科學革命的結構

你好,歡迎來到「開卷有益」。

本週要為你講述的是新主題—「科學裡的經典」的第一本書科學革命的結構(The Structure of Scientific Revolutions》。

今天要介紹的這本《科學革命的結構》,是1962年出版的一本名著,後來也成為科學史與科學哲學的里程碑。如今五十年多過去了,但這本書的諸多論點依舊發人深省。

本書的作者是 湯瑪斯·孔恩(Thomas S. Kuhn,美國麻省理工學院的洛克斐勒講座教授。

而這本《科學革命的結構》的源起,起因於1947年,當 孔恩還在哈佛大學念博士班,但卻被要求去教導人文學科的學生科學史的時候。當時 孔恩為了準備這次的科普教學,研究了許多他過去從未關注過的科學史,其中就包括了著名的「亞里斯多德物理學」。

他在初讀了之後萌生的想法是:「亞里斯多德看起來不僅對力學無知,而且是個很糟的物理學家。尤其是關於運動,他的作品對我來說,邏輯和觀察兩者上似乎充滿了同樣有極嚴重的錯誤。」

但是,當 孔恩再更仔細閱讀亞里斯多德的物理學之後,孔恩形成的觀點是:「我們在審視任何時代的理論之前,必須意識到當時的科學慣例。
他的結論是:「亞里斯多德的概念並不比牛頓差,兩者之間就僅僅是不同而已。」

而這個觀點正是這本《科學革命的結構》的基礎。
孔恩質疑所謂的「線性進步史觀」,主張科學革命的基礎並不是來自「常態科學」的累積

一般來說,我們都會認為科學的發展是一種「萬世一系」的演進,是一種「累進式」的研究進展。透過一點一點的積累各種事實與研究,然後等到某個時間點,這些累積就會自然地綻放、盛開。

但 孔恩在這本書裡一反這樣的思路,他認為科學革命是發生於常態之外的一種「重新建構」。
也就是破壞傳統思路、提出新想法的突破時刻,而這種「歷史的演化不是只有積累,更有許多斷裂與革命」的思路,後來也被普遍地運用在各個領域裡解釋各種矛盾現象與問題。

看到這裡,你可能還是覺得有些一頭霧水。
但是沒關係,下面我們就以三個關鍵問題來為你梳理這本書的內容:

1、什麼是一門成熟的科學?
2
、科學革命為什麼一定會發生?
3
、如何評估科學革命是否合理和進步?

 

一、成熟科學的標誌

所謂「成熟」的科學,是指那些具有一套系統化的知識體系,有完整的教科書可供學習使用,並且能夠區分什麼是「大家已經接受的知識」,哪些是「有待探索的問題」。

而「未成熟」的科學則做不到這些。
它們不是尚未形成系統化的知識體系,就是無法區分哪些知識是普遍被接受的共識?而哪些則是有待探索的問題。
因為對未成熟的科學來說,什麼都可以爭論。因為這些學科的「基礎問題」,就是這個領域最需要被研究與解決的問題。

舉例來說,「數學」就是一門成熟的科學。
早在希臘時期,數學的基本問題就已經確立了有共識的答案。
例如:代數、幾何、形式邏輯、演繹法、公理化體系……等,這些「數學是什麼?」都已經有一定的共識和系統,沒有什麼具有爭議的基礎問題,後來的研究只需要在這樣的系統裡做細部問題上突破,不需要去質疑這個學科的系統架構。

但有些科學就不是如此,例如:「光學」、「電學」。
這些「未成熟」的科學在尚未成熟的時期,主要研究的是「光是什麼?」、「電是什麼?」這樣的基礎問題。

但這些科學並不是永遠都是「未成熟」的科學,只要一門科學能夠消除「基礎問題」的爭議,就能夠轉變成一門成熟的科學
例如:「光學」就在 牛頓的手上發展成一門成熟的科學;而「電學」在 富蘭克林那裡轉變為一門成熟的科學。

孔恩用兩個特徵來概括一門科學成熟的標誌:

1、有某種理論、著作,或研究成果,吸引了一大批堅定的擁護者,使這些擁護者們不再相信「對於同一個現象還可以用其他方式進行研究」;

2、這些理論、著作,和研究成果能夠接著提出各種豐富的問題,把追隨者的目光導向於解決這些問題,而不是像「未成熟」的學科那些,總是糾結在一些基本概念上做無止境的爭論。

而這兩個特徵有一個更簡潔的說法,那就是「典範(Paradigm」的確立。
所謂的「典範」,就是那些能夠「化解基礎問題的爭論,並形成共識」的理論體系

所以,一門學科是否成熟,就在於「是否形成了典範」,是否擺脫了那種無所適從、莫衷一是的局面。

 

二、科學革命的原因與模式

在確立典範的「常態科學」裡,科學研究就類似於「解謎」活動,任何研究的問題原則上都存在著一個答案。雖然這些答案並不是那麼的明確,但只要科學家們能夠充分地運用既有的知識做實驗、計算和推理,原則上都能夠揭曉謎底。

但是,這只是「原則上」。
「典範」雖然化解了基本問題的爭論,確立了共識,但其實也埋下了「科學革命」的伏筆。
因為總會存在一些「在既有的知識體系(也就是「典範」)下根本找不到答案的『異常現象」。

而為了解決問題,其中一種做法就是「重新質疑基本概念」,讓目光回到「基本問題的共識」上,突破原來確立的「典範」。
一但推翻了原來的典範,重新在基礎問題上建立一套新的理論體系,而這個新的體系能夠更好的解決那些舊典範裡的「異常現象」的話,那麼這個新的理論體系就會成為新的典範,這就是「典範轉移(Paradigm shift」。

下面我們以兩個實際例子來說明「典範轉移」。

1、「氧氣」最早其實是由英國化學家 普利斯特里(Priestley發現的,但是科學史卻將「發現氧氣」歸功給了法國化學家 拉瓦節(Lavoisier

之所以會將功勞歸給 拉瓦節,主要就是因為 拉瓦節提出了「氧化還原學說」這個新典範,取代了「燃素說」的舊典範,奠定了現代化學的基礎。
拉瓦節的成功並不在於他有多勤奮地在舊典範裡解謎,而是反過來質疑舊典範,對燃燒現象重新進行理解,所以「氧氣是什麼」的問題就這樣被順利的解決。

2、我們都知道在 哥白尼(Copernicus)提出「日心說」之前,人們普遍相信的典範是 托勒密(Ptolemaeus)的「地心說」。
所謂的「地心說」,顧名思義就是「地球在中心,而其他星星都繞著地球轉」這樣的天文學典範。

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但是前面說過,總會存在一些「在既有的典範下根本找不到答案的『異常現象』」。
而在「地心說」的典範中,這個「異常現象」就是那些「不聽話的惑星」。

什麼叫「惑星」呢?其實就是和我們一樣,同在太陽系裡的「行星」。
因為天空中看得到的星星幾乎都是距離非常非常遙遠的恆星,所以所有的星星看起來彼此之間的相對位置都不會改變。
可是行星不一樣,因為行星與地球的距離很近,加上地球和行星又各自都在移動,所以行星在天空的位置相對於其他恆星就會移動。 

但是當時的人並不知道這件事,只知道這些「惑星」很不安分,不按照「地心說」的行星模型規定的那樣「東升西落」固定運動,而是會一下子向西前進,ㄧ下子又向東後退。

 

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為了解決這個異常現象,當時的天文學家們就在模型上為了這些惑星設計了「本輪」系統,也就是「雖然惑星繞著地球公轉,但在惑星的繞行軌道上還有另一個較小的運轉軌道」。

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但隨著越來越多的「異常現象」,於是添加一個又一個的「本輪」,最後變成一個非常複雜的系統。

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這些本輪動起來的話會像這樣:

 

而 哥白尼的偉大之處就在於他勇於質疑「地心說」這個舊典範,改採用「日心說」的行星模型來解釋舊典範裡的「異常現象」。

這樣的戲碼在科學史上其實一直重複地上演,因為在已經確立典範的成熟學科中,總會有些無法解決的謎題出現,也就是「常態科學」裡的「異常現象」。而當這種「異常現象」不斷地累積,就會使舊有的典範收到質疑與挑戰,於是舊的共識便難以繼續維持,科學家又開始針對基本概念進行爭論,也就是又退回了「未成熟」的階段。直到某天出現了新的理論體系取代了舊體系,確立了新的典範,再次終結這些基礎爭論時,就完成了「典範轉移」。

這種「典範轉移」就是「科學革命」

任何典範都只不過是受到多數人追捧的一種理論或觀點,所以「異常現象」是一定會出現的,這是典範天然的局限性

因此,「典範轉移」和「科學革命」也一定會發生。因為唯有當新的典範取代了舊的典範,新的共識取代了舊的共識,原來的局限性才能被克服,科學也才會因此進步。

 

三、科學革命的合理性與進步性

通常人們都以為科學是非常理性的,而科學家們則是以一種冷峻的目光在看待世界的一群人。
但在瞭解了上面的「典範轉移」之後,你就會明白科學研究從來就不是完全理性的工作,科學家也會固執的堅持自己所偏愛的典範,即使有更好的選擇擺在眼前,也不會被理性說服

更麻煩的是,我們或許根本就不知道兩個典範之間要如何比較,哪個更好?

這就是這本《科學革命的結構》的另一項重點不可共量性(incommensurability」。

因為「典範轉移」就是徹底的改變看待世界的方式。
但是世界既可以用舊的典範來把握,也可以用新的典範來理解,我們只能說這是看待世界的兩種不同方式,但卻無法說哪一種方式更好、更正確。

例如:牛頓的古典物理典範,和 愛因斯坦的相對論典範之間就無法比較,因為它們不過是看待世界的方式不同,無所謂誰更正確或接近真理。

正因為這樣,有許多科學家們認為 孔恩的說法大大的低估了科學的客觀性與進步意義,以一種「相對主義」的立場來看待科學。
但是 孔恩在增訂版裡否認了這種指控,並表明自己也不支持這種「相對主義」的立場,而是一名科學進步的真正信仰者。

他解釋說,通常人們總會認為所謂的科學進步就等同於逼近客觀的真理,但是這種科學進步史觀其實存在著重大的缺陷,那就是「我們永遠無法從客觀地判斷科學是否在逼近真理」。

所以 孔恩說科學進步並不是人們誤以為的那樣。
從典範的角度來看,並不存在任何能夠衡量不同典範間的優劣的客觀真理,也就是說,我們因為缺乏標準,所以無法這種角度來評判。

事實上,科學家們也不會去評價某個理論是否更符合那種精神上虛構的真理,而是會更看重一些看得見的指標。例如:哪個理論更容易、更準確的預測、能更系統性地解釋現象,或者有更寬的適用範圍……等。

評價科學革命的合理性與進步性,並不是相信科學總是在逼近真理,而是要從科學真實的演進史來做判斷。

科學透過典範的轉移來破除既有的思想束縛,讓科學的眼光能夠聚焦在新的謎題上,朝未知的領域不斷擴展。也就是說,科學的演進並未設置任何的目標,而探索的腳步也將永無止盡。

 

以上就是今年為你介紹的最後一本書。
預祝你新年快樂,我們明年見!

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