nm。这种实验方法在后来的20多年里没有大的改变，被包括Devaux在内的后续研究者重复。

References

  1. H. Devaux, "Les lames très minces et leurs propriétés physiques", Journal de Physique et le Radium, vol. 2, pp. 237-272, 1931. http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0193100208023700
  2. R.J. Strutt, "IV. Measurements of the amount of oil necessary iu order to check the motions of camphor upon water", Proceedings of the Royal Society of London, vol. 47, pp. 364-367, 1890. http://dx.doi.org/10.1098/rspl.1889.0099