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解读《科学革命的结构》中的常规科学 by Yao Yamei 一、什么是常规科学？ 说起常规科学，我想大家都知道与之相对的肯定是本书中出现最多的词——科学革命。大家都解释了科学革命，那常规科学到底是什么呢？常规科学是指坚实地建立在一种或多种过去科学成就基础上的研究, 这些科学成就为某个科学共同体在一段时期内公认为是进一步实践的基础。在下面，我们举一些例子： 1.艾萨克·牛顿提出了“牛顿三大定律”，在用这些定律解决物理问题时，都要将物体视为质点，在理想的条件下进行与之相关的研究。在物理的宏观领域里，在利用牛顿定理能够解决相关问题时，物理学的科学家们都遵循牛顿定理这个规范进行研究。 2.在计算机领域里，c语言的出现，给编程的人提供了一个规范，越来越多的人应用c语言这个工具，做出对教育，商业等多个方面有用的软件。 由以上例子中可以看出来，与常规科学最密切相关的两个词语，一个是规范，一个是科学共同体。一些规范的制约，是常规科学的前提，而科学共同体是遵守同一规范的科学家群体。 二、演变过程 1.前科学时期 库恩首先直观地介绍了常规科学和范式, 指出范式是常规科学最重要的内容和成熟的标志, 然后用物理学和电学两个例子, 说明了科学如何逐渐积累, 一步步度过前科学时期发展成为常规科学。前范式时期, 存在着许多竞争着的学派和子学派, 每一个学派都信奉自己的理论, 这些最初的理论大多来自优秀的形而上学。他们都只注意自己所属派别理论能解释的现象, 而把其他留待后人或用特设性的精心说明来企图蒙混过关。由于没有共同的范式, 没有共同的规则和标准,前科学时期的实践者被迫为各自的领域重建基础。每个人在开始研究时, 都必须重新开始, 并凭自己的经验和有限的知识为自己划定范围。这就造成了一种后果: “尽管该领域的实践者们都是科学家, 但他们活动的最后结果却并不那么科学”。没有范式, 科学实践者在搜集材料等活动中也困难重重。由于没有范式的指导, 还没有形成稳定有效的方法,早期搜集到的事实大部分都是那些信手可得的资料。其中,观察和实验结果等确定的资料倒是偶然的, 一定数量的是从像医学、历法制订和冶金术等技艺中得来, 这些在现代人看来显得神秘莫测。由此带来的困难, 使许多典型的自然史(如普林尼的《自然史》) 常在它十分详尽的叙述中,遗漏掉某些重要细节。但在前科学时期, 尽管学派林立, 也“存在着相互关联的理论与方法论的信念, 以容许作选择、评价与批评” ,以便合理地解释自然。这些学派之一取得决定性的胜利,就表明科学活动中出现了范式, 找到了方向, 科学实践者们度过了混乱的前科学时期, 步入常规科学。 2.常规科学时期 当一门科学中, 有一个理论在相互竞争中获得了决定性的胜利, 击败了对手, 成为科学共同体共同的信念或成见, 规定着科学研究的范围和方向, 表现这门科学逐渐成熟, 成为常规科学, 他们遵从的理论便可称为“范式”。范式是常规科学出现的标志, 作为范式的科学成就尽管在以后的发展过程中可能被证伪, 但它在科学活动中也会起到相当积极的作用, 引导常规科学以较快速度发展。正是在这个意义上, 库恩引用培根的方法论格言发人深省。这句格言是: “真理从错误中比从混乱中更容易出现。”尽管科学活动已进入常规科学时期, 有了范式, 但库恩从科学史研究中发现, 最初的范式的应用范围和精确性都极其有限, 人们之所以选择范式, 并不是因为它可以解决一定数目的确定无疑的问题, 而是展示出来了某些有启发性的事实。找到这些事实并使范式更加明晰, 是范式出现后的扫尾工作。库恩在这里又把这些扫尾工作称为“常规科学”, 并以一个曾经的物理学博士的口吻自信的说, 这些是“令人迷醉”的。常规科学开始时所做的竟是范式带来的扫尾工作, 不免让人觉得怪异, 也似乎降低了这一时期科学发展的价值, 但库恩却以欣喜的心情描述这些。事实上, 确如库恩所说, 正是范式的出现和逐渐明晰, 常规科学正式步入科学家可能预期的轨道。范式一方面限制了科学研究的范围, 使科学家的视野变得相对狭隘, 科学的目的不再是发现新类型的现象, 事实上这些新现象出现在科学家面前, 他们也往往熟视无睹；也不会发明新理论, 他们往往是新理论的最后接受者, 甚至终生拒斥。但另一方面, 这种限制使科学家们没有必要再去重申学科基础、研究前提, 使科学家们去从事更精确、更深奥的工作。一句话, “这些因信仰范式而受到的限制, 却正是科学发展所必不可少的”。科学家正是在范式的指导下, 从事着常规科学中的“解谜”工作, 推动科学向前发展。 3.科学革命 “作为科学知识的积累和继承阶段的常规科学时期是否就是一个在范式主宰下的无冲突、无矛盾的时期呢? 不是的。这里,库恩又使用了一个新概念‘反常’。” 所谓“反常”,即出现与范式所预期的结果不相符合的现象,也就是范式无法解决的难题。在常规科学研究中期,科学家经常努力去解决各种反常问题。在常规科学研究活动中,反常是屡见不鲜的。但范式既然是科学成熟的标志,是能使整个研究领域的科学家共同遵从的理论体系和规则、范例,它就能迫使科学家去处理反常现象。“当某一研究领域的科学家团体坚持不懈在常规研究中用范式去指导‘解疑难’活动,去调整反常,而且研究的成果往往证实范式的权威作用和地位时,范式的权威几乎是不被怀疑的。” 反常并不会使科学家马上放弃范式,而只是适当调整范式。对旧理论稍作修改、变更其边界条件、修正比例常数、使术语更精确、扩大旧理论的分类体系以囊括新发现等等“, 这种探索直到调整范式理论使反常变成与预测相符时为止。”科学家在常规科学研究时期最有意义的活动之一就是成功地将一个理论的反常反过来转变为支持该理论的确证性事例。与解决某个新问题不同,反常向已解决问题的成功转变具有双重意义:一方面是这种转变显示了理论解决问题的能力,另一方面是这种转变消除了理论所面临的认识上的重大挑战。任何一个范式都不能穷尽真理,任何一个范式都无法永葆活力。在常规科学研究后期,随着常规科学研究的不断深入,科学家们必然会遭遇到一类反常,而且这类反常无法用范式去调整。随着这类反常出现频率的增加,科学家会意识到这类反常构成了对范式的根本威胁,范式不再有效发挥作用的时候,共同体也会放松范式的约束和限制。旧范式逐渐丧失了它对反常问题和其它概念问题的解决能力。这时无论科学家们如何修改旧范式,仍然不能很好地解决反常问题,于是科学共同体的成员对旧范式深感不安,按库恩的说法,就是“危机”来临了,是范式的危机来了,各种不同形式的理论便流传出来,旧范式逐渐丧失了它的控制,这时会出现一种多理论、多研究传统的多元化局面。此时,一切调整均无效,唯一需要的是寻求一个新的范式来替代旧的范式“, 在一套规则指导下进行的游戏,无意中产生了某些新东西,为了消化这些新东西就需要精心制作另一套规则”。如果越来越多的人逐渐抛弃原来的范式,转而接受另一种新的范式,这时“科学革命”便产生了。例如,当科学家运用托勒密的地心说进行天文观测,遇到越来越多的麻烦时,他们总是相信可以通过局部的调整来消除误差,但结果往往是旧的刚消除,新的又冒出来。哥白尼觉察到,问题一定出在托勒密体系这个范式本身,他怀疑这样一个繁杂而不确切的体系不可能与自然界的运动相吻合。于是,他放弃了地心说的旧范式,而致力于建立日心说的新范式。 4.新的常规科学时期 形成了这种新的范式，也就标志着新的常规科学的形成。便开始了新的常规科学时期。 三、库恩科学观模式：循环交替模式 四、常规科学的作用 常规科学在科学中的作用是把对某个理论一批坚定的拥护者吸引过来，使他们不再去进行科学活动中各种形式的竞争。同时，为一批重新组合起来的科学工作者留下各种有待解决的问题。在科学实际活动中某些被公认的范例--包括定律、理论、应用以及仪器设备统统在内的范例--为某一种科学研究传统的出现提供了模型。主要是使一个新手准备好参加那个此后他即工作于其中的科学共同体。他在那里所遇到的人，也是从同一模型中学到专业基础的，因此在他们以后的活动中，就不大会再在基本原则方面碰到重大分歧。根据共同规范进行研究的人们，也受同样的科学实践规则和标准所制约。 常规科学研究范例 1590年，伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的实验，得出了重量不同的两个铁球同时下落的结论，从此推翻了亚里士多德“物体下落速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900多年之久的错误结论。关于自由落体实验，伽利略做了大量的实验，他站在斜塔上面让不同材料构成的物体从塔顶上落下来，并测定下落时间有多少差别。结果发现，各种物体都是同时落地，而不分先后。也就是说，下落运动与物体的具体特征并无关系。无论木制球或铁制球，如果同时从塔上开始下落，它们将同时到达地面。伽利略通过反复的实验，认为如果不计空气阻力，轻重物体的自由下落速度是相同的，即重力加速度的大小都是相同的。 伽利略的实验解放了人们的思想，引起了人们的大量研究，形成了一个新的范式。下落运动与物体的具体特征并无关系成为这一领域研究的共同规范，但伽利略给后人留下了一个问题，即下落物体的时间与速度之间的关系，它们能否定量表达出来？ 牛顿在伽利略实验的基础上天才的创造出了运动学三大定律，完美解释了匀变速运动的物理过程。 第—运动定律是伽利略首先发现的。牛顿对它有更详尽的表述，如果物体处于静止或作恒速直线运动，那么只要没有外力作用，它就仍将保持静止或继续作匀速直线运动。这个定律也称惯性定律，它描述了力的一种性质：力可以使物体由静止到运动和由运动到静止，也可以使物体由一种运动形式变化为另一种形式。此被称为牛顿第一定律。力学中最重要的问题是物体在类似情况下如何运动。牛顿第二定律解决了这个问题；该定律被看作是古典物理学中最重要的基本定律。牛顿第二定律定量地描述了力能使物体的运动产生变化。它说明速度的时间变化率（即加速度a与力F成正比，而与物体的质量里成反比，即a=F/m或F=ma；力越大，加速度也越大；质量越大，加速度就越小。力与加速度都既有量值又有方向。加速度由力引起，方向与力相同；如果有几个力作用在物体上，就由合力产生加速度，第二定律是最重要的，动力的所有基本方程都可由它通过微积分推导出来。此外，牛顿根据这两个定律制定出第三定律。牛顿第三定律指出，两个物体的相互作用总是大小相等而方向相反。 我们若从牛顿的万有引力定律分析自由落体的运动规律，任意两个物体之间都遵循着万有引力定律，轻重不同的两个物体在地球的引力场中做自由落体运动都将获得相同的加速度，所以实验得出大小两球同时落地的结果是符合万有引力定律的。就是说伽利略的实验结论和从万有引力定律所做的理论分析是完全一致的，从这一点来说，伽利略的实验是正确的。 五、常规科学的意义 1.常规研究获得的结果是重大的，因为扩大了应用规范的可能范围，提高了应用的精确性。 2.常规科学进步得很快快，因为常规科学工作者都集中到只要他们有能力就可以题决的问题上。 3.对常规科学传统的研究揭示了许多附加的规则，这些规则提供了许多关于科学家从规范得来成规的信息。 4.常规科学是—种高度确定的活动，但不需要完全由规则来确定。 本质：库恩提出一个得到公认的范式是辨别常规科学的标准，库恩则要说明这种范式所容许的研究的本质究竟是什么。换句话说，如果一门学科已经有了一个公认的范式，那么还会剩下什么东西供人研究呢？库恩认为常规科学的目的既不是去发现新类型的现象，也不是发明新的理论，而只是为了澄清范式所已经提供的的那些现象和理论。无论是在现象上还是在理论上，常规科学的研究有且只有三个焦点。 第一个焦点是与范式本身符合相当好的、特别能表明范式具有揭示事物本质能力的那类事实。库恩指出诸如比重、波长之于物理学，星球轨道、周期之于天文学，物质酸性、结构式之于化学等等，都属于这一类的事实。但是，库恩没有说明，这一类事实的研究目的是什么呢？是为了让范式更具说服力、还是为了别的什么？ 第二个焦点是对于范式的验证性研究，比如验证广义相对论的水星近日点实验等等。库恩认为这种研究的目的是为了证实理论和实际的一致性——也就是说，这一研究的目的仍旧是为了让范式更具说服力。注意，这一点并没有和波普尔提出的否证性思想冲突，研究的目的和理论的科学性是不同的概念。 第三个焦点是指那些阐明范式的经验工作，解决范式理论中剩余的模糊性，并且容许解决那些先前只是注意到但尚未解决的问题，也就是能让范式本身进一步精确化、普遍化的那些工作。显然，这些工作的目的仍旧是为了保持范式的活力。 综合起来看，在库恩的眼里，常规科学时期的研究都集中在确保范式更有说服力、更具活力之上。但是按照一般的看法，让一个已经颇为成熟的理论更加成熟的研究往往都是缺少开创性、进而缺乏吸引力的，为什么常规科学的研究为什么能够对无数科学家产生普遍吸引力呢？ 常规科学既是解谜：科学家们对重复之前曾完成程序的拒斥，提供了一个常规科学问题之所以如此迷人的线索。库恩认为，正是对迷的挑战，才是解谜专家前进的主要力量。我们都有过这样的经历，那就是当我们对一件事情特别着迷的时候，即使它的危险，困难再大再多，我们对它的痴迷还是依然。那么我们便可以理解热衷于解谜的解谜专家了，他们把最伟大的科学头脑都倾注在解谜上。既然是解谜，那么谜题必然有一个或以上的解，而解谜也必然有一定的“规则”可言。库恩认为，解谜的规则既包括此前已经确立的观点，也包括其它的有着丰富内容的东西。比如，对某种仪器的特定使用方式也属于规则的一种，就好像尺规作图的例子一样。简言之，科学家作出的各种承诺：概念的、理论的、工具的、方法论的，都可以归入规则的行列之中。 但是库恩在文章后又同时提出，常规科学是一种高度确定性的活动，它不必要完全由规则所确定。这也就是他为什么在本文开始时引进共有范式而不用规则，假定和观点作为常规研究传统连贯性源泉的原因，他认为，规则导源于范式，但即使没有规则，范式仍能指导研究。 六、总结 对常规科学的理解：如果说我看得比别人远些，那是因为我站在了别人的肩上。——艾萨克·牛顿 参考文献： 1. 涂向阳、赵兴太《库恩的思想: 常规科学如何形成》 2. 韦日平、冯志东《库恩模式中常规科学研究的特征及其演变》 3. 托马斯·库恩《科学革命的结构》 http://blog.sciencenet.cn/blog-545920-748101.html 此文来自科学网李磊博客 上一篇：读《人是如何学习的：大脑、心理、经验及学校》 下一篇：《多媒体学习》阅读笔记 |
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