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科学革命的结构-第4部分
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当然，努力把规范表述清楚，并不限于制定普遍常数。努力的目标也可能是定量定律，象波义耳关于气体压力与体积关系的定律，库仑关于电吸引的定律，焦耳关于电阻和电流生热的方程，都属于这一类。规范是发现这一类定律的前提条件，尽管表面上也许看不出来。我们常常听说，这些定律是由于为自己捡验测量数据以及没有理论成规而发现的。但是历史并不支持这样一种太过分的培根式的方法。空气以前被认为是一种所有静力学精密概念都用得上的弹性液体，当时波义耳实验一直不为人们所理解（如果理解了，就会接受另一种解释，或者根本不作解释）。②库仑的成功是因为他制造了一种专门仪器来测量两个点电荷之间的力（以前用普通的盘式天平等测量电力，根本没有发现有任何联系或简单规则性。）。但这一设计又依赖于以前的认识：每一个电流体粒子都超距作用于其他每一个粒子。这就是库仑正在寻求的两个这种粒子之间的力——唯一可以有把握假定为单纯距离作用的力。③焦耳的实验也可用来说明，定量定律是怎样通过说明规范而涌现的。事实上，定性的规范和定量的定律之间的关系如此广泛而密切，以至于从伽里略时代起，在设计出用于实验判定的仪器以前许多年，人们就常常借助于规范而确切地猜测出这些定律来。④
最后，还有第三种旨在说明一种规范的实验。这种实验比其他的更象一种探测；在那样一些时期和科学中，即需要更多解决自然界规则性的定性问题而不是定量问题时，这种实验特别盛行。通常从一组现象中提出来的规范，用到其他密切有关的现象时就含糊不清了。于是，怎样才能把规范应用到人们所关心的新领域，实验就必须有所选择。例如，把热质说当作规范用，就是以混合和改变状态来加热或冷却。但热还是可以通过别的方式释放或吸收——例如化学化合、摩擦、气体的压缩或吸收——而且热质说也可以通过几种不同的方式应用到这里的任何其他现象。如果真空也有加热的能力，那么，压缩加热就可以解释为气体同虚空相互混合的结果。要么就是由于特种气体热因压力改变而发生变化。此外还有几种别的解释。许多实验，就是为了试探并辨别这许许多多不同的可能性；而所有这些实验都来自作为规范的热质说，都是利用规范来设计实验并解释实验结果的。⑤一旦压缩加热现象被证实了，这方面一切进一步的实验就都以同样方式依赖于规范了。给定了现象，阐明现象的实验还能有什么别的选择呢？
①J．H．帕印亭（Poynting）评论了1741年到1901年之间关于引力常数的二十四个测量，见《引力常数和地球平均密度》，《大英百科全书》，第11版，剑桥，1910～1911年；第Xll卷，第385～389页。
②关于液体静力学概念全部移植到气体力学之中；见《巴斯卡物理学论著》，I．H．B斯庇尔（SPiers）和A。G。H．斯庇尔（Spiers）译，载有F．拜雷（Barry）的介绍和注释（纽约；1937年）。托里拆里（Torricelli）最初的平行引进（“我们的生活淹没在空气元素的海洋底层”）见之于第164页。这两篇主要论文表现了引进的迅速发展。
③杜安·鲁勒和社安·H·D·鲁勒：《电荷概念的发展：电学从希腊人到库仑》（《哈佛实验科学案例史》，案例8；马萨诸塞州；坎布里奇，1954年）；第66～
80页。
④例如，见T．s．库恩：《现代物理学中测量的作用》，《爱西斯》杂志，第LII卷（1961年），第161～193页。
⑤T。S。库恩：《关于绝热压缩的热质说》，《爱西斯》杂志，第XLIX卷（1958年），第132～140页。
再谈谈常规科学的理论问题，它也几乎要归到实验科学和观测科学同一类中。常规理论工作的一部分，尽管只是很小的一部分，就完全是一种现有理论的应用，即用来预测理论固有意义中所包含的关于事实的信息。编制天文历书，计算棱镜特征，绘制无线电广播曲线，都是这一类问题的实例。科学家们却一般都把这一些看成是舞文弄墨而扔给了工程师或技师。许多这类工作因而没有机会出现于科学刊物。但是，这些刊物所包含的大量问题讨论，对于非科学家来说，看起来却必然差不多都是一样的。人们所以要利用理论，并不是因为从中得出的预测本身有什么价值，而是因为可以直接对付实验。利用的目的在于表现这一规范的新应用，或者提高一种现有应用的精确性。
扩大理论同自然界之间的接触点经常会遇到巨大困难，正是从这些困难中产生了对上述这一种研究工作的需要。查阅一下牛顿以后的科学史，就可以扼要地说明这种困难。直到十八世纪早期，从《原理》中发现规范的科学家们认为，这本书的结论理所当然地具有普遍意义，他们也有充分的理由这样做。一本著作竟然可以这样大幅度地同时扩大研究范围、提高研究的精确性，这在科学史上已知的著作中还是没有先例的。牛顿为天体推导出了开普勒行星运动定律，也解释了月亮在观察中并不遵守这些定律的几方面的问题。他为地球推导出了关于单摆、斜面和潮汐的一些零星观察结果。借助于外加的但又正是为此目的而作的假设，他本来也有可能推导出波义且定律和空气中声速的重要方程。就当时的科学状况说，这些证明的成就是极其令人难忘的。但从牛顿定律所假定的普遍性看，实际应用的数量就不怎么大，牛顿也几乎没有什么另外的发展。而且，同今天任何一个物理学毕业生用这些定律所能达到的成就相比，牛顿的这一点应用甚至也不精确。
对精确性问题我们这里姑不多谈。我们已说过这个问题的经验方面。为了提供具体应用牛顿规范所要求的数据，需要有特殊的装置——象卡文迪什仪器、阿乌德机或改进的望远镜。要取得一致，在理论方面也存在同样的困难。例如，牛顿在应用摆的定律时为了给摆长下一个唯一的定义，就不得不把摆锤作为一个质点来处理。他的大部分理论，除了少数假说性的和预备性的以外，也都把空气阻力效应忽略不计。这是合理的物理学近似。但这些理论作为一种近似，又限制了牛顿的预测和实际实验之间所期望的一致。把牛顿理论应用到天体上，这个困难表现的更加明显。单纯定量的望远镜观测表明，行星并不完全遵循开普勒定律，而牛顿理论则表明，本来就不应该遵循。为了推导出这些定律，除了单个行星同太阳之间的引力，牛顿不得不忽略此外的全部吸引作用。而各行星之间却是互相吸引的，因而在所用理论同望远镜观测之间，人们也只能期望一种近似的符合。①
①沃尔夫，前引书，第75～81、96～101页；威廉·惠威尔（William whewell）；
在摆的事例中，所达到的符合超过了得到这种符合的人满意的程度。任何别的理论都不能更符合了。没有一个怀疑牛顿研究工作有效的人能做到这一步，因为它只限于同实验、观察相符合。但这种局限性却为牛顿的后继者留下了很多令人入迷的理论问题。例如，必须有理论技巧才能确定一个重摆的“等效长度”。处理两个以上互相吸引物体的同时运动，也要技巧。这一些以及其他一些类似的问题，在整个十八世纪和十九世纪初叶，耗用了许多欧洲最好的数学家的精力。伯努里（Bernoullis）、欧拉（Euler）、拉格朗日（Lagrange）、拉普拉斯（Laplace）和高斯（Gauss），都为牛顿规范进一步同自然界相称而作出了某些各自最光辉的贡献。许多这样的人物都同时致力于发展牛顿从未想过的实际应用所需要的数学，例如，为解决液体力学和弦振动问题而出现了大量文献和某些非常有效的数学方法。这些实际应用问题占用了十九世纪中可能是最光辉也最耗费精力的那些科学工作。在热力学、光的波动说、电磁理论或者基本定律完全是定量的任何其他科学分支中，查阅一下它们的后规范时期的发展，还可以从中发现其他一些事例，至少在更加数学化的科学中，最理论性的工作还是属于这一种。
但也不是都属于这一种，即使在数学科学中也有说明规范的理论问题。在科学发展主要还属于定性的时期中，这些问题已占主《归纳科学史》（修订版；伦敦，1847年）；第II卷，第213～271页。要地位。在更加定量也更加定性的科学中，有些问题完全是为了通过重新表述而进行分类。例如，《原理》并不是一直证明应用是一件容易事，这部分是因为它保留了初次冒险中某些不可避免的拙劣，部分又因为只有在应用中才能显示出它的许多涵义。因此，从十八世纪的伯努里、达朗贝尔和拉格朗日到十九世纪的汉密尔顿（Hamnton）、雅可比（Jacobi）和赫芝（Hertz），许多欧洲最卓越的数学物理学家都努力以等效的、但逻辑上和美学上更令人满意的形式把牛顿理论加以重新表述。也就是说，他们想以逻辑上更紧凑的形式展示出《原理》中外在的和内含的训诫，把这种形式应用到新提出的力学问题上以减少一些模糊不清。①
①若内·杜加：《力学史》（细沙特尔［瑞土］，1950年），第 IV～V册。
所有科学中都一再发生过一种同规范类似的重新表述，但大多比《原理》的重新表述引起了规范更重要的变化。这变化来源于上述说明规范的经验活动。把那一类研究作为经验工作，这样的分类的确有些任意性。同其他任何一种常规研究相比，对规范的说明不但更有理论性，同时也更有实验基础；以前所举的例子这里也同样适用。库仑在制成他那个装置并用以进行测量以前，他必须先用电学理论确定怎样制造他的装置。他测量的结果就是那种理论的精心安排。再说，有些人设计了一些实验来区别不同的压缩生热的理论，他们一般也正是那些提出各种观点以进行比较的人。他们进行研究，不仅运用事实，也运用理论；他们的研究，不单单产生新的知识，还产生一种由于消除了他们据以工作的初始规范所残留的模糊不清而取得的更加精确的规范。在许多科学中，大多数常规研究都属于这一种。
这三类问题——判定重大事实、理论同事实相配、说明理论——我认为充斥了常规科学的文献，不管是经验科学还是理论科学。当然，它们并没有充斥整个科学文献。也还有一些非常问题，可能正是为了解决这些问题，才使整个科学事业特别值得如此花费精力。但这些非常问题并不是为了提问而必需的。它们只是在常规研究进展所准备好的特殊时机中才涌现出来的。因此，即使是那些最好的科学家所提出的绝大部分问题，通常也总是不出上面所勾画的三大类之一。在规范的指导下研究工作只能这样进行，抛弃了规范就等于不再研究规范所规定的这一门科学。我们很快地就会发现人们的确抛弃过规范。这是科学革命所围绕的枢纽。但在开始研究这个革命之前，我们还需要对开辟道路的常现科学探索有一个更全面的看法。
IV 常规科学即解难题
刚刚接触到常规研究问题，其最为引人注目的特点也许就在于：它要求创造的新东西，不管是观念上的还是现象上的都很少。有时候，象测量波长，除结果的最奥妙的细节以外，什么都是事先已知的，只是预期的标准幅度略宽一点而已。库仑的测量也许并不一定符合平方反比定律；研究压缩生热经常得准备出现几种结果中的一种。但即使在这些情况下，预期结果即可接受结果的范围，也总是小于所能想象的范围。研究结果如果不合乎那个更小的范围，这一般正是研究工作的失败，责任不在于自然界，而在于科学家。
例如，在十八世纪，人们很少注意到用盘式天平一类的仪器作测量电吸引的实验。这些实验的结果并不一致，也不单一，因而无法用来分析由此导出的规范。所以，它们自然是一些纯事实，用电学研究的进程没有关系，也不可能有关系。只有在回顾时，因为已经掌握了后来的规范，我们才能看出这些实验显示了电学现象的哪些特征。当然，库仑和他的同时代人也掌握了这种后来的规范，也就是那种用到吸引问题上就会产生同样一些预期现象的规范。这就是为什么库仑能够设计出这样一种仪器，它给出一种通过说明规范就可以接受的结果。但也正因为这样，这个结果才不那么惊人，库仑的好几个同时代人才能够事先预见到。尽管这种只是为了说明规范的研究，目标并不是为了出乎意外的新东西。
但是，如果常规科学的目的并不在于什么真正重大的新发现——如果不能接近预期结果就是一个科学家的失败——那么为什么要完全接受这些问题呢？部分答案已经有了。至少对科学家来说，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。这当然还不足以说明科学家对常规研究问题所表现的热情和忠贞。比方说，仅仅为了即将获取的知识重要，没有人肯多年献身于发展更好的分光仪或改进振动弦问题的解法。利用现有工具计算星表或作进一步的测量，也往往同样重要，但科学家照例都拒绝这些活动，因为大都是重复以前经历过的程序。这就可以说明常规研究问题为什么那么令人入迷。尽管结果是可以预期的，并且常常详尽无遗，即使还有待于认识的东西也变得索然寡味了；但如何得出这一结果，却仍然很不确定。要使常规研究问题得出某一结果，也即以一种新的方式实现预期，就需要解决多种多样复杂的仪器上、观念上和数学上的难题。应功者证明自己是解难题的能手，而难题所提出的挑战又是不断推动他前进的重要力量。
“难题”和“解难题者”的术语，突出了前几页显得愈来愈重要的几个论点。把难题在用到这种完全标准的意义上，就是可用以测验解题能力或技巧的特种问题。字典里的例子就是“拼板游戏”（jigsaw puzzle）和“纵横字谜”（crossword puzzle），这正是这些难题同这里需要加以区别的常规科学问题所共有的特征。上面刚刚说过的就是特征之一。难题好不好，标准并不在于其结果是不是本来就有趣或重要。相反，真正迫切的问题，象治疗癌症或谋求持久和平，却往往根本就不是什么难题，因为可能根本就不存在任何一个解。拿拼板游戏来看，从两个不同的木板盒中随意挑出一些木板来。这个问题很有可能（当然也可能不会）甚至使最有才能的人也无能为力，因而无法用来测验解法的技巧。它决不是一个通常意义上的难题。一个难题的固有意义虽然没有标准，但肯定有一个解。
我们知道，科学界利用规范的一个收获是，只要接受了这种规范，就有了一个标准来选择那些可以肯定有解的问题。在很大程度上，这正是科学界承认它们合乎科学、或鼓励其成员从事研究的仅有问题。另外一些问题，包括许多以前曾经作为标准问题的，却被作为形而上学、作为其他学科的对象，或者有时只是因为太成问题，并不值得花费时间而被抛开了。就这一点说，一个规范甚至可以使科学界离开那些对社会很重要、可以化为难题形式的问题，因为它们不能用规范所提做的观念工具和实验工具来表述。这种问题，可以只是一种消遣，一种十七世纪培根主义某些方面和现代某些社会科学所卓越表明的教训。常规科学之所以看来进步得这么快，原因之一就是，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。
但是，如果常规科学问题只是这种意义的难题，就不需要问科学家为什么这么热情而专心钻研这些问题了。一个人可以由于各种各样的原因被科学吸引过去。有实用的要求，有探索新领域的激情，有寻求秩序的希望，还有检验已有知识的动力。类似这样一些动机，也促使他选定了后来他自己也投了进去的特定问题。而且，尽管结果有时遇到挫折，仍有充分的理由说明，这样的动机为什么会首先吸引他，以后又引导他前进。①整个科学事业的确不断证明自己的作用：打开新的境界，显示秩序，检验长期公认的信念。不过，投到正常研究问题中去的人却几乎永远不会做这一类的事。一旦投了进去，他的动力就完全属于另外一种了。这时向他挑战的是这样一个信念：只要他有足够的能力，就可以成功地解决以前谁都没有解决过或没有解决得这么好的难题。许多最伟大的科学大师们都把他们专业方面的全副精力用到这一类亟需的难题上。在大多数情况下，任何一个专门领域都没有提出别的任务，这事实却一点也不会使醉心于此的人觉得它并无迷人之处。
①但是，由个人作用同科学走展整体模式之间的冲突所造成的挫折；有时也可以很严重。关于这个问题，见劳伦听· S·库比（Lawrenee S·Kubie），《科学事业的某些未解决的问题》，《美国科学家》，第XLI卷（1953年）；第596～613页；第XLII卷（1954年），第104～112页。
现在让我们再来谈谈在难题和常规科学问题之间另一个更困难也更有特征的共同点。作为难题进行分类，一个问题必须具有一个以上的确定解。还必须有这样的规则，既可以限制可接受解的性质，也可以限制获得这些解时所要通过的步骤。例如，要玩好拼板游戏，不仅要“凑成一幅图”。一个孩子或一个当代艺术家都可以做到这一点，就是把挑出来的木板作为没有意义的形状散到无色的地上。这样构成的图可能会比据以设计成这个游戏的图好得多，而且一定会更独到一些。不过，这样一幅图并不是一个解。要得到这个解，还必须把所有的木板都用上，把背面翻到下面，并把它们很自然地接合得不留一点空隙。这些都是支配着玩好拼板游戏的规则。纵横字谜、谜语、棋局问题等等，要得到可接受解都有类似限制，这也不难看出。
如果我们大大扩展“规则”这个词的用法——有时会同“既定观点”或“先入之见”等同起来——那么，这些在已有研究传统范围内可以接受的问题，就会显示出某些十分类似于这一套难题的特征。造出一种工具以确定光波长度的人，一定不满足于一种只能找出某种光谱线的某一数值的装置。他并不只是一个探索者或测量者。相反，他必须根据既定的光学理论本身分析他的仪器，以表明他的工具所给出的数值正是上升到理论的波长数值。如果在理论中或者在未经分析的仪器部件中，仍然留下了一些含糊之处使他不能完全证明这一点，他的同事们就会得出结论说，他什么也没有测量。例如，电子散射的极限值后来成了电子波长的标志，而在最初观察到并记录下来时，却似乎并没有什么意义。在它成为某种量度以前，它必须先依附于一种已预见到的运动物质类波行为的理论。甚至在指明那种关系以后，也必须重新设计仪器，使实验结果可以毫不含糊地同理论结合起来。①只有满足了这些条件，问题才得以解决。 理论问题的可接受解，也受到类似的限制。在整个十八世纪中许多科学家都想从牛顿运动定律和引力定律中推导出人们所观察的月球运动，但一直没有做到。于是，有的人就建议用一个短距离中反平方定律的定律取代之。但这么一来就必须改变规范，提出新难题，而不是解决老难题。结果，直到175O年有一位科学家发现可以成功地应用牛顿定律时，科学家们才不再维护这些规则。②具有改变了博奕的规则才可能有另一种选择。
①关于这些实验发展的简要说明，见C．J．戴维逊（Davisson）在《1937年诺贝尔奖金》（斯德哥尔摩，1938年）的讲演，第4页。＇奇＋书＋网＇
②W·惠威尔（Wb6W0ll：《归纳科学史》（修订版；伦敦，1847年）；第II卷，第101～105、220～222页。
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。关于这些规则所属的主要范畴，我们能说些什么呢？①最明显而且也许是最简要的例子，可以举出刚刚提到的那几种命题。那是对于科学定律以及有关科学概念、理论的明确说法。只要这些说法还受重视，它们就促进提出难题，限制认可的解法。例如，牛顿定律就在十八和十九世纪中完成了这些作用
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