物换星移几度秋——《科学革命的结构》精读报告
物换星移几度秋——《科学革命的结构》精读报告
摘要
本文首先概括性地说明了《科学革命的结构》一书的主要内容与核心思路，然后按照现代科学的分类方式，分别以自然科学和形式科学的视角批判性地论述全书的主要观点——范式理论，最后总结了范式理论的历史意义与价值，阐述了范式理论之于当今时代科学发展多元化的局限性，并展望了现代科学与范式理论的未来。
科学革命的结构：从常规科学到范式转换
《科学革命的结构》一书由美国科学哲学家库恩于 1962 年首次出版。库恩以其独到而强有力的范式理论，质疑了传统认知中科学是累积性的结果，提出科学是阶段性的结果的论断。
库恩首先以科学史为引，点明了亚里士多德时期，牛顿时期与爱因斯坦时期物理学的不同，打破了累积观的传统观念，提出了“范式”的概念：科学研究的一种模式。在某一个历史时期，科学家们往往会按照某一理论体系与方法进行研究，这一模式就是“范式”，这一类研究则属于“常规科学”。常规科学的目标在于解决范式遗留的部分问题，在范式的指导下完成扫尾工作，使范式更为明晰。这一过程与解谜相似，在一定的约束下寻找问题的解，吸引着无数科学家为之奋斗。
然而研究结果并不总是与范式一致，或多或少地会与预期产生偏差，这就是所谓的“反常”。一部分的反常可以通过修改范式解决，另一部分会被忽视，但仍然有一部分会变得更加紧迫，从而引发“危机”。危机对常规科学造成了极大的影响，使得现有规则失效，范式的地位遭受质疑，竞争理论激增。
科学家们急需用新的范式取代原有范式，使得常规科学能够继续开展，这一过程即“科学革命”。类似于政治革命，科学革命会废除原有范式，建立新范式取代之。新旧范式总是不可通约的。范式转换的过程亦是世界观转变的过程，科学家们以全新的观点诠释世界，对原有的问题做出了全新的解答。这一过程亦依赖于科学家的共同观点与支持，即“科学共同体”。
旧理论出现反常，引发危机，一部分科学家提出新理论，构建新范式，形成科学共同体，从而取代了原有范式，完成科学革命，重返常规科学之路。这即是库恩所认为的，科学革命的结构。
形式科学与自然科学：科学发展是否变革
库恩的理论在物理学、化学、天文学等科学上得到了良好的验证。如库恩所言，从亚里士多德对力的认知，到牛顿运动定律，再到爱因斯坦的相对论，力学的变革具有明确的阶段性，不同时期分别按照不同的定理与方法进行研究。例如，按照牛顿力学的方式，应用牛顿定律解释物体的运动规律，如同做高考物理力学题一般，在一个固定的框架内寻求答案的唯一解，这一解谜过程便是常规科学。然而，随着科技的进步，用于测量的仪器愈发精密强大，高速世界中的物体运动规律与按照牛顿定律所预测的结果大相径庭，引发了物理学的危机。爱因斯坦就此提出了相对论，不仅在高速世界中符合预期，在低速世界中也与牛顿定律相符，从此成为新的力学范式。
然而，物理学、化学、天文学并不是科学的全部。按照现代科学分类理论，现代科学可以划分为形式科学与自然科学两大类，其中形式科学包括数学、逻辑学、理论计算机科学等学科，自然科学又分为两个分支：经验科学包括物理学、化学等，特殊科学包括生物学、地质学、社会科学等。库恩所提出的三门科学均属于经验科学，其特征在于根据已有的现象提出若干假设，经过验证后成为定律，从而构建出范式，研究不同情形下的问题。
与经验科学不尽相同的生物学、地质学等特殊科学，科学研究有所不同。以植物分类学为例，分类系统的构建，其作用在于使科学家们能够更好地识别植物的特征，这样的目的便难以产生对错之分，不同的分类方法可能具有不同的优势，对研究不同方向的植物学家具有不同的意义。从古早时期的人为分类系统到林奈提出的自然分类系统，直到现代兴起的分支系统学，植物分类学中固然存在阶段性的范式，然而新范式的提出并不是因为原有理论存在漏洞，而是因为科学家对全新的问题，如生物间的演化关系进行探索。社会科学亦符合这种方式，因问题与需求提出方法而理论，形成范式，展现出阶段性的结果。
形式科学的研究则与自然科学更为不同。数学与逻辑学是建立在公理之上的理论体系，根据公理推导出定理与理论，形成不同领域的不同研究范式。固然，数学史上也曾经历过重大危机，然而危机的缘由则是公理系统本身的缺陷，仅需通过定义的明确与公理的修正即可解决，对公理之上的范式并没有太大的影响。而正高速发展的计算机科学，利用计算机更高效便捷地完成计算工作，紧密依赖于计算机性能的提升，亦没有所谓科学革命的存在。
范式理论的过去、现在与未来：物换星移几度秋
回顾库恩所处的时期，范式理论对科学史与科学哲学产生了深刻影响。范式理论打破了传统的累积观，以阶段性的视角重新审视了发展的历程，对教科书之于科学革命的略去提出了质疑与批判，体现了唯物史观的思想理念。
如今，随着现代科学水平的提升与突破，科学发展的多元化特征愈发凸显。物理、化学、生物等传统科学互相影响，衍生出大量的交叉学科，计算机科学更是大量使用于现代科学之中。在这样一个交错复杂的学科环境中，针对单一学科的范式理论显得过于以偏概全。不同学科交叉时可能产生全新的范式，也可能在原有学科范式的基础上研究。某一学科的发展亦会促进其它学科的发展。例如，分子生物学与计算机科学的发展，为分支系统学提供了全新的理论依据与视角，使得分支系统学的范式得以更新迭代。
科学总是在由科学共同体建立的范式基础上发展进步，体现出阶段性的特征。前范式时期的科学并不具备成套的理论方法，亦不足以支撑系统的科学研究。科学在范式建立后才得以不断发展，解决问题。然而，范式并不是一成不变的。随着原有理论的错误、更多问题的提出与技术水平的发展，科学家在对原有范式进行修改完善的同时，也不断发展全新的分支，建立全新的范式以致力于不同场景的应用。
从库恩的时代到如今的时代，现代科学的发展展现出了前所未有的全新格局。在这样一个错综复杂的环境中，现代科学正高速发展，而范式理论带来的阶段性的认知，必将影响着一代又一代的科学家，影响着科学史与科学哲学的未来。
参考文献
[1]托马斯·库恩. 科学革命的结构(第四版)[M]. 北京大学出版社, 2012.