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《科學革命的結構》

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《科學革命的結構》教科書是一個新的常規科學傳統的基石,它們只會在一次科學革命之後出現。在討論教科書的種種問題的過程中,有一個重要的環節沒有被涉及。本書被公認為是現代思想文庫中的經典名著。它的出版成了20世紀科學哲學的轉折點,開創了科學哲學的新時期。它無疑已導致了科學觀上的一次深刻革命。當代科學和哲學的發展越來越顯示出它的巨大意義和活力。任何一位想要了解科學及其演變的本質的人,不能不讀這本新時代科學哲學的「聖經」。

1 《科學革命的結構》 -概述

《科學革命的結構》《科學革命的結構》

《科學革命的結構》教科書是一個新的常規科學傳統的基石,它們只會在一次科學革命之後出現。在討論教科書的種種問題的過程中,有一個重要的環節沒有被涉及。這就是一個具有競爭力的範式如何改變了整個職業或相關領域的科學家的科學觀和世界觀呢?是什麼原因導致一個領域的科學家放棄他們的常規研究傳統而改用另一種傳統?新範式取代舊範式的過程又是什麼?

本書被公認為是現代思想文庫中的經典名著。它的出版成了20世紀科學哲學的轉折點,開創了科學哲學的新時期。它無疑已導致了科學觀上的一次深刻革命。當代科學和哲學的發展越來越顯示出它的巨大意義和活力。任何一位想要了解科學及其演變的本質的人,不能不讀這本新時代科學哲學的「聖經」。

2 《科學革命的結構》 -簡介

《科學革命的結構》《科學革命的結構》

《科學革命的結構》 作者:T.S.庫恩柯依列的著作,我們可以看到,科學已不盡然是那種人們在歷史編寫舊傳統中所爭論的那樣了。歷史研究至少已暗示了一種新的可能的科學形象。本文的目的就是要說明編寫歷史的某些新含義,以勾畫出這個科學形象的輪廓來。

這樣做,科學的哪個方面將會突出出來呢?首先,至少是說明順序上的首先,方法論本身並不足以使我們能做到:只要按它的指示辦就可以對許多科學問題得出唯一可靠的結論來。叫一個人去觀察電學或化學現象,但他只知道什麼合乎一般科學,卻不懂這兩門具體科學,他當然會從許多相互矛盾的結論中隨便抽出一個來。他之所以從各種合理的可能性中得出這一個特定結論來,可能是因為他從別的地方得來的先入為主的經驗,可能是因為調查研究中的某些偶然事件,也可能是由於他本人的個人特點。比方說,他把哪一些具體知識用到化學或電學研究中去了?在許多可以想到的適合這個方面的實驗中,他首先選擇哪個實驗呢?在由此引起的各種複雜現象中,哪些現象會使他感到特別能說明化學變化和電吸引的本質呢?對這些問題的回答,至少對個人來說,有時甚至對整個科學界來說,都常常是科學發展中所不可缺少的決定性固素。我們將指出,如第 II節所說,大多數科學的早期發展階段都是酒過許多不同自然觀之間不斷的相互競爭而表現出自己的.特徵來。其中每一種自然觀都是片面地按照科學觀察和方法的要求而得出來的,但又大體上都同這種要求沒有矛盾。

各個學派之間的不同,不在於各派的方法上有這樣或那樣的缺陷——它們都曾經是「科學的」,而在於,如我們後文要說的,它們看待世界和運用科學的不同方式之間的不可比性。觀察和經驗可以而且必須嚴格限制科學信念所容許的範圍,否則就沒有科學。但它們不能單獨決定某一種特定的信念本身。由某一特定時代的特定科學共同體所支持的信念,總是在其構成成分中包含了由個人偶然性和歷史偶然性所組成的明顯任意性因素。

3 《科學革命的結構》 -理論檢驗

《科學革命的結構》《科學革命的結構》

經過一段時間的檢驗后,一個範式便取代了另一個範式。簡而言之,這個過程便是庫恩所謂的科學革命。在常規科學的情況下,並非隨時都要對範式進行檢驗,「對範式的檢驗,只能發生在共同體總是無法解答一個重要的謎題而引起危機之後」。確切地說,檢驗發生在現有範式的競爭者出現之後。因而,「範式檢驗是作為兩個敵對範式之間為爭取科學共同體的忠心而競爭的一部分而出現的」。

範式檢驗的過程類似於兩種哲學上的證實理論的檢驗過程。一個是通過概率性證實的理論檢驗,即比較不同的理論解釋已有證據的能力。這種概率證明理論的一大困難便是需要中性的觀察語言,庫恩認為這是不可能的。有一種概率理論要求把現有的科學理論與所有其他符合同樣觀察數據的理論作比較;另一種則要求所有的科學理論必須通過實驗。為了特定概率計算,某種建構是必要的,但問題是如何才有可能完成這種建構?如果沒有中性的語言體系或概念體系,那麼檢驗和理論的建構就必須在某一範式內進行。而這樣做又如何談論所有的可能理論?其結果便是「概率理論掩蓋了證明的情形」。所以庫恩認為「證明就像自然選擇,特定的歷史情形中,在實際上可供選擇的各種對象間挑選一個最合適的理論」。問題是假如還有一些其他對象也存在,那麼這個選擇是否仍然是最好的?可惜的是我們沒有工具來檢驗。

另一個便是通過波普爾的否證的理論檢驗,當其結果是否定的,就必須拋棄一個已確立的理論。庫恩認為,否證的這種作用很像他所謂的反常經驗。但是,庫恩同時又指出,「反常經驗並不等於否證經驗」。因此,庫恩懷疑否證經驗的存在。這是因為沒有任何理論能解答在一給定時期它所面臨的所有難題。

而正是這種理論與資料間的吻合程度的不完備和不完美,才界定出許多表徵了常規科學的難題。倘若理論與數據間稍有不合即成為拋棄理論的理由,那麼波普爾主義者就需要某種「否證程度」的標準。在庫恩開來,在制定這個標準時,必然會遇到與概率或證明理論一樣的困難。

4 《科學革命的結構》 -意義

在考察了證實理論的檢驗過程之後,庫恩的結論是證實僅僅是確定事實與理論間的符合,並沒有什麼意義。原因是所有歷史上有意義的理論都與事實相符,只不過相符的程度不同而已。因而,要想使證實理論更有意義,應該問兩個互相競爭的理論哪一個與事實更為相符。另外,陷入範式爭論的科學家有可能相互攻訐,每一方都希望使對方接受自己主張,而不會希望去證明它。範式之間的競爭不是那種可以由證明來解決的戰鬥。這便是由於兩個範式的不可通約性所致。更有甚者,因為新範式由舊範式產生出來,所以它們通常都收編了許多傳統範式以前使用過的辭彙和儀器,儘管它們使用方式不同。這就難免導致兩個互相競爭的學派之間的誤解,雖然名稱不變,但兩組科學家所見到的東西是不同的,即他們在不同範式下從事他們的事業。因而,證實就像格式塔轉換一樣,要麼立即整個地變,要麼就根本不變。

一個新範式差不多需要一代人的時間才能起作用,但是科學共同體還是一次又一次皈依到新範式的麾下。那麼,科學家是怎麼完成這種轉變的呢?庫恩頗有意味地說,他們經常不能。在哥白尼死後近百年,哥白尼學說幾乎沒贏得幾個信徒。《自然哲學的數學原理》一書出版後半個多世紀,牛頓的研究尚未被普遍接受。普朗克在他的《科學自傳》中回顧自己的生涯時,悲傷地談道:「一個新的科學真理的勝利並不是靠使它的反對者信服和領悟,而是因為它的反對者終於都死了,而熟悉這個新科學真理的新一代成長起來了。」

庫恩認為普朗克誇大了事實。有的科學家儘管面對明顯的證據也不會認錯,但是證據或錯誤都不是關鍵所在。庫恩說,「改換所效忠的範式是一種不能被迫的改宗經歷」。而「格式塔轉換的改宗經驗,處於革命過程的核心」。一個範式的擁護者會對其所擁護的範式終身盡忠。所以終生抗拒新範式並不是地科學標準的違背,而正是科學研究自身本性的一種標誌。這種抗拒源自對舊範式的確信,以為舊範式終將解決它的所有問題,自然界終可塞進那範式所提供的盒子之中。實際上,正是這種信念才使常規科學或解決謎題的科學成為可能。 

5 《科學革命的結構》 -改宗過程

科學家是如何改宗的?改宗是如何產生的,又是如何受到抗拒的?
科學家個人可以出於各種各樣的理由接受新範式,而且往往同時有好幾個理由。事實上,科學家改宗的論證並不重要,重要的是那種遲早要重組為單一團體的科學共同體。科學共同體認識到新範式能解決導致老範式陷入危機的問題。然而,僅宣稱能夠解決危機往往並不夠,極具說服力的論證在於新範式還能夠預言老範式完全沒有料到的現象。

改宗是一個漸進的過程,實際的情形並不是整個科學共同體發生改宗。另外,範式辯論並不涉及解題能力,問題在於:究竟哪個範式將在未來指導研究。所以要在不同的從事科學的方式中做出抉擇;抉擇要取決於未來的前景,而不是過去的成就。科學家必須對新範式有信心,相信它將會成功地解決它所面臨的許多大問題。做出這種選擇,只能基於信念。這種信念有時主要是基於個人的和在美感上的考慮。當然,這並不是說新範式的勝利最終要通過某種神秘的美感才能達到。但的確有諸如個人的適宜感或美感——新範式被說成更靈巧、更適宜、更簡潔或更優雅的傾向。

 新範式取代舊範式的過程是一種什麼樣的情形?新的範式候選者可能只有少數支持者。如果支持者真有能力,他們將會進一步改進範式,探索它的可能性,並且表明在它指導下共同體將有什麼樣的狀況。照此發展下去,如果這個範式註定會獲勝,支持它的論據的數量和說服力將會增加。此時,會有更多的科學家發生轉變,對新範式的探索也會繼續。基於這個範式的實驗、儀器、論文、著作的數量都會倍增。更多的人會信服新觀點的豐富性,採用這種從事常規科學的新模式。雖然不能說他們錯了,但在整個專業共同體都已改宗后,那些繼續抗拒下去的人事實上已不再是科學家了。

6 《科學革命的結構》 -相關評論

另一種科學革命?

紀念《科學革命的結構》問世40周年

提到科學革命,人們自然會想到托馬斯?庫恩的《科學革命的結構》。今年距該書第一版問世整好40年,但它仍然是從事科學史與科學哲學研究的學者們不可不讀的基本文獻,「科學革命」也已成為歐美大學相關科系的必修課程。不僅如此,庫恩的影響還波及到歷史和哲學以外,在社會學、心理學、美學、文學、語言學乃至自然科學的當代著作中,也頻頻出現「範式」、「不可通約性」、「學術共同體」、「常態」、「危機」之類的庫恩式術語,難怪羅蒂(Richard Rorty)稱他為「二戰之後最具影響力的一位以英文寫作的哲學家」。

一個相當怪異的事實是,20世紀70年代以來,庫恩的思想被他的追隨者們發展到了連他自己也無法辨認的程度。以愛丁堡學派為代表的某些科學社會學家們,主張科學知識不是純粹自然實在與客觀經驗的反映,而是由利益、權力等社會因素所建構的,經過宣傳、妥協和約定為科學共同體所接受。據說在一次學術會議上,庫恩激憤地對那些將他的名字與這類極端觀點聯繫起來的人們吼道:「要知道,我可不是庫恩派學者!」這裡所謂的「庫恩派學者」(Kuhnish scholars)主要指那些堅持科學建構論強綱領的社會學家們。

何以一部充滿智慧的著作被人誤讀到如此程度?出乎人們意料的是,對此疑問給出了一個很有啟發性答案的不是哲學家和歷史學家,而是理論物理學家戴森(Freeman Dyson)。他在一篇題為《科學革命》的演講中指出:「一門新宗教建立起來時,追隨者變得比創始人還要固執與教條得多。這也發生在托馬斯?庫恩的追隨者身上……庫恩從來也沒有說過科學是政治權力鬥爭。如果他的某些追隨者堅持說他否認科學的客觀有效性,那只是因為他過份強調了觀念的作用,而低估了實驗事實在科學中的作用。」

另一位理論物理學家、1979年諾貝爾獎獲得者溫伯格(Steven Weinberg)對庫恩的理論也很有興趣。他於2001年出版了一本針對「庫恩派學者」的文集,名為《對峙:科學及其文化敵手》(Facing Up: Science and Its Cultural Adversaries)。他在書中指出:「科學革命能夠符合庫恩所描述的模式的,似乎只適合於近代科學產生前後的那一特殊歷史時段內對一些特殊自然現象認識的變化。牛頓物理學的誕生可以說是一次巨範式轉移,但是從此以後人們對運動的理解,不管是從牛頓力學到愛因斯坦力學,或者是從古典物理學到量子物理學的轉變,都無法找到能夠很好地符合庫恩式範式轉移的證據。」

我們可以將兩位物理學大師的觀點加以綜合,他們對同樣是物理學出身的庫恩的主要質疑是:一、庫恩理論主要關注觀念上的變革,而科學革命不僅是由觀念上的變革引發的;二、庫恩理論僅僅在解釋特定的知識系統在特定歷史階段內的發展時是成功的——具體而言,他的範式轉移模型似乎僅適於亞里斯多德力學到牛頓力學的演變。

有人試圖將庫恩理論應用於解釋近代生物學、地質學或化學中的根本變化,但是結果總是不如他在描述「哥白尼——伽利略——牛頓」革命時那樣生動和有說服力。

戴森在其新作《想象的未來》(Imagined World)中寫道:「庫恩這本書寫得實在太精彩了,因此很快就成為經典之作。然而,它卻誤導了一整個世代的學生以及科學史學者,讓他們誤以為,所有科學革命都是由觀念所引發的。」 而按照戴森的看法,實際上存在著兩種性質不同的科學革命:一種系由觀念所驅動,如庫恩所研究的「哥白尼——伽利略——牛頓」革命;另一種則是由工具所驅動,但是庫恩及其後繼者幾乎都沒有對其給予充分的注意。觀念驅動的科學革命一向富有吸引力,容易對公眾的認知造成衝擊,然而它們比較罕見。戴森進一步指出:「觀念驅動的革命的功效,在於用新的方法解釋舊的事物;反觀工具驅動的革命,其功效在於發現需要進一步解釋的新事物。」

就剛剛過去的20世紀而言,發生在物理學領域的由量子力學和相對論所代表的科學革命,基本上是由觀念變革所驅動的;而以DNA雙螺旋結構的發現為標誌的分子生物學的誕生,和由此而來的一場涉及整個生命科學的革命,則主要是由工具所驅動的。戴森還預言,繼分子生物學之後,下一波由工具所驅動的科學革命將發生在信息科學領域,而以電腦存儲、模擬、處理、網路等技術與相關的工具為代表。

前面所提到的戴森關於科學革命的演講,實際上是他於1997年春天在紐約市立圖書館面向公眾所作的系列演講中的第一篇,全部演講稿後來以《太陽、基因組與互聯網》(The Sun, the Genome, and the Internet)為名結集出版,其副標題則是《科學革命的工具》(Tools of Scientific Revolution)。關於另一種科學革命的觀點在這一演講集中有了更系統的闡述。

科學發源於兩種古老傳統的融合,開始於古希臘的哲學思索的傳統與甚至開始得更早、而在中世紀歐洲繁榮起來的工藝技術的傳統。哲學給科學提供概念,而工藝技術則提供工具。」從「哲學思索」與「工藝技術」這兩種不同的傳統出發,戴森界定了兩種科學革命:「有些科學革命產生於用於觀察自然的新工具的發明,而另一些科學革命則產生於用來理解自然的新概念的發展。」

他又指出「大多數新近的科學革命都是工具驅動的,像生物學里的雙螺旋革命與天文學里的大爆炸革命。」毫無疑問,通過X射線衍射測定生物大分子結構的設備,以及導致發現河外星系光譜紅移及宇宙微波輻射信號的儀器,都可以用來印證這一說法。戴森則樂於以更新的科學進展來加強自己的觀點,所以他用了大量篇幅向聽眾介紹生物學家桑格(Fred Sanger)所發明的測定某種病毒鹼基序列的「直讀法」,以及天文學家沃爾斯贊(Alexander Wolszczar)專門為捕捉脈衝星信號而設計的軟體程序;前者使人類基因組測序工程成為可能,後者則是一項被稱為「斯隆數字天空」(The Sloan Digital Sky)的宏大空間觀測計劃的先聲。

這裡我想附帶地介紹另一本最近幾年在西方走紅的書,那就是哈佛大學科學史教授蓋里森(Peter Galison)於1997年出版的《圖象與邏輯:一部粒子物理的物質文化史》(Image & Logic: A Material Culture of Microphysics)。與對社會建構論觀點的藐視相反,戴森特別推崇蓋里森這一關於20世紀粒子物理學是如何在實驗室里被「製造」(make)出來的研究工作。

在此之前,科學研究(Science Studies)中的社會建構論者們,已經通過對實驗室活動的分析得出科學事實是由金錢、權力、談判、妥協、約定等一系列因素所組成的複雜社會網路所構造成的結論。「實驗室生活」成為建構論者們最心儀的話題,法國社會學家拉圖(Bruno Latour)甚至將阿基米德的名句改成「給我一個實驗室,我將舉起整個世界」(Give me a laboratory and I will raise the world)。

實際上,正如副題所顯示的那樣,蓋里森的書是一部關於粒子物理的「物質文化」史。它以20世紀主要物理和化學實驗室的生活為宏大的背景,涉及工具與辯論(分別以圖象和邏輯為隱喻)、雲室、氣泡室、火花室、粒子計數器、原子示蹤乳劑、雷達、計算機語言和人工模擬等工具的發明與改進。他也描述了反規則(heterography)實踐,精神產品(mind-sets produces), 交易區(trading zone),實驗家、工程師、數學家、理論家之間的分歧與合作,科學界與工業界及政治家的關係,實驗室與大學之間的權力鬥爭等等;但是有別於社會建構論者們所關注的意識形態鬥爭——右派對左派、資本主義對社會主義、男性對女性等,蓋里森關注的是那些更物質化的因素的影響。按照戴森的說法,蓋里森筆下「描述了實驗室的巨人們如何為了金錢和地盤而鬥爭,這些金錢和地盤是他們為了製造自己的工具和進行實驗所必需的」,這種實際的鬥爭乃是「決定誰的機器被批准建造,誰的探測器被使用,誰的理論被檢驗的戰鬥」。「結果是由工具與自然決定的。如果工具不好,自然的聲音就被壓抑住。如果工具良好,自然就會對問題給出清楚的回答。實驗的結果取決於自然和工具質量,而不是取決於實驗者的意識形態。」

儘管蓋里森沒有宣稱自己提出了什麼新的科學革命理論,他的書被認為是堪與庫恩的《科學革命的結構》相媲美的著作。芝加哥大學的溫斯騰(Bruce Winstein)說「這是一本有思想深度的、智慧的、從頭至尾令人感到驚奇的書」。多倫多大學的哈金(Ian Hacking)認為它「為科學史寫作中表現哲學敏銳性建立了新的典範」。普林斯頓高等研究院的格爾茨(Clifford Geertz)讚揚作者從「物質文化」的角度揭示了「現代物理實際上是如何由實驗家、工程師、數學家、理論家的共同體製作的」。戴森則遺憾地指出:「庫恩死得太早了,還沒有來得及說出他對《圖象與邏輯》的意見。蓋里森和庫恩在成為歷史學家之前都受過物理學家的訓練。他們都主要關注物理學史,都把握了物理學的技術細節與歷史學的學術技巧,但是他們對於科學史的學術觀點是截然不同的……對於蓋里森來說,科學發現的過程是由新工具驅動的;對於庫恩來說,則是由新概念驅動的。這兩幅圖景都是真實的,但是都不完全。科學進步既需要新概念,也需要新工具。」

應該指出,戴森關於「兩種科學革命」的思想還沒有被西方科學史界的主流所接受或認識,他關於「科學革命」的界定也還是比較含糊的。但是在庫恩的科學革命理論主導了國際科學史界近四十年之久,特別是他的某些思想已被後人極大誤解了的今天,「業餘科學史家」戴森的思考是相當具有震撼力的。展望21世紀的科學,新科學革命的前奏很可能已經悄然降臨我們身邊,而在那些最有可能發生翻天覆地變化的地方,如信息、生命、能源、材料、空間等領域,新工具的出現必將發揮決定性的作用。在新的科學革命浪潮來臨的時候,中國科學家是成為屹立浪尖的弄潮兒,還是隨波逐流充當一個二等角色呢?中國的科學家、工程師、科技決策者,以及科學史、科學哲學與科學社會學的研究者們,與其用大量的時間去討論何時能夠拿到一個諾貝爾獎,還不如跟隨戴森、蓋里森們去作一次艱苦的思想旅行,從而認真地考慮一下我們可以做些什麼,我們這個有著「工藝技術」傳統的民族是否能夠抓住機會實現科學與技術的真正騰飛。


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