§2 生物學中的探索實驗（1）先從電磁學實驗談起

雖然新機制論在許多方面都提出與傳統以物理化學為研究對象的科哲各種不同的看法，但對於實驗與機制假說的關係，嚴格地說，仍維持在「實驗是為檢驗（testing）假說為目的」以及尋求實驗結果是否能證實機制框架的傳統看法。原因是，他們所提出來各種發現機制之實驗策略總離不開「框架例示」（schema instantiation）這個大主軸。所謂「框架例示」就是使原本抽象、含有許多未知成分（新機制論稱「黑盒子」）的機制假設，透過實驗找到存有物或活動種類，使框架的抽象程度由高轉低，漸漸變成機制格架（mechanism shemata），乃至最後變成完整的機制描述。

然而，就像培根曾把實驗者形容成一位「拓荒者」，以及，哈金更直言，許多例子都顯示實驗並不只是為了理論服務的附庸，他的名言是「實驗自有其生命」（“Experimentation has a life of its own.”）（Hacking 1983），這意味著，除了像波普（Karl Popper）不僅把科學活動二分為理論家和實驗家並預先分配前者的任務先於後者而且後者就是為了檢驗前者存在外（Popper [1935] 1999:89）①，實驗還有「非檢驗之目標」的特性，等待更多的哲學探究。

二十世紀末，開始有一些科學哲學家爭論，確實有些科學領域在開創時期，科學家們所操作的實驗很難說是為了檢驗某個特定假說，因為在學科發展初期，科學家連對現象都還未形成一個相對具體的「想法」，當時他們最多能做的，是用一些實驗裝置先「玩一玩」現象，也就是想辦法去操弄現象或使現象出現（特別是在一般情況下不會出現的現象，如某些電磁效應），看看現象會有什麼反應。按照新機制論對象的刻畫，是透過實驗發現關於現象的各種條線，如知道如何啟動現象、使之出現的觸發條件（或起始條件）、或知道如何抑制現象或效應的抑制條件等，都是從實驗的角度，去刺激或調控現象。

等科學家真的對有興趣的現象掌握到了「如果對現象做這個，現象就會那樣變化」的方法，他們便可以開始對現象的起因提出假說。因此，我們可以說，像這樣的實驗其與假說的關係，是「先有實驗、才有假說」，跟傳統科學哲學認為「先有假說、才有實驗」的順序不同。正因為相對於理論的順序不同，所以實驗的目的也就不同。過去是因為先有理論假說才去設計實驗，所以實驗目的是為了「檢驗理論假說」而設立但若是先有實驗才形成假說或理論概念，那就很難說該實驗是為了檢驗假說而設立，這樣的實驗大都從現象出發，經過科學家的實驗操作後，用彌爾的歸納法收集與分類資料，最終慢慢歸結出某種規律性，我們可以說這是一種由下而上的方式形成新的科學假說。在這個意義上，實驗不僅不為檢驗理論假說服務，反而是「領先」（prior to）於理論假說存在，扮演先發或探路的角色。既然是以『不帶有特定假說』的出發點操作實驗，科學哲學家就把這類的實驗稱作『探索實驗』（exploatory experiments）。

斯坦爾（F. Steinle）是最早談探索實驗的哲學家，他把傳統對實驗的觀點稱為「標準觀點」（standard view），而他要為提出一個有別於標準觀點的實驗新種類：探索實驗（Steinlw 1997: S65）。他在1997年〈進入新領域：實驗行為的探索用途〉（Entering New Fields: Exploratory Uses of Experimentation）論文中，首次從十九世紀的電磁學實驗出發，聚焦電磁學如何最早從奧斯特（Hans Christian Ørsted）發現載流導線的電流會使指南針的磁針偏離正常方向（後來所謂「電流的磁效應」）開始，一路發展為現今較成熟的一門物理學科。

一開始，奧斯特僅僅只是透過一些簡單的實驗裝置便觀察到磁針會隨電流偏離的有趣現象，但除了可以操控磁針方向外，奧斯特甚至當時整個歐洲自然科學界，沒有人能對電流之於磁針反應的現象提出科學說明，連個概念架構都沒有。唯有經過奧斯特再幾個月的仔細檢驗後，正式發表了一篇論文紀錄並講述他的實驗結果，吸引當時整個歐洲物理學家的注意。

真正推動研究進展的是安培（André-Marie Ampère），一開始，安培也是先確認磁針會改變方向的現象，他稱為「不安份的磁針」（astatic magnetic needle），對現象初步提出一條普遍推規則，描述了磁針在如何的操控下會如何表現，然而，這條普遍規則在當時僅僅只是一條清楚並簡單的規則，還沒有任何特定關於電與磁的理論成份進入其中，安培稱為「一般事實」（fait général）（Ampère 1820: 197-201）。

接著，為了更仔細調查電磁現象所會產生的各種效應，安培設計出各式各樣不同的實驗裝置安排，慢慢地，他將實驗資料整合出一個蠻融貫的理論雛形，同時也以此理論雛形繼續設計新的實驗裝置，例如為了進行定量研究，他自己設計檢流計，檢流計可通過指針的偏轉檢測電流方向並測量電流的大小。

經過幾年研究，漸漸地，安培開始會在實驗操作前，對電磁現象或即將產生的效應做出一些預期，而結果通常都會符合他的預期。最後，安培終於可以對實驗現象進行定量總結，發現兩根平行載流導線以各自產生的磁場對另一根導線產生作用力，他提出描述電磁關係的物理理論與數學方程式，也就是後來我們所知的「安培定律」。

當然，後來還有法拉第（Michael Faraday）的研究，真正奠定當代電磁學的理論基礎，我們在此無法詳述整個發展過程。回到我們的重點，斯坦爾在這些早期電磁學家所操作的實驗發現，它們與傳統明顯受到「理論驅動」（theory-driven）的實驗類型不同。安培他們所操作的實驗以及他們整套的實驗行為，更適合以另一個新的實驗類型來看待之，那就是「探索的實驗行為」（exploratory experimentation）。斯坦爾對探索實驗定義如下：

「探索實驗是受到想獲得經驗規律性，並為其找到適當概念與分類的欲望所驅動所做的實驗。」（Steinlw 1997: S70）

斯坦爾說，探索實驗通常出現在還沒有有建立良好理論，或甚至連可用的概念架構都還沒有出現的科學發展階段。基於對電磁學發展的深入研究，斯坦爾具有經驗底氣地主張，科學實作上，總是有一些具有系統性的實驗與其行為，是沒有受任何特定理論的指引，正是因為有這些探索、探測新可能性的實驗，才使科學家開創出新的科學領域。其次，探索實驗沒有特定或被良好定義的步驟，但正是因為這樣，它能有更多不同、具有創造性的實驗策略。第三，探索實驗的目標在於尋找內含自然中的普遍經驗規則，透過實驗，為挖掘出來的規律性提供適當的科學表徵（Steinlw 1997: S73）

以上，我們介紹了探索實驗的基本概念，以及它如何被科學哲學家從電磁學的實作發展中被注意到。其實，斯坦爾在2002年還有出版一篇文章〈在科學史與科學哲學中的實驗〉（Experiments in History and Philosophy of SCience）與在2005年出版專書《探索實驗：安培、法拉第、以及電磁學的起源》（Exploratory Experiments: Ampère, Faraday, and the Origins of Electrodynamics）（此書原文是德文，2016年推出英譯版），更深入且全面地探究電磁學中探索實驗之更豐富也更複雜的面貌。

斯坦爾納入更多在安培與拉法拉第之前的科學家，如更早期的吉伯特（William Gilbert）以及杜費（Charles Dufay）等人研究 ②，也回到科學史與科學哲學的脈絡，從較後設與宏觀的觀點，深入地思考：究竟實驗對於科學概念或新領域的形成如何扮演角色、一個新的科學領域如何在既有的科學社群裡透過實驗證據從被看見到立有一方之地。我從斯坦爾的文字中，對實驗有了全新的感受，根據他對探索實驗的刻畫，自然會想：那麼生物學呢？是否也有探索實驗的蹤影？接下來，我們就來介紹生物學中的探索實驗。

① 波普曾說「理論家把確定、定義好的問題交給實驗家，接著，實驗家透過實驗，嘗試找出答案，沒有其他的了。」（Popper [1935] 1999: 89）

② 關於近代電磁學的研究與實驗發展，中文文獻可見陳瑞麟，2012，《認知與評價：科學理論與實驗的動力學》第十章〈科學實驗的發展（一）：一個輻射模型〉。陳瑞麟教授建立一個能說明實驗如何輻射發展的模型，用以重建近代電學實驗的演變與傳承關係，其中有不少實驗也內含「探測」或「探索」性質的實驗活動。