科学革命的结构-第8章
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VI 反常和科学发现的涌现
常规科学，即我们刚刚考察过的解难题活动，是一种高度积累性的事业，它追求的目标即科学知识稳步的扩大和精确化，是有杰出成就的。在各个方面它都极其确切地符合于科学工作最通常的观念。但科学事业一个十分典型的成果却在落空。常规科学的目标并不在于事实或理论的新颖，就是成功时也毫无新颖之处。而科学研究却不断地揭示出意料之外的新现象，科学家们也一再发明出崭新的理论。科学史甚至表明，科学事业创造了这样一种使人惊讶的唯一有力的方法。如果科学的这一特征同上面所说的一致，那么在规范下进行的研究就必然是一种特别有效的引起规范变化的方式。这正是事实和理论中所包含的本质上的新东西的作用。在一套规则指导下所进行的博奕无意之中造就了这些新东西，却需要精心制作另一套规则来吸收它们。它们一旦成为科学的组成部分，科学事业，起码是这些新东西所在领域的专家们的科学事业，就再也不会完全一样了。
既然先是发现，即出现新的事实，后是发明，即出现新的理论，那么我们一定要问，这一类的变化究竟是怎样发生的。但发现和发明的区别，也即事实和理论的区别，可以马上证明完全是人为的。这种人为性对本文一些主要论点是一个重要线索。本节其他部分考察某些发现之后，我们很快就会看到，它们并不是孤立的事件，而是持续的事件具有一种按一定规则周期出现的结构。发现开始于感到反常，也即发觉自然界不知怎么违反了由规范引起并支配着常规科学的预期。接着是对这个反常区域或多或少地扩大进行探索。直到把规范理论调整到反常的东西成了预期的东西为止。吸收～类新事实要求更多地调整理论，直到调整好——科学家学会以另一种方式看待自然界——一新的事实才会真正成为科学事实。
要知道新事实和新理论在科学发现中是怎样密切纠缠在一起的，可以看一个特别著名的例子：氧的发现。起码有三个人对此事拥有合法权利，而另外几个化学家在十八世纪七十年代早期也一定在试管中得到过这种浓缩的气体而不得知①。常规科学的进步，在这里也即气体化学的进步，准备好了彻底打开一条新的道路。最早一个取得这种气体的比较纯粹的样品是瑞典的药剂师 C．W．舍勒（Scheele）。但我们可以忽略他的工作，因为直到到处都在反复宣布发现了氧以后他的工作才发表出来，从而没有对我们这里最为关心的历史模式产生什么影响。②第二个及时提出要求的是英国科学家和牧师约瑟夫·普里斯特利（Jpseph
priestley），他把红色氧化汞加热所释放的气体收集起来，作为对大量固态物质所放“空气”的一项长期的正常研究。1774年他把这样产生出来的气体看成是一氧化二氮，1775年通过进一步的检验，又看成是所含燃素少于通常情况的普通空气。第三个要求优先权的是拉瓦锡，他是在1774年普里斯特利实验以后，而且很可能是受到普里斯特利暗示的结果，才开始他的关于氧的研究工作。1775年初拉瓦锡就报告过，红色氧化汞加热所得气体是“没有任何改变的空气本身入除了＇
……变得更纯、更宜于呼吸。” ③到1777年拉瓦锡可能又利用普里斯特利的第二个暗示而得出结论说，这是另一种气体，是大气的两种主要成分之一，这是一个普里斯特利所永远不能接受的结论。
①关于氧的发现更经典的讨论，见 A．N．梅耳专（Meldrum）：《十八世纪的科学革命——第一阶段》（加尔各答，1930年），（第V章。最近有个不可少的评论，包括关于优先性争论的记载，即毛利斯·道玛（Maurice
Daumas）；《拉瓦锡——理论家和实验家。（巴黎，1955年），第ii～iii章。更完整的记载和目录，见T。S．库恩：《科学发现的历史结构》，《科学》，第CXXXVI卷（1962年6月1日），第760～764页。
②见乌诺·包克伦德（ Uno
Bocklund）：《舍勒给拉瓦锡的一封遗失的信》，《里希诺》（Lychnos）杂志，1957～1958年，第39～62页，对舍勒的作用有不同的评价。
③ J．B．柯南特：《燃素说的衰亡：1775～1789年的化学革命》（《哈佛实验科学案例史料》；案例2；马萨诸塞州，坎布里奇，1950年），第23页。这本很有用的小册子在许多有关文献中再版过。
这一种发现模式提出了一个问题，这问题也可以向任何一种科学家所觉察的新现象提出。究竟是谁首先发现了氧呢，是普里斯特利还是拉瓦锡，如果确是他们两个人中间一个的话？不管是谁，又是什么时候发现的呢？即使只有一个人提出要求，仍然可以提出这样的问题。答案如要裁决优先权和日期，我们完全没有兴趣。但试图提出一个答案，这本身就很能说明发现的本质，因为根本就没有所要寻求的那种答案。发现并不是那种可以恰如其分地对它提出问题的过程。被询问的事实——从十八世纪八十年代以来发现氧的优先权一直在争夺不休——对科学观念有某种歪曲的迹象，而正是这种科学观念才使发现具有如此根本的作用。再看看我们的例子。普里斯特利要求氧的发现权，根据是他优先把那种后来认为正是氧的气体分离出来。但是普里斯特利的样品并不纯，如果一个人手里拿着不纯的氧就算发现了氧，那么任何一个曾经用瓶子装过空气的人都发现过氧。此外，如果普里斯特利是发现者，那么什么时候发现的呢？ 1774年他以为他得到了笑气，这是一种他已知的气体；1775年他又把这种气体看作是去燃素空气，仍然不是氧，对于燃索说化学家甚至仍然是一种完全出乎意料的气体。拉瓦锡的要求可能更有力一些，但也带来了同样的问题。如果我们不肯把棕榈叶给于普里斯特利，我们也就不能由于拉瓦锡1775年的工作而授给他，这项工作不过使他把这种气体鉴定为“空气本身”。我们也许可以等待一下拉瓦锡在1776年和1777年的工作，到那时他不但看到了这种气体，还看出了这种气体是什么。但即使这样来裁判也还是有问题，因为从1777年到他一生的结束，拉瓦锡一直坚持氧是一种原子“酸素”，氧气也只是这种“素”同热质即热的物质结合而成。①难道我们因此就可以说氧在1777年还没有发现吗？这可能会诱使一些人这样做。但是直到1810年以后才把酸素从化学中清除出去，而热质则一直拖到十九世纪六十年代才解决。氧在这两个日期以前早已成为一种典型的化学物质了。
① H．迈兹热：《拉瓦锡的物质哲学》（巴黎，1935年）；道玛；前引书，第
vii章。
显然，我们需要有一套新词汇和新概念来分析象氧的发现这一类事件。“发现氧”这句话虽然确凿无疑，但又暗指：发现什么东西只不过是我们通常（也是大成问题的）用“看到”这个概念也能包含的那样一种简单活动，这也会使我们误入歧途。正因为这样，我们才乐于假定发现同看到或摸到一样，可以毫不含糊地归之于某一个人或某一时刻。但是归之于某一时刻永远不可能，归之于某一个人也经常不可能。撇开舍勒不谈，我们有把握说在 1774年以前并没有发现氧，我们也有可能说到1777年或稍晚一些时候发现了氧。但在这样一些界限内，任何一种想确定发现日期的企图都不可避免是任意的，因为发现某一类新现象必然是一桩复杂的事件，里面既包括认清事物是那个东西，又包括认清它是什么东西。例如试看，如果我们认为氧是去燃素空气，我们就应当毫不动摇地坚持普里斯特利发现了氧，尽管我们仍然不大知道他是什么时候发现的。但是如果观察同观察的理论化，也即事实同事实被吸收进理论，都不可分割地结合于发现之中，那么发现就是个过程，必须花费时间。只有一切有关的观念范畴都事先准备好，也即现象根本不属于新类，发现那个东西和发现它是什么东西才会毫不费力地同时一起实现。
现在我们承认发现包含一段延续的、虽然不一定很长的从观念上吸收的过程。我们也可以说这里面包含着规范的变化吗？这个问题还没有得出普遍的答案，但至少在这种情况下答案应当是肯定的。拉瓦锡在他 1777年以来的论文中所公布的内容，关于氧的发现问题少于氧的燃烧理论。这个理论是化学重新表述的重大基石，因而通常都把它叫做化学革命。实际上，如果从氧的发现中并没有涌现出化学新规范的本质部分，那么我们从一开始所讨论的优先权问题就决不会显得这么重要了。既然这样，一种新现象及其发现者所具有的价值，将随着我们估计现象违反规范预见程度的大小而改变。但应注意，氧的发现后来虽然很重要，它本身却没有引起化学理论的变化。远在拉瓦锡在这个发现中还没有起什么作用很久以前，他就深信燃素说有点不对头，燃烧物体也吸收了大气中的一点什么。在一本密封的笔记里他记下了很多这方面的内容， 1772年把它寄存在法国科学院的秘书那里。①对氧的这些研究工作从形式和结构上大大补充了对拉瓦锡早期看法的某些失误。这些工作告诉他一件他还在准备去发现的事情——从空气中烧掉的物质的性质。预感到的困难一定起过重要作用，使拉瓦锡能够在象普里斯特利一样的实验中看到了后者所看不到的一种气体。反过来说，必须有一次重大的规范修改才能看到拉瓦锡所看到的东西，这事实必然是普里斯特利在其漫长的一生中依然不能看到的主要原因。
另外还有两个简明得多的事例，可以大为加强上述论点，同时也可以帮助我们阐明发现的本质，理解发现从科学中涌现出来的条件。为了表明有所发现的主要方式，我们所选择的这两个事例不但彼此不同，也和氧的发现不同。第一个事例是 X射线，这是一个经典的通过偶然事件而发现的事例，这种类型的涌现，比那种我们更易于理解的科学公报中非个人完成的典型事例更为频繁。事情开始于物理学家伦琴中断了阴极射线的正常研究，因为他注意到，在放电过程中，从离开遮蔽好的仪器一定距离外，铂氰化钡屏幕在发光。再进一步的研究——经过了伦琴很少离开实验室的激动人心的七个星期——表明，光是从阴极射线管沿直线发出来的，射线投出的阴影不可能由磁铁或其他许多东西而偏转。在伦琴公布这个发现以来，他深信这种效应不是由于阴极射线，而是由于某种至少类似于光的作用。②
①关于拉瓦锡不满的原因最权威的叙述；是亨利·盖拉克（ Henry
Guerlac）的书：《拉瓦锡——关键的一年；他在1772年作燃烧实验的背景和起源》（纽约州，伊萨卡，1961年）。
② L．W．泰勒（Taylor）：《物理学，先驱的科学》（波士顿，1941年）；第790～794页；T。W．查莫斯（Chalmers）：《历史研究》（伦敦，1949年）。第218～219页。
这么一个简要的梗概也可以表明，它同氧的发现具有惊人的类似之处：在用红色氧化汞作实验以前，拉瓦锡已作过一些去燃素规范下没有得到预期结果的实验；伦琴的发现则开始于确认他的屏幕在不应当发光时发出光来。在这两种情况下所觉察到的异常——就是说，觉察到规范没有使研究者有所准备的现象——在准备以什么方式觉察新事物方面发挥了重大作用。但是，也是在这两种情况下觉察到出了点什么纰漏，则只是发现的前奏。没有进一步的试验和吸收的过程，无论是氧或者是 X射线都不会出现。伦琴研究到什么时候才可以说他确实发现了X射线呢了无论如何并不是只看到一个发光屏幕的一瞬间。起码还有另外一个研究者看到过那种光，使他后来大为懊恼的是，他什么也没有发现。①同样清楚的是，发现的时间也不能推前到伦琴的研究工作最后一周，那时他已在探索他已经发现的新射线的特性了。我们只能说，X射线是在
1895年11月8日到12月28日之间在维尔茨堡（Wurzburg）涌现出来的。
① E．T惠泰克（Whittaker）：《以太和电的理论的历史》，第1卷（第2版；伦敦，1951年），第358员，注1。乔治·汤姆逊爵士（Sir
George Thoomsom）曾告诉我第二件交臂失之的事。威廉·克鲁克斯爵士（Sir
William Crookes）由难以辨别的模糊底片而引起注意，他也曾处在这个发现的思路上。
但在第三个方面，存在于氧和 X射线的发现之间的这种重要的相似之处，就远没有那么明显了。X射线的发现和氧不同，至少它并投有在以后十年中涉及理论上任何明显的激变。那么，在什么意义上可以说吸收这个发现也要求规范的变化呢？用这个事例否定这样一种变化到很有力。可以肯定，伦琴及其同时代人所赞成的规范并不曾用以预测出X射线来（当时麦克斯韦的电磁理论还没有普遍被接受，阴极射线的粒子理论还只是几种流行观点中的一种）。但是任何一种这样的规范，至少从任何明确的意义上说，都无法禁止X射线的存在，正象燃素说无法禁止拉瓦锡对普里斯特利气体所作的解释一样。相反，1895年公认的科学理论和实践承认了许许多多发光的形式——可见光、红外线、紫外线。为什么不能把X射线作为这一类自然现象的又一种形式而接受呢？为什么不能把它当作多发现一种化学元素一样地收下来呢？在伦琴的时代，还在继续寻求并找到新的元素以充实周期表上的空位。这样的追求是常规科学的标准课题，其成功只能使人祝贺，不能使人惊讶。
但 X射线不仅引起了惊讶，而且引起了震动。开尔文勋爵（Lord
Kelv1n）宣称这是一场精心策划的骗局。①另外一些人虽然不能怀疑证据，但也显然摇摆不定。X射线虽然没有受到现成理论的阻挡，却也深深触犯了顽固的预想。这些预想，我认为都暗含在已有实验程序的设计和解释之中。到十九世纪九十年代许多欧洲的实验室中还在广泛布置阴极射线装置。如果伦琴的仪器产生了X射线，那么也一定有过许多实验家有时曾经产生过这种射线而不自知。这种射线也许还有其他未知来源，也许以前曾经把它解释为某种同X射线无关的行为。最低限度，有几种久已熟知的仪器未来必须用铝加以屏蔽。以前的正常研究已完成的工作，现在必须重新做过，因为先前的科学家们不曾掌握和控制一个有关的变量。可以肯定，X射线开拓了一个新的领域，从而为常规科学扩大了潜在的版图。但是X射线也改变了现已存在的领域，现在这一点尤为重要。在这个过程中它否定了以前作为合乎规范的仪器类型的资格。
① S．P．汤普逊：《拉格斯的威廉·汤姆逊·开尔文男爵的生平》（伦敦，1910年），第II卷，第1125页。
总之，使用特定的仪器，又以特定的方式使用，结果不管自觉与否，只能容许某几种情况出现。这里既有理论上的预测，也有仪器作用的预测，它们对科学发展往往都有决定性作用。例如，氧发现得太迟的一部分经过情况，
