库恩的科学的结构

　　我们如果把历史不仅仅看成是一堆轶事和年表，就会根本改变今天仍然支配我们头脑的关于科学的形象。从前形成这样一个形象，也包括科学家自己所形成的，主要是由于学习已有科学成就的结果。这种成就载于经典著作之中，近年来也载于那些每一代科学新人从中学到专业的教科书之中。但是这一类书，目的不可避免地是为了说教，它们所描述的科学观，决不会比旅行指南或语文课本所描述的民族文化更合乎实际一些。本文要说明的是，这些书从根本上把我们引入了歧途。本文的目的是要勾画出一种大异其趣的科学观，一种可以从科学研究的历史记载本身浮现出来的科学观。

　　但是，如果人们所不断寻找和分析的历史资料，只是为了回答科学课本中那些永恒不变的陈词滥调所提出的问题，那么，即使根据历史，也无法形成新的科学观。比方说，这种课本似乎总是暗示，书中所描述的各种规则、定律、理论已经完美地表明了科学的内容。几乎无一例外，这些书读起来都象是在说：科学方法其实就是搜集教科学材料的技巧，再加上对材料进行理论概括的逻辑推理方法。这就造成了对科学本质和科学发展的一种纠缠不清的科学观。

　　科学如果只是一堆现行课本中的事实、理论和方法的总汇，那么科学家不管有没有成就，也只能努力对这个总汇贡献一二而已。科学的发展成了一点一滴的进步，各种货色一件一件地或者一批一批地添加到那个不断加大的科学技术知识的货堆上。科学史成了这样一门学科：它既要记载这个连续不断的积累过程，也要记载阻止这一进程的障碍。历史学家为关心科学的发展，他就负有以下两个主要任务。一方面，他必须确定是什么人、什么时候发现或发明当代科学中的各种事实、定律和理论。另一方面，他还必须描绘和解释妨碍现代科学课本各部分更快积累起来的那一堆错误、虚构和迷信。许多研究工作都是为此而进行的，有一些现在仍然是这样。

　　但近年来有几个科学史家已经发现，要按照这种渐进积累的观点进行工作，愈来愈困难了。作为这个积累过程的记录者，他们发现，研究得愈是深入，就愈是难于而不是易于回答这样一些问题：氧是什么时候发现的？是谁第一个想到能量守恒？有几个人还愈来愈怀疑，问题可能从根本上就提错了。科学也许根本就不是通过一个一个发现和发明的积累而发展。同时，科学史家要把过去人们所观察和相信的“科学”部分，同前人任意扣上“错误”、“迷信”的部分互相区别开来，也遇到愈来愈大的困难。他们愈是仔细研究象亚里士多德力学、燃素说化学、热质说热力学等等，就愈会感到，那些一度流行过的自然现，从总体上说，一点也不比今天流行的更不科学些，或者更加是人类天性怪解的产物。如果把这些过时的信念叫做虚构，那么，今天使我们获得科学知识的方法和根据，也同样可以产生虚构，可以证明虚构。另一方面，如果把它们叫做科学，那么，科学里面就包含一些我们今天所绝对不能容纳的信念。在这二者之间，科学史家必然要选择后者。过时的理论不能因为遭到摒弃就一定不科学。但这么一来，我们就再也难以把科学的发展看成单纯的增加了。同样，在科学史研究中把个别的发明和发现孤立起来也会遇到困难，这就有理由从根本上怀疑，科学史究竟是不是这样一个由个别科学贡献复合而成的积累过程。

　　所有这些疑问，最后引起了科学研究史编写中的一场，尽管现在还是刚刚开始。科学史家逐步地、往往并不完全自觉地开始提出另外一类问题，研究另外一条往往并非渐进性的科学发展路线。他们不再去寻求一门古老科学对我们现代文明的永恒贡献，而是试图表现这门科学当时的完整历史。例如，他们并不问伽里略的观点同现代科学观点有什么关系，却要问伽里略的观点同当时他那个集体，即他在科学上的老师、同学和直接继承者的观点之间有什么关系。而且，他们在研究历史上这些集体的观点时还坚持这样一个出发点；尽可能使历史上的这些观点内部联系得最紧密，又最能符合于自然界。这个出发点通常是同现代科学的出发点大不一样的。通过这样写成的著作，最典型的也许就是亚历山大. 柯依列的著作，我们可以看到，科学已不尽然是那种人们在历史编写旧传统中所争论的那样了。历史研究至少已暗示了一种新的可能的科学形象。本文的目的就是要说明编写历史的某些新含义，以勾画出这个科学形象的轮廓来。

　　这样做，科学的哪个方面将会突出出来呢？首先，至少是说明顺序上的首先，方本身并不足以使我们能做到：只要按它的指示办就可以对许多科学问题得出唯一可靠的结论来。叫一个人去观察电学或化学现象，但他只知道什么合乎一般科学，却不懂这两门具体科学，他当然会从许多相互矛盾的结论中随便抽出一个来。他之所以从各种合理的可能性中得出这一个特定结论来，可能是因为他从别的地方得来的先入为主的经验，可能是因为调查研究中的某些偶然事件，也可能是由于他本人的个人特点。比方说，他把哪一些具体知识用到化学或电学研究中去了？在许多可以想到的适合这个方面的实验中，他首先选择哪个实验呢？在由此引起的各种复杂现象中，哪些现象会使他感到特别能说明化学变化和电吸引的本质呢？对这些问题的回答，至少对个人来说，有时甚至对整个科学界来说，都常常是科学发展中所不可缺少的决定性固素。我们将指出，如第II节所说，大多数科学的早期发展阶段都是酒过许多不同自然观之间不断的相互竞争而表现出自己的．特征来。其中每一种自然观都是片面地按照科学观察和方法的要求而得出来的，但又大体上都同这种要求没有矛盾。各个学派之间的不同，不在于各派的方法上有这样或那样的缺陷——它们都曾经是“科学的”，而在于，如我们后文要说的，它们看待世界和运用科学的不同方式之间的不可比性。观察和经验可以而且必须严格科学信念所容许的范围，否则就没有科学。但它们不能单独决定某一种特定的信念本身。由某一特定时代的特定科学共同体所支持的信念，总是在其构成成分中包含了由个人偶然性和历史偶然性所组成的明显任意性因素。

    但这种任意性因素并不表示，任何一个科学集体可以没有一套大家接受的信念而能进行专业活动。这种因素也不会降低那个一定时期内这一集体正是为之而献身的知识总汇的重要意义。科学界如果认为对下面一些问题没有得到可靠的回答，实际研究工作就没有开始：组成宇宙的基本实体是什么？它们之间怎样相互作用？又怎样同感官发生作用？对这种实体提出什么问题才合理？用什么办法才能找到答案？至少在已成熟的科学中，对这上类问题的回答（或者是完全可以代替答案的东西）已经深入到了学生由以获得专业训练的教学之中。那种教育又严密又刻板，因而这些答案也可以在人们的科学思维中留下深刻影响。这很能说明常规研究活动的特殊作用以及它在任何一段时间中所遵循的方向。在第III、IV、V各节中考查常现科学时，我们最后将说明，那种研究不过是一种狂热而虔诚的尝试：想把自然界强迫纳入专业教育所规定的思想框框里。同时我们还会怀疑，不管在历史来源或以后的发展中有些什么任意性因素，如果没有这样的框框，究竟还能不能进行研究。

    这种任意性因素确实存在，对科学的发展也有重要作用，这一点将在第VI、VII、VIII各节中详加考察。大部分科学家都难免要把几乎全部时间化在常规科学上，因为常现科学建立在这样一个假定之上：科学家了解世界是什么样子。科学事业的许多成就都是从科学界捍卫这个假定的决心中得来的，必要时还不惜付出相当的代价。例如，常规科学往往压制重大的革新，因为必然要打破它的一些基本成现。但是只要成规中有任意性因素，常规研究的本性又可以保证革新不会被压制很久。有时一个很普通的问题，本来可以用已知的规则和方法加以解决，但是虽经这个专业的研究集体中最有才能的人反复钻研，仍然不得解决。也有时，为常规研究制造的某一种设备不合要求，结果出现了反常，怎么努力也不能使之同科学上预期的现象相一致。在这样一些情况下，常规科学就会走入歧途。这时候——也就是当这一专业再也避不开那种破坏科学实践旧传统的反常现象时——就会开始那种非常研究，最后终于把这一专业引向一套新的成规，为科学实践提供一个新的基础。这种使专业的成规发生变革的非常事件，就是本文所说的科学。作为常规科学活动所受传统束缚的补充，是对这种传统的破坏。

    科学最显著的例子，是那些在以前科学发展中也经常被称为的著名事件。因此，在第一次直截了当地分析科学本质的第IX、X节中，我们将反复谈到那些在科学发展中同哥白尼、牛顿、拉瓦锡、爱因斯坦等名字相联系的重大转折点。这些历史事件，至少就物理科学而言，比大多数其他事件更能说明科学究竟是怎么回事。每一次都迫使科学界推翻一种盛极一时的科学理论，以支持另一种与之不相容的理论。每一次都必然会改变科学所要探讨的问题，也会改变同行们据以确定什么是可以采纳的或怎样才算是合理解决问题的标准。每一次都彻底改变了科学的形象，以至于最后我们不得不说，那个人们在里面进行科学研究的世界也根本变了。这些变化同几乎总是随之而来的争论一起，决定了科学的特征。

    研究一下牛顿或者化学，这种特征表现得特别明显。但本文却有这样一个基本论点；研究性不那么明显的其他事件，同样也可以得到这些特征。麦克斯韦方程对于受到影响的小小专业集体也同爱因斯坦方程一样地，从而也一样地受到抵制。创立另一种新理论如果触犯了某些专家的专门职权范围，也照例会激起他们同样的反应。对这些人来说，新理论意味着改变常规科学原来所遵循的规则。因此，新理论不可避免地要指责他们所已经完成的许多科学研究。正因为这样，一种新的理论，不管应用范围是多么专门，都很少会、甚至永远也不会只是已知事实的累加。新理论的同化作用要求重新构思原来的理论，重新评价原来的事实，这个内在的过程很少是由一个人单独完成的，更不是一夜之间所能完成的。毫不奇怪，历史学家很难为这个漫长的过程标出确切的日期来，而他们的专业语汇却又总是迫使他们把这个过程看成是孤立事件。

    创立新理论，还不仅仅是对有关专业领域专家们的致命的冲击。支配常规科学的成规不仅指明了宇宙包含些什么实体，还暗示了宇宙不包含什么实体。由此可以得出——尽管这一点还要进一步讨论——象氧或X射线那样的发现，决不单单是为了在科学家世界的总汇中多增添一个项目。只要学术界重新评价传统的实验方法，取代它久已熟悉的实体观念，并在这个过程中改变它把握世界的理论框架，最后就会出现这样的结果。除了在单一的常规科学实践中，科学事实和科学理论不能截然分开。正因为这样，意外的发现就不单纯是输入了一些事实，由于这些崭新的事实和理论，科学家的世界既有了量的丰富，也有了质的变化。

    这样来引伸关于科学本质的概念，下文将样加叙述。大家知道，引伸就会扭曲通常用法。尽管这样，我还是要说新发现是的，因为，正是由于有可能把这些发现的结构同哥白尼那样的联系起来，我才觉得这个引伸了的概念有这么重要。上面的讨论表明，常现科学和科学这两个互补的概念将怎样在以后紧接的第区节中展开。本文其他部分安排另外三个重要问题。第XI节通过讨论教科书，看着科学为什么以前是那么难以发现。第XII节描述了常现科学者传统的拥护者同新传统的追随者之间在过程中的竞争。因此，这一节我们也考察了这样一个过程，通过这个过程一定程度上可以在科学探索的理论中代替那种科学中通常所熟悉的证实或证伪程序，科学界不同部分之间的竞争，其实不过是不断否定一种以前公认的理论或接受另一种理论的历史过程。最后，第XIII节将提出这样一个问题：通过而发展怎么能同看起来是科学特有的进步性质一致起来呢？对这个问题，本文只想提供一种答案的轮廓，这个答案还取决于尚待进一步探讨的科学共同体特点。

    某些读者肯定已在怀疑，历史的研究究竟能不能得出本书所要讲的那种根本观念上的转变呢？用逻辑两分法的全套武器可以表明：不可能完全做到这一点。历史是一门纯粹描述的科学，这一点我们说得实在太多了。但上面提出的论点却把历史说成是解释的、有时还是规范的科学。而且，我的许多概括还牵涉到关于科学家的社会学或社会心理学，而我的某些结论至少在传统上是属于逻辑学或认识论的。在前面的一段文字中，我可能会侵犯到现代影响很大的“发现的前后关系”同“论证的前后关系”之间的界限。混淆了不同的科学领域和科学上不同的重点，除了造成极大的混乱以外，还能有什么呢？

思想上离开了这一类的界限，我们简直无法更了解它们的含意和力量了。许多年来我一直认为，这关系到认识的本质问题。现在我还是认为，经过适当的修正，这些界限仍然可以为我们说明一些重要的问题。但是当我试图把这些界限应用到我们获得、接受和消化知识的实际情况时，即使是广义的应用，也是非常成问题的。这并不是一些基本逻辑或方方面的界限，从而比分析科学知识更为重要，现在看来，这正是一套传统可靠答案的一个组成部分，这些答案正是针对提出这种界限的那些问题的。这个逻辑循环绝不会使它们无效。但又确实使它们成为一种理论的组成部分，这样，它们也象其他理论一样需要仔细加以分析。如果它们的内容不仅是一些纯粹的抽象，那就必须看看把它们用到所要阐明的材料时其内容究竟怎样。难道科学史就不能为我们提供这样一些现象，可以合理地要求把认识论用上去吗？

IlI 常规科学的本质

　　那么，一个集体因为接受了某一种规范所能容许的更专门、更深奥的科学研究，其本质究竟怎样呢？如果规范代表已经一劳永逸完成了的研究工作，规范还会为这个联合的集体留下什么有待于进一步解决的问题呢？如果注意到迄今我们所用术语都可能正在把我们引入歧途，问题就更迫切了。按既定的用法，规范就是一个公认的模型或模式，这一方面的意义我找不到更合适的用语，只能借用“规范”这个词。但是立即可以看出，借用这个词所能表示的“模型”和“模式”的意义，并不完全是通常用来定义“规范”的意思。例如在文法中，“amo，amas，amat”①是一种规范，因为它显示了用来组成大量其他拉丁文动词的模式，象构成“laudo，laudas，laudat”。②在这种典型的应用中，规范只有容许那些原则上可以取而代之的事例重复出现才有作用。但另一方面，在科学中规范又是很少重复的东西。正象共同法中公认的公正判决一样，在新的或者更严格的条件下，规范是一种需要进一步分析并具体化的东西。

　　①拉丁文动词“爱”的第一、第二、第三人称。

　　②拉丁文动词“称赞”的第一、第二、第三人称。

　　如果了解了怎么可能是这样，我们就会认识到一种规范第一次出现时所能达到的范围和精确性是多么有限。规范所以能够获得这样的地位，因为它去解决一批实际工作者公认的重大问题时比竞争对手更为成功。但它更为成功的之处，却既不是完全成功地解决某一个问题，也不是显著成功地解决多么多的问题。一个规范的成功——不管是亚里士多德对运动的分析、托勒密对行星位置的计算、拉瓦锡对天平的应用还是麦克斯韦对电磁场的数学化——从一开始就主要是一种在选定的、但仍然未完成的事例中获得成功的指望。常现科学就在于实现这种指望，办法是：扩大对于那些规范特别能够加以说明的事实的知识，加强这些事实同规范预测之间的配合，进一步详细表达规范的本身。

　　若不是一门成熟科学的真正实际工作者，很难理解一种规范会留下多少有待完成的扫尾工作，而进行这一类工作又是多么使人入迷。这几点必须加以了解。扫尾工作使绝大多数科学家献出了他们的全部生涯。他们创立了我这里称之为常规科学的东西。进一步看，不管是在历史上的还是现代的实验室中，这件事就象是硬要把自然界塞进规范早已制成的相当僵化的框框里。常现科学的目的绝不是引起新类型的现象；凡不适合这个框框的现象，实际上往往根本就看不到。科学家的目标按常规并不是发明新理论，他们也往往不能容忍别人的这种发明。①相反，常规科学研究总是为了深入分析规范所已经提供的现象和理论。

　　①帕纳德·巴勃（bernard Barber）：《科学家对科学发现的抵制》，《科学》；第CXXXIV卷（1961年），第 596～602页。

　　这也许是缺点。当然，常规科学探讨的范围微不足道；我们现在所讨论的常规研究，其视野也受到严格的。但正是这些因信仰规范而产生的，对科学的发展却成为不可缺少的。由于集中注意狭小范围中比较深奥的问题，规范会迫使科学家仔细而深入地研究自然界的某一部分，否则就不能想象。常规科学具有一种固定机构，不管造成这种的规范什么时候不再发挥有效作用，它都可以保证把这种束缚研究的加以放松。从这一点开始科学家们的行动不同了，他们研究课题的性质也变了。但是，在规范获得成功的间歇期中，这一专业团体将会解决一些问题，其成员如果不信规范，不但想不到，也永远提不出。至少有一部分成就永远都是这样。

　　为了更清楚地表明常规研究也即根据规范进行的研究究竟是什么意思，让我对常规科学所包括的主要问题加以分类和说明。为了说明的方便，姑且不谈理论研究，先看看事实的搜集，也即科技刊物中所描述的实验和观察，科学家们正是通过这些刊物的同行们报告他们不断研究的成果。科学家通常报告自然界的哪些方面呢？他们的选择取决于什么呢？而大多数科学观察都要花费大量时间、设备和金钱，推动科学家求得这一选择所导致结果的动力又是什么呢？

　　我以为，关于事实的科学研究通常只有三个中心，它们之间的区别既不经常，也不永恒。首先是那一类事实，规范表明它们特别能揭示事物的本质。规范用这些事实解题，使事实对更加多样的情况具有更加精确的判决作用。某一个时期的这种关于事实的重大判决有：天文学中——行星的位置和大小、双星星蚀周期和行星周期；物理学中——物质所特有的引力和可压缩性，波长和光谱强度，导电性和接触电位；化学中——化合物和化合量，溶液的沸点和酸性，结构式和旋光性。为了提高认识这些事实的精确性、扩大认识范围所作的努力，占去了实验观察科学的大部分文献。为此目的，一次又一次地设计了复杂的专门仪器，而发明、制造和布署这些仪器都要求第一流的人才，还往往要求相当的财政后盾。同步加速器和射电望远镜不过提供了最新的例子来说明：只要规范可以肯定科学工作者所寻求事实的重要性，他们就能做到这样的程度。从第谷·布洛赫（Tycho Brahe）到E．O．劳伦斯（Lowrence），某些科学家之所以获得巨大声誉，并不是由于他们的发现有什么新颖，而是由于他们为重新判定某种以前已知事实所用方法的精确性、可靠性和广泛性。

　　第二类的事实判定很普通，但也更少。这类判定针对那样一些事实，它们本身没有什么重要性，但可以直接用来同规范所预测的作比较。当我从常规科学的实验问题转到理论问题时，我们很快就会看到，一门科学理论，特别是主要以数学形式出现的理论，可以直接同自然界相对照的地方是不多的。这样的地方，即使是爱因斯坦的广义相对论所能达到的，也不超过三个。①而且，即使在这种可以实际应用的地方，也往往要求理论上和实验上更加接近，以免严重所期待的一致。为了更加一致，或者为了发现一些新的可以一举证实这种一致的领域，正在不断对实验者和观测者的技巧和想象力提出挑战。特种望远镜证实了哥白尼对周年视差的预测；阿乌德（Atwood）机是在牛顿《原理》以后几乎。个世纪才第一次发明的，却第一次毫不含糊地证实了牛顿第二定律；傅科（Foucault）的仪器表明光速在空气中比在水中大；设计巨型闪烁计数器是为了证明中微子的存在——象这样一些以及其他许多类似的特殊仪器，说明必需有这些巨大的努力和创造性才能使自然界同理论愈来愈一致起来。②试图证明这种一致性，是第二种类型的正常实验工作，它甚至比第一种更明显地依赖于一种规范。规范的存在使问题开始得到解决；规范理论往往直接包含在有可能解决这个问题的仪器设计之中。例如，如果没有《原理》，用阿乌德机所作测量就毫无意义。

　　①至今仍然得到广泛承认的唯一长期成立的验证，就是水星近日点的岁差。关于远星体光谱线的红移，可以从比广义相对论更基本的原因得出。光线绕太阳时的弯曲可能也是这样，这一点现在仍在争论之中。不管怎样，后两种现象的测量仍然含糊不清。最近可能又增加了另一种检验：穆斯保尔(Mossbauer）辐射的引力迁移。在这个现在很活跃但经过长期休眠的领域中，也许很快地会有变化。对这问题最新的简要说明，见L.I.什夫（Schiff）：《NASA会议上检验相对论的报告》，《今日物理》，第XIV卷（1961年），第42～48页。

　　②关于两种视差望远镜，见阿伯拉罕·沃尔夫（Abraham Wolf）：《十八世纪科学、技术、哲学史》（第二版；伦敦，1952年），第103～1O5页。关于阿乌德机，见H．R．汉森（Hanson）：《发现的模式》（剑桥，1958年），第100-102、207～2O8页。关于后面两种特种仪器，见M．L．傅科：《关于测量空气和透明介质中的光速的一般方法》，《科学院的…活动报告》；第XXX卷（1860年），第551～56O页；C．L．小柯温（Cowan）等；《自由中微子的探测：一个证实》，《科学》；第CXXIV卷（1956年），第103～1O4页。

　　第三类实验和观察，我认为穷尽了常规科学的搜集事实活动。它包括详细分析规范理论的经验性工作，以消除某些残留的含混不清，从而使以前只是引起注意的问题可以得到解决。这一类是最重要的一类，要加以描述还得细分。在更加数学化的科学中，旨在进行详细分析的实验是针对物理常数的判定的。例如，牛顿的研究表明，对于宇宙间任何位置上的任何一种物质，两个单位质量在单位距离之间的力都一样。但即使不考虑这种吸引即万有引力常数的大小，这个问题同样可以解决而在《原理》出现以后一百年中，没有其他任何人设计出能够确定这个常数的仪器。卡文迪什在十八世纪九十年代的著名判定也不是最后一个。由于引力常数在物理科学中的重要地位，改进其数值就成了此后一大批著名实验室反复努力的目标。①这一类长期研究的其他事例是：确定天文单位、阿怫伽德罗（Avoadro）数、焦耳（Joule）系数、电荷等等。如果没有一种规范理论规定了问题并保证有一个稳定的解，就很难设想会有这么多精心的努力，更不会产生任何成果。

　　当然，努力把规范表述清楚，并不限于制定普遍常数。努力的目标也可能是定量定律，象波义耳关于气体压力与体积关系的定律，库仑关于电吸引的定律，焦耳关于电阻和电流生热的方程，都属于这一类。规范是发现这一类定律的前提条件，尽管表面上也许看不出来。我们常常听说，这些定律是由于为自己捡验测量数据以及没有理论成规而发现的。但是历史并不支持这样一种太过分的培根式的方法。空气以前被认为是一种所有静力学精密概念都用得上的弹性液体，当时波义耳实验一直不为人们所理解（如果理解了，就会接受另一种解释，或者根本不作解释）。②库仑的成功是因为他制造了一种专门仪器来测量两个点电荷之间的力（以前用普通的盘式天平等测量电力，根本没有发现有任何联系或简单规则性。）。但这一设计又依赖于以前的认识：每一个电流体粒子都超距作用于其他每一个粒子。这就是库仑正在寻求的两个这种粒子之间的力——唯一可以有把握假定为单纯距离作用的力。③焦耳的实验也可用来说明，定量定律是怎样通过说明规范而涌现的。事实上，定性的规范和定量的定律之间的关系如此广泛而密切，以至于从伽里略时代起，在设计出用于实验判定的仪器以前许多年，人们就常常借助于规范而确切地猜测出这些定律来。④

　　最后，还有第三种旨在说明一种规范的实验。这种实验比其他的更象一种探测；在那样一些时期和科学中，即需要更多解决自然界规则性的定性问题而不是定量问题时，这种实验特别盛行。通常从一组现象中提出来的规范，用到其他密切有关的现象时就含糊不清了。于是，怎样才能把规范应用到人们所关心的新领域，实验就必须有所选择。例如，把热质说当作规范用，就是以混合和改变状态来加热或冷却。但热还是可以通过别的方式释放或吸收——例如化学化合、摩擦、气体的压缩或吸收——而且热质说也可以通过几种不同的方式应用到这里的任何其他现象。如果真空也有加热的能力，那么，压缩加热就可以解释为气体同虚空相互混合的结果。要么就是由于特种气体热因压力改变而发生变化。此外还有几种别的解释。许多实验，就是为了试探并辨别这许许多多不同的可能性；而所有这些实验都来自作为规范的热质说，都是利用规范来设计实验并解释实验结果的。⑤一旦压缩加热现象被证实了，这方面一切进一步的实验就都以同样方式依赖于规范了。给定了现象，阐明现象的实验还能有什么别的选择呢？

　　①J．H．帕印亭（Poynting）评论了1741年到1901年之间关于引力常数的二十四个测量，见《引力常数和地球平均密度》，《大英百科全书》，第11版，剑桥，1910～1911年；第Xll卷，第385～3页。

　　②关于液体静力学概念全部移植到气体力学之中；见《巴斯卡物理学论著》，I．H．B斯庇尔（SPiers）和A.G.H．斯庇尔（Spiers）译，载有F．拜雷（Barry）的介绍和注释（纽约；1937年）。托里拆里（Torricelli）最初的平行引进（“我们的生活淹没在空气元素的海洋底层”）见之于第1页。这两篇主要论文表现了引进的迅速发展。

  ③杜安·鲁勒和社安·H·D·鲁勒：《电荷概念的发展：电学从希腊人到库仑》（《哈佛实验科学案例史》，案例8；马萨诸塞州；坎布里奇，1954年）；第66～ 80页。

　  ④例如，见T．s．库恩：《现代物理学中测量的作用》，《爱西斯》杂志，第LII卷（1961年），第161～193页。

　　⑤T.S.库恩：《关于绝热压缩的热质说》，《爱西斯》杂志，第XLIX卷（1958年），第132～140页。

　  再谈谈常规科学的理论问题，它也几乎要归到实验科学和观测科学同一类中。常规理论工作的一部分，尽管只是很小的一部分，就完全是一种现有理论的应用，即用来预测理论固有意义中所包含的关于事实的信息。编制天文历书，计算棱镜特征，绘制无线电广播曲线，都是这一类问题的实例。科学家们却一般都把这一些看成是舞文弄墨而扔给了工程师或技师。许多这类工作因而没有机会出现于科学刊物。但是，这些刊物所包含的大量问题讨论，对于非科学家来说，看起来却必然差不多都是一样的。人们所以要利用理论，并不是因为从中得出的预测本身有什么价值，而是因为可以直接对付实验。利用的目的在于表现这一规范的新应用，或者提高一种现有应用的精确性。

　　扩大理论同自然界之间的接触点经常会遇到巨大困难，正是从这些困难中产生了对上述这一种研究工作的需要。查阅一下牛顿以后的科学史，就可以扼要地说明这种困难。直到十八世纪早期，从《原理》中发现规范的科学家们认为，这本书的结论理所当然地具有普遍意义，他们也有充分的理由这样做。一本著作竟然可以这样大幅度地同时扩大研究范围、提高研究的精确性，这在科学史上已知的著作中还是没有先例的。牛顿为天体推导出了开普勒行星运动定律，也解释了月亮在观察中并不遵守这些定律的几方面的问题。他为地球推导出了关于单摆、斜面和潮汐的一些零星观察结果。借助于外加的但又正是为此目的而作的假设，他本来也有可能推导出波义且定律和空气中声速的重要方程。就当时的科学状况说，这些证明的成就是极其令人难忘的。但从牛顿定律所假定的普遍性看，实际应用的数量就不怎么大，牛顿也几乎没有什么另外的发展。而且，同今天任何一个物理学毕业生用这些定律所能达到的成就相比，牛顿的这一点应用甚至也不精确。

　　对精确性问题我们这里姑不多谈。我们已说过这个问题的经验方面。为了提供具体应用牛顿规范所要求的数据，需要有特殊的装置——象卡文迪什仪器、阿乌德机或改进的望远镜。要取得一致，在理论方面也存在同样的困难。例如，牛顿在应用摆的定律时为了给摆长下一个唯一的定义，就不得不把摆锤作为一个质点来处理。他的大部分理论，除了少数假说性的和预备性的以外，也都把空气阻力效应忽略不计。这是合理的物理学近似。但这些理论作为一种近似，又了牛顿的预测和实际实验之间所期望的一致。把牛顿理论应用到天体上，这个困难表现的更加明显。单纯定量的望远镜观测表明，行星并不完全遵循开普勒定律，而牛顿理论则表明，本来就不应该遵循。为了推导出这些定律，除了单个行星同太阳之间的引力，牛顿不得不忽略此外的全部吸引作用。而各行星之间却是互相吸引的，因而在所用理论同望远镜观测之间，人们也只能期望一种近似的符合。①

　　①沃尔夫，前引书，第75～81、96～101页;威廉·惠威尔（William whewell）；

　　在摆的事例中，所达到的符合超过了得到这种符合的人满意的程度。任何别的理论都不能更符合了。没有一个怀疑牛顿研究工作有效的人能做到这一步，因为它只限于同实验、观察相符合。但这种局限性却为牛顿的后继者留下了很多令人入迷的理论问题。例如，必须有理论技巧才能确定一个重摆的“等效长度”。处理两个以上互相吸引物体的同时运动，也要技巧。这一些以及其他一些类似的问题，在整个十八世纪和十九世纪初叶，耗用了许多欧洲最好的数学家的精力。伯努里（Bernoullis）、欧拉（Euler）、拉格朗日（Lagrange）、拉普拉斯（Laplace）和高斯（Gauss），都为牛顿规范进一步同自然界相称而作出了某些各自最光辉的贡献。许多这样的人物都同时致力于发展牛顿从未想过的实际应用所需要的数学，例如，为解决液体力学和弦振动问题而出现了大量文献和某些非常有效的数学方法。这些实际应用问题占用了十九世纪中可能是最光辉也最耗费精力的那些科学工作。在热力学、光的波动说、电磁理论或者基本定律完全是定量的任何其他科学分支中，查阅一下它们的后规范时期的发展，还可以从中发现其他一些事例，至少在更加数学化的科学中，最理论性的工作还是属于这一种。

　　但也不是都属于这一种，即使在数学科学中也有说明规范的理论问题。在科学发展主要还属于定性的时期中，这些问题已占主《归纳科学史》（修订版；伦敦，1847年）；第II卷，第213～271页。要地位。在更加定量也更加定性的科学中，有些问题完全是为了通过重新表述而进行分类。例如，《原理》并不是一直证明应用是一件容易事，这部分是因为它保留了初次冒险中某些不可避免的拙劣，部分又因为只有在应用中才能显示出它的许多涵义。因此，从十八世纪的伯努里、达朗贝尔和拉格朗日到十九世纪的汉密尔顿（Hamnton）、雅可比（Jacobi）和赫芝（Hertz），许多欧洲最卓越的数学物理学家都努力以等效的、但逻辑上和美学上更令人满意的形式把牛顿理论加以重新表述。也就是说，他们想以逻辑上更紧凑的形式展示出《原理》中外在的和内含的训诫，把这种形式应用到新提出的力学问题上以减少一些模糊不清。①

　　①若内·杜加：《力学史》（细沙特尔［瑞土］，1950年），第 IV～V册。

　　所有科学中都一再发生过一种同规范类似的重新表述，但大多比《原理》的重新表述引起了规范更重要的变化。这变化来源于上述说明规范的经验活动。把那一类研究作为经验工作，这样的分类的确有些任意性。同其他任何一种常规研究相比，对规范的说明不但更有理论性，同时也更有实验基础；以前所举的例子这里也同样适用。库仑在制成他那个装置并用以进行测量以前，他必须先用电学理论确定怎样制造他的装置。他测量的结果就是那种理论的精心安排。再说，有些人设计了一些实验来区别不同的压缩生热的理论，他们一般也正是那些提出各种观点以进行比较的人。他们进行研究，不仅运用事实，也运用理论；他们的研究，不单单产生新的知识，还产生一种由于消除了他们据以工作的初始规范所残留的模糊不清而取得的更加精确的规范。在许多科学中，大多数常规研究都属于这一种。

这三类问题——判定重大事实、理论同事实相配、说明理论——我认为充斥了常规科学的文献，不管是经验科学还是理论科学。当然，它们并没有充斥整个科学文献。也还有一些非常问题，可能正是为了解决这些问题，才使整个科学事业特别值得如此花费精力。但这些非常问题并不是为了提问而必需的。它们只是在常规研究进展所准备好的特殊时机中才涌现出来的。因此，即使是那些最好的科学家所提出的绝大部分问题，通常也总是不出上面所勾画的三大类之一。在规范的指导下研究工作只能这样进行，抛弃了规范就等于不再研究规范所规定的这一门科学。我们很快地就会发现人们的确抛弃过规范。这是科学所围绕的枢纽。但在开始研究这个之前，我们还需要对开辟道路的常现科学探索有一个更全面的看法。

IX 科学的性质和必然性

　　这些意见容许我们最后考察为这篇论文提供篇名的问题。什么是科学，它们在科学发展中的作用是什么？对这些问题的许多回答在前几节里已经预先处理了。前面的讨论已经特别提出，科学在这里被当作是那些非积累的发展事件，在其中一套较陈旧的规范全部或局部被一套新的不相容的规范所代替。可是，还有许多话要说，而且它的主要部分可以由进一步询问一个问题提出。为什么规范的变化应当称为？在政治发展和科学发展之间的巨大的和本质上的差别面前，什么对应能证明两者中发现的隐喻是正确的？

　　对应的一个方面必须已经是明显的。政治是由于愈来愈感到，尽管常常限于政界的一部分，现有制度已不足以应付由它们造成的环境所提出的问题而开始的。大体上相同，科学也是由于愈来愈感到，尽管也常常限于科学界的一个狭小的部分，现有的规范在探索自然界的一个方面已不起作用而开始的，对这个方面规范本身以前是起带头作用的。在政治发展和科学发展中，机能失灵的感觉能导致危机，它是的先决条件。而且，虽然公认它曲解了这个隐喻，即对应不仅适合于可归因于哥白尼和拉瓦锡的那些主要的规范变化，而且也适用于小得多的规范变化，它是同吸收一种新现象象氧或X-射线等联系在一起的。正如我们在第五节末尾注意到的，科学需要只对那些现象看来好象是的，它们的规范是受他们影响的。对于局外人来说，他们也许象二十世纪初的巴尔干一样，看来好象是发展过程的正常部分。例如，天文学家们能把X-射线仅仅当作一种附加的知识来接受，因为，它们的规范是不受新辐射的存在影响的。但是，对于象开尔文、克鲁克斯（Crookes）和伦琴等人来说，他们的研究讨论了辐射理论 ，或阴极射线管、X-射线的出现必然违背了一种规范，就象它创造了另一种规范一样。那就是为什么这些射线只有通过某些最初同正常研究不对头的东西才能发现。

　　对政治发展和科学发展之间这种类似事件的遗传方面应当不再受怀疑。可是，这种类似还有第二和更意味深长的方面，第一方面的意义也依赖于这个方面。政治的目的是要用禁止那些制度的办法去改变政治制度。因而，它们的成功必须部分地消灭一套制度，以支持另一套制度，而在过渡期间，社会根本不是完全受制度支配的。最初只有危机减弱政治制度的作用，就象我们已经看到它减弱规范的作用一样。显然有越来越多的个人同政治生活日益疏远，并在其中表现出越来越离心离德。然而，随着危机深化，这些人中有许多人献身于在一种新制度的框架中改造社会的某些具体建议。这个社会在那些问题上分化为竞争的阵营或党派，一派力求保卫旧制度，其他派别则力求建立某些新制度。一旦两极分化已经出现，政治上求助就破产了。因为，他们对制度的模型意见不同，政治变革就是在这种制度模型内达到并予以评价的，因为他们承认并没有超制度的框架用以判断的分歧，各党派对的冲突最终必须诉诸大规模的说服方法，常常包括武力。虽然在政治制度的发展中曾经具有生死存亡的作用，那种作用依赖于它们部分地是在政治和制度以外的事件。

　　这篇论文的剩余部分目的在于说明，规范变化的历史研究暴露了科学进展中的极为类似的特征。在竞争着的规范之间就象在竞争着的政治制度之间作出选择一样，原来只要在社会生活的不相容的方式之间作出选择。因为，这种选择的特征并不是而且也不能是仅仅由常规科学所特有的评价程序来决定，这些特征部分地依赖于一种特殊的规范，而那种规范是处在争论中的。当规范进入关于规范选择的争论时，它们的作用必然是循环的。每一个集团都用它自己的规范去为保卫那种规范辩护。

　　  当然，循环的结果不会使论据腊误或无效。不过以一种规范为前提的人在为这种规范辩护时，对那些采纳新自然观的人们会喜欢什么科学实践还是能提供一个清楚的说明的。那种说明可以是很有说服力的，常常也是令人不能不相信的。然而，不论它有多大力量，循环论据这种情况只是有说服力。它不能从逻辑上甚至从几率上迫使那些拒绝这种说明的人们进入这个集团。两派对一场关于规范的争论所具有的前程和价值是不够广泛的。在规范选择中就象在政治中一样，没有比有关团体的赞成更高的标准了。为了发现科学是怎样产生的，我们就不仅必须考察自然界的和逻辑的冲突，而且必须考察在相当专门的集团中生效的有说服力的辩论技巧，那种集团组成科学家的团体。

　　为了发现为什么规范选择这个问题决不能单靠逻辑和实验明确地解决，我们必须简短地考察一下把传统规范的支持者同他们的的继承者分开的各种分歧的性质。这种考察是这一节和下一节的主要对象。可是，我们已经指出了这种分歧的许多例子，而且没有一个人会怀疑历史能提供其他许多例子。可能怀疑他们的存在的是什么？因而，必须首先考虑的是什么？那就是提供关于科学本性的主要资料的例子。同意抛弃规范已经是一种历史的事实，是否说明人类的轻信和混乱呢？为什么吸收一种新现象或者一种新的科学理论必须要求拒绝一种较陈旧的规范呢？是否有本质的理由呢？

　　首先要注意，如果有这样的理由，他们也不是从科学知识的逻辑结构中引伸出来的。原则上，一种新现象出现应当对过去的科学实践的任何部分都没有破坏性。虽然在月球上发现生命对现存的规范是有破坏性的（这些规范告诉我们有关月球上的事物似乎同那儿有生命存在是不相容的），而在银河系的某些不大著名的部分发现生命就不会。由于同样的原因，一种新理论并不一定同它的先驱冲突。它唯一地应当讨论以前不知道的现象，就象量子理论讨论（意味深长地但不是唯一地）二十世纪以前未知的亚原子现象。或者，这种新理论只不过是比那些以前已知的更高水平的理论，一种把一整批较低水平的理论连在一起的理论，而没有从实质上改变任何一种理论。今天能量守恒理论正好把力学、化学、电学、光学和热理论等连接起来。在新旧理论之间还能设想出其他可以和谐共有的关系。他们全部应当由历史过程来说明，科学已经通过这种历史过程发展起来了。只要他们是这样，科学的发展就会是真正的积累。各种新现象只不过揭示自然界的一个方面的秩序，在那里以前什么也没有看到。在科学的进展中，新知识将代替无知而不是代替另一种不相容的知识。

　　当然，科学（或者某些其他事业，也许效果较小）应当以那种完全积累的方式发展。许多人相信它是这样发展的，大多数人似乎仍然设想，积累至少是历史发展会发扬的一种理想，只要它不那么经常地被人类物质所歪曲。那种信念是有重要理由的。在第X节中我们将发现，科学是积累的这种观点同一种占优势的认识论多么紧密的纠缠在一起，那种认识论认为知识是由思维直接放在原始感觉资料上的一税结构。在第XI节中，我们将考察由有效的科学教育方法对同样的编史工作纲要提供的强有力的支持。不过，尽管那种理想的形象似乎很有理由，也有日益增长的理由怀疑它能不能是科学的一种形象。在前规范时期以后，吸收所有新理论和几乎所有新现象，事实上都要求破坏以前的规范，以及随后发生的科学思想的竞争着的各学派之间的冲突。由积累而获得没有预料到的新颖事物，对科学发展的规则来说已证明几乎是不存在的例外。认真对待历史事实的人，必然怀疑科学并不倾向于我们对它的积累形象所提示的理想。也许它是另外一种事业。

　　可是，如果反对的事实能把我们推进得那么远，那末再看一看我们已经涉及的理由，就会暗示，由积累获得新颖事物不仅事实上很少，而且原则上未必会有。正常研究是积累的，它把它的成就归功于科学家们有规则地选择问题的能力，那种问题能用接近于那些已经存在的概念和仪器的技术去解决。（那就是为什么对有用问题的过分关心能如此容易地抑制科学发展，而不顾它们同现有知识和技术的关系。）可是，力求解决由现存知识和技术规定的问题的人，不只是东张西望。他知道，他想得到什么，他设计地的工具，并适当地指导他的思想。没有预料到的新颖事物，新的发明，只有在他对自然界的预期和他的仪器果然是错误的范围内才能出现。最终的发明的重要性本身常常是同它所预兆的反常现象的范围和难对付成正比的。于是，在揭示反常现象的规范和后来使反常现象类似规律的规范之间必然有冲突。在第VI节中考察的通过规范的破坏而发明的例子并不使我们只面临历史上的偶然事件。在这些例子中发明必然是引起的，也没有其他有效的方法。

　　同样的论据甚至可以更清楚地应用于发现新理论。一种新理论可以提出的原则上只有三种类型的现象。第一种是由现存规范已经很好地说明了的现象组成的，而且这些现象很少为理论建设提供动机或出发点。当他们象第VII节末尾讨论过的用三种著名的预期去处理时，结果是理论很少被接受，因为自然界没有为辨别是非提供根据。第二类现象是由那些其性质为现存规范表明的现象组成的，但是它们的细节只有通过理论的进一步连接方式才能被理解。科学家们有许多时间把他们的研究对准这些现象，但是那种研究目的在于连接现有的规范，而不是发现新规范。只有当这些连接的企图失败时，科学家们才遭遇第三类现象，即已被认识的反常现象，其特征是它们顽固地拒绝被现有规范吸收。只有这类现象才引起新理论。除了各种反常现象以外，规范为科学家的视野中由理论决定的地方提供一切现象。

　　但是，如果新理论要解决现有理论对自然界的关系中的反常现象，那么这个成功的新理论必须容许在某些地方有不同于来自前人的预见。如果两者在逻辑上是不相容的，就不可能发生那种不同。在被吸收的过程中，第二种理论必须取代第一种理论。甚至象能量守恒那样的理论，今天看来好象是一种合乎逻辑的上层结构，它仅通过建立的理论与自然界联系起来，没有规范破坏，历史上也不发展。相反，它是由一次危机产生的，其中一个主要因素是牛顿力学和某些新近形成的热的热质论结果之间的互不相容。只是在热质论已经被抛弃以后，能量守恒才能成为科学的组成部分。①而且也只有在它已经成为科学的组成部分若干时间以后，它才能被看成是一种逻辑上较高类型的理论，一种同前人不冲突的理论。在关于自然界的信念中没有这些破坏性的变化，就很难看出新理论是怎样兴起的。虽然逻辑上包括在内仍然是连续的科学理论之间的关系中的一个可以容许的观点，它从历史上看是难以置信的。

　　①锡儿凡努斯· P·汤普森；《拉格斯的开尔文男爵威廉·汤姆逊的一生》（伦敦1910年，第一卷，第266～281页）。

　　我想，在一个世纪以前，让的必然性停留在这一点上是可能的。但是，今天，不幸已经不行了，因为，如果接受现代最流行的关于科学理论的本质和作用的解释，那就不可能保持上面提出的关于这个问题的观点。那种解释同早期的逻辑实证主义密切有关，并没有无条件地被它的后继者抛弃，它将一种已被接受的理论的范围和意义，以便使它不可能同任何后来的对某些同样的自然现象做出预言的理论冲突。关于科学理论的这种受的概念的最著名和最强有力的情况是在讨论现代的爱因斯坦力学同牛顿的《原理》传下来的较古老的力学方程之间的关系时出现的。按照本文的观点，这两种理论在由哥白尼和托勒密天文学的关系所说明的那种意义上是根本上互不相容的：只有承认牛顿的理论是错误的，爱因斯坦的理论才能被接受。今天，这仍然是少数人的观点。①因而，我们必须考察最流行的反对它的意见。

　　 ①例如，见P·P·维纳（Wiener）的意见，载《科学哲学》第XXV卷（1958年）第298页。

　　这些反对意见的要点如下：相对论力学不能证明牛顿力学是错误的，因为牛顿力学仍然被大多数工程师极为成功地运用着并且被许多物理学家有选择地应用着。而且，运用这种旧理论的适当理由已经代替它的理论本身在其他应用中证明。爱因斯坦的理论能用来证明，来自牛顿方程的预言，同我们满足于少数性条件中应用的测量工具一样好。例如，牛顿理论要提供一个良好的近似解，被考察的物体的相对速度同光速比较必须是小的。在受这种条件和其他少数条件支配下，牛顿理论好象是可以从爱因斯坦理论中推导出来的，因而，它是爱因斯坦理论的一个特殊情况。

　　但是，反对意见继续指出，没有一种理论有可能同它的特殊情况冲突。如果爱因斯坦的科学似乎使牛顿力学错了，那只是因为有些牛顿主义者是如此不小心，以致要求牛顿产生完全精确的结果，或者要求它在很高的相对速度上也有效。既然他们不可能有任何证据支持这样的要求，当他们提出这样的要求时，就背叛了科学的标准。就牛顿理论曾经是受到有效证据支持的真正的科学理论而论，它仍然是真正科学的理论。只是对这理论的过高要求——那种要求决不是科学的正确部分——才能被爱因斯坦证明是错误的。清除了这些人为的过高要求，牛顿理论从来没有而且也不可能受到挑战。

　　这种论据的某些变种，完全可以使被一个著名的有能力的科学家集团运用过的任何理论免受攻击。例如，很有害的燃素说，使大量物理现象和化学现象有了秩序。它说明了为什么物质燃烧，是因为他们的燃素丰富，以及为什么金属和它们的矿石有这么多共同的性质。因为金属全部是由各种元素同燃素化合而成的，全部金属共有的燃素产生了共同的性质。另外，燃素说明了许多反应的原因，在这些反应中，酸是由象碳和硫那样的物质燃烧形成的。它也说明了，当燃烧在一份体积有限的空气中发生时体积的减少，因为空气吸收了由燃烧释放的燃素，“损坏了”空气的弹性，正如火“损坏了”钢制弹簧的弹性一样。①如果这些是燃素理论家对他们的理论所要求的仅有的现象，那种理论就决不可能受到挑战。同样的论据将满足曾经完全成功地应用于任何现象范围的任何理论。

　　但是，要用这种方法来拯救各种理论，它们的应用范围必然受到那些现象和观察的精确性的，手头的实验证据已经讨论了这个问题。②只要再前进一步（一旦迈出了第一步，就很难避免这一步），这样一种就会禁止科学要求“科学地”谈论任何不是已经观察到的现象。这种即使在它的现代形式中也禁止科学家在自己的研究中依靠一种理论，再当研究进入一个领域，或者追求某种程度的精确时，过去的实践和理论都没有为这种研究提供先例。这种禁令在逻辑上是不能排除的。但是，接受这些禁令的结果便会是研究的终结，通过这种研究，科学可以进一步发展。

　　①詹姆斯·B·柯南：《推翻燃素说》（剑桥，1950年，第13～16页）；以及J．R．巴丁：《化学简史》（第2版；伦敦，1951年，第85～88页），H.迈兹热：《牛顿、斯塔尔、波尔哈夫和化学学说》（巴黎，1930年）第II部分中，对燃素说的成就作了最充分的和最有好感的说明。

　　②比较由R．B．勃雷斯韦（Braithewaite）：《科学说明》，（剑桥；1953年），第50～87页；特别是第76页，通过一种很不相同的分析所达到的结论。

　　事实上那问题此刻已经是一种同义反复。不信奉某一种范围就不可能有常规科学。而且那种信奉必须延伸到没有先例的领域和精确程度。如果它不延伸，这规范就不能提供还没有解决的谜。而且，不只是常规科学依赖于信奉一种规范。如果现有的理论只是使科学家受现有的应用约束，那就不可能有意外事件、反常现象或危机。但是，这些只不过是指出通向非常科学之路的路标。如果对一种理论的合法应用范围照字义采纳实证主义者的，告诉科学界什么问题可以导致根本改变的机理必须停止起作用。当这种情况发生时，科学界不可避免地会回到某种很象它的前规范状态，在这种条件下，所有成员都讲究科学，但是在这种条件下，他们的总产品简直不象科学。是否真有人对重大科学进展的代价是赞成冒风险犯错误呢？

　　更重要的是，在实证主义者的论据中展现了逻辑上的空隙，这种空隙会立刻把我们重新引向变革的本质。牛顿力学真能从相对论力学推导出来吗？这样一种推导看来象什么？设想有一组陈述，E1，E2，…，En，他们体现相对论的定律。这些陈述包含各种变量和参数，表示空间位置、时间、静止质量等等。从这些陈述出发，同逻辑装置和数学一起，可以推导出一整套进一步的陈述，包括某些可以由观察检验的陈述在内。为了证明牛顿力学作为一种特殊情况是适当的，我们必须给从增添附加的陈述，如（v/e）2<<1，以参数和变量的范围。然后，这套扩大了的陈述被巧妙地加以处理，以产生一套新的陈述，N1，N2，……，Nm，这些陈述在形式上同牛顿的运动定律，引力定律等等是相等的。显然牛顿力学已经从受到少数条件的爱因斯坦力学中推导出来了。

　　然而这种推导至少在这一点上是不合逻辑的。尽管见是相对论力学定律的特殊情况，他们并不是牛顿的定律。或者，除非那些定律在某种程度上重新解释，他们就不是，而在爱因斯坦的工作以后，这已经不可能了。爱因斯坦学说E1中的变量和参数，代表空间位置、时间、质量等等，在见中仍然出现；而且它们在那里仍然代表爱因斯坦的空间、时间和质量。但是这些爱因斯坦学说的概念的物理参照系同那些牛顿学说的有同样名称的概念决不是相等的。（牛顿学说的质量是守恒的；爱因斯坦学说的质量同能量是可以转化的。只有在相对速度较低时，两者才能以同样的方式去测量，而且即使那时他们也一定不能被没想为相同的。）除非我们改变从中的变量的定义，我们导出的陈述就不是牛顿学说的。如果我们真的改变它们，我们就不能严格地说，至少不是现在普遍公认的“导出”的意义上说导出了牛顿定律。当然，我们的论据已经说明了为什么牛顿定律好象在任何时候都是起作用的。它也证明了比如说一个行动中的汽车司机这样做是正确的，他仿佛生活在牛顿学说的宇宙里。同样类型的论据常常用来证明向测量员讲授地心说天文学是正确的。但是这论据仍然没有完成它想要做的事。那就是说，它还没有证明牛顿定律是爱因斯坦定律的一种极限情况。因为在向极限过渡时，不只是这定律的形式改变了。同时我们还必须改变基本的结构单元，这宇宙就是由这些基本结构单元组成的，那些定律是适用于这个宇宙的。

　　改变确立了的和熟悉的概念的意义这种需要对爱因斯坦理论的影响来说是主要的。尽管比从地心说到日心说，从燃素说到氧，或者从粒子到波的变化更巧妙，这最终的概念变化仍旧是以前确立的规范的决定性的破坏。我们甚至可以把它看成是科学中性的重新定方向的原型。正因为它并不包含引进补充的对象或概念，从牛顿力学过渡到爱因斯坦力学特别清楚地说明了科学是概念的变位，科学家就是通过这种概念来观察这世界的。

　　这些意见是以证明在另一种哲学观念中什么可以被认为是当然的。至少对于科学家来说，一个被抛弃的科学理论和它的后继者之间大多数明显的差别是真实的。尽管过时的理论始终能被看成是它的最新的后继者的一种特殊情况，它必须为此目的而被改造。同时这种改造只有在事后认识到有益时才能被接受，它是最新理论的明确的指南。而且，即使那种改造是在解释比较古老的理论时使用的一种合法工具，应用的结果全是一种受的理论，以致它只能重新说明已知的东西。因为它经济，那种重新说明总是有效的，但是它不足以成为研究的指南。

　　因此，现在让我们承认，前后相继的规范之间的差别是必要的和不可调和的。那末我们能不能更清楚地说明那些差别是什么吗？我们已经反复地说明了最明显的类型。相继的规范告诉我们有关这个宇宙的成员和那些成员的行为的各种不同的事情。那就是说，对于象亚原子粒子的存在，光的物质性和热或能量的守恒等这样一些问题，他们意见不同。这些是前后相继规范之间的实质性差别，而且他们不需要进一步的说明。但是，各种规范不止在实质上不同，因为它们不仅受自然界指导，而且也支持产生它们的科学。它们在任何时代都是被成熟的科学团体接受的各种方法、问题范围和解的标准的来源。结果是，接受一个新规范常常必须重新定义相应的科学。某些老问题可以移交给另一门科学或者被宣布为完全“不科学的”。其他以前不存在或者无足轻重的问题，有了新规范，可以成为重大科学成就的原型。而且随着问题的变化，把真正科学的解同仅仅是形而上学的思辨、文字游戏或者数学游戏区别开来的标准常常也在变化。从一次科学中出现的常规科学的传统，同以前已经过时的传统不仅是不相容的，而且事实上常常是不能相提并论的。

　　牛顿的工作对标准的十七世纪科学实验传统的冲击，为规范改变的这些微妙作用提供了一个惊人的例子。在牛顿以前，这个世纪的“新科学”已经诞生了，终于成功地抛弃了亚里士多德学派和经济学派用物体的本质表达的说明。说一块石头降落是因为它的“本性”驱使它趋向宇宙的中心，已经成为看来仅仅是一种同义反复的文字游戏，某种它以前不是这样的东西。从今以后，感觉现象的全部通量，包括色、味、甚至重都要用基础物质的基本粒子的大小，形状，位置和运动来说明了。把其他性质归因于这基本的原子是乞灵于神秘，因而越出了科学的范围。一位医生由于把一种安眠效能归属于鸦片而说明了鸦片的效能是催眠，当莫利哀嘲笑这位医生时，他正确地抓住了这种新精神。在十七世纪后半期，许多科学家宁愿说，鸦片粒子的圆形使它们能镇静被他们激动的神经。①

　　在较早时期，用神秘性质的词句来解释已经成为多产的科学工作的不可缺少的部分。尽管如此，十七世纪新提出的机械粒子解释已被证明对许多科学都有巨大效果，使他们摆脱了用普遍接受的难以解决的问题，并建议同其他问题来代替它们。例如，在力学中，牛顿的运动三定律，与其说是新实验的产物，倒不如说是企图用最初的中性粒子的运动和相互作用重新解释著名的观察的产物。只要考察一个具体说明就行了。由于中性粒子只要靠接触就能相互作用，机械粒子的自然观就把科学上的注意力指向崭新的研究主题，由碰撞改变微粒的运动。笛卡儿宣布了这个问题，并提出了它的第一个被公认的解。惠更斯（Huyghens）、雷恩（Wren）、沃利斯（WalliS）更进一步推进了这个问题，部分靠摆锤碰撞实验，主要靠把以前著名的运动特征应用于新问题。而牛顿则把他们的结果纳入他的运动定律。第三定律的“作用”和“反作用”相等，是由双方对碰撞所经验到的运动量的变化决定的。运动的同样的变化提供了第二定律中含有的动力学上的力的定义。在十七世纪，在这种情况下，就象其他许多情况下一样，微粒规范引起了一个新问题和那个问题的大部分解。②

　　①关于一般微粒论，见玛利·波瓦：《机械哲学的确立》，《奥西利斯（Osiris）》，第X卷（1952年），第412～541页。关于粒子形状对味的效应，同上，第483页。

　　②R．杜加斯：《十七世纪的力学》（纳沙特尔，1954年）第177～185，284～298，345～356页。

　　然而，尽管牛顿的许多工作是针对由机械粒子世界观引伸出来的各种问题和概括出来的标准的，由他的工作引起的规范的效果是科学上合理的各种问题和标难的进一步的和部分破坏性的变化。引力被解释为每一对物质粒子之间的一种应有的吸引，象经院学者的“降落倾向”一样同样是一种神秘的性质。因而，当微粒论的标准仍然有效的时候，寻求引力的力学解释，对那些把《原理》当作规范来接受的人来说，是一个最富有挑战性的问题，牛顿很注意这个问题，他的十八世纪的许多后继者也是如此。从外表上看唯一的选择是抛弃牛顿的理论，因为它不足以说明引力，那种抉择也是广泛被采纳了的。然而，这些观点没有一个取得最后胜利。没有《原理》，不论是对实验科学还是对遵守十七世纪的微粒标准的工作，都是不可能的，科学家们逐渐地接受了引力确实是固有的观点。到十八世纪中期，那种解释已经普遍地被接受了，结果是真正回复到经院学者的标准（这种回复不同于倒退）。固有的吸引和排斥把大小、形状、位置和运动连结成为物理上不能再简化的物质的原初性质。①

　　①I．B．柯享：《弗兰克林和牛顿：对思辩的牛顿实验科学及其一例，弗兰克林在电学中的工作的探究》（菲拉德尔菲亚，1956年；第VI～Vll章）。

　　物理科学的标准和成问题的领域中的变化又一次成为理所当然的。例如，到1740年，电学家们可以谈论电流的吸引“效力”而没有因此招致一个世纪以前呈现在莫利哀的医生面前的嘲笑。当他们这样做的时候，电的现象愈加表现出一种不同于当它们被看成是力学以太的效应时所显示的秩序，那种效应只是靠接触才能起作用。特别是当电的超距作用本身有资格成为研究题目时，我们现在叫做由感应生电的现象，可以被认为是它的效应之一。以前，当完全看到时，它被归日于“大气”的直接作用，或者在任何电学实验中不可避免的漏电。感应效应这种新观点是弗兰克林分析莱顿瓶和电学的一种新的牛顿规范出现的关键。力学和电学也不是受到合法化地寻找物质固有的力的影响的唯一科学领域。一大批十八世纪关于化学亲和力和置换的文献，也是由牛顿主义的这种超力学方面引伸出来的。化学家们相信各种化学品种之间的吸引有微小差别，他们提出以前没有想到的各种实验，并寻求各种新的反应。没有这种资料和在那过程中提出的化学概念，拉瓦锡特别是道尔顿的后期工作就会是不可理解的。①决定可以容许的问题、概念和解释的标准方面的变化能改变一门科学。在下一节中我甚至要提出一种感觉，他们在改变这个世界。

　　在前后相继的规范之间这些非本质的差别的其他各种例子可以追溯到任何科学史的任何发展时期，暂时让我们满足于其他两个简单得多的说明。在化学以前，化学的公认的任务之一是要说明化学物质的性质和这些性质在化学反应期间经历的变化。借助于少数基本原理——燃素说就是其中之————化学家想要说明为什么某些物质是酸性的，而且他是金属的，可燃烧的，等等。在这个方面已经取得了某些成就。我们已经指出过，燃素说明了为什么金属如此相象，而且我们能为酸提出同样的论据。可是，拉瓦锡的改革，最后废除了化学“原理”，并且因此以剥夺化学的某些真正的和许多可能的解释能力而告终。为了补偿这个损失，需要标准上的变化。在十九世纪的许多时间里不能解释化合物的性质并不是对一种化学理论的起诉书。②

　　①关于电学，见同上，第Vlll～压章。关于化学，见迈兹热，前引书，第1部。

　　②E．梅那逊：。同一和实在》（纽约，1930年）第X章。

　　或者，再举一个例子，克拉克·麦克斯韦和十九世纪光的波动理论的其他支持者相信，光波必然是通过一种物质的以太传播的。设计一种机械的介质以支持这样的波是他的许多最有才干的同时代人的一个标准问题。可是，他自己的理论，即光的电磁理论，根本没有描述能支持光波的介质，而且，很清楚要作出这样一种描述好象比它以前所提供的更难。最初，麦克斯韦的理论由于这些理由被广泛地拒绝了。但是，象牛顿的理论一样，麦克斯韦的理论已被证明难以免除，而且随着它达到规范的地位，科学界对它的态度也改变了。在二十世纪的最初十年，麦克斯韦坚持力学以太的存在看来越来越象口头上说说的漂亮话，它并没有强调这类话，而且设计这样～种以太介质的各种尝试已经被放弃了。科学家们不再认为谈论电的位移而不详细说明什么在位移是不科学的了。结果又是一套新的问题和标准，其中～个结果与相对论的出现密切有关。①

　　科学界对它的合法问题和标准的概念中这些波特的转变，对这篇论文的论点只有较小的意义，只要人们能假设，这种转变的出现，在方上总是从某种较低级的类型趋向某种较高级的类型。在那种情况下，它们的效果也会象是积累的。怪不得有些历史学家已经争辩说，科学史记录着人们关于科学本质的概念越来越成熟和精炼。②然而，要获得科学问题和标准积累发展那种情况，甚至比理论的积累发展那种情况更困难。解释引力的尝试不是针对一个实质上非法的问题，虽然富有成果，还是被十八世纪大多数科学家抛弃了；反对内在的力既不是在某种贬低意义上本来不科学的，也不是形而上学的。没有外部的标准客体那种判断。发生的既不是标准的下降，也不是标准的提高，而只不过是采用新规范所要求的一种变化。而且，那种变化从那时以来已经倒转了，而且能再次变化。爱因斯坦在二十世纪成功地证明了引力的吸收，而且那种说明已经使科学回到一组准则和问题，在这个特殊方面，更象牛顿的前人，而不是他的后继者。或者，再举一个例子，量子力学的发展已经取消了由化学引起的方上的禁令。化学家们现在极为成功地企图解释在他们的实验室里产生的物质的聚集状态和其他性质。类似的倒转甚至在电磁理论中也在进行着。在现代物理学中，空间并不是牛顿和麦克斯韦这两种理论中应用的惰性的和均匀的物质；它的某些新性质同一度赋予以太的那些性质不是不相似的；有朝一日我们会知道什么是电的位移。

　　①且T．惠泰克：‘以太和电的理论的历史》，第D卷（伦敦，195s年）第28～30页。

　　②企图把科学发展纳入这张普罗克拉斯的床的一个卓越的和最新的例子，见C．C．吉立斯：。客观性的界限：科学思想史论文集》（普林斯顿，1960年）。

　　由于规范起作用的重点认认识方面转移到标准方面，前面几个例子就扩大了我们对规范形成科学生活的各种方法的理解。前面，我们已经大体上考证了规范作为科学理论的一种媒介物的作用。它告诉科学家自然界包括和不包括各种实体以及那些实体的行动方式以此来起那种作用。这些资料提供了一张图画，其详情细节是由成熟的科学研宪阐明的。而且由于随便地加以研究的自然界是太复杂了和太变化多端了，那图画对科学的继续发展来说就象观察和实验一样重要。规范通过它们包括的理论来证明研究活动是基本的。可是，规范在其他方面对科学来说也是基本的，这才是要害。特别是，我们的大多数最新的例子表明，规范不仅以一张图画，而且也用某些对画图很重要的方面提供给科学家。在学习一种规范时，科学家获得的理论、方法和标准是在一起的，通常是一种分解不开的混和物。因而，当规范改变时，决定各种问题和提出的各种解的合法性的准则方面通常是有重要变化的。

　　这种观察使我们回到了这一节由之开始的问题，即为什么在竞争着的各种规范之间作出选择时，经常会提出那些不能由常规科学的准则解决的问题，并为这个问题提供我们的第一个明确表示。两个科学学派对于问题是什么和解是什么有不同意见是不完备的有重要意义，他们在讨论各自的规范的优劣时，不可避免地会互相谈论。每一种规范都会表明它或多或少满足由它自己支配的准则，和缺少几个由它的反对者支配的那些准则，这经常导致部份循环论证的论据。逻辑联系的不完备性也还有其他理由，它们一贯地表示规范争论的性质。例如，由于没有一种规范曾解决它所定义的全部问题，同时由于没有两种规范会听任全部同样的问题不解决，规范争论总是包括这个问题；解决哪一个问题更有意义？象竞争的标准问题一样，价值问题只有用完全处在常规科学外面的准则才能回答，正是求助于外部准则最明显地使规范争论化。某些比标准和价值更基本的问题也成了问题。迄今我只证明了规范对于科学是基本的。现在我希望表示一种观念，即规范对于自然界也是基本的。