在宏观物体实验中，对那些探查到微观层次信息的仪器该如何评价？19世纪物理学家对于处于世纪之交的仪器的分类法能够提供有益借鉴。这一分类也是之后百年中使用的截然不同的新型设备的检验标准。在20世纪，微观物理的物质文化出现了两次重大转变：首先，仅适用于原子集体实验的机器设备被能够探测到单个粒子的、更加复杂的仪器设备所取代；而后，单一粒子级别的探测器又被工厂规模的、计算机辅助型的加速器所取代。
在对19世纪的仪器评估进行研究时，我们有幸能够见到该时期伟大的物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦所编著的《科学仪器图说概览》，它在1876年南肯辛顿博物馆的科学装置展览中被作为指南材料使用。在概览之中，麦克斯韦运用最通俗的语言对实验进行了描述。
实验同其他发生的事件一样，是一项自然现象；但是，在科学实验中，环境得到了较为妥善的安排，特定现象之间的关系可以得到最大程度的研究。通过设计实验将研究的对象和现象当作研究领域从其他同类中区分出来。[1]
麦克斯韦将这里所说的其他现象归类为“干扰物”，他还发现干扰物自身以后也可能会变为研究目标。同时，实验者的首要目标是将干扰降到最低点。
为了研究实验现象，物理学家使用了“实验装置”，其中每个为实验而设计的构成部件都可以被称作“实验仪器”。由麦克斯韦的观点来看，实验仪器按功能可以被分为三类：实验时的能量来源、能量传输途径和能量效果测量。这一种分类方式多少有几分抽象，但通过麦克斯韦后来对一项仪器的功能分类，这种方式得到了完整的阐释。他将该仪器的功能归纳为八种，然后又分别归类至上文所述的三大类别下：
1. 能量来源
2. 能量传输
1）能量分配器
2）能量限制器
3）能量储存器
4）多余能量处理器
5）能量调节器
3. 效果测量
1）指示器
2）称具
麦克斯韦对器械的三分式分析法并不是首创，这样的概念——将机械按功能分析——至少可以追溯至英国的查尔斯·巴贝奇（Charles Babbage）。巴贝奇在研究生产机械设备时就曾使用过类似的分析方法。[2]19世纪中期的持有不同立场的评论者将这一体系为己所用，用于描述能量生产、传输和使用的大型工业器械分类。政治谱系的一端是美国国务卿在1867年巴黎世界博览会上所做的报告，报告中美国代表探讨了“工业技艺的机械与流程以及精密科学设备”。[3]在简短的序言“发明与进步”之后，国务卿将机械和设备划分为几章的内容，分别以“发动机”、“力的传输器”、“蓄力器”和“力的直接性应用”为标题。在政治谱系另一端的卡尔·马克思（Karl Marx）对机械的本质也持完全相同的观点。马克思认为：
机械是对发动机机理、传导机制和最终的工具或工作机器的自然深入。发动机机理是整个机制的驱动力，它可以自主生产动力，比如蒸汽机、热量引擎、电磁机等，也可以从已有的自然力处获得动力……传导机制包括飞轮、传动轴、齿轮、滑轮、滑车带、绳索、传送带、副齿轮、多种齿轮传动装置等，它们对运动进行控制……并在机械之间进行传导。整体机制中的这两个部分仅仅是将运动传递给工作机器，机械通过这一运动对工作对象进行利用，进而按照需要来对对象进行更改。[4]
马克思认为，工业革命的中心是工作机器的改革。对于我们而言，实验的彻底变革是发生在探测器上，它是和工作机器具有同等地位的实验部分。在后文探讨的三个时期中，能量的来源当然也发生了变化：从爱因斯坦、德哈斯和巴奈特实验中使用的发电机变为仍然未知的宇宙射线产生原理，进而又变为费米实验室和欧洲核子中心中使用的加速器。但是，我们的关注点将首先被引导至直接受实验者控制的设备——探测器上。如此一来，我们发现，如欲使用麦克斯韦在19世纪进行的实验特性描述来充分阐释20世纪末的实验，那么对这一特性描述方式需要进行彻底的修改。
麦克斯韦的体系得到了继续发展：当能量被传递和应用，刚性部分开始运动。因此，他建议实验者们自行设计实验装置，进而使刚性部分免受压力、避免出现变形。在此方面，扭杆（中部悬挂起来的较细的棒状物）几乎可以指向任何方向，是较为理想的器材。在卡文迪什和库仑（Coulomb）对微小的电力和重力进行的测算中，扭杆一类的仪器装置扮演了决定性的角色。高斯（Gauss）和韦伯（Weber）运用了双线悬吊法来测算微小的磁力。[5]通过观察已校正的称具上的指针位置或反射光束，这些装置最终产生了“读数”。另一类仪器，比如观测望远镜，有助于消除视差，因此光点或指针的读数可以更为精准、始终保持不变。
从这些一般性的考虑出发，麦克斯韦开始将注意力转至“物理学”的不同分支，如力学、热量、电气和光学现象等的研究。根据他的以下分类标准，力学实验家们的观点得以被人们了解：
力学现象
1. 能量来源 原动机
2. 能量传输
1）分配器 机械轮系
2）限制器 固定机架
3）储存器 飞轮
4）处理器 摩擦制动器
5）调节器 调速器、游丝发条
3. 效果测量
1）指示器 测力计、环索计
2）称具 标准长度、质量和时间
热现象
1. 能量来源 熔炉、吹管、冷却剂
2. 能量传输
1）分配器 热水管、铜导体
2）限制器 不导电衬垫、胶合剂、冰外壳
3）储存器 蓄热室、加热器
4）处理器 冷凝器、安全阀
5）调节器 恒温控制器
3. 效果测量
1）指示器 温度计、热量计
2）称具 标准温度，如融冰、沸水
电气现象
1. 能量来源 电机、伏打电池、电磁机
2. 能量传输
1）分配器 导体、磁铁衔铁
2）限制器 绝缘体
3）储存器 莱顿瓶、冷凝器、蓄电池
4）处理器 变阻器、避雷针
5）调节器 稳压器、电灯稳压器
3. 效果测量
1）指示器 验电器、电量计、电流计
2）称具 标准阻值、电容、电动势
1866年，麦克斯韦夫妇进行了一项实验，实验将力学、热动力和电磁装置的原理进行统合。磁体产生的动力使得玻璃圆盘发生了摆动。圆盘被安装在固定机架上，与空气间的摩擦力使得圆盘摆动速度下降，热水或蒸汽传递了热量，温度计被用于测量温度。
“光学现象”中不仅包括反射、折射、衍射，还包括光谱等。麦克斯韦的分类大体如下：
1. 能量来源 由燃烧、电流、外部辐射等导致的固体、液体、气体温度上升
2. 能量传输
1）分配器 镜面、透镜
2）限制器 吸收介质、棱镜、光栅、偏光器
3）储存器 磷光性、荧光性、吸热性主体
4）处理器 光阑、狭缝、不透明反光屏
5）调节器 人眼虹膜
3. 效果测量
1）指示器 测光仪、摄影器材
2）称具 参照用光谱线、标准烛光
总而言之，麦克斯韦实验取代了对宏观距离内可测量物体的约束系统，实验中检测到了相关的能量宏观传输和转化。凭借着上述各种仪器装置，有效地测量出了数十亿个独立微观物理现象的累积效应，这样的系统可以简称为“均值实验装置”。但正如后文第4章中所述，在百年之后，这一描述方式将不再适用于实验的产物。随着实验仪器的变化，实验论证的推动力也将发生变化。
注释
[1] Maxwell，“General Considerations，”in Scientific Apparatus（1876）；Maxwell，“General Considerations，”in Scientific Papers（1965），505-527；本引文摘自第505页。
[2] Babbage，Machinery（1835），16.参见Berg，Machinery Question（1980），184-185.
[3] Barnard，“Machinery，”Reports（1870）.促使人们更多地使用“力量”标示“能量”，其中一部分原因是19世纪60年代之前，德语中“Kraft”一词同时具有两种含义。
[4] Marx，Capital（1977），494.
[5] Maxwell，“General Considerations，”in Scientific Apparatus（1876），11-12.