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1 引言
在欧洲中世纪漫长的近一千年时间里，科学发展近乎处于停滞状态，之所以如此，其中一个主要原因就是科学方法上的缺陷。由于宗教神学和经院哲学一统天下，除了与之相适应的那种抽象、空洞、思辨、脱离实际的烦琐论证方法外，实际的观察实验方法和严谨的逻辑推理方法几乎没有得到任何运用和发展。按照今天的眼光看，之所以将达·芬奇、哥白尼、开普勒、伽利略等称为近代科学主要奠基人，一方面是由于他们取得了具有划时代意义的科学成就，创立了近代科学;另一方面则是由于他们创立了用适当的科学方法进行科学研究，从而为更有效地探索自然界奠定了方法论基础。[1]
实验方法不像行星运动三大定律或折射定律，并不是一个只归功于17世纪科学的特定发现。然而，只有到了17世纪，实验方法才成为科学研究的一个被广泛使用的工具。18世纪开始逐渐使用“实验哲学”观点来描述—些自然科学领域[2]123，事实上，实验的发展是18世纪自然哲学的惊人特征之一。实验哲学的发展除了主要归功于仪器设施的进步特别是该世纪最后20年中与之相伴随的科学仪器精密性的增强之外，还有数学形式的普及。自然研究和实验方法运用之间日益增长的联系，连同牛顿影响的一个更明确的方面，即数学上的严密性一起，越来越用以将自然科学同传统意义上的哲学明确地区别开来，并用以为自然科学成为知识的特定形式奠定基础。尤其是实验与科学仪器设施的应用，极大启发了人们的思维，进而上升到方法论的维度。[3]255
实验本身就是一个多维度的探索过程，当然也不适合以某一科学研究环节或单一实验来判断得失对错，这未免过于鲁莽或失于绝对化，且难免脱离实践。因此，选择从实验方法的角度进行探讨，以区别于其他研究。
2 无形的仪器——实验方法
“全盘抛弃早期的自然哲学乃是科学革命的一个中心特征”，除了有形的仪器之外，无形的仪器——实验方法更为重要[2]122。自17世纪以来，有相当多的人致力于方法的研究，培根写了《新工具》，笛卡尔写了《方法论》，帕斯卡、伽桑狄、牛顿等在这方面都有或多或少的著作和陈述。这些著述对当时科学发展无疑都有积极意义，但显然也有一定的时代局限性。[2]122
培根（1561—1626）作为实验方法的创始人，享有很高的声誉，提倡和强调把普遍的自然史作为科学的必要基础，反映出支配其观点的基调是不偏不倚的观察。笛卡尔则认为，实验只与科学的细节相关，要建立自然哲学的一般原则，光靠推理就行了。他明确断言的推理在探索自然界时具有的功能，对17和18世纪的思想产生相当大的影响，然而对今天所说的科学方法的形成所起作用却很小。帕斯卡关于方法的简短论文试图“把实验和笛卡尔的计划更加密切地联系起来，但这些论文并不完善”。[2]122
实验研究的先例很多，在盖伦的生理学著述中可以找到它的例子。源于罗伯特·格罗塞特的中世纪的实验方法以及16世纪帕多瓦大学的逻辑学家们对类似于假设演绎体系的方法做过考察。到17世纪末，科学发展已然将实验方法锻造成一种可以一直运用的重要工具。这是一次重要的突破，而之所以说它重要，就在于科学发展出适合其需要的方法，自此之后的成功范例导致广泛的越来越多的效仿。[2]123-124
哈维生理学实验的简单性说明了实验进程的基本方面。当他将自己的胳膊缠上绷带切断血液循环，觀察接下来发生什么变化时，实际上他是在加给自然界一组被他的问题所支配的人为条件。[2]123哈维证明了血液循环的必然性，但问题在于，如何证明血液循环是一个事实。没有显微镜，他无法观测到连接动脉系统与静脉系统的毛细血管。为了证明血液循环，哈维设计了一个办法，通过在自己身上进行的一个巧妙的实验，他能够表明血液确实从动脉流向了静脉。他用绷带紧紧系住胳膊，这样既切断了动脉，也切断了静脉，这时胳膊变凉但并未变色，而绷带的动脉则胀起并颤动;继之，他将绷带稍稍放松，让动脉恢复畅通，但静脉仍处于阻断状态，他感到热流汹涌，有新鲜血液流过胳膊，胳膊立刻呈现出紫色，绷带以下的静脉明显鼓胀。下臂静脉中的血不可能来自仍处于切断状态下的静脉系统，这证明血一定是从动脉流向了静脉。[2]95
类似的还有托里拆利（埃万杰利斯塔·托里拆利，意大利数学家、物理学家）的实验，他所进行的气压计的实验就是一种方法论的探索。在这个实验中，托里拆利根据一个仔细定义了的问题，将水银装入玻璃试管，然后把它直立于一个盘子里。没有实验者的设计，托里拆利观察到的现象将永不会发生。[2]123
17世纪最好的实验研究是牛顿的一系列很难说与自然现象相关的颜色起源实验。牛顿设计了一组人为条件，在这组条件下，实验者的意图完全定义了与自然相关的问题。自然，他不得不默认答案，但是这种实验的设计决定了自然界除了回答“是”或“否”外没有别的选择。[2]123-124
3 实验方法：观察方法和逻辑方法
近代实验主要依赖两种方法：观察方法和逻辑方法（包括数学方法，因为数学本质上也是逻辑）。前者是获取经验材料或科学事实和进行科学检验的方法，后者是整理科学事实并建构理论体系的方法。[1]
牛顿的“假设”实验方法
在欧洲中世纪漫长的近一千年时间里，科学发展近乎处于停滞状态，之所以如此，其中一个主要原因就是科学方法上的缺陷。由于宗教神学和经院哲学一统天下，除了与之相适应的那种抽象、空洞、思辨、脱离实际的烦琐论证方法外，实际的观察实验方法和严谨的逻辑推理方法几乎没有得到任何运用和发展。按照今天的眼光看，之所以将达·芬奇、哥白尼、开普勒、伽利略等称为近代科学主要奠基人，一方面是由于他们取得了具有划时代意义的科学成就，创立了近代科学;另一方面则是由于他们创立了用适当的科学方法进行科学研究，从而为更有效地探索自然界奠定了方法论基础。[1]
实验方法不像行星运动三大定律或折射定律，并不是一个只归功于17世纪科学的特定发现。然而，只有到了17世纪，实验方法才成为科学研究的一个被广泛使用的工具。18世纪开始逐渐使用“实验哲学”观点来描述—些自然科学领域[2]123，事实上，实验的发展是18世纪自然哲学的惊人特征之一。实验哲学的发展除了主要归功于仪器设施的进步特别是该世纪最后20年中与之相伴随的科学仪器精密性的增强之外，还有数学形式的普及。自然研究和实验方法运用之间日益增长的联系，连同牛顿影响的一个更明确的方面，即数学上的严密性一起，越来越用以将自然科学同传统意义上的哲学明确地区别开来，并用以为自然科学成为知识的特定形式奠定基础。尤其是实验与科学仪器设施的应用，极大启发了人们的思维，进而上升到方法论的维度。[3]255
实验本身就是一个多维度的探索过程，当然也不适合以某一科学研究环节或单一实验来判断得失对错，这未免过于鲁莽或失于绝对化，且难免脱离实践。因此，选择从实验方法的角度进行探讨，以区别于其他研究。
2 无形的仪器——实验方法
“全盘抛弃早期的自然哲学乃是科学革命的一个中心特征”，除了有形的仪器之外，无形的仪器——实验方法更为重要[2]122。自17世纪以来，有相当多的人致力于方法的研究，培根写了《新工具》，笛卡尔写了《方法论》，帕斯卡、伽桑狄、牛顿等在这方面都有或多或少的著作和陈述。这些著述对当时科学发展无疑都有积极意义，但显然也有一定的时代局限性。[2]122
培根（1561—1626）作为实验方法的创始人，享有很高的声誉，提倡和强调把普遍的自然史作为科学的必要基础，反映出支配其观点的基调是不偏不倚的观察。笛卡尔则认为，实验只与科学的细节相关，要建立自然哲学的一般原则，光靠推理就行了。他明确断言的推理在探索自然界时具有的功能，对17和18世纪的思想产生相当大的影响，然而对今天所说的科学方法的形成所起作用却很小。帕斯卡关于方法的简短论文试图“把实验和笛卡尔的计划更加密切地联系起来，但这些论文并不完善”。[2]122
实验研究的先例很多，在盖伦的生理学著述中可以找到它的例子。源于罗伯特·格罗塞特的中世纪的实验方法以及16世纪帕多瓦大学的逻辑学家们对类似于假设演绎体系的方法做过考察。到17世纪末，科学发展已然将实验方法锻造成一种可以一直运用的重要工具。这是一次重要的突破，而之所以说它重要，就在于科学发展出适合其需要的方法，自此之后的成功范例导致广泛的越来越多的效仿。[2]123-124
哈维生理学实验的简单性说明了实验进程的基本方面。当他将自己的胳膊缠上绷带切断血液循环，觀察接下来发生什么变化时，实际上他是在加给自然界一组被他的问题所支配的人为条件。[2]123哈维证明了血液循环的必然性，但问题在于，如何证明血液循环是一个事实。没有显微镜，他无法观测到连接动脉系统与静脉系统的毛细血管。为了证明血液循环，哈维设计了一个办法，通过在自己身上进行的一个巧妙的实验，他能够表明血液确实从动脉流向了静脉。他用绷带紧紧系住胳膊，这样既切断了动脉，也切断了静脉，这时胳膊变凉但并未变色，而绷带的动脉则胀起并颤动;继之，他将绷带稍稍放松，让动脉恢复畅通，但静脉仍处于阻断状态，他感到热流汹涌，有新鲜血液流过胳膊，胳膊立刻呈现出紫色，绷带以下的静脉明显鼓胀。下臂静脉中的血不可能来自仍处于切断状态下的静脉系统，这证明血一定是从动脉流向了静脉。[2]95
类似的还有托里拆利（埃万杰利斯塔·托里拆利，意大利数学家、物理学家）的实验，他所进行的气压计的实验就是一种方法论的探索。在这个实验中，托里拆利根据一个仔细定义了的问题，将水银装入玻璃试管，然后把它直立于一个盘子里。没有实验者的设计，托里拆利观察到的现象将永不会发生。[2]123
17世纪最好的实验研究是牛顿的一系列很难说与自然现象相关的颜色起源实验。牛顿设计了一组人为条件，在这组条件下，实验者的意图完全定义了与自然相关的问题。自然，他不得不默认答案，但是这种实验的设计决定了自然界除了回答“是”或“否”外没有别的选择。[2]123-124
3 实验方法：观察方法和逻辑方法
近代实验主要依赖两种方法：观察方法和逻辑方法（包括数学方法，因为数学本质上也是逻辑）。前者是获取经验材料或科学事实和进行科学检验的方法，后者是整理科学事实并建构理论体系的方法。[1]
牛顿的“假设”实验方法