科學革命的結構 · IV　 常規科學即解難題

剛剛接觸到常規研究問題，其最為引人注目的特點也許就在於：它要求創造的新東西，不管是觀念上的還是現象上的都很少。有時候，象測量波長，除結果的最奧妙的細節以外，什麼都是事先已知的，只是預期的標準幅度略寬一點而已。庫侖的測量也許並不一定符合平方反比定律；研究壓縮生熱經常得準備出現幾種結果中的一種。但即使在這些情況下，預期結果即可接受結果的範圍，也總是小於所能想像的範圍。研究結果如果不合乎那個更小的範圍，這一般正是研究工作的失敗，責任不在於自然界，而在於科學家。 例如，在十八世紀，人們很少注意到用盤式天平一類的儀器作測量電吸引的實驗。這些實驗的結果並不一致，也不單一，因而無法用來分析由此導出的規範。所以，它們自然是一些純事實，用電學研究的進程沒有關係，也不可能有關係。只有在回顧時，因為已經掌握了後來的規範，我們才能看出這些實驗顯示了電學現象的哪些特徵。當然，庫侖和他的同時代人也掌握了這種後來的規範，也就是那種用到吸引問題上就會產生同樣一些預期現象的規範。這就是為什麼庫侖能夠設計出這樣一種儀器，它給出一種通過說明規範就可以接受的結果。但也正因為這樣，這個結果才不那麼驚人，庫侖的好幾個同時代人才能夠事先預見到。儘管這種只是為了說明規範的研究，目標並不是為了出乎意外的新東西。 但是，如果常規科學的目的並不在於什麼真正重大的新發現——如果不能接近預期結果就是一個科學家的失敗——那麼為什麼要完全接受這些問題呢？部分答案已經有了。至少對科學家來說，常規研究獲得的結果是重大的，因為擴大了應用規範的可能範圍，提高了應用的精確性。這當然還不足以說明科學家對常規研究問題所表現的熱情和忠貞。比方說，僅僅為了即將獲取的知識重要，沒有人肯多年獻身於發展更好的分光儀或改進振動弦問題的解法。利用現有工具計算星表或作進一步的測量，也往往同樣重要，但科學家照例都拒絕這些活動，因為大都是重複以前經歷過的程序。這就可以說明常規研究問題為什麼那麼令人入迷。儘管結果是可以預期的，並且常常詳盡無遺，即使還有待於認識的東西也變得索然寡味了；但如何得出這一結果，卻仍然很不確定。要使常規研究問題得出某一結果，也即以一種新的方式實現預期，就需要解決多種多樣複雜的儀器上、觀念上和數學上的難題。應功者證明自己是解難題的能手，而難題所提出的挑戰又是不斷推動他前進的重要力量。 「難題」和「解難題者」的術語，突出了前幾頁顯得愈來愈重要的幾個論點。把難題在用到這種完全標準的意義上，就是可用以測驗解題能力或技巧的特種問題。字典里的例子就是「拼板遊戲」（ jigsaw　puzzle）和「縱橫字謎」（crossword puzzle），這正是這些難題同這裡需要加以區別的常規科學問題所共有的特徵。上面剛剛說過的就是特徵之一。難題好不好，標準並不在於其結果是不是本來就有趣或重要。相反，真正迫切的問題，象治療癌症或謀求持久和平，卻往往根本就不是什麼難題，因為可能根本就不存在任何一個解。拿拼板遊戲來看，從兩個不同的木板盒中隨意挑出一些木板來。這個問題很有可能（當然也可能不會）甚至使最有才能的人也無能為力，因而無法用來測驗解法的技巧。它決不是一個通常意義上的難題。一個難題的固有意義雖然沒有標準，但肯定有一個解。 我們知道，科學界利用規範的一個收穫是，只要接受了這種規範，就有了一個標準來選擇那些可以肯定有解的問題。在很大程度上，這正是科學界承認它們合乎科學、或鼓勵其成員從事研究的僅有問題。另外一些問題，包括許多以前曾經作為標準問題的，卻被作為形上學、作為其他學科的對象，或者有時只是因為太成問題，並不值得花費時間而被拋開了。就這一點說，一個規範甚至可以使科學界離開那些對社會很重要、可以化為難題形式的問題，因為它們不能用規範所提做的觀念工具和實驗工具來表述。這種問題，可以只是一種消遣，一種十七世紀培根主義某些方面和現代某些社會科學所卓越表明的教訓。常規科學之所以看來進步得這麼快，原因之一就是，常規科學工作者都集中到只要他們有能力就可以題決的問題上。 但是，如果常規科學問題只是這種意義的難題，就不需要問科學家為什麼這麼熱情而專心鑽研這些問題了。一個人可以由於各種各樣的原因被科學吸引過去。有實用的要求，有探索新領域的激情，有尋求秩序的希望，還有檢驗已有知識的動力。類似這樣一些動機，也促使他選定了後來他自己也投了進去的特定問題。而且，儘管結果有時遇到挫折，仍有充分的理由說明，這樣的動機為什麼會首先吸引他，以後又引導他前進。①整個科學事業的確不斷證明自己的作用：打開新的境界，顯示秩序，檢驗長期公認的信念。不過，投到正常研究問題中去的人卻幾乎永遠不會做這一類的事。一旦投了進去，他的動力就完全屬於另外一種了。這時向他挑戰的是這樣一個信念：只要他有足夠的能力，就可以成功地解決以前誰都沒有解決過或沒有解決得這麼好的難題。許多最偉大的科學大師們都把他們專業方面的全副精力用到這一類亟需的難題上。在大多數情況下，任何一個專門領域都沒有提出別的任務，這事實卻一點也不會使醉心於此的人覺得它並無迷人之處。 ①但是，由個人作用同科學走展整體模式之間的衝突所造成的挫折；有時也可以很嚴重。關於這個問題，見勞倫聽· S·庫比（Lawrenee S·Kubie），《科學事業的某些未解決的問題》，《美國科學家》，第XLI卷（1953年）；第596～613頁；第XLII卷（1954年），第104～112頁。 現在讓我們再來談談在難題和常規科學問題之間另一個更困難也更有特徵的共同點。作為難題進行分類，一個問題必須具有一個以上的確定解。還必須有這樣的規則，既可以限制可接受解的性質，也可以限制獲得這些解時所要通過的步驟。例如，要玩好拼板遊戲，不僅要「湊成一幅圖」。一個孩子或一個當代藝術家都可以做到這一點，就是把挑出來的木板作為沒有意義的形狀散到無色的地上。這樣構成的圖可能會比據以設計成這個遊戲的圖好得多，而且一定會更獨到一些。不過，這樣一幅圖並不是一個解。要得到這個解，還必須把所有的木板都用上，把背面翻到下面，並把它們很自然地接合得不留一點空隙。這些都是支配著玩好拼板遊戲的規則。縱橫字謎、謎語、棋局問題等等，要得到可接受解都有類似限制，這也不難看出。 如果我們大大擴展「規則」這個詞的用法——有時會同「既定觀點」或「先入之見」等同起來——那麼，這些在已有研究傳統範圍內可以接受的問題，就會顯示出某些十分類似於這一套難題的特徵。造出一種工具以確定光波長度的人，一定不滿足於一種只能找出某種光譜線的某一數值的裝置。他並不只是一個探索者或測量者。相反，他必須根據既定的光學理論本身分析他的儀器，以表明他的工具所給出的數值正是上升到理論的波長數值。如果在理論中或者在未經分析的儀器部件中，仍然留下了一些含糊之處使他不能完全證明這一點，他的同事們就會得出結論說，他什麼也沒有測量。例如，電子散射的極限值後來成了電子波長的標誌，而在最初觀察到並記錄下來時，卻似乎並沒有什麼意義。在它成為某種量度以前，它必須先依附於一種已預見到的運動物質類波行為的理論。甚至在指明那種關係以後，也必須重新設計儀器，使實驗結果可以毫不含糊地同理論結合起來。①只有滿足了這些條件，問題才得以解決。　 理論問題的可接受解，也受到類似的限制。在整個十八世紀中許多科學家都想從牛頓運動定律和引力定律中推導出人們所觀察的月球運動，但一直沒有做到。於是，有的人就建議用一個短距離中反平方定律的定律取代之。但這麼一來就必須改變規範，提出新難題，而不是解決老難題。結果，直到175O年有一位科學家發現可以成功地應用牛頓定律時，科學家們才不再維護這些規則。 ② 具有改變了博奕的規則才可能有另一種選擇。 ①關於這些實驗發展的簡要說明，見 C．J．戴維遜（Davisson）在《1937年諾貝爾獎金》（斯德哥爾摩，1938年）的講演，第4頁。 ② W·惠威爾（Wb6W0ll：《歸納科學史》（修訂版；倫敦，1847年）；第II卷，第101～105、220～222頁。 對常規科學傳統的研究揭示了許多附加的規則，這些規則提供了許多關於科學家從規範得來成規的信息。關於這些規則所屬的主要範疇，我們能說些什麼呢？ ① 最明顯而且也許是最簡要的例子，可以舉出剛剛提到的那幾種命題。那是對於科學定律以及有關科學概念、理論的明確說法。只要這些說法還受重視，它們就促進提出難題，限制認可的解法。例如，牛頓定律就在十八和十九世紀中完成了這些作用。在這樣的期間，「物質的量」對於物理學家是基本的本體論範疇，而作用於兩塊物質之間的力則是主要研究課題。 ② 在化學中，定比和倍比定律在很長時期中都有一種完全一樣的力——它提出了原子量的問題，聯接了化學分析中可用的結果，並告訴化學家們原子、分子、化合物、混合物是什麼。 ③ 麥克斯韋方程和統計熱力學定律今天也具有同樣的力量和作用。 但是象這樣一些規則既不是僅有的，也不是歷史研究中出現的最有意思的變形。在比定律和理論更低，或更具體的水平上，例如對於優先採用的儀器設備類型以及合理使用所用儀器的方式，都有許多規定。人們改變了對火在化學分解中作用的態度，對十七世紀化學的發展就起了重要作用。 ④ 在十九世紀，赫姆霍茲（ HeImholtz）遇到了生理學家們對物理實驗用以說明他們專業的觀念的頑強抵制。 ⑤ 在本世紀，化學色層分離法的古怪歷史又一次表明，有關儀器的規定也同定律和理論一樣持久，也給科學家以博棄規則。 ⑥ 分析一下 X射線的發現，我們就可以知道為什麼會有這樣一種成規。 ① 我應當把這個問題歸功於 W·O·哈格斯沖（Hasstrom）他對科學社會學的研究工作有時同我的工作有交叉。 ② 對牛頓主義的這幾方面的問題，見 I·B．柯亨（Cohen）：《富蘭克林和牛頓：探索牛頓的思辨的實驗科學以及由此而來的富蘭克林的電學研究之例》（費城，1956年），第vii章，特別是第255～257、275～277頁。 ③ 這個例子最後在接近第 X節的末尾討論過。 ④ H．邁茲熱：《法國從十七世紀開始到十八世紀結束的化學原理》（巴黎，1923年），第359～361頁；瑪麗·波瓦（Marie　Boas）：《羅勃特·波義耳和十七世紀化學》（劍橋，1958年），第112～115頁。 ⑤ 留·康尼斯伯（ Leo　Konigsberger）：《赫曼·馮·赫姆霍茲》，弗朗西斯·A·威耳貝（Francis　A.Welby）譯（牛津，1906年），第65～66頁。 ⑥ 詹姆士· E·門哈德（James　E．Meinhard）：《色層分離法：一個展望》，《科學》；第CX卷（1949年），第387～392頁。 歷史研究有規則地顯示了更高級的、准形上學的成規，儘管它們還不就是科學永恆不變的特徵，卻也並不那麼有局部性和暫時性。例如，大約在 1630年以後，特別是在笛卡兒影響巨大的科學著作出現以後，絕大多數物理學家都認為宇宙是由微小的粒子所組成，一切自然現象都可以按照粒子的形狀、大小、運動和相互作用來解釋。形成各種成規的這個溫床，證明既合乎形上學，也合乎方法論。作為形上學，它告訴科學家宇宙包含什麼樣的和不包含什麼樣的實體：宇宙之內只有運動中所形成的物質。作為方法論，它告訴科學家終極定律和基本說明一定怎麼樣：定律一定要闡明粒子的運動和相互作用，說明則一定要把一切已知的自然現象都歸結為這些定律支配下的粒子的作用。更加重要的是，宇宙粒子概念告訴科學家應當研究許多什麼樣的問題。例如，一個象波義耳那樣信奉新哲學的化學家，就特別注意可視為嬗變的反應。這些反應比其他任何反應更加清楚地顯示了粒子重新排列的過程，這種過程必然構成一切化學變化的基礎。 ① 在研究力學、光學、熱學時，也可以看到粒子論的同樣效力。 最後，在更高級水平上，另外還有一套成規，離開它任何人也成不了科學家。例如，科學家必須力求了解世界，提高使世界有秩序的精確性，並擴大這種秩序的範圍。這樣，這套成規又一定會反過來引導科學家要麼自己、要麼通過他的同事以極其細緻的經驗深入分析自然界的某一方面。如果這種分析表面上看來有混亂之處，那就一定要求他的觀測技術更加精緻，或者要求他的理論更加明確。無疑還有別的象這樣的一直為科學家們所遵守的規則。 存在這樣一種成規的牢固框架——概念、理論、儀器以及方法論方面的成規——就會產生一種把常現科學同解決難題聯繫起來的隱喻。因為成規提供的規則告訴一門成熟專業的工作者世界是怎樣的，他的科學又是怎樣的，他就可以很自信地集中到這些規則和現有知識為他規定好的深奧問題上去。於是，他向自己提出的挑戰就是；怎樣對留下的難題給出一個解。就這樣一些方面討論難題和規則，正好說明了常現科學實踐的本質。但另一方面，這種說明也可能完全誤入歧途。在一定時期內把某一科學專業的所有工作者都結合在一起的規則。儘管，顯然是有的，但這些規則本身並不能表明這裡的專家們所有共同的實踐。常規科學是—種高度確定的活動，但不需要完全由規則來確定。正因為這樣，我在本文開始時引進了共有的規範，而不是共有的規則、假定和觀點，儘管它們都是結成常規科學傳統的源泉。我認為，規則來自規範，即使沒有規則，規範仍然能夠指導研究工作。 ① 關於一般微粒說，見瑪麗·波瓦：《機械論哲學的建立》，《奧西雷斯》（ Osiris）雜誌，第X卷，（1952年），第412～541頁。關於這種哲學對波義耳化學的作用，見T．S．庫恩：《羅勃特·波義耳和十七世紀的結構化學》，《愛西斯》雜誌，第XLIII卷（1952年），第 12～36頁。