刘磊:科学家创新推动科学革命
2017年06月20日 08:12 来源:《中国社会科学报》2017年6月20日第1230期 作者:刘磊

  随着科技与社会互动紧密,科学革命一直是一个令人兴奋的话题。实际上,这个话题只有放在一个更全局、更纵深的历史语境下进行,才能说清楚什么是科学革命、为何会发生科学革命。在这方面,美国学者库恩在多年前以自己的研究为基础,提出了鲜明而影响深远的观点。

  托马斯·库恩(Thomas Kuhn)1943年以优异成绩毕业于哈佛大学物理系,并于1946年和1949年分别获得物理学硕士和博士学位。1956年他被提升为哈佛大学普通教育学和科学史专业助理教授,1964年担任普林斯顿大学科学哲学和科学史讲座教授,1979年受聘于麻省理工学院洛克菲勒讲座第一任哲学教授。

  在学术研究上,库恩经历了从物理学到科学史,再到科学哲学的转变。关于这一点,库恩曾回忆说,当年他攻读博士学位期间,因为要为人文学科的本科生举办关于自然科学的讲座,就开始了科学史的探究。他意识到,亚里士多德的物理学“并非坏的牛顿物理学”,它们只是“不同的物理学”而已。由此,经过15年的潜心研究, 1962年他出版了一本仅10万字的《科学革命的结构》,系统论述了科学知识增长的新模式。该书出版之后,轰动了整个学术界,导致了科学观上的一次深刻革命,同时还对经济学、社会学、人类学、心理学、语言学等人文社会科学领域产生了广泛的影响。

  库恩曾在一次演讲中概括了《科学革命的结构》一书的两个核心观念:一是说明知识的增长模式为革命变化;二是说明新旧范式的不可通约性问题。到底什么样的科学进步才能称为科学革命?库恩说,从科学发展的历史来看,每一次科学革命都迫使科学共同体抛弃一种盛极一时的科学理论,而赞成另一种与之不相容的理论。而且每一次革命也改变了科学的思维方式,以至于在其中进行科学研究的世界也发生了转变。当然,这种革命性变化的特征,有些影响比较大而广泛,如牛顿革命或哥白尼革命;有些可能因为专业领域狭小,特征不够突出,如麦克斯韦方程与爱因斯坦方程,但它们在知识增长方面同样是革命性的。科学革命说到底是科学家完成的,是科学家的革命,或者准确地说,是一个或几个科学家的领先革命。在整个科学革命的过程中,科学家表现如何呢?

  在常规科学时期,库恩认为,科学家所做的就是对范式(Paradigm)的“扫尾工作”,即主要致力于扩大范式所能应用的范围和精确性。他说:“如果不是一门成熟科学的实际实践者,就很少有人会认识到一种范式给人们留下非常多的扫尾工作要做,而完成这些扫尾工作又是多么地令人迷醉。”所谓“范式”,是一个理论和实践的双层综合体,科学就是科学家用“范式”观察解释自然,并借此使自身不断完善的一个文化的、认知的、发展的过程。对大多数科学家来说,常规科学即是解谜,即以一种新的方式实现预期,这就需要解决所有各种复杂仪器方面、概念方面以及数学方面的疑问。这时期成功的科学家往往会通过这些工作证明自己是一位解谜专家,而谜所提出的挑战正是驱使他前进的重要力量。

  在反常时期,科学家意识到,一些自然界的事实违反了支配常规科学的范式所做的预测,但他们不会立刻怀疑这种范式,而是继续对反常领域进行或多或少扩展性的探索。这种探索直到调整范式理论使反常变成与预测相符为止。随着反常越来越多,虽然科学家可能开始失去信心,随之考虑别的选择方案,但他们决不会立刻抛弃原先的范式。要宣布它无效,就必须有另一个合适的范式取代它才行。

  在危机时期,科学家很少会意识到当前的范式已经明显崩溃了。通常的情况是,科学家愿意等待这种范式与自然事实出现的不一致最终在常规实践中获得解决。库恩说,没有一个人因为在牛顿理论的预测与声音速度及水星运动两者之间的长期公认的不一致,而对牛顿理论产生过认真的怀疑。在历史上,哥白尼曾抱怨说,由于在天文学的研究中非常不一致,他那个时代的天文学家们甚至都不能解释或观察季节年的恒定长度;爱因斯坦虽然极为含蓄,但失望之情也溢于言表,他说:“这就像一个人脚下的土地都被抽掉了”;泡利在新量子理论的论文发表几个月前说:“物理学又陷于混乱得可怕的时刻。无论如何,它对我来说是太困难了,我倒希望自己一直是一个电影喜剧演员或别的角色,而从未听到过物理学。”这说明,所有危机都始于范式变得模糊,而这时期的科学家则无比痛苦,因为他们对新的理论的接受,总是会伴随着对另一个理论的舍弃,这其中包含着范式与自然界以及范式间的复杂比较。

  在科学革命时期,科学家必须适应和完成新旧研究范式的转换。这种转换也许不像哥白尼天文学革命和拉瓦锡化学革命那样重大的范式转换,但至少会像发现氧气和X射线那样只涉及发现一个新现象的小的范式转换。事实上,只有对那些置身于其中、研究领域受到范式转换直接影响的科学家,才会有革命性的感觉。对局外人而言,所谓科学革命不过是科学发展过程中的一个事件而已。

  我们可以通过库恩引述的两个案例,对科学家及其科学革命作进一步的阐释和说明。

  众所周知,在哥白尼天文学革命之前,天文学的主宰范式是托勒密体系。托勒密体系在最初发展起来时,对恒星和行星的位置变化预测是很成功的。对于恒星,托勒密天文学今天仍然在广泛地发挥作用;对于行星,托勒密的预言与哥白尼的预言一样好。但是对有关行星位置和岁差,托勒密体系所作的预言与最佳观测值却从未完全一致。在接下来很长一段时期,天文学家们试图通过对托勒密体系进行各种调整而消除这种不一致。然而随着时间的推移,天文学的复杂性极其快速地增加,这种不一致变得越来越多,已经无法再通过调整来实现一致性。13世纪时阿方索十世宣称,如果上帝在创造宇宙时请教过他,一定会得到善意的劝告。16世纪时哥白尼的合作者诺瓦拉指出,任何像托勒密体系那么笨拙和不被确认的体系,都不能真实地揭示自然界。而哥白尼则在《天体运行论》一书的序言中写道,他所继承的天文学传统最后只创造了一个怪物。这种认识正是哥白尼摒弃托勒密范式、寻找新范式、实现科学革命的先决条件。

  还有一个案例,是对氧的发现者的争论。瑞典药剂师舍勒认为自己是最早制备出这种相当纯净气体的人,但他是在许多人宣布氧的发现之后,才发表了自己的观点。英国科学家约瑟夫·普利斯特列搜集到了加热氧化汞时释放出来的气体,但他把这种气体称作“笑气”,在进一步检验之后,他又把这种气体称作燃素含量更少的普通空气。法国科学家拉瓦锡在普利斯特列实验之后,发现加热红色氧化汞所得的气体是“其自身完全没有改变的空气,只是它更纯净、更适于呼吸而已”;到了1777年,他才断定,这是一种别的气体,是大气的两个主要成分中的一个成分。但他自始至终坚持氧是一种原子的“酸素”,而且还认为只有当这种要素与热物质结合在一起时才有氧气形成。库恩认为,如果我们拒绝将荣誉授给普利斯特列,那我们也同样不能因为拉瓦锡在1775年的工作使他把气体认作“完全是空气本身”而将荣誉给予拉瓦锡。科学革命不太可能简单归属于某一个人或某一时刻。

  由此可见,科学发现既是范式变化的原因,又是范式变化的结果,从而在理论和实践两个层面推动科学革命,科学革命的实质是科学共同体的范式革命。科学革命的发生,以领先科学家的探索为基础。从这个角度来看,科学革命又是一个或几个领先科学家革命的扩散效应。

  (作者单位:清华大学科技与社会研究中心)

责任编辑:张月英
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