科學革命的結構 · IX 科學革命的性質和必然性
這些意見容許我們最後考察為這篇論文提供篇名的問題。什麼是科學革命，它們在科學發展中的作用是什麼？對這些問題的許多回答在前幾節里已經預先處理了。前面的討論已經特別提出，科學革命在這裡被當作是那些非積累的發展事件，在其中一套較陳舊的規範全部或局部被一套新的不相容的規範所代替。可是，還有許多話要說，而且它的主要部分可以由進一步詢問一個問題提出。為什麼規範的變化應當稱為革命？在政治發展和科學發展之間的巨大的和本質上的差別面前，什麼對應能證明兩者中發現革命的隱喻是正確的？
對應的一個方面必須已經是明顯的。政治革命是由於愈來愈感到，儘管常常限於政界的一部分，現有制度已不足以應付由它們造成的環境所提出的問題而開始的。大體上相同，科學革命也是由於愈來愈感到，儘管也常常限於科學界的一個狹小的部分，現有的規範在探索自然界的一個方面已不起作用而開始的，對這個方面規範本身以前是起帶頭作用的。在政治發展和科學發展中，機能失靈的感覺能導致危機，它是革命的先決條件。而且，雖然公認它曲解了這個隱喻，即對應不僅適合於可歸因於哥白尼和拉瓦錫的那些主要的規範變化，而且也適用於小得多的規範變化，它是同吸收一種新現象象氧或 X-射線等聯繫在一起的。正如我們在第五節末尾注意到的，科學革命需要只對那些現象看來好象是革命的，它們的規範是受他們影響的。對於局外人來說，他們也許象二十世紀初的巴爾幹革命一樣，看來好象是發展過程的正常部分。例如，天文學家們能把X-射線僅僅當作一種附加的知識來接受，因為，它們的規範是不受新輻射的存在影響的。但是，對於象開爾文、克魯克斯（Crookes）和倫琴等人來說，他們的研究討論了輻射理論，或陰極射線管、X-射線的出現必然違背了一種規範，就象它創造了另一種規範一樣。那就是為什麼這些射線只有通過某些最初同正常研究不對頭的東西才能發現。
對政治發展和科學發展之間這種類似事件的遺傳方面應當不再受懷疑。可是，這種類似還有第二和更意味深長的方面，第一方面的意義也依賴於這個方面。政治革命的目的是要用禁止那些制度的辦法去改變政治制度。因而，它們的成功必須部分地消滅一套制度，以支持另一套制度，而在過渡期間，社會根本不是完全受制度支配的。最初只有危機減弱政治制度的作用，就象我們已經看到它減弱規範的作用一樣。顯然有越來越多的個人同政治生活日益疏遠，並在其中表現出越來越離心離德。然而，隨著危機深化，這些人中有許多人獻身於在一種新制度的框架中改造社會的某些具體建議。這個社會在那些問題上分化為競爭的陣營或黨派，一派力求保衛舊制度，其他派別則力求建立某些新制度。一旦兩極分化已經出現，政治上求助就破產了。因為，他們對制度的模型意見不同，政治變革就是在這種制度模型內達到並予以評價的，因為他們承認並沒有超制度的框架用以判斷革命的分歧，各黨派對革命的衝突最終必須訴諸大規模的說服方法，常常包括武力。雖然革命在政治制度的發展中曾經具有生死存亡的作用，那種作用依賴於它們部分地是在政治和制度以外的事件。
這篇論文的剩餘部分目的在於說明，規範變化的歷史研究暴露了科學進展中的極為類似的特徵。在競爭著的規範之間就象在競爭著的政治制度之間作出選擇一樣，原來只要在社會生活的不相容的方式之間作出選擇。因為，這種選擇的特徵並不是而且也不能是僅僅由常規科學所特有的評價程序來決定，這些特徵部分地依賴於一種特殊的規範，而那種規範是處在爭論中的。當規範進入關於規範選擇的爭論時，它們的作用必然是循環的。每一個集團都用它自己的規範去為保衛那種規範辯護。
當然，循環的結果不會使論據臘誤或無效。不過以一種規範為前提的人在為這種規範辯護時，對那些採納新自然觀的人們會喜歡什麼科學實踐還是能提供一個清楚的說明的。那種說明可以是很有說服力的，常常也是令人不能不相信的。然而，不論它有多大力量，循環論據這種情況只是有說服力。它不能從邏輯上甚至從幾率上迫使那些拒絕這種說明的人們進入這個集團。兩派對一場關於規範的爭論所具有的前程和價值是不夠廣泛的。在規範選擇中就象在政治革命中一樣，沒有比有關團體的贊成更高的標準了。為了發現科學革命是怎樣產生的，我們就不僅必須考察自然界的和邏輯的衝突，而且必須考察在相當專門的集團中生效的有說服力的辯論技巧，那種集團組成科學家的團體。
為了發現為什麼規範選擇這個問題決不能單靠邏輯和實驗明確地解決，我們必須簡短地考察一下把傳統規範的支持者同他們的革命的繼承者分開的各種分歧的性質。這種考察是這一節和下一節的主要對象。可是，我們已經指出了這種分歧的許多例子，而且沒有一個人會懷疑歷史能提供其他許多例子。可能懷疑他們的存在的是什麼？因而，必須首先考慮的是什麼？那就是提供關於科學本性的主要資料的例子。同意拋棄規範已經是一種歷史的事實，是否說明人類的輕信和混亂呢？為什麼吸收一種新現象或者一種新的科學理論必須要求拒絕一種較陳舊的規範呢？是否有本質的理由呢？
首先要注意，如果有這樣的理由，他們也不是從科學知識的邏輯結構中引伸出來的。原則上，一種新現象出現應當對過去的科學實踐的任何部分都沒有破壞性。雖然在月球上發現生命對現存的規範是有破壞性的（這些規範告訴我們有關月球上的事物似乎同那兒有生命存在是不相容的），而在銀河系的某些不大著名的部分發現生命就不會。由於同樣的原因，一種新理論並不一定同它的先驅衝突。它唯一地應當討論以前不知道的現象，就象量子理論討論（意味深長地但不是唯一地）二十世紀以前未知的亞原子現象。或者，這種新理論只不過是比那些以前已知的更高水平的理論，一種把一整批較低水平的理論連在一起的理論，而沒有從實質上改變任何一種理論。今天能量守恆理論正好把力學、化學、電學、光學和熱理論等連接起來。在新舊理論之間還能設想出其他可以和諧共有的關係。他們全部應當由歷史過程來說明，科學已經通過這種歷史過程發展起來了。只要他們是這樣，科學的發展就會是真正的積累。各種新現象只不過揭示自然界的一個方面的秩序，在那裡以前什麼也沒有看到。在科學的進展中，新知識將代替無知而不是代替另一種不相容的知識。
當然，科學（或者某些其他事業，也許效果較小）應當以那種完全積累的方式發展。許多人相信它是這樣發展的，大多數人似乎仍然設想，積累至少是歷史發展會發揚的一種理想，只要它不那麼經常地被人類物質所歪曲。那種信念是有重要理由的。在第 X節中我們將發現，科學是積累的這種觀點同一種占優勢的認識論多麼緊密的糾纏在一起，那種認識論認為知識是由思維直接放在原始感覺資料上的一稅結構。在第XI節中，我們將考察由有效的科學教育方法對同樣的編史工作綱要提供的強有力的支持。不過，儘管那種理想的形象似乎很有理由，也有日益增長的理由懷疑它能不能是科學的一種形象。在前規範時期以後，吸收所有新理論和幾乎所有新現象，事實上都要求破壞以前的規範，以及隨後發生的科學思想的競爭著的各學派之間的衝突。由積累而獲得沒有預料到的新穎事物，對科學發展的規則來說已證明幾乎是不存在的例外。認真對待歷史事實的人，必然懷疑科學並不傾向於我們對它的積累形象所提示的理想。也許它是另外一種事業。
可是，如果反對的事實能把我們推進得那麼遠，那末再看一看我們已經涉及的理由，就會暗示，由積累獲得新穎事物不僅事實上很少，而且原則上未必會有。正常研究是積累的，它把它的成就歸功於科學家們有規則地選擇問題的能力，那種問題能用接近於那些已經存在的概念和儀器的技術去解決。（那就是為什麼對有用問題的過分關心能如此容易地抑制科學發展，而不顧它們同現有知識和技術的關係。）可是，力求解決由現存知識和技術規定的問題的人，不只是東張西望。他知道，他想得到什麼，他設計地的工具，並適當地指導他的思想。沒有預料到的新穎事物，新的發明，只有在他對自然界的預期和他的儀器果然是錯誤的範圍內才能出現。最終的發明的重要性本身常常是同它所預兆的反常現象的範圍和難對付成正比的。於是，在揭示反常現象的規範和後來使反常現象類似規律的規範之間必然有衝突。在第 VI節中考察的通過規範的破壞而發明的例子並不使我們只面臨歷史上的偶然事件。在這些例子中發明必然是引起的，也沒有其他有效的方法。
同樣的論據甚至可以更清楚地應用於發現新理論。一種新理論可以提出的原則上只有三種類型的現象。第一種是由現存規範已經很好地說明了的現象組成的，而且這些現象很少為理論建設提供動機或出發點。當他們象第 VII節末尾討論過的用三種著名的預期去處理時，結果是理論很少被接受，因為自然界沒有為辨別是非提供根據。第二類現象是由那些其性質為現存規範表明的現象組成的，但是它們的細節只有通過理論的進一步連接方式才能被理解。科學家們有許多時間把他們的研究對準這些現象，但是那種研究目的在於連接現有的規範，而不是發現新規範。只有當這些連接的企圖失敗時，科學家們才遭遇第三類現象，即已被認識的反常現象，其特徵是它們頑固地拒絕被現有規範吸收。只有這類現象才引起新理論。除了各種反常現象以外，規範為科學家的視野中由理論決定的地方提供一切現象。
但是，如果新理論要解決現有理論對自然界的關係中的反常現象，那麼這個成功的新理論必須容許在某些地方有不同於來自前人的預見。如果兩者在邏輯上是不相容的，就不可能發生那種不同。在被吸收的過程中，第二種理論必須取代第一種理論。甚至象能量守恆那樣的理論，今天看來好象是一種合乎邏輯的上層結構，它僅通過獨立建立的理論與自然界聯繫起來，沒有規範破壞，歷史上也不發展。相反，它是由一次危機產生的，其中一個主要因素是牛頓力學和某些新近形成的熱的熱質論結果之間的互不相容。只是在熱質論已經被拋棄以後，能量守恆才能成為科學的組成部分。①而且也只有在它已經成為科學的組成部分若干時間以後，它才能被看成是一種邏輯上較高類型的理論，一種同前人不衝突的理論。在關於自然界的信念中沒有這些破壞性的變化，就很難看出新理論是怎樣興起的。雖然邏輯上包括在內仍然是連續的科學理論之間的關係中的一個可以容許的觀點，它從歷史上看是難以置信的。
①錫兒凡努斯· P·湯普森；《拉格斯的開爾文男爵威廉·湯姆遜的一生》（倫敦1910年，第一卷，第266～281頁）。
我想，在一個世紀以前，讓革命的必然性停留在這一點上是可能的。但是，今天，不幸已經不行了，因為，如果接受現代最流行的關於科學理論的本質和作用的解釋，那就不可能保持上面提出的關於這個問題的觀點。那種解釋同早期的邏輯實證主義密切有關，並沒有無條件地被它的後繼者拋棄，它將限制一種已被接受的理論的範圍和意義，以便使它不可能同任何後來的對某些同樣的自然現象做出預言的理論衝突。關於科學理論的這種受限制的概念的最著名和最強有力的情況是在討論現代的愛因斯坦力學同牛頓的《原理》傳下來的較古老的力學方程之間的關係時出現的。按照本文的觀點，這兩種理論在由哥白尼和托勒密天文學的關係所說明的那種意義上是根本上互不相容的：只有承認牛頓的理論是錯誤的，愛因斯坦的理論才能被接受。今天，這仍然是少數人的觀點。①因而，我們必須考察最流行的反對它的意見。
① 例如，見 P·P·維納（Wiener）的意見，載《科學哲學》第XXV卷（1958年）第298頁。
這些反對意見的要點如下：相對論力學不能證明牛頓力學是錯誤的，因為牛頓力學仍然被大多數工程師極為成功地運用著並且被許多物理學家有選擇地應用著。而且，運用這種舊理論的適當理由已經代替它的理論本身在其他應用中證明。愛因斯坦的理論能用來證明，來自牛頓方程的預言，同我們滿足於少數限制性條件中應用的測量工具一樣好。例如，牛頓理論要提供一個良好的近似解，被考察的物體的相對速度同光速比較必須是小的。在受這種條件和其他少數條件支配下，牛頓理論好象是可以從愛因斯坦理論中推導出來的，因而，它是愛因斯坦理論的一個特殊情況。
但是，反對意見繼續指出，沒有一種理論有可能同它的特殊情況衝突。如果愛因斯坦的科學似乎使牛頓力學錯了，那只是因為有些牛頓主義者是如此不小心，以致要求牛頓產生完全精確的結果，或者要求它在很高的相對速度上也有效。既然他們不可能有任何證據支持這樣的要求，當他們提出這樣的要求時，就背叛了科學的標準。就牛頓理論曾經是受到有效證據支持的真正的科學理論而論，它仍然是真正科學的理論。只是對這理論的過高要求——那種要求決不是科學的正確部分——才能被愛因斯坦證明是錯誤的。清除了這些人為的過高要求，牛頓理論從來沒有而且也不可能受到挑戰。
這種論據的某些變種，完全可以使被一個著名的有能力的科學家集團運用過的任何理論免受攻擊。例如，很有害的燃素說，使大量物理現象和化學現象有了秩序。它說明了為什麼物質燃燒，是因為他們的燃素豐富，以及為什麼金屬和它們的礦石有這麼多共同的性質。因為金屬全部是由各種元素同燃素化合而成的，全部金屬共有的燃素產生了共同的性質。另外，燃素說明了許多反應的原因，在這些反應中，酸是由象碳和硫那樣的物質燃燒形成的。它也說明了，當燃燒在一份體積有限的空氣中發生時體積的減少，因為空氣吸收了由燃燒釋放的燃素，「損壞了」空氣的彈性，正如火「損壞了」鋼製彈簧的彈性一樣。①如果這些是燃素理論家對他們的理論所要求的僅有的現象，那種理論就決不可能受到挑戰。同樣的論據將滿足曾經完全成功地應用於任何現象範圍的任何理論。
但是，要用這種方法來拯救各種理論，它們的應用範圍必然受到那些現象和觀察的精確性的限制，手頭的實驗證據已經討論了這個問題。②只要再前進一步（一旦邁出了第一步，就很難避免這一步），這樣一種限制就會禁止科學要求「科學地」談論任何不是已經觀察到的現象。這種限制即使在它的現代形式中也禁止科學家在自己的研究中依靠一種理論，再當研究進入一個領域，或者追求某種程度的精確時，過去的實踐和理論都沒有為這種研究提供先例。這種禁令在邏輯上是不能排除的。但是，接受這些禁令的結果便會是研究的終結，通過這種研究，科學可以進一步發展。
①詹姆斯· B·柯南：《推翻燃素說》（劍橋，1950年，第13～16頁）；以及J．R．巴丁：《化學簡史》（第2版；倫敦，1951年，第85～88頁），H.邁茲熱：《牛頓、斯塔爾、波爾哈夫和化學學說》（巴黎，1930年）第II部分中，對燃素說的成就作了最充分的和最有好感的說明。
②比較由 R．B．勃雷斯韋（Braithewaite）：《科學說明》，（劍橋；1953年），第50～87頁；特別是第76頁，通過一種很不相同的分析所達到的結論。
事實上那問題此刻已經是一種同義反覆。不信奉某一種範圍就不可能有常規科學。而且那種信奉必須延伸到沒有先例的領域和精確程度。如果它不延伸，這規範就不能提供還沒有解決的謎。而且，不只是常規科學依賴於信奉一種規範。如果現有的理論只是使科學家受現有的應用約束，那就不可能有意外事件、反常現象或危機。但是，這些只不過是指出通向非常科學之路的路標。如果對一種理論的合法應用範圍照字義採納實證主義者的限制，告訴科學界什麼問題可以導致根本改變的機理必須停止起作用。當這種情況發生時，科學界不可避免地會回到某種很象它的前規範狀態，在這種條件下，所有成員都講究科學，但是在這種條件下，他們的總產品簡直不象科學。是否真有人對重大科學進展的代價是贊成冒風險犯錯誤呢？
更重要的是，在實證主義者的論據中展現了邏輯上的空隙，這種空隙會立刻把我們重新引向革命變革的本質。牛頓力學真能從相對論力學推導出來嗎？這樣一種推導看來象什麼？設想有一組陳述， E 1 ，E 2 ，…，E n ，他們體現相對論的定律。這些陳述包含各種變量和參數，表示空間位置、時間、靜止質量等等。從這些陳述出發，同邏輯裝置和數學一起，可以推導出一整套進一步的陳述，包括某些可以由觀察檢驗的陳述在內。為了證明牛頓力學作為一種特殊情況是適當的，我們必須給從增添附加的陳述，如（v/e） 2