第二章 常规科学之路

(10)((11))在本书中，“常规科学”是指牢固地建基于一个或多个过去的科学成就的研究，某个科学共同体在一段时间里承认，这些成就为其进一步的研究提供了基础。今天，这些成就被初级或高级教科书所详述，尽管很少保留其原初形式。这些教科书阐述了业已接受的理论，例示了它的许多或所有成功应用，并把这些应用与观察和实验的范例进行比较。这些书在19世纪初变得流行起来（新成熟的科学领域的教科书出现得要更晚），在此之前，许多著名的科学经典扮演着类似的角色。亚里士多德的《物理学》、托勒密的《至大论》、牛顿的《自然哲学的数学原理》和《光学》、富兰克林的《电学》、拉瓦锡的《化学基础论》以及莱伊尔（Lyell）的《地质学原理》，许多诸如此类的著作都曾在一段时间里为后续的几代研究者暗中界定了某个研究领域的合理问题和方法。它们之所以能起到这样的作用，是因为具有两个关键特征。它们的成就足够空前，因此能够吸引一批坚定的追随者远离科学活动的竞争模式。与此同时，这些成就又足够开放，有各种问题留待重新界定的研究者群体去解决。

凡是具有这两个特征的成就，我此后便称之为“范式”，这个词与“常规科学”密切相关。我选择这个词是想表明，一些公认的实际科学实践范例——包括定律、理论、应用和仪器——为特定的融贯的科学研究传统提供了模型。这些传统就是历史学家所谓的“托勒密天文学”（或“哥白尼天文学”）、“亚里士多德力学”（或“牛顿力学”）、“微粒光学”（或“波动光学”）等等。研究者要想成为他所要加入的特定科学共同体的成员，主要是通过对范式（包括许多比上面那些名称专门得多的范式）进行研究。他所要加入的共同体，其成员都是通过相同的明确范例来学习其领域的基础，所以他随后的做法将很少在基本原则上引起争议。以共同的范式为研究基础的人，都信守相同的规则和标准来从事科学。那种信守和由此产生的明显共识乃是常规科学的先决条件，也就是某个特定研究传统创生和延续的先决条件。

(12)在本书中，范式概念常常会取代我们熟悉的各种概念，因此有必要对引入它的理由作出更多说明。为什么具体科学成就作为专业信念的核心，其地位要优先于从中抽象出来的各种概念、定律、理论和观点呢？对于科学发展的研究者来说，共有的范式在何种意义上是一个不能完全还原为可能具有同样功能的逻辑原子组分的基本单元呢？第五章会讨论这些问题，事实证明，对这类问题的回答将是理解常规科学和与之相关的范式概念的基础。然而，我们必须先接触常规科学或起作用的范式的范例，才能作这种更为抽象的讨论。特别是当我们注意到，即使没有范式，或至少没有像上面那些如此明确和具有约束力的范式，也可能存在某种科学研究时，常规科学和范式这两个相关的概念就会得到澄清。获得一个范式以及该范式所容许的那种更难懂的研究，是任何科学领域发展成熟的一个标志。

如果追溯关于任何一组相关现象的科学知识，历史学家可能会发现一种模式，它与下面用物理光学史来说明的模式大同小异。今天的物理教科书告诉学生，光是光子，是同时表现出波动特性和粒子特性的量子力学实体。研究则依此进行，或者毋宁说是按照更为复杂的数学刻画来进行，并由此派生出这种通常的语言表达。然而，对光的这种刻画，问世还不到半个世纪。在普朗克、爱因斯坦和20世纪初的其他人提出它之前，物理教科书说光是横波，这种观念植根于一个范式，它最终源于19世纪初杨（Young）和菲涅尔（Fresnel）的光学著作。波动说也并非第一个被几乎所有光学研究者所接受的理论。18世纪的光学范式来自牛顿的《光学》，它说光是物质微粒。当时的物理学家试图证明光微粒撞击固体会产生压力，而早期的波动说学者则没有这样做。1

(13)物理光学范式的这些转变就是科学革命，一种范式经由革命向另一种范式的接连转变便是成熟科学通常的发展模式。然而，这种模式并不是牛顿光学著作问世之前那段时期的典型特征，我们这里关心的正是两者之间的差别。在17世纪末以前，关于光的本质，没有任何一种观点被普遍接受。相反，存在着一些相互竞争的学派和子学派，它们大都拥护伊壁鸠鲁主义、亚里士多德主义或柏拉图主义理论的某个变种。一些人认为，光是从物体中发射出的微粒，另一些人认为，光是物体与眼睛之间介质的一种变化，还有一些人则用眼睛发射出来的东西与介质的相互作用来解释光，此外还有其他各种组合和变式。每一个相应的学派都从它与某种特定的形而上学的关系中汲取力量，都强调其自身理论最能解释的那组光学现象是范式性的观察。其他观察则通过特设性（ad hoc）的阐释加以处理，或者作为突出问题留待进一步研究。2

所有这些学派在各个时期都对光学的概念、现象和技巧作出过重要贡献，正是从这些贡献中，牛顿得出了第一个几乎被普遍接受的物理光学范式。任何关于科学家的定义若将这些学派中较有创造性的成员排除在外，那么也会将他们的现代继承者排除在外。那些人都是科学家。然而，只要对牛顿以前的物理光学作一考察，任何人都很可能断言：虽然从事该领域的人都是科学家，但他们活动的最终结果却算不上科学。由于没有共同的信念，每一位物理光学作者都不得不从基础重建这个领域。在此过程中，他可以相对自由地选择支持其理论的观察和实验，因为没有一组方法或现象是每位光学作者都不得不使用和解释的。在这些情况下，所写的著作往往既是与自然对话，又是与其他学派的成员对话。这种模式在今天的一些创造性领域中很常见，也与重要的发现和发明相容。但它不是牛顿以后物理光学的发展模式，也不是今天其他自然科学常见的发展模式。

(14)18世纪上半叶的电学研究史是一个更为具体和著名的例子，可以表明一门科学在获得第一个普遍被接受的范式之前是如何发展的。在那个时期，有多少重要的电学实验家，比如豪克斯比（Hauksbee）、格雷（Gray）、德萨吉利埃（Desaguliers）、迪费（Du Fay）、诺莱（Nollett）、沃森（Watson）、富兰克林（Franklin），就几乎有多少关于电的本质的看法。所有这些林林总总的电概念有某种共同的东西——它们都部分来源于指导当时全部科学研究的机械论-微粒哲学的某个变种。此外，所有电概念都是实际科学理论的组成部分，这些理论在部分程度上来源于实验和观察，又部分决定着其他研究问题的选择和诠释。不过，虽然所有实验都是电学实验，而且大多数实验家都读过彼此的著作，但他们的理论只有一种家族相似而已。3

(15)一些遵循17世纪做法的早期理论家把吸引和摩擦生电看成基本的电现象。他们倾向于把排斥看成因某种机械反弹而产生的次级效应，并且尽量不去讨论和系统研究格雷新发现的电导效应。另一些自称的“电学家”则认为，吸引和排斥是同样基本的电现象，并且相应地修改了他们的理论和研究。（实际上，他们人数很少——甚至连富兰克林的理论也未能很好地解释两个带负电的物体为何会相互排斥。）但和前面那些人一样，他们也很难同时解释哪怕最简单的电导效应。不过，这些电导效应为第三批人提供了出发点，他们倾向于把电看成一种能够穿过导体的“流体”，而不是从非导体中发出的“散发物”。但这批人的理论又难以解释一些吸引和排斥效应。只是通过富兰克林及其直接继承者的工作，才出现了一种理论，能够同等方便地解释几乎所有这些效应，从而为下一代“电学家”提供一个共同的研究范式。

上面概述的情况在历史上很典型，但也有一些领域是例外，比如数学和天文学，它们第一个可靠的范式可以追溯到史前时期，再比如生物化学，它是由业已成熟的几个专业分离并重新组合而成的。虽然在做这种说明时，我持续用有些随意的单一名称（如牛顿或富兰克林）来称呼一段漫长的历史时期，这种简化颇为不幸，但我认为，类似的基本分歧是一些早期研究的典型特征，比如亚里士多德之前的运动研究、阿基米德之前的静力学研究、布莱克之前的热学研究、波义耳和布尔哈夫（Boerhaave）之前的化学研究、赫顿（Hutton）之前的历史地质学研究。在生物学的一些分支（比如遗传学研究）中，第一个被普遍接受的范式直到更晚近的时候才出现；而社会科学的哪些分支已经获得了这样的范式，仍然是一个悬而未决的问题。历史告诉我们，建立一种稳固的研究共识是异常艰难的。

(16)不过，历史也暗示了这种艰难的某些理由。没有范式或候选范式时，与某一门科学的发展可能相关的所有事实似乎都同等重要。结果，早期的事实收集活动要比后来科学发展所习惯的那种活动随意得多。此外，如果没有理由来寻找某种特殊形式的深奥难解的信息，早期的事实收集活动就通常仅限于那些信手可得的资料。由此得到的事实不仅包括随意的观察和实验结果，而且还包括从医学、历法和冶金学等业已确立的技艺中得到的更为神秘难懂的资料。由于这些技艺所提供的事实无法被随意地发现，所以技术往往在新科学的产生过程中扮演重要角色。

(17)虽然这种事实收集活动对于许多重要科学的起源都不可或缺，但只要考察过比如普林尼（Pliny）的百科全书著作或17世纪培根的自然志，任何人都会发现，这类事实收集活动会产生一堆乱糟糟的东西。能否把由此产生的文献称为科学的，多少让人有些犹豫。关于热、颜色、风和采矿等的培根式的“志”中包含着丰富的信息，其中不乏深奥难解的。但它们把后来被证明具有启发性的事实（例如通过混合而生热）与一时过于复杂而根本无法与理论融为一体的其他事实（例如粪堆会发热）混杂在一起。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极为详尽的论述中，常常会遗漏对后世科学家有重要启发的一些细节。例如，早期的电“志”几乎都未曾提到，谷壳被摩擦过的玻璃棒吸引后会再次反弹出去。这种效应似乎是机械效应，而非电效应。5再有，由于随意的事实收集者很少有时间或工具进行批判性的思考，所以自然志常常把上面那些描述与我们现在还无法确证的其他描述（比如逆生热或冷却生热）并列起来。6只有在古代静力学、动力学和几何光学等极少数情况下，几乎不在预先建立的理论指导下收集到的事实，才能清晰到足以使第一个范式有可能出现。

正是这种情况使一门科学在其发展的早期阶段出现了学派林立的特征。如果没有一套至少是隐含的理论信念和方法论信念交织在一起，选择、评价和批评将是不可能的，自然志也就无从得到诠释。如果这套信念并未隐含在收集的事实中——如果隐含，这些事实就不再是“纯粹的事实”了——则它们必定由外界提供，比如某种流行的形而上学、另一门科学或者个人和历史的偶然事件。难怪在任何科学发展的早期阶段，面对着同一类型但通常并不完全相同的特殊现象，不同人会以不同的方式来描述和诠释。令人惊讶的是，这些最初的分歧到头来竟然多半会消失不见，就其程度而言也许是所谓科学领域的独特之处。

(18)这些分歧的确在很大程度上消失了，而且似乎是永远消失了。这种消失是由一个前范式学派的胜利所造成的。因其自身的典型信念和先入之见，该学派只强调那个庞大且不成熟的信息库中某个特定的部分。认为电是流体，从而特别强调电导现象的那些电学家提供了一个极好的案例。受这种信念（它很难处理已知的各种吸引和排斥效应）的引导，其中一些人设想把电流体装到瓶子里。其努力的直接成果就是莱顿瓶，这种装置也许永远不会被一个偶尔或随意探索自然的人所发现，但事实上，至少有两位研究者在18世纪40年代初独立地设计出了这种装置。7几乎从其电学研究之始，富兰克林就特别关心如何解释这种奇特而又别具启发性的专门仪器。他在这件事上的成功提供了最有效的论证，使他的理论成为一种范式，尽管这种理论尚不能解释所有已知的电排斥现象。8一种理论要被接受为范式，必须看上去优于其竞争对手，但它不需要、事实上也不可能解释它所面对的所有事实。

电的流体理论为信奉它的小群体所提供的东西，富兰克林的范式后来也为整个电学家群体提供了。它暗示了哪些实验值得做，哪些实验由于涉及次要的或过于复杂的电现象而不值得做。在这件事情上，只有范式才有效得多，这既是因为学派内部的争论终止了，从而终止了对基本问题的不断重述，也是因为他们自信所走的道路是正确的，从而激励科学家去从事那种更为精确、深奥和费力的工作。9由于从关注任何电现象和所有电现象中解放出来，这个统一的电学家群体能对特定的现象作出更详细的研究，设计出许多专门的仪器，并且比以往的电学家更为坚定和系统地使用这些仪器。事实收集和理论阐述都有了非常明确的方向，电学研究的有效性和效率也相应地增加了。这从社会角度证明了弗朗西斯·培根的一句深刻的方法论格言：“真理易从错误中浮现，难从混乱中获得。”10

(19)((20))我们将在下一章考察这种具有明确方向或以范式为基础的研究的本质，但首先必须简要指出，范式的出现如何影响了从事该领域的群体的结构。在一门自然科学的发展中，当某个人或群体第一次产生一种综合，能够吸引下一代大多数研究者时，较老的各个学派就逐渐消失了。之所以消失，部分原因在于其成员改信了新的范式。但总有一些人固守某种旧观点，他们不再被视为同道，此后其研究也遭到忽视。新范式暗示该领域有一个新的更严格的定义。那些不愿或不能使自己的工作顺应该范式的人，只能孤立地进行研究或者依附于其他某个群体。11在历史上，这些人往往待在哲学界，许多专门科学都是从哲学那里派生出来的。正如这些迹象所暗示的，有时正是由于接受了一个范式，使得先前只对自然研究感兴趣的一群人变成了职业同行或至少是学科同行。在各门科学中（医学、技术和法律等领域除外，其主要存在理由是外在的社会需要），创办专业刊物、建立专家学会、要求被专门列入课程，所有这些活动通常都与一个群体初次接受一个范式密切相关。至少从一个半世纪以前科学专业化的建制模式开始发展，到与专业化相关的各种配套最近获得了自身的声望，情况就是如此。

关于科学群体的更严格的定义还产生了其他结果。科学家接受范式之后，不再需要在其主要著作中尝试重新建立他的领域，不再需要从第一原理出发，为引入的每一个概念的使用进行辩护。这些事情可以留给写教科书的人去做。无论如何，有了一本教科书，有创造力的科学家就可以从它停止的地方开始自己的研究，从而完全专注于他那个群体所关注的自然现象的那些最复杂、最深奥的方面。在此期间，他的研究报告会发生改变。这些报告的演变方式很少有人研究，但其现代的最终产物大家都很清楚，尽管阅读它们对很多人而言难以忍受。他的研究通常不再体现为书，比如富兰克林的《电学实验》或达尔文的《物种起源》，这些是写给任何可能对该领域的主题感兴趣的人的，而是通常体现为只供专业同行阅读的简短论文，可以认为这些人都了解共有的范式，事实证明，只有他们才能读懂写给他们的论文。

(21)今天在科学界，出版的著作通常要么是教科书，要么是对科学生活某个方面的回顾性反思。写书的科学家很可能发现，写书非但不会提高其专业声望，反而会造成损害。只有在各门科学发展早期的前范式阶段，书与专业成就之间才往往具有今天可见于其他创造性领域的那种关系。而且只有在那些仍然把书（无论是否有论文）作为研究交流工具的领域，专业化的界限才未清晰划出，业外人士有望通过阅读研究者的原始报告来跟上进度。在古代，受过普通教育的读者就已经很难读懂数学和天文学的研究报告。到了中世纪，力学研究也变得同样难懂，直到17世纪初，一种新的范式取代了曾经指导中世纪研究的范式，它才能为一般人所理解。在18世纪末之前，电学研究需要转译才能让业外人士读懂，而在19世纪，物理科学的大多数其他领域不再能为一般人所理解。在18、19世纪，生物科学的各个部门也出现了类似的转变。今天，在社会科学的各个部门，这种转变可能正在进行。虽然人们已经习惯于并且有理由悲叹，专业科学家与其他领域同事之间的鸿沟正在日益加深，但却很少关注这种鸿沟与科学进展的内在机制之间的密切关系。

(22)自史前以降，一个又一个科学研究领域从历史学家所谓的史前时期进入了历史时期。这些朝向成熟的转变很少像我这里的扼要讨论可能暗示的那样突然或明显。但它们在历史上也不是逐渐进行的，也就是说，不是与其所处的整个学科领域一起发展的。在18世纪的前40年，电学家们掌握的关于电现象的信息远比其16世纪的前辈多得多。在1740年之后的半个世纪里，电现象的种类几乎没有新增。不过在一些重要方面，在18世纪的最后三分之一时间里，卡文迪许（Cavendish）、库仑（Coulomb）和伏打（Volta）的电学著作与格雷、迪费甚至富兰克林的著作之间的距离，似乎要大于18世纪初这些电学发现者的著作与16世纪著作之间的距离。12大约从1740年到1780年，电学家们对其领域的基础第一次达成了共识。由此，他们进而研究更为具体深奥的问题，并且逐渐以论文形式将其研究成果呈现给其他电学家，而不是以书的形式写给整个知识界。作为一个群体，他们的成就已经堪比古代的天文学家、中世纪的运动学者、17世纪末的物理光学家和19世纪初的历史地质学家。也就是说，他们已经获得了一种范式，能够指导整个群体的研究。除非是以后见之明，否则很难找到其他标准来明确宣称某个领域是科学。

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。本书接下来那段话中的一些分析细节，得益于我的学生海尔布伦的一篇尚未发表的论文。在它即将发表之际，关于富兰克林范式的出现，一个更为详细和精确的论述参见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 试比较培根对热的自然志的概述，参见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记录的工作完成之后，排斥效应才被普遍承认是电效应。

6 Bacon, op. cit., pp. 235, 337说：“微温的水比很冷的水更容易结冰。”关于这种奇特观察的早期历史的部分论述，参见Marshall Clagett, Giovanni Marliani and Late Medieval Physics (New York, 1941), chap. iv。

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

8 麻烦的情况是带负电物体的相互排斥，对此参见Cohen, op. cit., pp. 491-494, 531-543。

9 值得注意的是，富兰克林的理论被接受并没有结束所有争论。1759年，罗伯特·西默尔（Robert Symmer）提出了该理论的双流体版本，此后许多年，电学家就电是单流体还是双流体分成了两派。但关于这一主题的争论恰恰确证了我之前所说的，即公认的成就使专业统一了起来。电学家虽然在这一点上仍然存在分歧，但很快就断言：任何实验检验都无法区分这一理论的两个版本，因此它们是等价的。此后，这两个学派都能利用而且的确利用了富兰克林理论所提供的各种好处（Cohen, op. cit., pp. 543-546, 548-554）。

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

11 电学史提供了一个出色的范例，可以从普里斯特利、开尔文等人的职业生涯中复制出来。富兰克林报告说，18世纪中叶欧洲大陆最有影响的电学家诺莱“活着看到自己成为他那个学派的最后一人，除了他的嫡传弟子B先生”（Max Farrand [ed.], Benjamin Franklin’s Memoirs [Berkeley, Calif., 1949], pp. 384-386）。然而更有趣的是，整个学派虽然日益从专业科学中分离出来，但却持久长存。例如，占星术曾经是天文学不可或缺的组成部分，又如，一个以前备受尊敬的“浪漫主义”化学传统在18世纪末19世纪初仍在流传。这正是查尔斯·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中讨论的传统。

12 富兰克林以后的发展包括：电荷探测器的灵敏度大幅提高，第一种可靠并且普遍使用的电荷测量技术，电容概念的演化及其与新的电压概念的关系，静电力的量化，等等。关于所有这些发展，参见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 Elektrizität (Leipzig, 1884), Part I, chaps. iii-iv。