无责任简介：托马斯•库恩《科学革命的结构》

前言：我作为一个业余逼格提升爱好者，杂七杂八地读了一些科学哲学文章，并粗略地通读了托马斯•库恩的里程碑式著作《科学革命的结构》。恰逢所里也有人对此也有兴趣，姑且写点自己对这本书的理解，权当抛砖引玉。文中难免有偏颇疏漏之处，大家见谅。



托马斯•库恩所著的《科学革命的结构》这本只有两百多页小册子在60年代发表后即被奉为科学史以及科学哲学领域最有影响力的著作之一。得益于对科学史的深入了解以及他本人的物理学背景，库恩在文中仔细分析了在物理学、化学、生物学、天文学等各自然科学领域中发生过的重大变革，并提出了“范式”作为科学活动的基本结构这一重要观点。这一观点彻底颠覆了此前人们对科学的渐进式发展的信念，使得一种建构式的自然科学观得以建立起来。

以一句简单的话来概括这种建构式的科学观就是：“神发明世界，科学家发明世界观。”世界也许是一个客观存在，或者是由不知道是神啊还是什么神奇的力量创造出来的，这不重要。但是对于这个世界的理解，也就是所谓的世界观，是由人来决定的。具体到自然科学领域，托马斯•库恩将科学家的“世界观”，也就是各种对科学研究对象的基本理解称为“范式”。也就是说，对客观世界（姑且认为存在）的研究必须基于一种人为建构起来的基本“范式”才得以可能。

“范式”的概念并不是由库恩的创新，比如在哲学领域很早就存在这一概念。但是对于在自然科学领域的“范式”，库恩有着特殊的定义。在某一门自然科学中，范式指的是这样一个集合体：它既包括一些这门学科中的基本概念的定义，也包括一些公理，还包括一些基本理论模型以及展示这些模型如何应用到实际研究中的具体例子。（……是不是很混乱？确实，在整本书里都没有一个对“范式”的明确定义，而这也是后人对本书的最大诟病之一。后来在1969年出版的书的后记里，库恩也不得不承认在书里对“范式”的阐述有点循环论证，不过他还是努力辩称自己的“范式”概念是明晰无误的。）抛开那些令人费解的定义，“范式”其实是一门自然科学理论的得以可能的基础，它规定了这门科学所研究的基本对象是什么，有哪些基本属性，各种属性之间的数学关系是什么等等。从这一基础出发，科学家才可能明确自己的研究方向，设计实验，提出理论以及与同行进行交流。

另外，根据库恩的描述，范式并不仅仅是一套明白的理论出发点，它还包括一些经典范例来说明如何将那些范式中的基本理论应用于各种实际情况。这是一个理论与实践的结合过程，而库恩认为，这个过程不是通过理论学习就能掌握的，因为这一结合是一种“意会知识”，也就是“只可意会，不可言传”的知识。如何从实际情况中抽象出那些范式所规定的物理量？如何知道哪些情况下应该用这个公式，而在另一些情况下应该用那个？这些问题的解答只能通过学生在指导下大量地进行实践（或者说做题）来掌握。而这种科学训练是将理论与实践结合起来的必经之路，也是一名学生成为科学家的必经之路。库恩认为，这种训练的必要性使得科学无法成为像艺术一样可以由大众来评判的活动，关键原因不是科学理论的复杂难懂，而是普通大众没有经过这样的训练，所以无法判断哪些实验设计符合理论的意图，哪些研究成果是有意义的或者不成立的。

范式还是科学观测的基础。库恩受到“格式塔”理论的影响，认为科学观察与其说是一个客观过程，不如说是一个心理过程。“格式塔”理论名字源于德语“Gestalt”，意思是“造型”、“设计”、“形状”等，认为人会倾向于将观察到的东西与自己熟悉的东西联系起来，甚至将其替换为自己熟悉的东西。一个常见的例子是，当我们在路上看到一个服饰发型与某个熟人相似的人的时候，我们总是倾向与将他错认为自己当熟人。除了这种直觉联系外，人们在观察过程中也总是会受到自己已有的理论知识的影响，倾向于用已经掌握的理论去解释所观察到的东西。由于范式已经规定了本门科学中有意义的测量量是什么，在实际观测中科学家就可以有意识地去选择自己需要的量。例如对于“苹果下落得多快”这个问题，在发明出“平均速度”这个概念前，人们也许只是测量一下下落的时间，在发明出“平均速度”这个概念后 ，人们也许会测量下落距离h与时间t，然后计算出平均速度v＝h／t，最后有了加速度这个概念后，人们则会根据公式a＝2h／t^2计算出加速度。（更多关于科学观察的客观性问题的探讨，可以参考Lorraine Daston和Peter Galison所著《Objectivity》一书。另外Daston和Galison所著的另一本《Image and Logic》更是在《科学革命的结构》之后又一本划时代的科学哲学著作，主要讨论仪器在科学活动中发挥的重要作用）。

在常规科学活动中，一个范式一旦被一些科学家所接受（接受同一个范式的科学家被库恩称作“科学共同体”），科学共同体中的科学家就有了一些基本的“共同语言”。但一个范式通常只是一套理论的开始，接下来科学共同体所要做的就是从这一范式出发，去确定一些范式中定义的重要事实，比如某个重要的物理常量，或者进一步寻找确认范式中那些理论的证据，或者将范式中尚需厘清的地方弄清楚。这三类活动被库恩认为是常规科学活动的主要内容。在这一阶段，范式是基本不变的，除了一些小的改动或者变得更完备。所以在库恩看来，某个范式被接受以后，接下来科学家们所做的事情便是在十分有限的范围内进行一些按部就班的工作。库恩将这些工作归类为某种“解谜”，虽然这些工作也十分需要智慧、学识、经验和努力，但是其创新性并不十分突出。

在进行这三类活动的时候，通常科学共同体内的科学家都是安全的。但是逐渐地，他们会发现有些实验结果无法在现有的范式框架内解释。遇到这个情况，科学家的反应通常是：再做一次实验（“冷静，一定是我打开实验室门的方式不对！”）确定不是实验的问题后，他们会极力修正范式以符合新的实验结果，比如添加各种附加条款，各种特殊情况之类的。像托勒密天文学，也就是常说的“地心说”中，由于总是以地球为中心来计算各种天体运动，所以后来为了计算很多新发现的遥远天体的轨道而不得不加入本轮、偏心轮之类的“插件”。虽然这一体系得以勉强维系下去，但是也变得臃肿不堪。于是我们就来到了这门科学的危机阶段。

在这一阶段，旧的范式摇摇欲坠，大多数共同体内的科学家努力寻找各种“插件”来弥补整个体系，而另有少数聪明绝顶的科学家则准备另起炉灶。回到文章开头的那句话：“神发明世界，科学家发明世界观。”“发明”一次绝对是用得恰当。通过一些科学史上的例子，库恩指出，对于同一组已知的资料，人们总能建构出多种理论来解释，而这种建构出的理论就是范式的雏形。在危机阶段，少数的科学家就会建构出一些新的理论来解释那些旧范式无法解释或解释起来非常费力的现象。比如哥白尼的“日心说”就出现于托勒密体系日益臃肿之时。

接下来就到了新范式之间相互竞争的阶段了。通常在危机阶段会出现若干个新的理论，它们都能比旧范式更有效地解释某些方面的现象，但是又都不完善。于是，能否被更多的科学家所接受，能否更“优美”地解释现象就成了新理论脱颖而出生存下去的关键问题。是的，库恩认为范式之间不存在绝对的“对”与“错”之分，而存在“优美地解决问题”与“不优美地将就一下”之分。当然，除了优美不优美之外，新理论能否被接受也牵涉到一系列科学界乃至整个社会的权力结构问题，关于这些问题可以参考Bruno Latour的著作《Laboratory Life: the Social Construction of Scientific Facts》。

至此，库恩给我们描绘了一幅与以往完全不同的科学发展画卷。与以往我们认为科学是经由不断出现的新理论的积累式、渐进式发展，顶多是“微创新式”的发展模式不同，科学应该是间歇性地颠覆式发展，类似于朝代或政权的更替，新的政权只有完全推翻旧的政权才有可能上台，而不可能通过温和的改良来实现。虽然新的范式与旧范式之间的相互转换是可能的，比如牛顿经典力学可以在数学上被看作是爱因斯坦相对论在低速情况下的一个特例。 如果仅仅因为在公式上有联系就认为爱因斯坦相对论是牛顿经典力学的改良，确实容易让我们误以为科学发展不过是知识的积累。而实际上从牛顿经典力学到爱因斯坦相对论，更为深刻的变化发生了：理论背后的宇宙观改变了，对空间、时间、质量等概念的定义完全改变了。 而这种对所研究对象的全局观念的改变，才是科学革命中发生的根本变化。

此外，关于为什么人们容易认为科学是不断积累，不断“进步”地发展这个问题，库恩略带阴谋论地指出，这与科学界的权威们有意无意地改写科学史有很大关系。通常，科学界的权威们都是胜利的新范式的拥护者，他们在写科学史的时候往往会夸大自己拥护的新范式的优先性，并故意贬低，甚至完全略过那些曾经同时出现的其他新范式竞争者，这就容易使人们产生这样的印象：科学发展是线性的，没有出现过严重的分歧，总是朝着某个大家都要去的方向“进步”着。

最后关于“进步”这个问题，库恩也进行了一番讨论。新的范式就一定比旧的范式进步吗？库恩认为由于范式本身就是一套进行科学活动是否有意义的评价标准，所以两个范式所取得的成就分别隶属于两套评价标准，也就难以进行相互比较。同时，又是因为掌握话语权，胜利的范式拥护者总是把自己描绘为进步的，所以不明真相的群众也就以为进步是理所当然的，否则他们怎么可能胜利呢？库恩更倾向于认为科学发展类似于基因突变式的生物进化过程，新范式的胜出也许在于它在危机初期的成功，但并无法保证它此后的发展能否顺利，是带有盲目性的。但最终，科学发展经过长时间的客观环境的检验，似乎总又能朝着更好（更容易解释现有材料，更好预测现象）的方向发展。

以上便是我从库恩这本书中了解到的内容，接下来简单谈谈我自己的想法。

基于库恩的理论，科学总是会出现危机，现有范式总是会被颠覆。科学与客观世界像是两条渐进线，看似不断接近，却永远无法相交。那么我们平时说的“相信科学”究竟是在相信什么呢？相信当下的某个科学理论是正确的？很显然，某个流行的理论至多是在现有的各种理论中比较好的那个而已，远谈不上正确，而也许更糟的是，这个理论之所以流行可能只是因为它更能满足一些科学仪器生产商的利益需求而已。别忘了，当下的科学研究相当依赖各种来源的经济资助，而这些资助很容易影响科研的方向。我们可以看到转基因农作物的研究乱象就是这种例子。

那么，“相信科学”指的是“相信科学总是进步的”？关于进步的话题上面已经提到过了，科学是否进步确实很难说，但实际的结果似乎是科学真的有点进步？但是这种进步好像也就比掷骰子强一些而已。也许库恩的进步观点过于强调随机性和盲目性，而实际上科学家们在发明与选择新范式时仍然是十分清醒，或者是由于有丰富的经验和“专家的直觉”而往往能做出正确的选择。不过库恩认为，越是在旧范式中有丰富经验的老专家，就越容易陷入旧范式的窠臼中无法自拔，反倒是一些科学界的新人有可能摆脱桎梏，创造出新的理论来。

最后一个可能性是，“相信科学”是说“相信科学的研究方法是正确的”。这里的“正确”不是说保证一定进步，而是保证一定不会犯大错。曾经的实证论者们把科学的可证伪性放在第一位，意思就是说，“我不保证我的理论一定是对的，但是我保证，一旦发现我的理论错了，我会第一时间通知你的哦！”（开玩笑的，可证伪性是保证一个理论不是自我指涉的关键）而现在，连可证伪性也被认为是不完全可靠的了。所以至今为止，科学研究的方法可以被看作是一个“看上去还不错，今后就这么办吧”的方法。

所以，“相信科学”其实是个很难说明白的信仰，或者说，因为是个信仰，所以不便明说，你懂的。

最后，其实我也是个业余爱好者，就瞎掰。欢迎各位提出不同观点！另外有些推荐的读物，除了文中提到的《objectivity》，《image and logic》，《Laboratory Life》这三本，早期的一些科学哲学论著也很值得读，比如卡尔•波普尔的《猜想与反驳》和《科学发现的逻辑》等。