第二章 常規科學之路

(10)((11))在本書中，“常規科學”是指牢固地建基于一個或多個過去的科學成就的研究，某個科學共同體在一段時間里承認，這些成就為其進一步的研究提供了基礎。今天，這些成就被初級或高級教科書所詳述，盡管很少保留其原初形式。這些教科書闡述了業已接受的理論，例示了它的許多或所有成功應用，并把這些應用與觀察和實驗的范例進行比較。這些書在19世紀初變得流行起來（新成熟的科學領域的教科書出現得要更晚），在此之前，許多著名的科學經典扮演著類似的角色。亞里士多德的《物理學》、托勒密的《至大論》、牛頓的《自然哲學的數學原理》和《光學》、富蘭克林的《電學》、拉瓦錫的《化學基礎論》以及萊伊爾（Lyell）的《地質學原理》，許多諸如此類的著作都曾在一段時間里為后續的幾代研究者暗中界定了某個研究領域的合理問題和方法。它們之所以能起到這樣的作用，是因為具有兩個關鍵特征。它們的成就足夠空前，因此能夠吸引一批堅定的追隨者遠離科學活動的競爭模式。與此同時，這些成就又足夠開放，有各種問題留待重新界定的研究者群體去解決。

凡是具有這兩個特征的成就，我此后便稱之為“范式”，這個詞與“常規科學”密切相關。我選擇這個詞是想表明，一些公認的實際科學實踐范例——包括定律、理論、應用和儀器——為特定的融貫的科學研究傳統提供了模型。這些傳統就是歷史學家所謂的“托勒密天文學”（或“哥白尼天文學”）、“亞里士多德力學”（或“牛頓力學”）、“微粒光學”（或“波動光學”）等等。研究者要想成為他所要加入的特定科學共同體的成員，主要是通過對范式（包括許多比上面那些名稱專門得多的范式）進行研究。他所要加入的共同體，其成員都是通過相同的明確范例來學習其領域的基礎，所以他隨后的做法將很少在基本原則上引起爭議。以共同的范式為研究基礎的人，都信守相同的規則和標準來從事科學。那種信守和由此產生的明顯共識乃是常規科學的先決條件，也就是某個特定研究傳統創生和延續的先決條件。

(12)在本書中，范式概念常常會取代我們熟悉的各種概念，因此有必要對引入它的理由作出更多說明。為什么具體科學成就作為專業信念的核心，其地位要優先于從中抽象出來的各種概念、定律、理論和觀點呢？對于科學發展的研究者來說，共有的范式在何種意義上是一個不能完全還原為可能具有同樣功能的邏輯原子組分的基本單元呢？第五章會討論這些問題，事實證明，對這類問題的回答將是理解常規科學和與之相關的范式概念的基礎。然而，我們必須先接觸常規科學或起作用的范式的范例，才能作這種更為抽象的討論。特別是當我們注意到，即使沒有范式，或至少沒有像上面那些如此明確和具有約束力的范式，也可能存在某種科學研究時，常規科學和范式這兩個相關的概念就會得到澄清。獲得一個范式以及該范式所容許的那種更難懂的研究，是任何科學領域發展成熟的一個標志。

如果追溯關于任何一組相關現象的科學知識，歷史學家可能會發現一種模式，它與下面用物理光學史來說明的模式大同小異。今天的物理教科書告訴學生，光是光子，是同時表現出波動特性和粒子特性的量子力學實體。研究則依此進行，或者毋寧說是按照更為復雜的數學刻畫來進行，并由此派生出這種通常的語言表達。然而，對光的這種刻畫，問世還不到半個世紀。在普朗克、愛因斯坦和20世紀初的其他人提出它之前，物理教科書說光是橫波，這種觀念植根于一個范式，它最終源于19世紀初楊（Young）和菲涅爾（Fresnel）的光學著作。波動說也并非第一個被幾乎所有光學研究者所接受的理論。18世紀的光學范式來自牛頓的《光學》，它說光是物質微粒。當時的物理學家試圖證明光微粒撞擊固體會產生壓力，而早期的波動說學者則沒有這樣做。1

(13)物理光學范式的這些轉變就是科學革命，一種范式經由革命向另一種范式的接連轉變便是成熟科學通常的發展模式。然而，這種模式并不是牛頓光學著作問世之前那段時期的典型特征，我們這里關心的正是兩者之間的差別。在17世紀末以前，關于光的本質，沒有任何一種觀點被普遍接受。相反，存在著一些相互競爭的學派和子學派，它們大都擁護伊壁鳩魯主義、亞里士多德主義或柏拉圖主義理論的某個變種。一些人認為，光是從物體中發射出的微粒，另一些人認為，光是物體與眼睛之間介質的一種變化，還有一些人則用眼睛發射出來的東西與介質的相互作用來解釋光，此外還有其他各種組合和變式。每一個相應的學派都從它與某種特定的形而上學的關系中汲取力量，都強調其自身理論最能解釋的那組光學現象是范式性的觀察。其他觀察則通過特設性（ad hoc）的闡釋加以處理，或者作為突出問題留待進一步研究。2

所有這些學派在各個時期都對光學的概念、現象和技巧作出過重要貢獻，正是從這些貢獻中，牛頓得出了第一個幾乎被普遍接受的物理光學范式。任何關于科學家的定義若將這些學派中較有創造性的成員排除在外，那么也會將他們的現代繼承者排除在外。那些人都是科學家。然而，只要對牛頓以前的物理光學作一考察，任何人都很可能斷言：雖然從事該領域的人都是科學家，但他們活動的最終結果卻算不上科學。由于沒有共同的信念，每一位物理光學作者都不得不從基礎重建這個領域。在此過程中，他可以相對自由地選擇支持其理論的觀察和實驗，因為沒有一組方法或現象是每位光學作者都不得不使用和解釋的。在這些情況下，所寫的著作往往既是與自然對話，又是與其他學派的成員對話。這種模式在今天的一些創造性領域中很常見，也與重要的發現和發明相容。但它不是牛頓以后物理光學的發展模式，也不是今天其他自然科學常見的發展模式。

(14)18世紀上半葉的電學研究史是一個更為具體和著名的例子，可以表明一門科學在獲得第一個普遍被接受的范式之前是如何發展的。在那個時期，有多少重要的電學實驗家，比如豪克斯比（Hauksbee）、格雷（Gray）、德薩吉利埃（Desaguliers）、迪費（Du Fay）、諾萊（Nollett）、沃森（Watson）、富蘭克林（Franklin），就幾乎有多少關于電的本質的看法。所有這些林林總總的電概念有某種共同的東西——它們都部分來源于指導當時全部科學研究的機械論-微粒哲學的某個變種。此外，所有電概念都是實際科學理論的組成部分，這些理論在部分程度上來源于實驗和觀察，又部分決定著其他研究問題的選擇和詮釋。不過，雖然所有實驗都是電學實驗，而且大多數實驗家都讀過彼此的著作，但他們的理論只有一種家族相似而已。3

(15)一些遵循17世紀做法的早期理論家把吸引和摩擦生電看成基本的電現象。他們傾向于把排斥看成因某種機械反彈而產生的次級效應，并且盡量不去討論和系統研究格雷新發現的電導效應。另一些自稱的“電學家”則認為，吸引和排斥是同樣基本的電現象，并且相應地修改了他們的理論和研究。（實際上，他們人數很少——甚至連富蘭克林的理論也未能很好地解釋兩個帶負電的物體為何會相互排斥。）但和前面那些人一樣，他們也很難同時解釋哪怕最簡單的電導效應。不過，這些電導效應為第三批人提供了出發點，他們傾向于把電看成一種能夠穿過導體的“流體”，而不是從非導體中發出的“散發物”。但這批人的理論又難以解釋一些吸引和排斥效應。只是通過富蘭克林及其直接繼承者的工作，才出現了一種理論，能夠同等方便地解釋幾乎所有這些效應，從而為下一代“電學家”提供一個共同的研究范式。

上面概述的情況在歷史上很典型，但也有一些領域是例外，比如數學和天文學，它們第一個可靠的范式可以追溯到史前時期，再比如生物化學，它是由業已成熟的幾個專業分離并重新組合而成的。雖然在做這種說明時，我持續用有些隨意的單一名稱（如牛頓或富蘭克林）來稱呼一段漫長的歷史時期，這種簡化頗為不幸，但我認為，類似的基本分歧是一些早期研究的典型特征，比如亞里士多德之前的運動研究、阿基米德之前的靜力學研究、布萊克之前的熱學研究、波義耳和布爾哈夫（Boerhaave）之前的化學研究、赫頓（Hutton）之前的歷史地質學研究。在生物學的一些分支（比如遺傳學研究）中，第一個被普遍接受的范式直到更晚近的時候才出現；而社會科學的哪些分支已經獲得了這樣的范式，仍然是一個懸而未決的問題。歷史告訴我們，建立一種穩固的研究共識是異常艱難的。

(16)不過，歷史也暗示了這種艱難的某些理由。沒有范式或候選范式時，與某一門科學的發展可能相關的所有事實似乎都同等重要。結果，早期的事實收集活動要比后來科學發展所習慣的那種活動隨意得多。此外，如果沒有理由來尋找某種特殊形式的深奧難解的信息，早期的事實收集活動就通常僅限于那些信手可得的資料。由此得到的事實不僅包括隨意的觀察和實驗結果，而且還包括從醫學、歷法和冶金學等業已確立的技藝中得到的更為神秘難懂的資料。由于這些技藝所提供的事實無法被隨意地發現，所以技術往往在新科學的產生過程中扮演重要角色。

(17)雖然這種事實收集活動對于許多重要科學的起源都不可或缺，但只要考察過比如普林尼（Pliny）的百科全書著作或17世紀培根的自然志，任何人都會發現，這類事實收集活動會產生一堆亂糟糟的東西。能否把由此產生的文獻稱為科學的，多少讓人有些猶豫。關于熱、顏色、風和采礦等的培根式的“志”中包含著豐富的信息，其中不乏深奧難解的。但它們把后來被證明具有啟發性的事實（例如通過混合而生熱）與一時過于復雜而根本無法與理論融為一體的其他事實（例如糞堆會發熱）混雜在一起。4此外，由于任何描述都必定是不完整的，所以典型的自然志在它極為詳盡的論述中，常常會遺漏對后世科學家有重要啟發的一些細節。例如，早期的電“志”幾乎都未曾提到，谷殼被摩擦過的玻璃棒吸引后會再次反彈出去。這種效應似乎是機械效應，而非電效應。5再有，由于隨意的事實收集者很少有時間或工具進行批判性的思考，所以自然志常常把上面那些描述與我們現在還無法確證的其他描述（比如逆生熱或冷卻生熱）并列起來。6只有在古代靜力學、動力學和幾何光學等極少數情況下，幾乎不在預先建立的理論指導下收集到的事實，才能清晰到足以使第一個范式有可能出現。

正是這種情況使一門科學在其發展的早期階段出現了學派林立的特征。如果沒有一套至少是隱含的理論信念和方法論信念交織在一起，選擇、評價和批評將是不可能的，自然志也就無從得到詮釋。如果這套信念并未隱含在收集的事實中——如果隱含，這些事實就不再是“純粹的事實”了——則它們必定由外界提供，比如某種流行的形而上學、另一門科學或者個人和歷史的偶然事件。難怪在任何科學發展的早期階段，面對著同一類型但通常并不完全相同的特殊現象，不同人會以不同的方式來描述和詮釋。令人驚訝的是，這些最初的分歧到頭來竟然多半會消失不見，就其程度而言也許是所謂科學領域的獨特之處。

(18)這些分歧的確在很大程度上消失了，而且似乎是永遠消失了。這種消失是由一個前范式學派的勝利所造成的。因其自身的典型信念和先入之見，該學派只強調那個龐大且不成熟的信息庫中某個特定的部分。認為電是流體，從而特別強調電導現象的那些電學家提供了一個極好的案例。受這種信念（它很難處理已知的各種吸引和排斥效應）的引導，其中一些人設想把電流體裝到瓶子里。其努力的直接成果就是萊頓瓶，這種裝置也許永遠不會被一個偶爾或隨意探索自然的人所發現，但事實上，至少有兩位研究者在18世紀40年代初獨立地設計出了這種裝置。7幾乎從其電學研究之始，富蘭克林就特別關心如何解釋這種奇特而又別具啟發性的專門儀器。他在這件事上的成功提供了最有效的論證，使他的理論成為一種范式，盡管這種理論尚不能解釋所有已知的電排斥現象。8一種理論要被接受為范式，必須看上去優于其競爭對手，但它不需要、事實上也不可能解釋它所面對的所有事實。

電的流體理論為信奉它的小群體所提供的東西，富蘭克林的范式后來也為整個電學家群體提供了。它暗示了哪些實驗值得做，哪些實驗由于涉及次要的或過于復雜的電現象而不值得做。在這件事情上，只有范式才有效得多，這既是因為學派內部的爭論終止了，從而終止了對基本問題的不斷重述，也是因為他們自信所走的道路是正確的，從而激勵科學家去從事那種更為精確、深奧和費力的工作。9由于從關注任何電現象和所有電現象中解放出來，這個統一的電學家群體能對特定的現象作出更詳細的研究，設計出許多專門的儀器，并且比以往的電學家更為堅定和系統地使用這些儀器。事實收集和理論闡述都有了非常明確的方向，電學研究的有效性和效率也相應地增加了。這從社會角度證明了弗朗西斯·培根的一句深刻的方法論格言：“真理易從錯誤中浮現，難從混亂中獲得?！?a href="#annot63" id="ref63">10

(19)((20))我們將在下一章考察這種具有明確方向或以范式為基礎的研究的本質，但首先必須簡要指出，范式的出現如何影響了從事該領域的群體的結構。在一門自然科學的發展中，當某個人或群體第一次產生一種綜合，能夠吸引下一代大多數研究者時，較老的各個學派就逐漸消失了。之所以消失，部分原因在于其成員改信了新的范式。但總有一些人固守某種舊觀點，他們不再被視為同道，此后其研究也遭到忽視。新范式暗示該領域有一個新的更嚴格的定義。那些不愿或不能使自己的工作順應該范式的人，只能孤立地進行研究或者依附于其他某個群體。11在歷史上，這些人往往待在哲學界，許多專門科學都是從哲學那里派生出來的。正如這些跡象所暗示的，有時正是由于接受了一個范式，使得先前只對自然研究感興趣的一群人變成了職業同行或至少是學科同行。在各門科學中（醫學、技術和法律等領域除外，其主要存在理由是外在的社會需要），創辦專業刊物、建立專家學會、要求被專門列入課程，所有這些活動通常都與一個群體初次接受一個范式密切相關。至少從一個半世紀以前科學專業化的建制模式開始發展，到與專業化相關的各種配套最近獲得了自身的聲望，情況就是如此。

關于科學群體的更嚴格的定義還產生了其他結果?？茖W家接受范式之后，不再需要在其主要著作中嘗試重新建立他的領域，不再需要從第一原理出發，為引入的每一個概念的使用進行辯護。這些事情可以留給寫教科書的人去做。無論如何，有了一本教科書，有創造力的科學家就可以從它停止的地方開始自己的研究，從而完全專注于他那個群體所關注的自然現象的那些最復雜、最深奧的方面。在此期間，他的研究報告會發生改變。這些報告的演變方式很少有人研究，但其現代的最終產物大家都很清楚，盡管閱讀它們對很多人而言難以忍受。他的研究通常不再體現為書，比如富蘭克林的《電學實驗》或達爾文的《物種起源》，這些是寫給任何可能對該領域的主題感興趣的人的，而是通常體現為只供專業同行閱讀的簡短論文，可以認為這些人都了解共有的范式，事實證明，只有他們才能讀懂寫給他們的論文。

(21)今天在科學界，出版的著作通常要么是教科書，要么是對科學生活某個方面的回顧性反思。寫書的科學家很可能發現，寫書非但不會提高其專業聲望，反而會造成損害。只有在各門科學發展早期的前范式階段，書與專業成就之間才往往具有今天可見于其他創造性領域的那種關系。而且只有在那些仍然把書（無論是否有論文）作為研究交流工具的領域，專業化的界限才未清晰劃出，業外人士有望通過閱讀研究者的原始報告來跟上進度。在古代，受過普通教育的讀者就已經很難讀懂數學和天文學的研究報告。到了中世紀，力學研究也變得同樣難懂，直到17世紀初，一種新的范式取代了曾經指導中世紀研究的范式，它才能為一般人所理解。在18世紀末之前，電學研究需要轉譯才能讓業外人士讀懂，而在19世紀，物理科學的大多數其他領域不再能為一般人所理解。在18、19世紀，生物科學的各個部門也出現了類似的轉變。今天，在社會科學的各個部門，這種轉變可能正在進行。雖然人們已經習慣于并且有理由悲嘆，專業科學家與其他領域同事之間的鴻溝正在日益加深，但卻很少關注這種鴻溝與科學進展的內在機制之間的密切關系。

(22)自史前以降，一個又一個科學研究領域從歷史學家所謂的史前時期進入了歷史時期。這些朝向成熟的轉變很少像我這里的扼要討論可能暗示的那樣突然或明顯。但它們在歷史上也不是逐漸進行的，也就是說，不是與其所處的整個學科領域一起發展的。在18世紀的前40年，電學家們掌握的關于電現象的信息遠比其16世紀的前輩多得多。在1740年之后的半個世紀里，電現象的種類幾乎沒有新增。不過在一些重要方面，在18世紀的最后三分之一時間里，卡文迪許（Cavendish）、庫侖（Coulomb）和伏打（Volta）的電學著作與格雷、迪費甚至富蘭克林的著作之間的距離，似乎要大于18世紀初這些電學發現者的著作與16世紀著作之間的距離。12大約從1740年到1780年，電學家們對其領域的基礎第一次達成了共識。由此，他們進而研究更為具體深奧的問題，并且逐漸以論文形式將其研究成果呈現給其他電學家，而不是以書的形式寫給整個知識界。作為一個群體，他們的成就已經堪比古代的天文學家、中世紀的運動學者、17世紀末的物理光學家和19世紀初的歷史地質學家。也就是說，他們已經獲得了一種范式，能夠指導整個群體的研究。除非是以后見之明，否則很難找到其他標準來明確宣稱某個領域是科學。

1 Joseph Priestley, The History and Present State of Discoveries Relating to Vision, Light, and Colours (London, 1772), pp. 385-390.

2 Vasco Ronchi, Histoire de la lumière, trans. Jean Taton (Paris, 1956), chaps. i-iv.

3 Duane Roller and Duane H. D. Roller, The Development of the Concept of Electric Charge: Electricity from the Greeks to Coulomb (“Harvard Case Histories in Experimental Science”, Case 8; Cambridge, Mass., 1954); 以及I. B. Cohen, Franklin and Newton: An Inquiry into Speculative Newtonian Experimental Science and Franklin’s Work in Electricity as an Example Thereof (Philadelphia, 1956), chaps. vii-xii。本書接下來那段話中的一些分析細節，得益于我的學生海爾布倫的一篇尚未發表的論文。在它即將發表之際，關于富蘭克林范式的出現，一個更為詳細和精確的論述參見T. S. Kuhn, “The Function of Dogma in Scientific Research”, in A. C. Crombie (ed.), Scientific change, New York: Basic Books, 1963, pp. 347–395。

4 試比較培根對熱的自然志的概述，參見F. Bacon, Novum Organum, Vol. VIII of The Works of Francis Bacon , ed. J. Spedding, R. L. Ellis, and D. D. Heath (New York, 1869), pp. 179-203。

5 Roller and Roller, op. cit., pp. 14, 22, 28, 43. 只有在p. 43記錄的工作完成之后，排斥效應才被普遍承認是電效應。

6 Bacon, op. cit., pp. 235, 337說：“微溫的水比很冷的水更容易結冰。”關于這種奇特觀察的早期歷史的部分論述，參見Marshall Clagett, Giovanni Marliani and Late Medieval Physics (New York, 1941), chap. iv。

7 Roller and Roller, op. cit., pp. 51-54.

8 麻煩的情況是帶負電物體的相互排斥，對此參見Cohen, op. cit., pp. 491-494, 531-543。

9 值得注意的是，富蘭克林的理論被接受并沒有結束所有爭論。1759年，羅伯特·西默爾（Robert Symmer）提出了該理論的雙流體版本，此后許多年，電學家就電是單流體還是雙流體分成了兩派。但關于這一主題的爭論恰恰確證了我之前所說的，即公認的成就使專業統一了起來。電學家雖然在這一點上仍然存在分歧，但很快就斷言：任何實驗檢驗都無法區分這一理論的兩個版本，因此它們是等價的。此后，這兩個學派都能利用而且的確利用了富蘭克林理論所提供的各種好處（Cohen, op. cit., pp. 543-546, 548-554）。

10 Bacon, op. cit., p. 210.

11 電學史提供了一個出色的范例，可以從普里斯特利、開爾文等人的職業生涯中復制出來。富蘭克林報告說，18世紀中葉歐洲大陸最有影響的電學家諾萊“活著看到自己成為他那個學派的最后一人，除了他的嫡傳弟子B先生”（Max Farrand [ed.], Benjamin Franklin’s Memoirs [Berkeley, Calif., 1949], pp. 384-386）。然而更有趣的是，整個學派雖然日益從專業科學中分離出來，但卻持久長存。例如，占星術曾經是天文學不可或缺的組成部分，又如，一個以前備受尊敬的“浪漫主義”化學傳統在18世紀末19世紀初仍在流傳。這正是查爾斯·吉利斯皮（Charles C. Gillispie）在“The Encyclopédie and the Jacobin Philosophy of Science: A Study in Ideas and Consequences”, Critical Problems in the History of Science, ed. Marshall Clagett (Madison, Wis., 1959), pp. 255-289和“The Formation of Lamarck’s Evolutionary Theory”, Archives internationales d’histoire des sciences, XXXVII (1956), 323-338中討論的傳統。

12 富蘭克林以后的發展包括：電荷探測器的靈敏度大幅提高，第一種可靠并且普遍使用的電荷測量技術，電容概念的演化及其與新的電壓概念的關系，靜電力的量化，等等。關于所有這些發展，參見Roller and Roller, op. cit., pp. 66-81; W. C. Walker, “The Detection and Estimation of Electric Charges in the Eighteenth Century”, Annals of Science, I (1936), 66-100;以及Edmund Hoppe, Geschichte der Elektrizit?t (Leipzig, 1884), Part I, chaps. iii-iv。