科学革命研究的十个问题*，本文主要内容关键词为：科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
科学革命，是科学哲学、科学社会学和科学编史学研究关注的一个基础问题，国外学者对此已经提出了若干理论模型（例如T.S.库恩的范式变革理论，L.B.科恩的科学革命发展四阶段论），近年来国内也有学者对科学革命的若干特征阐发了自己的见解（例如李醒民1987，金吾伦1991等）。所有这些工作一方面提出了有关科学革命的有启发性的看法，另一方面也存在着有待进一步研讨的问题。本文对科学革命研究的若干需要辨析的问题展开论述，以期推进对科学革命基本特征的理解和把握，深化对科学思想变革性发展的认识。
1.关于科学革命的实质
对于什么是科学革命的实质， 目前还没有形成统一的意见。 观察16世纪以来那些有代表性意义的科学革命事件（见下表），笔者倾向于认为，科学革命的实质乃是某一自然研究领域内占主导地位的科学观念发生了重大更替。这里，科学观念指的是作为该领域科学研究基础的那些形而上的知识成分。它与具体理论相比具有总括性、规范性、抽象性、稳定性和信念性等特点。无论是历史上天文学中的日心说、化学中的氧化说、生物学中的进化论，还是本世纪物理学中的量子论以及地质学中的活动论等，本质上都是科学观念意义上的思想变革，而不是通常理解的具体科学理论的更替，虽然科学观念的变革总是与具体理论的更替相伴生的。强调科学观念变革是科学革命的实质，是要强调科学知识的等级性和层次性特点。在由经验陈述（外部层）、具体理论（中间层）、科学观念（核心层）三个依次深入的基本层次组成的科学知识球状体中，只有作为硬核的科学观念才代表着一个研究领域科学思想的精华，才为理论思维和观察活动奠定了思维框架和行动准则。因此只有深居科学知识球状体核心的科学观念发生根本性的变化才有重要意义，才构成为科学革命。
16世纪以来主要的科学革命
物理学化学 天文学
16—17世纪 牛顿力学革命日心说革命
18世纪 氧化说革命
19世纪 电磁理论革命
20世纪 相对论和量子力学革命现代宇宙学革命
地球科学生物学
16—17世纪 血液循环说革命
19世纪地质均变论革命
生物进化论革命
20世纪地球活动论革命
分子生物学革命
把科学革命的基本单元理解为科学观念，是要同根据具体理论变迁决定革命的波普尔式科学发展观（这种科学发展观仍为许多论者所接受）划清界限。因为从后者出发会导致把科学史解释成为一种革命不断发生的走马灯式过程，而这与科学史实际是不相符合的。国内一些学者曾以物理学的若干事例为据把科学观念诠释为是作为理论基础的少数几个不能在逻辑上进一步简化的基本概念和基本假定。但依笔者之见，这样理解的科学观念仍然是在理论层次而不是观念层次谈论革命，差别只不过是这样一些基本概念和基本假定比由它们推出的具体理论在“理论性”上更为基本罢了。事实上，革命中涉及的科学观念与具体理论之间常常不具有推出和被推出的关系，因为存在着这样的情况：同一种科学观念常常可以包容许多种相互一致或不一致的具体理论；而对于任何给定的理论，原则上又可以有多种不同的科学观念为其提供思想前提和基础。当然强调科学观念是科学革命的实质也不同于一些学者把科学革命直接归之为某种思想层次更高的哲学观念变革，因为这样做就把科学革命诠释成为哲学革命了。必须明确科学观念是科学内而不是科学外的形而上成分，它总是与某个自然研究领域相联系，具有特定的科学专属性。
2.关于科学革命的内容
尽管在不同的自然领域有不同的思想观念，但科学革命在内容上总是表现为本体论观念、方法论观念和价值论观念三位一体的整体性变动或转换（这种转换并不要求同时完成）。作为本体论，科学革命对特定自然领域中的物质实体及其属性提出了新的看法；作为方法论，科学革命对该领域允许使用的研究方法提出了新的看法；作为价值论，科学革命还对该学科领域的研究目的提出了新的看法。例如，16世纪哈维对生理学基础的根本变革就明显具有上述三个方面的意义。首先，他以血液循环论实现了生理学思想的本体论转换；其次，他在方法论上以新的定量分析方法代替了以往简单定性的生理学研究法；最后，他在价值论上实现了从盖伦不可证明的推测性生理学到以实验观察为取向的生理学的转变。
一些论者虽也赞成科学革命的实质是观念变革，但却忽视这种观念革命在内容上的整体性特征。他们把科学革命单一地界定为本体论或自然图景的变革，而把伴随发生的、其意义决不亚于前者的方法论和价值论方面的观念变革排除在科学革命的本意之外。这样做，一方面人为地隔裂了科学观念中本体论、方法论、价值论三者之间互为补充、紧密相关的逻辑关系。例如，当19世纪赖尔在地质学中进行均变论革命时，他的本体论认为地质作用方式在地质史上具有不变性，他的方法论认为可以用现在所见到的地质作用解释过去的历史，而它的价值论则认为地球科学的目的主要是揭示地质作用而不是描述地质史。没有均变论的本体论，他的方法论和价值论就会是不合适的；而没有后二者，赖尔就无法用均变论的本体论去说明地质学的过去。另一方面，把科学革命单一地归结为本体论变革也导致了不能对科学革命引发而来的学科重建活动和专业教学革命（表现为重新撰写教科书，重组教学活动体系，重写学科发展史等一系列活动）作出深刻的理解和揭示。事实上，对于经历了一场科学革命的研究人员来说，重要的不仅是适时进行相对显在的本体论思想的转变，还在于要相应接受潜藏于内的有关专业研究方法和学科认知目标的再社会化。因为只有这样，才能真正适应新的科学运动。
3.关于科学革命的标志
笔者认为科学革命的存在必须具备两个标志：其一是从认知方面看应该有合科学性的反传统科学观念出现；其二是从社会方面看科学共同体的忠诚分布明显地实现了从旧观念到新观念的转换。前者是科学革命的潜在性或产生性标志，后者是科学革命的现实性或完成性标志。缺乏其中任何一个方面的标志都不能算是真正意义上的科学革命。显然，上述标志是有实际上的可操作性的，因为：新出现的观念是否具有革命意义可以从科学家对它的有文字可查的评论文献中推出；而这一观念变革是否成为现实，可以从采纳新观念指导研究的科学文献是否越过了某个特定的数量界限或临界点判定。
双重标志的看法划清了科学革命研究中经常出现的两种误解。一种误解认为某种含有新观念的科学理论一经出现便意味着一次科学革命的发生，例如常常有人论及哥白尼革命发生在1543年，即《天体运行论》出版那一年。另一种误解认为科学革命的发生仅仅以科学共同体大多数人接受新观念为标志，例如有人认为虽然在1912年魏格纳发表了大陆漂移说，但现代地学革命却以本世纪60年代人们接受板块构造学说为标志。对于前者，必须指出少数人倡导某种新的科学观念与这种观念征服科学共同体不是一回事，科学革命的完成必须以科学共同体的一致性意见发生转移为依据。对于后者，必须指出虽然科学共同体成员的信念转移对于科学革命有着举足轻重的作用，但却不能忽略新观念第一次出现的划时代意义。
指出具有上述双重标志的科学事件才是真正的科学革命，可以使我们观照到科学发展的一些复杂情形。例如，那些虽然具有革新意义但其前途尚不可卜知的新观念的流传可以称之为“追求的革命”；而那些由于理性和非理性的原因，最终未能在科学共同体中确立的观念创新实质上是“夭折的革命”；那些盲从科学家的认知错觉（它们本无科学创新意义）而造成的有声势的研究活动是“病态的革命”；而那些利用非科学的手段强行在科学共同体中树立起来的伪科学观念只不过是“虚假的革命”。在科学活动中，如何使追求的或夭折的革命最后能够成功，以及如何使病态的或虚假的革命及时得到制止，是一件值得深入研究的事情。
4.关于科学革命的速率
一些学者常常把科学革命描述为是科学思想“根本而急剧”的变化，这就要求科学革命不仅具有思想转换上的根本性，而且还具有发生速率上的短暂性。诚然，就科学革命是科学基础而非具体理论的变迁，是科学观念的整体变化而非局部变化而言，认为科学革命是科学思想的根本变化是合理的。但要求这种思想变革在实际过程中总是具有某种非常快的速率却并不恰当。
从前面关于科学革命标志的论述，可以发现，科学革命不是科学发展的某种瞬时性事件，而是具有一定时间幅度并且这种时间幅度常常超过人们预料的思想演进过程，其起讫时间是从新科学观念正式见诸于世开始，到它在相关的科学共同体中基本确立为止。例如近代天文学革命是从哥白尼1543年提出日心说始到1687年牛顿发表《自然哲学的数学原理》宣告完成，历时144年；现代地学革命是从魏格纳1912 年提出大陆漂移说始，到1968年地学界接受海底扩张说基本完成，历时56年。即使是发展相对顺利的氧化说革命和相对论革命（它们常常被用来作为快变型科学革命的范例），新的科学观念从提出到为科学界初步接受也至少经历了15～20余年的时间。因此没有理由认为科学革命之观念变革的根本性非得与变化过程的突然性相关联不可。
强调科学革命的突发性常常与这样一种值得推敲的看法有关。这种看法第一是认为革命性的新观念是在旧观念发展的最低点（即所谓科学危机）时才出现，第二是认为新观念总是可以很快地战胜旧观念而赢得科学共同体的青睐。从这种看法出发就很容易赞成库恩关于常规科学是某种规范独裁天下而科学革命才是多种规范相互竞争的说法。然而这是一种并非与众多科学史实切合的错觉。事实上，两种或两种以上科学规范同时并存是科学发展的常规而不是例外，而一种新的科学规范要取代旧的占统治地位的科学规范也往往需要经过较为持久的努力。因此，对于常规科学我们宁可理解为是某种科学观念为主指导研究但同时容纳某些“在野”分子存在的科学发展阶段；对于科学革命则宁可理解为是一种有强竞争性的科学观念崛起并最终取代旧科学观念的历史发展阶段。
5.关于科学革命的阶段
一些现有的案例研究描述了某种新的科学观念可以不改变或很少改变它最初的理论表现形式而征服科学共同体的过程（例如爱因斯坦的相对论革命），这是科学革命的单形态类型。但科学史中的大多数科学革命，新的科学观念从最初出现到最后在科学共同体中确立，往往多次改变了它的理论表现形式（例如近代天文学革命，现代量子论革命），因此科学史更普遍的是科学革命的多形态类型。事实上，单形态类型可以认为是多形态类型的特例。
设某一种科学观念为T，则表现该观念的具体理论从形式T[,1]向 T[,2]、T[,3]……T[,K]的历时性发展即是该科学变革的时间史。由此可以认为任何一个科学革命均由三个内部发展阶段组成。它们是：产生阶段（T[,1]）——主要表现为某个科学先驱提出了革命性的新观念， 但其理论形态还很粗糙；追求阶段（T[,2]、T[,3]……）——主要表现为少数追随者先仆后继地改善表现新观念的理论形态以使其提高竞争实力；确立阶段（T[,K] ）——主要表现为新观念终于在它们的后继者手里找到了对旧观念有决胜性的理论形态，从而导致科学界的意见一致发生转向。在近代天文学中，产生阶段是由哥白尼理论组成，追求阶段是由开普勒理论和伽里略理论组成，确立阶段则由牛顿理论组成。当然新观念确立之后仍可继续改变它的理论形态，但是这时已属于常规科学的发展了。
由于科学革命常常需要借助理论变迁才能确立，因此就必须把它的发起者看作是一个思想群体而不是某个“孤胆英雄”，它包括科学革命各个阶段中为新观念的发展作出重要贡献的人物。例如在近代天文学革命中，就必须把哥白尼、开普勒、伽里略和牛顿都列为这一科学革命事件的主导人物。只是在强调反对传统地心说的新天文观首先出自何人的意义上，我们才把这一革命称为“哥白尼革命”。这样做既可以避免把科学革命简单地归功于某一个人而忽视其他奠基者的贡献，又可以肯定首次倡议者对科学革命的旗手作用而不致于把科学革命的功劳平均分配，从而解决有关优先权争论的难题。
6.关于科学革命的进化
指出多形态多阶段的理论发展是科学革命的特征，其深层意蕴在于指出在科学革命过程中科学观念是在不断变化和演进而不是一旦提出就不再改变的。这就指出了一些学者沿袭库恩和拉卡托斯的观点把科学观念看作极其刚性，除非面临新的科学革命否则就不可能更动的思想局限。当然，区别于从一种观念到另一种观念的间断式发展，一个科学观念在其自身演化过程中明显具有累进性的特征，这具体表现在：
第一，理论形式的变迁是在科学观念核心信条得到坚持的情况下进行的。例如，科学史上的原子论大致经历了从道尔顿、盖吕萨克到阿伏伽德罗的发展。尽管三者之间的理论概念有很大差异，道氏认为不同物质的原子大小不同相同体积内不同物质含有的原子数目因而也不同，盖氏和阿氏则企图在体积温度或压强与原子或分子的数目间建立起某种函数关系，但它们在坚持“原子是不可分割的最小单位”这一共同信念上却是一脉相承的。必须指出的是，在坚持共同信念的前提下，理论变化的程度可以足够的大，即可以涉及到对理论中基本概念和基本命题的增加、修正和摒弃等等。这与某些学者认为理论变化只能涉及到作为辅助假说的次要成分而不是主要成分，只能对已有的理论概念进行添加而不是修正甚至抛弃其中某些成分的看法不同。
第二，通过理论形式的变迁，科学观念向着明晰化、精致化、完善化的方向而不是向着被根本不同的科学信条消融、替代的方向发展。例如以现代地学革命为例，从魏格纳的大陆漂移说经霍姆斯的地幔对流说、赫斯的海底扩张说到摩根的板块构造说，表现地球活动思想的理论形式发生了不能不说是重大的变化：原先相对微弱的漂移机制（离极力和向西力）被明显强得多的地幔对流所代替。但是，这种变化的总结果是使地球表面可以发生大规模侧向运动以及由此引起一系列主要地质现象的地球本体论观念增强了而不是减弱了。因此，科学革命中的观念进化是新产生的科学观念不断增强自身，为取代原先占统治地位的旧科学观念积累力量的过程。没有这个必要的过程，就很难说科学革命会最终发生。
7.关于科学革命的类型
任何一门科学领域在其发展过程中都会出现两种不同的科学革命类型。一种科学革命涉及到从原先具有某种神秘性质的思辨观念到后来具有相当成熟理性（即有经验依据有理论展开）的科学观念的转换。从盖仑血液流动说到哈维血液循环论的思想转换，从物种不变论到生物进化论的思想转换均是其例。这种初创式革命往往是某一研究领域从非科学状态走向科学状态的标志。另一种科学革命涉及到从旧的一套解决科学问题的观念框架到另一套新的更有效的观念框架的转换。从牛顿力学体系到爱因斯坦相对论的思想转换，从地球固定论到地球活动论的思想转换可为其例。这种更新式科学革命则是某一研究领域的科学发展从低级成熟走向高级成熟的标志。
上述两种类型都有科学观念变革必须具备的语言学表征。即，它们或者是以某种新的科学术语代替旧的科学术语，或者是留用旧的科学术语但却赋予完全不同的新含义，结果使得科学革命前后科学家所使用的专业术语及其框架系统发生了全新的变化。两种科学革命的区别仅在于被革除的语言在性质上有所不同，开创式科学革命革除的是某种神秘性质的思辨语言，更替式科学革命革除的是原先弱解释力的科学语言。由于科学观念的推陈出新通常寓于科学语言的“破坏性”变化之中，因此可以根据新旧科学语言及其框架系统之间某种程度的不相容性鉴别科学革命及其类型。一些论者认为科学革命除了上述种类之外还可以表现为包容式和综合式等类型。前者是指旧理论作为极限情况被包括在新理论之中，例如从牛顿力学到相对论的科学革命。或者是指各有局限、互相补充的旧理论被综合成为一种新理论，例如光的微粒说和波动说被综合为波粒二象性。然而，笔者认为关于这样两种科学革命类型独立存在的看法是似是而非的。事实上，如果两种类型确实是科学革命，那么由于革命前后的理论在语言学上必然会有重大的意义差别，（如爱因斯坦的时间、空间等概念就与牛顿不同），因此就没有理由认为它们具有包容或综合的性质。另一方面，如果新旧理论之间确实存在着核心语言及其意义的连续性，那么无论包容还是综合都只能被看作是科学观念的常规进化，而不是真正意义上的科学革命。
8.关于科学革命与实在
指出包容式和综合式这两种“革命”不存在，其要害在于指出由于科学革命的前后理论之间不具有相同的本体论观念，因此它们不具共同的指称。这就排除了一些论者对科学革命和科学发展作出所谓“趋同实在论”的解释，这种解释要求科学革命的成功理论保留较早理论核心术语的明显指称。然而否定趋同实在论，并不是要在科学革命的研究上倒向彻底的工具主义观点，我们完全可以找到另外一种有灵活性的实在论，这就是结构实在论。
结构实在论并不指望通过科学革命前后两个理论在本体论上有共同指称来捍卫实在论，而是认为两者之间可以具有结构上、数学上的某种实实在在的连续性。这意思是说，科学革命可以将以前的本体论观念彻底替换，但揭示现象背后规律的某种正确形式却依然保存在后继的理论之中。例如，从菲涅耳理论到麦克斯韦理论就光的本性所说完全不同，一个涉及到物质微粒的改变，另一个涉及到场矢量强度的改变。但是两者之间却有着结构上的连续性，两者都包含与光的传播方向垂直的周期性振动的观点，都认为光是由从一处传到另一处的波动形式组成，其形式服从着相同的数学。
笔者认为结构实在论能够较好地说明科学革命前后理论之间的间断性和连续性。它不同意工具主义仅仅把科学革命前后的连续性归结为经验层次的积累性特征，指出这种连续性同时也发生在理论层次的结构形式方面，从而坚守了实在论的基本立场。另一方面它也不同意趋同实在论否认科学革命前后的理论在指称关系上存在间断性的观点，认为坚持这种僵硬的实在论并不能说明科学发展的实际，也不能合理地回答反实在论者在科学革命问题上对实在论的驳难。
9.关于科学革命的解决
科学革命研究中的一个关键问题是科学家意见转换的机制问题。特别是当我们越来越明确地认识到科学共同体内部往往持有发散的、多元的理论评价标准时，如何合理性地处理科学家对竞争理论从意见分歧向意见一致转移就显得更加棘手了。为此，一些论者认为科学革命不可能得到合理性解决，意见一致的形式至多只有心理的或社会的理由而无逻辑的或经验的理由。然而，从科学革命案例的分析来看，笔者认为为科学革命的解决提供理性说明的可能性是存在的。
首先，新的科学观念最终取代旧的统治观念，是靠相对于科学家持有的各种理论评价标准它都具有了某种优势性而实现的。可以具体地说明这种机制。假定一个特定的科学共同体划分为采纳多种理论评论标准的子群体S[,1]、S[,2]……S[,n]，而T[,1]和T[,2] 是他们需要作出选择的两种相竞争的科学范式。显然，在两种范式分别只能满足部分评价标准的情况下，科学家的意见是分歧的。但当其中一个理论T[,2] 发展到按不同标准看来相对于竞争理论T[,1]都具有优势的时候， 科学家的忠诚分布就可能较为齐一地发生转移。于是，科学革命就发生了。
其次，由于新的科学理论适应不同评价标准的速度是有快慢的，因此科学革命的解决实际上是分步进行而不是同时发生的。一般来说，当这个理论能率先满足一些科学家的认知标准时，它会被这些科学家首先看重和追随，从而使他们成为科学革命的早期接受者甚至倡导者。当这个理论还不能满足共同体内其他科学家的认知标准时，它就会受到后者的抵制和轻视，这部分人就会成为科学革命的旁观者甚至批评者。随着新理论消化不同标准和能力增长，接受者的人数就会增长而反对者的人数就会减少。这种过程持续下去就会使大部分持不同标准的科学家转化过来，最后留存下来的只是那些对新理论的接受持有极高要求的科学家。
再次，在众多的评价理论优劣的逻辑标准和经验标准中，预见的成功往往对意见一致的形成起着关键作用。事实上，许多科学革命的最终解决是靠新理论导出的大胆新颖预见得到证实而实现的。例如，1919年的日蚀观测对于物理学家接受相对论起了主要作用；1966—1967年间瓦因——马休斯海底磁异常条带假说和威尔逊转换断层假说的证实对于地球科学家接受活动论地球观起了主要作用。因此，从理论中导出的科学预见得到观察证实往往是判定科学革命真正确立的一个有效数据。
10.关于科学革命的级别
由于不同的科学观念有着不同的影响区间，因此不同的科学革命也有着不同的量级。笔者认为，科学革命大致存在三种不同的级别。较大的一级科学革命可以超越自身的学科领域对其他学科甚至整个自然科学领域的知识基础和思维方式发生影响，例如哥白尼的天文学革命，达尔文的进化论革命；居中的一级涉及自然科学的一个大的部分，引起该部门的所有思想发生变化，例如拉瓦锡的化学革命，莱伊尔的地质学革命；较小的一级仅涉及分支学科，例如布拉格和戈尔德施密特的晶体化学革命。但是，科学革命的级别只是表明影响范围的大小，而不是判断是否够得上科学革命的条件。有的学者强调科学革命只能指称科学史上具有最大影响范围的几次科学革命，结果常常导致忽视或低估了科学思想史上其他一些变革性事件的存在和意义，导致与实际科学工作者的意见分歧。当然，对于分支学科以下那些更小级别的思想变化，由于它们的更替是如此频繁，所涉及的主要是理论层次而不是观念层次，因此按照科学革命的实质不宜称之为革命。
科学革命的级别在讨论科学观念与更大级别的社会文化观念的互动时有着重要意义。有的科学革命可以对科学思想产生深远作用但基本不具备或很少具备意识形态成分。麦克斯韦电磁理论、现代分子生物学属于这方面的例子。有的科学革命则不但具有科学变革含义而且还具有明显的意识形态成分。哥白尼日心说、达尔文进化论属于这方面的例子。在世俗眼光中，哥白尼把地球看作是太阳系一颗从属性质的行星，达尔文否认了上帝创造万物的说法，这实在是对长期所形成的人的傲慢的一种毁灭性打击。因此，具有意识形态成分的科学革命在进行中常常受到学术的和世俗的双重阻力。一般地说，科学革命的级别越大，其在发生过程中与科学外的社会文化观念的冲突也较大，因而革命的难度也较大；而这种革命一旦成功，那么它所造成的社会影响和社会效果也较大（如哥白尼革命、达尔文革命那样）。因此，正是重大的科学革命在从科学内的观念变革过渡到科学外的观念变革中起着关键性作用。
注：
* 笔者感谢在澳大利亚墨尔本大学科学史与科学哲学系访问学习期间Homer Le Grand教授为本文写作提供的有关个人资料以及有益的讨论。本文是对笔者以往有关科学革命问题案例研究和理论思考的一个阶段性小结。