科学革命的特征，本文主要内容关键词为：特征论文,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。
科学革命这一概念有着悠久而复杂的历史。这种开拓性更新的思想出现在17世纪，但在18世纪之前，对科学的发展从未使用过“革命”一词。由于重大的社会政治剧变，如1688年英国的光荣革命以及一个世纪后的法国革命的影响，“革命”这一术语的含意逐渐发生了演变，从原来仅表示天文学中那些周期性反复循环的现象，发展为也表示与急剧的政治发展相联系的根本性变革。在后一种意义上，革命一词开始被用于一些科学发展事件，如17世纪力学的开发，18世纪70年代随拉瓦锡的研究而出现的化学理论的变革，以及19世纪中叶达尔文创造的生物学的变革等等。这些都是根本性的变革，它们不仅推翻了当时占统治地位的理论，而且在各自的科学学科之外带来了重大的影响。但同时，它们也是罕见的事件，因为只有真正的天才，才能超越通常循序渐进的科学发展，而代之以独一无二的大步跃进。
库恩描述的结构
这种全面渐进的科学发展图景，遭到了科学史学家兼科学哲学家托马斯·S·库恩1962年所发表的名著《科学革命的结构》的抨击。 尽管在这本书出版时一些科学革命的存在已被广泛公认，但库恩的著作还是有独创性的，他大大拓宽了科学革命的概念。因而，在库恩看来，不仅那些对全世界的科学家和非科学家的世界观产生了重大影响的根本性理论变革值得称为科学革命，即便是那些影响仅及于学科内部造成变革的理论变革也应称之为科学革命。
库恩的书在科学哲学界和许多问题上引起了旷日持久的激烈争论。某些批评家说，库恩的主张是说，科学革命意味着整套的思想更新，根本不容任何科学发展的连续性。同样，他提出的不可比性的概念，也常常被理解为模型之间不能有任何联系。然而当库恩说到科学革命时，从来没有认为先后出现的模型之间“完全”不应有连续性，也从来没有认为“所有的”科学概念都必须改变。但这样一来，既然科学革命之间容许有部分的连续或联系，那么就出现了如何区别革命性的和非革命性的科学发展，以及是否存在重大革命（其中只有很少的连续）与“微小革命”（或“浅显革命”（其中连续性甚多，但也并不全是）的区别问题。
正常科学
为了区别革命性与非革命性（即库恩所说的正常科学）的科学发展，必须弄清楚库恩所说的正常科学是什么意思。根据库恩的意见，什么是正常科学，取决于整个科学界在科学家的相互交往中使用有关概念时存在的一种共识，其中包括这些概念的内部结构关系，在这一概念结构中可能规划出的有相关意义的科研问题，以及一套典型的解决问题的方法，这些方法可作为新问题解决方法的模型。有关这些问题和解决问题的典型方法的描述，是科学界成员普遍接受并共同使用的一套工具。而且，在运用这些工具时，科学家们期望新问题的结论与学科中的描述以及以前经过考验的结论相一致。
反常
然而，科学家对自然界的预期偶尔也会被否定。在已认定的结论及其体现的相应理论下，问题可能变得无法解决。这对占统治地位的模型来说是一种反常，它表明，该模型所提供的工具至少需要进行重大的修改，甚至要予以废弃。
但并非所有反常都是同样严重的。某些反常干脆可以忽略，另一些则偶尔可能最终在原有的模型中得到解决，只有少数的反常会引起模型的变化。这里自然会提出另一个问题，即什么时候，以及为什么对预期的违反会使模型发生问题？要回答这一问题，就必须阐明预期的结论是如何通过概念结构在该模型中固定下来的，以及它如何会被违反的问题。
概念结构
概念结构是这样建立起来的。先是把客体按相似性分组为等级或范畴，然后，这些等级或范畴就构成了概念。但这种分组不是根据必要和充分条件，而是根据同组客体之间的相似性和异组客体之间的相异性来决定的。这里必须指出的是，由于摒弃了按必要和充分条件来提供定义的可能性，那么，什么特征可以用来判断客体的相似或不相似，也就不再有任何限制了。相反，一个人了解的有关那些客体的任何东西都可以拿来作分类之用。因此，同一科学领域的不同科学家就可能用不同的特征来确定同一范畴的客体。这在判断概念范畴的成员资格方面是很重要的。如果概念范畴的成员资格是由必要和充分条件所定义的，那么，一个概念的所有实例都必然是同样好的例子，因为，要么是满足所有条件，从而成为这一概念的实例，要么是满足不了条件，从而不成其为这一概念的实例。但当采用相似性来描述概念范畴时，情况就大不一样了，因为某些实例可能由于与概念更为相似，或由于更明显地与别的概念的实例不相似，从而成为比别的实例更好的实例。认识心理学家把这种现象称为“有级结构”。
由于同一范畴客体的相似关系和不同范畴客体的不相似关系，掌握一种语言就意味着是本体论的知识，因为不属于任何已知概念范畴的客体被认为是不存在的。但是不同的说话人在说到那些相似和不相似的关系时，可能根据的是不同的特征，因此，只有在那些不同的特征之间存在某种经验主义的相互关系时，所有的说话人才能以同样方式使用那些概念。由于对一个概念的正确使用来说，只需要其中一部分就够了，所以，补充更多的特征，就不仅是说有关如何选取概念实例的事，而是说有关那些事例将如何表现的事了。
因此，概念结构所预期的，既包含存在何种概念范畴，也包含属于不同范畴的客体如何表现。反常就是违反这些预期的东西，也就是表现不同于本范畴客体预期的表现的那些客体，和看起来似乎不属于任何已知范畴的客体，以及最严重的是，似乎属于从其他特征判断应为相反范畴的客体。
“合理的分歧”
有级结构的存在可以用来解释反常为什么不是同样严重的，以及在评价这些反常时科学家之间为什么会出现分歧。如果一个客体从不同的特征来评价，竟成为两个相反概念的很好例证，这将是一个严重的反常，因为它明确地对概念结构的适当性提出了质疑。反过来，如果一个客体从不同的特征来评价，对两个相反的概念来说都是不好的例证，它可能不会引起对概念的质疑，但只是说明，在该客体被确定属于已知的相反概念之一以前，尚需进行进一步的研究。
因此，有级结构的存在就解释了为什么所有反常不都是一样严重的。而且，由于科学界的不同成员可能会发展出不同的有级结构，因而可以断定，这些成员没有必要在哪些反常严重，和哪些不严重的问题上取得一致。一个科学家认为是概念结构从根本上遇到挑战的严重反常，另一个科学家可能会根本不予重视。
因此，按相似性进行概念分类，容许推理者的意见分歧。不论是对一种反常作出改变概念结构反应的科学家，还是对这种反常不予重视，只期待在已有概念结构中得到解决的科学家，其行为可能是同样合理的。这种推理者意见分歧的可能性在科学发展中是最重要的基础，因为完全的相似将排除对各种可能的选择进行彻底的检验，而在科学进步中，当理论出现危机时这种检验是必不可少的。另一方面，这种“合理分歧”的可能性是与反常的出现相联系的，这一点非常重要，因为否则随着理论的不断变化，科学将变得一片混乱。
不可比性
当一个反常引起部分科学界改变其概念结构时，就出现了科学界其余部分与这部分新的群体之间的交流问题。改变概念结构就意味着组成概念范畴的相似性和相异性之间的关系有了改变，而这又必然使本体论的知识和自然界如何表现的知识发生变化。因此，对相似性和相异性的关系发生了变化的那部分概念结构来说，在原有概念结构和变化了的概念结构之间，就不可能有一种既保留参考意义又保留真理意义的译文了。
实例
在发现核裂变的历史中可以找到一个微小革命的实例。在20世纪30年代，有几个研究人员小组调查研究了铀被中子轰击时的情况。这是一个明确的，正常的科学课题，而当1934年费米宣称他生产出了超铀元素时，许多人向他祝贺，但这一成就并未令人感到出乎预料。只有一个化学家艾达·诺达克提出了反对意见，她说，超铀元素可能是一个原子核爆炸后的碎片，但当时没有人对她的反对作出反应。然而在4年以后， 在一系列的反常之后，哈恩和斯特拉伯曼得出了与诺达克相同的结论。但这次的结论却是立即受到了整个物理学界的关注。这些进展既表明了反常、对反常的不同反应、概念结构的变化，同时也表明了不可比性。
30年代初，原子核被想象为独立存在的各种粒子的集合体。在1932年中子被发现之前，这些粒子被想象为质子、电子和α粒子，而在1932年以后，又被想象为质子和可能群集在α粒子中的中子。
伽茂在他的量子力学的α衰变理论中曾指出，如果裂变被看作是隧道现象，那么只有达到α粒子大小的粒子，能量才足以穿透势垒。用α粒子轰击原子核时诱发的感生放射性，是由居里和约里奥于1934年发现的。由于原子核势垒的存在，只有较轻的元素才可以被带电的α粒子激活，但费米很快就提出，如用电中性的中子进行轰击，那么较重的原子核也可能被激活。
因此，费米和他的同事们开始调查什么元素可以被激活，以及它们将如何衰变。当时，伽茂的结论，即只有达到α粒子大小的粒子才能被放射，已被整个科学界普遍承认，以致生成较大衰变产物的可能性甚至都从未有人提起过。当时用于表示核裂变过程的示意图，也仅适用于表示一种原子核向另一种大小相仿的原子核的转变。同样，大部分记述符号也只能表示这样的思想，即一个投射体撞击一个原子核，结果是该原子核放射一个粒子后转变为另一个原子核。
因此，根据伽茂的理论，当用中子轰击铀原子时，只能预期三种可能的反应类型：
α放射
质子放射
中子俘获
这些反应类型可以通过用化学方法检查衰变产物来认定，也可以通过检测所放射的粒子来认定。而且，只有快中子具有足够高的引起α放射的能量，而慢中子则多引起中子俘获。所有这三种反应预期都将导致一种不稳定的原子核，它将以β放射的方式衰变，从而嬗变成质子数较高的元素。这样的β衰变系列可能导致超铀元素的出现，而且，由于元素周期表的这一部分当时还是未知的，所以，制造这些元素并查明其化学和辐射特性，就成了明确的、正常科学的课题。
费米及其同事很快便宣称他们制出了超铀元素。科学界的反应先是祝贺，后是诺贝尔奖。异议只有两条：一条来自化学家格罗斯和阿格鲁斯，另一条则是由化学家艾达·诺达克提出的。
格罗斯和阿格鲁斯事先曾预言过93号元素的某些特性，费米制造的元素所表现的特性与这些特性不符。为了解决这一反常，他们提出在化学上将这一新的元素归类为Pa（镤），但这一提议很快就遭到另一个研究小组，即柏林的哈恩和迈特纳的反对。后者证明，该新元素可在另一次沉淀过程中从镤中分离出来。
艾达·诺达克提出了一条更复杂、更带根本性的反对意见。首先她指出，有几个已知元素，在费米用来认定新元素为93号元素的沉淀过程中，也会有如费米的新元素同样的表现。但这些已知元素都比铀轻得多，因此她提出，不是存在一个新元素，而是存在一个新的过程：原子核被分成了几个大的碎片。然而这一提议并未引起科学界其他人的重视，这些人简单地忽视了这一见解。核裂变未能被纳入当时的概念结构，该结构能容纳的衰变产物只能是一个大原子和几个被释放的小粒子。在物理学家们愿意改变他们认为非常成功的概念结构之前，需要有更有力的证据。
然而在费米声称其生产出93号元素之后，在4 年的超铀元素研究工作中，确实出现了一些反常。首先，慢中子产生了α衰变，尽管当时认为只有快中子才有足够的能量引起这种反应。因此，人们不再用“快或慢中子”作为识别α衰变的特征。第二是生产出了β辐射的铀同位素。这是三种已知衰变过程中任何一种都不可能做到的。因此，作为一种新的可能的衰变过程，增加了中子“破碎”。第三是发现无论中子“破碎”或中子俘获，都将导致很长的β衰变系列，而对重原子核来说这是异常现象。因此，重原子核的子型按其不同的质子容量被分成两族。第四，中子“破碎”过程应归类于中子俘获，但这将意味着有两种不同的衰变系列源于同一种同位素。因此，引进了同质异能素的概念，将同位素分成了两个族。第五，还有另外一种过程也被归入中子俘获一类，因此，两个同质异能素族不得不扩展为三个。这些都使概念结构有所变化，但又都仅仅是一些补充或删除，并未改变必定是一个原子核放射一个微小粒子后衰变成另外一个原子核的基本观点，因此也没有形成对整个概念结构的挑战。
最后，终于出现了一种反常，它导致了核裂变的发现和概念结构的根本性变化。哈恩和斯特拉伯曼研究了一个过程，从物理角度来看，应该是两个相继的α衰变，最后将生成镭，但化学分析却证明该元素是钡。这是一个非常严重的反常，因为无论是令人期待镭的物理学理论，还是最后导致生成钡的化学理论都是不容置疑的。因此，概念系统的某些部分必须重新构筑。这两位化学家，哈恩和斯特拉伯曼提出，该原子核分裂成了几个部分，并请物理学家迈特纳予以解释。
借助玻尔于1936年提出的原子核振动模型，迈特纳和她的侄子弗里奇设想出一种解释，原子核的强烈振动可能导致核分裂，从而将核分裂列入了与伽茂模型不同的新的概念系统。以伽茂理论为基础的概念结构认为，衰变后的原子核不能多于一个，而基于玻尔理论的概念结构则认为可以。然而这一新的概念结构对以往所有有关超铀元素的结论产生的影响却是非常深远的。这些结论是在旧的概念基础上认定的，因而在应用新的概念系统时当初的归类就出现了问题，而且很快便弄清楚了，当初大部分结论似乎都应取消。
然而新的概念系统也提出了一些新的正常科学课题。核裂变过程要释放大量多余的中子，这将引起一系列有关中子释放可能引起连锁反应的问题。伴随核裂变同时要释放出大量的能量，而这也很快提出了如何将这些能量应用于实际目的的课题。超铀元素的生产当时也还是一个有趣的研究领域，但这些元素必须按反冲来分类了，过去的分类没有包含这一新的特征。
总之，核裂变的发现过程展示了上述革命性变革的所有特征。概念结构以改变概念之间关系的方式进行变化。原来被列为超铀元素的元素，在概念结构改变之后被归类为轻元素了。集中注意超铀元素的情况不见了，原来认为正确的东西现在出现了问题。在这一发展过程中，不同的科学家根据各自概念的有级结构，对各种反常作出了不同的判断，当一个人提出一个新的范畴——原子核的分裂时，另一些人最初却认为她在胡说八道。
因此，像这样的科学发展也可以称之为革命性的；它们与标准的重大科学革命事例相比，性质相同，只不过规模较小而已。
（英《Endeavour》1998年第22卷第1期）