科學革命的結構 · II　 走向常規科學

在本文中，「常規科學」是指嚴格根據一種或多種已有科學成就所進行的科學研究，某一科學共同體承認這些成就就是一定時期內進一步開展活動的基礎。今天的一些初級和高級教科書正在重新估價這些成就，儘管並不怎麼符合它們本來的面貌了。這些書解釋了公認的理論，說明了這些理論許多或全部鮑有效應用，並同示範性的觀察和實驗作了對比。在十九世紀初期這些書還沒有流行起來以前（在剛剛成熟的科學中甚至直到最近），許多科學經典名著也起過同樣的作用。亞里士多德的《物理學》、托勒密的《至大論》、牛頓的《原理》和《光學》、富蘭克林的《電學》、拉瓦錫的《化學》以及萊伊爾的《地質學》——這樣一些著作，都在一定時期里為以後幾代的工作者暗暗規定了在某一領域中應當研究些什麼問題，採用些什麼方法。所以能夠這樣，因為這些著作具備兩個根本的特點。這些著作的成就足以空前地把一批堅定的擁護者吸引過來，使他們不再去進行科學活動中各種形式的競爭。同時，這種成就又足以毫無限制地為一批重新組合起來的科學工作者留下各種有待解決的問題。 凡是具備這兩個特點的科學成就，此後我就稱之為「規範」。這是一個同「常規科學」密切有關的術語。我採用這個術語是想說明，在科學實際活動中某些被公認的範例——包括定律、理論、應用以及儀器設備統統在內的範例——為某一種科學研究傳統的出現提供了模型。這就是一些歷史學家在「托勒密（或哥白尼）天文學」、「亞里士多德（或牛頓）力學」、「微粒（或波動）光學」等標題下所描述的那種傳統。學習這種規範，包括許多比前面所舉的還要專門得多的規範，主要是使一個新手準備好參加那個此後他即工作於其中的科學共同體。他在那裡所遇到的人，也是從同一模型中學到專業基礎的，因此在他們以後的活動中，就不大會再在基本原則方面碰到重大分歧。根據共同規範進行研究的人們，也受同樣的科學實踐規則和標準所制約。這種制約以及由此所造成的表面上的一致，正是常規科學的前提，也是某一種研究傳統形成和延續的起源。 本文經常用規範概念代替各種熟悉的觀念，因此，為什麼要引進這個概念，還要作一些說明。具體科學成就作為專業性的規定，為什麼要比由此抽象出來的概念、定律、理論和觀點更為重要呢？共有規範對於科學中的新手來說，在什麼意義上是一個邏輯上不能再分成具有同樣功能的更小部分的基本單位呢？當我們在第 V節中碰到這些類似問題時，怎樣回答這些問題，對於了解常規科學以及有關的規範概念，是具有根本意義的。但是，這種更加抽象的討論，還要取決於同作用中的常規科學範例或規範範例以前聯繫得怎樣。特別是，如果注意到沒有規範，至少是沒有上面所舉那種毫不含糊而又有約束力的規範，也可以進行某種研究，那麼，常規科學和規範這兩個相互有關的概念就清楚了。有了一種規範，有了規範所容許的那種更深奧的研究，這是任何一個科學部門達到成熟的標誌。 如果歷史學家追溯一組挑選出來的現象，他很可能碰上物理光學歷史所表現出來的那種發展模式，儘管可能略有變形。今天的物理教科書告訴學生，光是光子，也就是某種波動性和某種粒子性的量子力學實體。由此再研究下去，或者說，根據更精確的數學特徵（由此得出語言特徵）而研究下去。但是，對光的這種特徵的描述，還只有半個世紀。本世紀初普朗克、愛因斯坦和其他人在進行這種描述以前，物理教科書還在教導說光是橫波運動，這種認識紮根於一種規範之中，一種從十九世紀初楊（ Young）和弗雷斯內爾（Fresnel）的光學著作中最後得出來的規範。波動理論起初也並不是大部分光學工作者所接受的。十八世紀中牛頓的《光學》為這個領域提供了規範，它教導說，光是物質粒子。那時的物理學家們都在尋求光粒子對固體的壓力的證據，而早期的波動理論家們卻不這樣做。① 物理光學中規範的這種轉化，就是科學革。一種規範經過革命向另一規範逐步過渡，正是成熟科學的通常發展模式。但這種模式沒有牛頓以前那個時代的特徵，我們在這裡所關心的也正是二者的差別。從遠古開始直到十七世紀末為止，在這段歷史時期中沒有出現過一種大家都能接受的關於光的本質的看法。相反，總是有許多互相競爭的學派和小流派，其中大多數都擁護伊壁鳩魯、亞里士多德或托勒密理論的某種變形。一些人把光看作是從物質客體發射出來的粒子；而另一些人認為，光是介入物體和眼睛之間的某種介質的變態；還有的用介質同眼睛發射物之間的相互作用來解釋光；此外還有其他各種不同的組合和變形。每一個相應的學派都從它同某一種形上學的關係中吸取力量，每一個都強調它的理論最能解釋的那一組光學現象才是合乎規範的觀測。為此，它也精心研究了另外一些觀測，以免為進一步的研究留下了懸而未決的問題。② ①約瑟夫·普列斯特利（ Joseph　Priestley）：《關於視覺、光和色的發現的歷史和現狀》（倫敦；1972年），第385～39O頁。 ②瓦斯科·隆奇（ Vaseo　Ronchi）：《光學史》；讓·塔頓（Jean Taton）譯(巴黎，1956年)，第i-iv章。 所有這些學派都在各個不同時代為物理光學的主要概念、現象和技巧作出了重大貢獻，而牛頓則從中引出了第一個幾乎為大家一致公認的規範。任何一個關於科學家的定義，如果排除了這些不同學派中富有創造性的成員，也就排除了這些學派的現代繼承人。這些人的確是科學家。但如果回顧一下牛頓以前的物理光學。人們完全可以得出結論說，那時這方面的工作者雖然是科學家，而他們工作的最後成果卻不怎麼夠得上科學。既然可以不要什麼共同的信念，每一個物理光學家都感到必須從根本上重建這門科學。這麼一來，他要支持些什麼觀測和實驗，也就可以相對自由地加以選擇，因為並不存在一套每一個光學家都必須加以採納的標準方法，或必須加以解釋的標準現象。這種情況下所產生的 一些著作，就總是對準其他學派的人，而不是對準自然界。這種模式，在今天許多富有創造性的領域中也不陌生，同重大發現和發明之間也沒有矛盾。但這卻不是牛頓以後物理光學所採取的發展模式，也不是其他自然科學今天所熟悉的模式。 十九世紀上半葉電學發展的歷史可以提供一個更加具體、更為熟悉的例子，說明一門科學在獲得第一個普遍接受的規範以前是怎樣發展起來的。在那時候，幾乎有多少重要的電學實驗家，象豪克斯比（ Hauksbee）、格雷（Gray）、德札古利埃（Desaguliers）、杜·費伊（Du　Fay）、諾列特（Nollett）、沃森（Watson）、富蘭克林等人，對電的本質就有多少看法。在所有這許多電的概念中，存在著某些共同的東西——這許多概念，都是從當時指導一切科學研究的機械粒子哲學的某種變形中片面地引伸出來的。而且，這些都是真正科學理論的組成部分，它們部分地來源於實驗和觀察，部分地又決定著怎樣選擇和解釋研究中新出現的問題。雖然所有這些實驗都是電學實驗，雖然絕大部分實驗者都讀過彼此的著作，但他們各自的理論卻只不過象是同一家族中的不同成員。① ①杜安·魯勒（ Duan　Roller）和杜安· H· D·魯勒（Duane H·D·Roller）：《電荷概念的發展：電學從希臘人到庫倫》（《哈佛實驗科學事例史》第8例，馬薩諸塞州，坎布里奇，1954年）；　I．B柯亨（Cohen）：《富蘭克林和牛頓：探索牛頓思辨的實驗科學理論以及由此產生的富蘭克林電學著作之例》（費拉德爾菲亞，1956年），第Xii～Xii章。對下一段中某些分析的細節，我感謝我的學生約翰·L·布隆尚未發表的文章。在此文發表前，對富蘭克林的規範的某種更展開、更確切的說明，見T.S.庫恩：《科學研究中教導作用》，載A．C．克隆比（Crombie）編：《1961年7月9～15日牛津大學科學史專題會議》。即將由海涅曼教育書店出版。 一批早期的理論家們根據十七世紀的實踐，把吸引和摩擦起電看作是基本的電現象。這些人傾向於把排斥作為機械回跳所產生的二級效應，並又儘可能拖延對格雷新發現的電傳導效應進行討論和系統研究。另一些「電學家」（如他們所自稱的）把吸引和排斥同樣看成是電的基本表現，並據以修改他們的理論和研究工作。（實際上他們的人數很少——甚至連富蘭克林的理論也從沒有充分說明過兩個帶負電荷的物體為什麼互相排斥。）但是他們在同時說明任何一種最簡單的導電效應時，也碰上了同前一批人一樣的困難。這種效應又為第三批人提供了一個出發點，他們傾向於把電說成是可以穿越導體的「流體」，而不是一種由非導體發射出來的「以太」。於是他們又面臨著怎樣把他們的理論同大量的吸引排斥效應協調起來的困難。只是通過富蘭克林和他的直接後繼者的工作才有了一種新的理論，可以同樣簡便地說明幾乎所有這些效應，從而也可以給下一代「電學家」的研究工作提供一個共同的規範。 象數學、天文學這樣一些部門，早在史前時期就有了第一個明確的規範，再象由專業的分化和重組而形成的生物化學，也已臻於成熟。除了這幾個特殊部門以外，上文所勾畫的情況在歷史上還是很典型的。雖然我不得不繼續採取這種不恰當的簡單化作法，把連續的歷史事件硬套上一個簡直是信手拈來的名字（例如牛頓或者富蘭克林），但我卻認為，這樣的根本不同正是表現了這樣一些學科的特點，象亞里土多德以前對運動、阿基米德以前對靜止的研究、布來克（ BIack）以前對熱的研究、波義耳和波爾哈夫以前的化學的研究、胡頓（Hutton）以前對歷史地質學的研究等等。在生物學的各個分支中——例如對遺傳的研究——有了第一個為人們所普遍接受的規範，還是最近的事；而在社會科學中，究竟哪些分支已具備這種規範，還完全懸而未決。歷史表明，要使科學研究中意見完全一致，實在是艱巨得很。 但歷史也表明了在這條道路上為什麼會碰到這樣的困難。如果沒有一種規範或某種候補規範，凡是可能合乎某一門科學發展的事實，看起來都會同樣地合適。結果，最初搜集事實的活動更近乎一種隨機活動，而後來科學的發展卻使之習以為常了。而且，因為沒有必要尋求什麼樣的更隱秘的信息，最初搜集事實一般也只限於某些信手拈來的材料來源。在由此聚成的蓄水池中，也包含著那些易於受到偶然的觀察、實驗以及某些更奧秘材料影響的事實，都可以從醫藥、制定曆法和冶金這一類行業中重新找到。由於這些行業可以隨時提供不能按照因果關係發現的事實，因而在新科學的湧現中，它們的工藝經常起著不可缺少的作用。 這樣來搜集事實，對許多重要科學的起源儘管很重要，但是只要查閱一下普林尼（ Pliny）的百科全書式著作或培根的自然史就會發現，這裡有個泥坑。這樣所產生的文獻究竟算不算科學，人們會有所猶豫。培根關於熱、色、呼吸、開礦等的「歷史」中充滿了消息，其中有一些也很深奧難解。但是在這些歷史中，他卻把那些後來證明是很能說明問題的事實（如通過混合而加熱），同那些在一定時期內由於過分複雜而根本綜合不到理論中去的事實（如糞堆中的熱），雜然並列起來了。①還有，任何描述總是不完全的，因此，在一部標準自然史的大量詳盡敘述中，也總會遺漏一些後來科學家恰好就在這裡找到的重要啟示。比方說，幾乎沒有一部早期的電學「歷史」曾經提到過，摩擦過的玻璃棒把草屑吸引過來以後又會把它彈回去。這似乎是機械效應，不是電效應。②而且，按照因果關係收集事實的時間很少，也沒有必需的方法，因而自然史常常把上面我們所舉那些描述同我們現在還不大能肯定的描述並列起來，比方說關於阻抗生熱（或冷）的描述。③只有在十分偶然的情況下，例如古代靜力學、動力學和幾何光學在沒有什麼預定理論指導下所搜集到的事實，才足以明確地宣告容許第一個規範的湧現。 ①參見培根《新工具》一書中關於熱的自然史綱要，《弗蘭西斯·培根著作集》第 VIII卷，J、斯拜丁（Spedding）、R.L.埃利斯（Ellis）和I．D．希茲（Heath）編（紐約，　1869年），第179～203頁。 ②魯勒和魯勒，同上書，第 14、22、28、43頁。只是在培根書中最後引用了這些話之後，排斥效應作為一種明確的電效應才得到普遍的承認。 ③培根，前引書，第 235、337頁：「微溫的水比完全冷卻的水更易於結冰。」對這種奇特觀察的早期歷史，在下書中有一部分記載：馬歇爾·克萊傑特（Marshall　Clagett）：《喬溫尼·馬利安尼（Giovani Marliani）和中世紀晚期物理學》（紐約；194O年）；第IV章。 這就是在一門科學早期發展階段上建立這個階段所特有的各種學派的情況。只有有了理論上和方法論上的信念，才能進行選擇、評價和批評；如果沒有這種信念，至少是某種隱含的信念，任何一部自然史都無法得到解釋。如果這種信念的內容沒有隱含在所搜集的事實之中——這種情況就不只是現成的「純事實」了——那就必須通過流行的形上學、其他科學或個人和歷史的偶然事件從外界提供這種信念。因此毫不奇怪，在任何一門科學的早期發展階段，不同的人對同樣一些領域的現象，儘管未必都是同樣一些具體現象，卻會作出全然不同的描述和解釋。令人吃驚的，而在這些我們稱之為科學的領域中也許是最令人吃驚的是，初期的這種分歧總是大部分不見了。 這些分歧，的確在相當大的程度上不見了，而且簡直是一勞永逸地不見了。而且，通常總是由於一個前規範學派的成就使這些分歧不見了。這個學派由於它所特有的信念和先入之見，總是只強調那個太大而又太不發達的消息庫中的某一特殊部分。有些電學家把電看成是一種流體，並從而特彆強調它的傳導作用，他們正好提供了一個出色的事例。按照這個信念，他們難以應付已知的大量吸引排斥效應，於是有些人就設想把這種電流體用瓶子裝起來。他們努力的直接成果就是萊頓瓶，偶爾隨機探索自然的人永遠也不會發現這種裝置。事實的確是在十八世紀四十年代早期，至少是由兩個研究者獨立提出來的。①富蘭克林幾乎從一開始進行電學研究時，就特別注意解釋這種新奇而結果又特別有意義的專門儀器。他在這方面的成就，提供了使他的理論成為一種規範的最有力的論據，儘管仍然不能充分解釋所有已知的．電排斥現象。②一種理論成為規範，一定要比其他競爭對手更好，但並不一定要解釋、事實上也從未解釋過一切可能碰到的事實。 ①魯勒和魯勒，前引書，第 51～54頁。 ②麻煩的是帶負電物體的相互排斥；可參閱柯亨；前引書；第 491～494、531～543頁。 電流體理論為一小部分相信這個理論的人所提供的東西，後來富蘭克林的規範也為全體電學家提供了。這個規範指明了哪些實驗值得作，哪些則由於只是針對次要現象或明顯的複合現象而不值得。只有規範才能有效地完成這個任務，這部分是因為學派內部的爭論使他們不需要再去不斷地重申那些基本原則，部分則因為科學家們自信路子走對了，從而鼓舞了他們從事更精確、更深奧、也更費勁的研究工作。①電學家們結成的集體不要再去注意所有一切電學現象了，因而他們就有可能去設計更專門得多的裝置，比以往任何電學家都要更加頑強而系統地運用這些裝置，以便更細心地追蹤某一種選定的現象。事實搜集和理論表述都成了高度有目的的活動。電學研究從而更加有效了，效率也更高了，它從社會方面證實了培根的一句銳利的方法論格言：「從錯誤中比從混亂中更易於出現真理」。② 下一節我們將考察這種高度有目的的或者說根據規範所進行的研究工作，但先要扼要說明，規範的湧現怎樣影響到這個領域工作集體的結構的。在自然科學的發展中，當個人或集體第一次達到了能吸引下一代大多數實際工作者的綜合時，老的學派就逐漸消逝了。這部分是由於這個學派的成員轉變到新的規範方面去。但是總會有那麼一些人墨守某種老觀點，於是他們乾脆被排除出這個行業，從此，他們的工作就再也無人理睬了。新的規範意味著這個領域有了新的更嚴格的規定。誰如果不肯或不能同它諧調起來，就會陷於孤立，或者依附到別的集團那裡去。③在歷史上，這些人往往乾脆呆在哲學部門裡，反正那麼多的專門科學都是從這裡孳生出來的。這些跡象表示，有時正是由於接受了一種規範，才使以前只是關心研究自然界的那批人成了同行，或者至少建立了一門學科。在這些科學中（而不是在醫學、技藝、法律這樣一些領域中，因為它們主要的存在理由是外界社會需要），形成專門化的期刊，創立專家的學會，並在課程中要求專門地位，通常都同一個集團第一次接受某一種規範有聯繫。至少，從一個半世紀以前科學的專門化第一次成為制度起，直到最近專門化知識已建立了威信為止，情況就是這樣。 ①應當指出，接受富蘭克林的理論並沒有完全結束一切爭淪。 1759年羅勃特·西莫（Robert Symmer）提出了兩種流體說；此後許多年中，電學家就是按照電是一種流體還是兩種流體而分開來的。但是這個問題的爭論只能證實，上面所說普遍承認的成就就是這樣把這個專業聯結起來了。電學家們雖然在這一點上還有分歧，卻已迅速地提出結論：任何實驗都不能把這兩種理論區別開來，因此，二者是等效的。這以後，兩個學派都能夠而事實也都利用了富蘭克林的理論所提供的一切好處（同上書，第543～546、548～554頁）。 ②培根，前引書，第 21O頁。 ③電學史提供了可從普列斯特利、開爾文等人的經歷中重現的出色事例。富蘭克林報告說，那個世紀中葉歐洲大陸上最有影響的電學家諾列特「生前看到他自己是他那個小流派的最後一人；除了他自己優秀的謫傳門徒 B.君以外」（馬克斯·費蘭德[Max Farrand]編：《班傑明·富蘭克林回憶錄》［加利福尼亞州伯克利；1949年］第384～386頁）。但更有趣的是。所有的學派—直都是愈來愈從專業學科中獨立出來。試以占星術為例，它一度是天文學的一個組成部分，再看看從十八世紀末延續到十九世紀初的一個以前很受重視的「浪漫主義」化學傳統。這正是查爾士·C·吉利斯庇（Charles　C.Gillispie）在下列著作中討論過的那種傳統：《百科全書派和科學中的雅各賓哲學：關於觀念和結論的研究》，《科學史中的關鍵問題》，馬歇爾·克萊傑特編（威斯康辛州康迪遜，1959年），第256～289頁；《拉馬克進化論的形成》，《世界科學史成就》第XXXVII卷（1956年），第323～338頁。 對科學界更嚴格的限定，還帶來了其他的後果。當個別科學家可以接受某一種規範時，他的主要工作就再也不需要從起碼的原則開始，證明每一個引進的概念都合理，來重新確立他的研究領域了。這一些都可以留給教科書作者們。而有了一本教科書，科學家就可以從教科書達不到的地方開始研究，從而可以高度集中到科學界所關心的最微妙、最深奧的自然現象中去。這樣做，他的研究公報就要開始改變形式了。對這種公報形式的演化，過去研究得太少了，但它在現代的作用卻對所有人都是顯而易見的，對許多人也是沉悶的。科學家的研究工作再也不會象以前那樣，體現在寫給那些對此有興趣人們的書中了，象富蘭克林的《關於電的……實驗》或達爾文的《物種起源》。相反，通常只是寫一篇簡要的文章給同行們看，這些人肯定都知道共有的規範，而且也只有他們能夠閱讀這些寫給他們的文章。 今天的科學書籍，通常要麼是教科書，要麼是關於某一方面的科學生活的追溯。科學家寫這樣一本書，很可能會發現他在專業方面的聲譽不是得到提高，而是受到損害。只有在各門科學更早的前規範發展階段上，。這樣的書一般才可以同在其他創造性領域中那樣，仍然保持與專業成就的關係。只有在那些仍然把這種書作為一種學術交流工具的領域中，不管有沒有專題文章，專門化的界限還是很不嚴格，外行們還以為只要讀了研究工作者的原始報告就可以跟上去。在數學和天文學中，從古以來研究報告就不再是受過一般教育的讀者們所能理解的。在力學中，在中世紀後期研究工作已同樣深奧，只是到十七世紀早期，在新規範取代曾指導中世紀研究工作的老規範的過程中，才有過一個短暫的時期力學重新為一般人所理解。在十八世紀結束以前，電學研究也開始需要對外行們進行解釋，而物理科學的大部分其他分支，到十九世紀一般人就再也不容易接受了。同樣經過這兩個世紀，從生物科學的各個不同部門中也可以概括出這種過渡來。社會科學有些部門，今天可能還處於這樣的過渡之中。專業科學家同其他領域的同行們之間的鴻溝，愈來愈大了，這種哀嘆雖已習以為常，肯定也很合理，但人們卻太不注意這個鴻溝同科學進展固有機制之間的根本關係了。 從史前期以來，研究領域一個接著一個都跨過了歷史學家稱之為一門科學的前史和本史之間的分水嶺。這些科學向成熟期過渡，我在這裡必須順序加以討論，實際上卻很少有象我說的那麼突然，那麼分明。但歷史上的這種過渡也不是漸進的，就是說，也不是整個領域一起發展的。電學作者們關於電學現象，在十八世紀前四十年中比他們十六世紀的先驅們擁有多得多的知識。在 1740年以後的半個世紀中，並沒有幾項新的電學現象增加到他們的清單上。不管怎樣，在一些重要方面，卡文迪什（Cavendish）、庫侖（Coulomb）和伏特（Volta）在十八世紀最後三十幾年中的電學著作距離格雷、杜·費直至富蘭克林的著作，比這些十八世紀早期的電學發現者的著作距離十六世紀這方面的著作，要遠得多了。①只有在1740年到1780年之間，電學家才第一次有可能把建立這樣一個領域視為理所當然。從那時起他們就深入進到一些更具體、更深奧的問題上，隨後也愈來愈用專題文章的形式把結果報告給其他電學家，而不是用書籍的形式報告給廣大知識界。他們作為一個集體，已經達到了古代天文學家的水平，也達到了學生們在中世紀關於運動、在十七世紀晚期關於物理光學、在十九世紀早期關於歷史地質學的水平。也就是說，他們已獲得一種證明有可能指導整個集體進行研究的規範。除了事後認識到這種好處，很難另外找到什麼標準可以明確宣布某一個領域成為一門科學。 ①在富蘭克林以後，有以下幾方面的巨大發展：電探測器的靈敏度，第一種可靠的普遍推廣的測量電荷的技術，電容概念以及與最新提煉的電壓觀念之間的關係的進展。還有靜電力的定量等。可參閱魯勒和魯勒，前引書，第 66～81頁；W．O．沃克（walker）：《十八世紀對電荷的探測和估量》，《科學年鑑》，第1卷（1936年），第66～1O0頁；愛德門德·霍普（Edmund Hoppe）：《電學研究》（萊比錫，1884年）第1部，第iii～iv章。