科学革命的结构-第10章

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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）。

②L．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。

①E．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。

①S．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，就是这样一种预测。在对“空气的良性”进行典型测试时，无论普里斯特利或者拉瓦锡都是把两份这种气体同一份笑气混合，把混合物放到水上振荡，再测量残余气体的体积。以前的经验形成了这个标准程序，这种经验使他们确信残余气体所含大气中的空气是一份，所含任何其他气体（或污染过的大气）则多一些。在氧的实验中他们二人都发现有一种残余物很接近于一份；接着又对这种气体作了鉴定。只是在很久以后而且部分是出于偶然，普里斯特利才放弃了这个标准程序，试图按别的比例把这种气体同笑气混合。后来他发现用四份笑气几乎就没有任何残余物了。他支持本来的试验程序——由大量过去的经验所形成的程序——也曾经同时就是否定存在一种可以象氧那样活动的气体。①

如果说到象铀裂变为什么也鉴别得太迟，这样的事情可能就更多了。核反应为什么特别难于辨认，一个原因在于，已知轰击铀会产生什么结果的人主要是针对周期表上端的元素选择化学试验。②这样一种工具限制既然不断证明走了错路，我们是不是应当由此得出结论说科学要放弃各种标准试验和标准工具呢？那必然带来一种不可理解的研究方法。规范程序和应用，正象规范定律和理论一样，都是科学所需要的，都具有同样的作用。在任何既定时刻，它们都不可避免地要限制科学探索所容许的现象范围。对这一点认识清楚了，我们就会同时看到，对于科学界某一特定部门来说，象X射线这样的发现使规范必须发生变化的重大意义——因而也必须发生程序和预测方面的变化。由此我们也可以理解，X射线的发现为什么可能对许多科学家打开一个奇妙的新世界，为什么又可能有力地参与导致二十世纪物理学的危机。

①柯南特。前引书；第18～2O页。

＠K．K．达罗（Darrow）：《核裂变》，《贝尔公司技术期刊》，第XIX卷（1940年），第267～289页。裂变的两种主要产物之一的氪，看来只有在充分了解了这种反应以后才能用化学方法鉴别出来。另一产物钡几乎直到研究末尾才从化学上鉴别出来，因为这种元素碰巧必须加到放射性溶液中才能沉淀出这种核化学家正在寻找的重元素来。由于不能把追加的钡从放射性产物中分离出来；因而在对这种反应反复研究了差不多五年以后，才最后提出以下的报告：“作为化学家；这一研究使我们……改变了所有上述＇反应＇公式中的名称，以钡、镧、铯代替了镭、锕、锗。但是作为同物理学密切联系的‘核化学家’，我们无法使自己完成这个同以前的全部核物理学经验都有矛盾的飞跃。可能是一系列奇怪的偶然事件使我们的结果成了骗局。”（奥托．哈恩［Otto
Hahn＇和弗雷茨·斯特劳斯曼＇Fritz　Strassman＇）

我们关于科学发现的最后一个事例，是莱顿瓶的发现，它可以归于理论推导那一类。起初这个术语似乎有点自相矛盾。以上所说很多都表明，理论事先预见到的发现都是常规科学的组成部分，不会产生新类型的事实。例如前面曾说过，十九世纪后半叶新化学元素的发现就是常规科学这样引起的。但并不是所有理论都是规范理论。不管是在前规范时期还是在引起规范巨大变化的危机过程中，科学家们通常总要提出许多思辨的、模糊的理论，以指明发现的途径。但发现却往往并不完全是这种思辨性和试探性的假设所预期的一个。只有当实验同试探性理论相互配合了，发现才会涌现出来，理论才会变成规范。

莱顿瓶的发现象我们考察过的其他发现一样，也显示了所有这些特征。电学研究开始时一个规范也没有。从比较可以理解的现象中所得出的许多理论，倒是在进行竞争。它们之中任何一种理论都不能把多种多样的电学现象条理化。失败的原因就在于一些反常现象，正是它们促成了莱顿瓶的发现。参与竞争的一个电学家学派认为，电是一种流体，这个想法使好多人都想把这种流体盛起来，办法是一手拿一只盛满了水的玻璃小瓶，使水接触正在发电的静电发电机导线。另一只手从发电机那里移开小瓶使之接触水（或与之连接的导线）时，每个研究者都会体验到一记厉害的电击。但是另外一些实验却未能为电学家提供一只莱顿瓶。这种装置涌现得更慢了，也无法确切地说出这个发现是什么时候完成的。起初能够进行蓄集电流体的尝试，仅仅是因为研究者是站在地上手拿小瓶子进行的。电学家还必须学习到不但瓶子里面需要一层导体涂料，外面也需要，而电流体实际上根本就不是蓄集在瓶子里面的。在探索过程中他们偶而发现了这一点，还看到了某些其他的异常效应，于是我们称之为莱顿瓶的装置就涌现了。更进一步，导致莱顿瓶出现的实验，其中有很多都是富兰克林所完成的，也使流体说必须大大修改，从而为电提供了第一个全面的规范。①

在或大或小的程度上（对应于从电击到预见结果的系列），上述三个事例所共有的特征，也是新类型现象所由以涌现的一切新发现的特征。这些特征有：事先觉察的反常，逐步而又同时涌现的观测上和概念上的认识，以及经常受到抵抗的规范范畴和规范程序的必然变化。甚至可以证明同一些特征已渗透到感知过程本身的性质之中。在专业以外理当了解得更好的心理学实验中，布伦纳（Bruner）和泡斯特曼（Postman）要求实验对象从短时间受控的出示中分辨出一系列的扑克牌来。许多牌合乎正常，但也有一些作得反常，例如有一张红色的黑桃六和一张黑色的红心四。在一系列逐步加多的出示中，每一次实验只给一个对象看一张牌。每次出示后问他看到了什么，实验总是以连续两次辨别正确而告结束