第三节
我对不可观察之物的讨论将通过如下方式来进行：我要求诸位回忆一下如何探究纯粹的不可见之物，这对物理知识会有重大影响，或许还会产生意义深远的结果。狭义相对论的根据以及物理学的现代进化论的开端达到这样一种认识，即“以太的速率”是观察不到的。如果我们说月球的距离是240，000英里，我们实际上是在宣称，如果进行一种观察程序，就会导致这样一种结果。但是，如果我们说在某一个区域以太的速率相对于地球是每秒80公里，我们并不是在宣称任何实际的或者假设的观察程序的结果。
且让我首先消除一种常见的错误理解。我并不是指实验物理学家的独创性不足以设计一种观察程序来测量以太的速率。设计观察程序来最终检验科学论断的真理性，这从来不是实验者的任务，而一定是这个论断本身关于其中所使用的那些术语的定义中明显表示出来的；否则，就不可能提交给裁判庭，并且不可能被作为一项物理知识。通常，哪里要求实验者具有独创性，哪里就会设计一个与这一论断所参照的程序相同却更为实用的程序。有一个发现曾经是狭义相对论的根据，这个发现就是断言以太具有每秒80公里的相对速率，但经过仔细审查之后，证明这个断言根本不能具体地说明任何观察程序。注11这里不需要实验者的独创性，因为不可能要求他设计一个从未得到详细说明的实用程序。
如果我们对以太速率定义中的逻辑矛盾视而不见，那么就有可能把其不可观察性看作通常的物理假设，就像它已经有可能检验其结果一样由观察所提出并且由观察来确认。因为以太不是物质，我们不能先验地假定物质通常所具有的属性——密度、硬度、动量等等——也是以太的属性。因此，有待检验的假设是这种速率不是以太的属性之一，虽然速率是众所周知的物质属性。以这种方式来看，它就不再是一个可以先验地预见的真理了；这就可以后验地从为探测到所期望的结果而设计的无结果的实验中推导出一种结果，仿佛这里存在着具有那种结构的发光以太，速率可以归结于这种以太——这个结论令人有点儿吃惊，但显然是有可能的。
这种态度在那些不喜欢与物理学的新发展相联系而进行认识论研究的人中是很流行的。对于人们不想理解的论证，要想阻止它很容易，可以这样说：“我对你的理由不感兴趣，但是我非常愿意尝试你根据由观察检验过的假设达到的任何结论。因此，如果这个假设已得到确证，它就会与其他已得到确证的物理学假设属于同一行列，因而我们不需要你的论证。”通过这种捷径，对这个主题的思考就不再很难了；我们可以立刻径直开始数学推论，根据观察检验的观点推导出这个假设的各种结果。这样一来，新酒装入旧瓶之中。虽然不会使旧瓶子爆炸，然而新酒令人陶醉的香味却会失掉一大半——我的对手可能会说，这些新酒不再令人兴奋了。
我们可以再体验一下新酒的鲜活性。不管是通过逻辑审查还是通过实验检验，我们至少可以看到，如果一个不可观察之物伪装成经典物理学体系中的可观察之物，那么，对于这个不可观察之物的检验，以及从这个检验中获得的各种重要结果，应当紧随其后再对其他冒充者进行系统研究。人们已经发现了另外一些冒充者——在每一种情形下其结果都有深远意义。最著名的是海森堡的发现，即精确的位置与精确的速率是不可能同时观察到的；这一发现构成了著名的“不确定性原理”。
再举一个例子，十年前有人指出，当我们处理诸如电子这样的粒子时，我们不可能在观察上把它们彼此区分开来，通常一个粒子相对于另一粒子的坐标ξ=x2-x1而言是不可观察的；在这种情况下，可观察的是一种先前的分析中所不熟悉的量，即“没有表示出来的坐标”η=+ξ。直到目前，量子物理学家对这个骗局都选择了视而不见；现代的教科书仍然坚持这种错误的理论，即在一个体系中包含有两种这样的粒子，并假定可观察的东西是ξ。因此，向他们敞开的十分需要的进步大门被他们错过了。
我之所以提到最后这个例子，是因为在这个清晰的案例中，不可观察性不是一个物理假设问题，而是一个认识论原理问题。为简便起见，请考虑只有一个维度譬如东和西的粒子。如果我们有一个绿球和一个红球，我们可以观察到绿球譬如说在红球的西边5英寸远。因此，为了描述的目的需要，我们引入一个可观察量ξ，它表明绿球相对于红球向西测量的距离；一个ξ的负值表示绿球是向东的。但是，如果假设我们有两个颜色完全相同的球，并且我们观察不到任何区别。那么，在这个系统中，就不存在对应于ξ的可观察量。我们可以观察到这两个球在东西线上相距5英寸远，并且我们可以引入一个观察量η表示两个球的距离。但是，与ξ不同，η是一个没有标志的量。
如果把有关粒子的可观察行为的普通理论（我们可称之为粒子力学）应用于质子和电子，这自然是错误的，这样就会忽略在那个理论的早期阶段，即在引入和界定相关坐标ξ时，想当然地认为这些粒子在观察上是可区分的。这种力学当ξ是不可观察时就不再适用了。对质子和电子来说，我们有经过修正的、以η作为可观察物的力学。这种力学上的根本区别必定会导致数学上的区别；并且虽然这个问题更难，我认为，可以严格推导出来的是，这种区别同那些实际上是著名的库仑力的粒子之间的力是完全相同的。也就是说，电子和质子之间的静电力（库仑力）并非是由我们尚未知道原因的东西所产生的“另外的”东西，而不过是因我们的疏忽用ξ代替η作为可观察之物，因而根据经验重新提出来的术语而已，是由那些普通的公式所产生的。
那些不熟悉波动力学的人可能对可分粒子的力学与不可分粒子的力学竟然不同会感到惊讶不已。但是，量子物理学家对此并不吃惊，因为人们普遍承认，这两种力学在统计学方面有区别，这并无什么神秘之处。实际上，我从来不理解为什么有些人非常了解大量相似物的不可分性具有重要的结果，却没有费心去审查其在较小系统中的精确结果。不论我们考察大量相似物众所周知的统计效果，还是考察这两种粒子系统的力学不太明显的效果，其结论似乎都是难以置信的，除非我们牢记物理学所描述的世界的主体性和所有那些据说包含在其中的东西的主体性。人们自然地会反驳说，这些粒子不可能会因为我们不能区分它们而受到影响，并且如果假定它们会根据这个原因而修正自己的行为，那是荒谬的。而如果我们指的是全部客观的粒子和全部客观的行为，那有可能是真的。但是，我们对这些粒子的行为的概括——各种力学规律——所描述的是由我们的观察程序所强加的属性，正如关于可捕之鱼的概括是由渔网的结构所强加的一样。这些客观的粒子同我们不能区分它们无关；但是，它们同样的与部分地作为我们不能区分的结果而归之于它们的那些行为无关。正是这种可观察行为而不是客观行为，才是我们所关心的东西。
让我们再回到物理假设与认识论原理相比较的问题，可以设想的是，一个人如果除数学公式以外不愿把他的心思应用于其他任何东西，他就有可能把我们关于可观察之物是η而不是ξ的论断看作一种所谓的假设，这种假设一定会通过把推导出的结论与实验相比较而决定是否成立。它在形式上类似于物理假设，并且可以同样方式推导出其结论。但是，在这个案例中，观察检验是马马虎虎进行的——就像对欧几里得命题的实验确证一样。如果出现了不一致，可能会指出从这种论断推导出的观察结论有错误，或者可能会表示那些电子毕竟并非完全不可区分；但是，这将不会使我们相信如果我们做出论断说，当A不能在观察上与B区分开，我们有可能观察到A在B的西面而不是东面时，我们就是自相矛盾的。
如果说以太速率的不可观察性在认识论上同样是明显的，这是一种夸张——一旦我们考虑应当怎样着手进行观察时，我们就会看到它是不可观察的。这是因为一提到以太，就会使我们陷入迷宫，人们几乎忘记了以太的定义，而根据以太的定义很难使我们在言辞争议的沙尘暴中不迷失方向。但是，如今赞同以太的人几乎没有了，因而我们可以把更为重要的意义赋予一个密切相关的不可观察物，即“远距同时性”。远距同时性的不可观察性在本质上同以太速率的不可观察性是同样的原理，但是，这个术语可能没有古老的以太假说的模糊性。可以看到，远距同时性的不可观察性纯粹是一种认识论的结论。
经典物理学的观点想当然地认为，一个物体在空间中任何地点的历史上，一定出现过一个瞬间，这个瞬间以绝对方式等同于我们自己在此刻所经历的那种“现在”瞬间。其同样想当然的观点是，这个程序在常识看来是显而易见的，它必然地会决定从观察上看哪些瞬间具有这种绝对同时性的关系。但是，如果远距地点的同时性被用作科学的术语，我们就不能容忍定义的模糊性，并且对所要进行的观察程序必须坚持精确的指令。人们发现，试图阐述这些指令总会以某种恶性循环而结束。例如，这种指令可以通过光信号或无线电信号而把不同地点的瞬间相互联系起来，并对经过的时间做出修正；但是，当我们探究如何决定后一种修正时，这些指令就成为测量钟表经过的时间，而为了显示同时性，钟表已经调整过了。这并不需要麦克尔逊-莫雷实验向我们证明在这个定义中存在着恶性循环——虽然如果麦克尔逊-莫雷实验未能促使人们仔细审查，这个缺陷有可能会长期地持续逃脱我们的注意。
某一种量有可能是不可观察的东西——其线索有时是由观察所给予的；也就是说，当我们试图去测量它时，它却出人意料地表现为难以捉摸。但是，我们坚持它是不可观察的这种确定的知识并不是来自我们没有试图去观察它，而是来自对其定义的审查，由此我们发现其中包含着自相矛盾或者恶性循环或者其他逻辑缺陷。这个定义详细阐明的东西听起来似乎是某种观察程序；但是，当我们仔细检验这些术语的意义（它们通常包含追溯一个很长系列的定义）时，我们发现这种阐述没有意义。因为对不可观察物的区分取决于研究获得观察知识或者所谓观察知识的程序，而不是研究进行这种程序的结果，它是根据科学认识论而产生的；不可观察性的原理，譬如狭义相对论原理、不确定性原理或者经过修正的关于不可分粒子的力学，是一种认识论原理。这类原理同物理假设具有完全不同的地位，虽然它们也能导致同样的实际结论。
当不可观察物被引入一个宣称自己表达了物理知识的陈述时，这个陈述通常被认为是无意义的；作为一项物理知识，它必须对特殊观察程序的结果有所断定，并且这种没有观察意义的术语侵入会造成该阐述中的漏洞。但是，也可能例外地发生如下情况，即这种不可观察物会以这种方式包含进来，以至于这个陈述的真理性并不依赖于归属于它的价值。因此，这并不会损害这个陈述；因为虽然可以证明这些观察指令中有一部分是虚幻的，然而它对我们假设这一部分程序会得出什么结果并不真正地有何重要意义。例如，一个物体向北移动四尺，然后再向东移动三尺，它就会离出发点有五尺远，这是一项物理知识。这对地球以外其他行星上的测量也是适用的。如果给予合理的解释，这甚至也适用于一个非旋转的行星，虽然“北方”此时是不可观察的；因为虽然“北”和“东”这些术语被用来表达这种知识，它的真理性却不依赖于观察程序的结果，这两个成直角方向的第一个方向正是根据这种程序而设定的。
因此，有两种方式可以处理经典物理学无意中所承认的不可观察物。一种方式是以根除它们的方式来重新阐述我们的知识。另一种方式是使它们不起作用；可以允许它们仍然假定，那些包含着参照它们的论断不管我们给它们如何赋值——即不论我们假定所给予的虚幻观察程序会产生什么结果——仍然是真的。虽然从哲学观点来看有些多余，这后一种方法一般地说在物理科学的实际发展中是最方便的。它所包含的对我们传统的知识表达形式的干涉较少，据此我们可以更容易地追溯不可观察性的结果。那些包含参照不可观察物的可能论断在形式上受到很大限制，因为它们必须拥有“不变性”，不管我们如何改变不可观察物的假设价值，它们仍然是真的。通常，这种限制相当于物理假设——即假设事物的实际行为与这种限制是一致的。但是在现在这种情形下，这种限制从根本上说是一种同义反复，因为断言它与这种限制不符合根本没有意义。