如何理解科学研究范式？丨展卷
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著名科学史、科学哲学著作《科学革命的结构》（The Structure of Scientific Revolutions）第一版出版于1962年，至今已经60周年。这本书的诞生标志着一场认识论的变革，其影响力超出一般的自然科学领域，延伸至社会科学乃至文学、艺术等。作者托马斯·库恩在书中提出的核心概念“范式”成了流传最广的术语之一。库恩的观点也引发巨大的争议，却因此呈现出科学哲学一番繁荣的景象。
关于科学是如何运作并且为何如此有效，并没有完美的答案，甚至科学家和科学哲学家有着截然不同的观点。当代科学哲学家迈克尔·斯特雷文斯将近代科学称作“知识机器”，并提出了其运转的“铁律”。但在这之前，他为我们详细介绍了库恩的理念，这有助于理解为什么人们会认同或者反对他。
2021年9月，由中国科学院哲学研究所（CASIP）与复旦大学智能科学与智能哲学研究中心（PSI）联合主办的国际科学与哲学讲座中，斯特雷文斯做了两场讲座：《知识机器和科学中的动机问题》（https://www.bilibili.com/video/BV1m341127Gc?share_source=copy_web&vd_source=aca19c4b1c326bb71d108519dfa4a510）
《知识机器与科学中确证理论的角色》（ https://www.bilibili.com/video/BV1pq4y1o7MK?share_source=copy_web&vd_source=aca19c4b1c326bb71d108519dfa4a510）。
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本文经授权节选自《知识机器》（中信出版社，2022年7月）第一章“发掘科学方法”，点击图片识别图中二维码或点击文末阅读原文进入购买链接。
撰文丨迈克尔·斯特雷文斯（Michael Strevens，美国纽约大学哲学系教授）
翻译丨任烨
审校丨刘闯
在两次世界大战之间，赖兴巴赫、波普尔和其他许多逃离了满是混乱和恶意的中欧的志同道合的难民，宣扬了科学家作为智性诚实的完美典范，面对主流政治、文化和意识形态令人窒息的对抗，仍然坚持真理的理想形象。
对于这一构想，托马斯·库恩提出了截然相反的观点。他关于科学机制的观点悲观且令人泄气，让正从事研究工作的科学家们很是抵触，而且乍一看似乎很难解释科学在发现真理过程中所做出的巨大功绩。
在成为哲学家之前，库恩是一位科学史学家。而在成为历史学家之前，他受的是物理学方面的训练。库恩的成长之路顺风顺水：1922 年出生的他先是就读于康涅狄格州的一所精英私立学校，后来在哈佛大学攻读本科和博士学位。他的学术生涯从当选哈佛学会会员开始，之后则是在哈佛大学、加州大学伯克利分校、普林斯顿大学和麻省理工学院任教。他没有挥过镐头，没有做过家具，也没有教过受到迫害的年轻人——除了他自己的研究生以外［如果电影制作人埃罗尔·莫里斯（Errol Morris）说的是真的的话。莫里斯回忆说，库恩的烟瘾非常大，有一次在驳斥莫里斯提出的反对意见时，他把一个装满烟蒂的烟灰缸朝着莫里斯的头扔了过去。］
尽管库恩在成长和研究初期拥有优厚的资源，也做出了一些成就，但他却告诉我们，他自己是一个“神经过敏、缺乏安全感的年轻人”。20世纪40年代，他在读研究生期间接触了精神分析学。虽然觉得精神分析未必有治疗价值，但他认为这门学科增强了自己的解读能力，让他“比世界上其他任何人都能更好地阅读文本，了解作者的思想”。
这种新本领的威力很快就显现了出来，使库恩想到了让他成名的观点。有一天，他看着窗外，苦苦思索着在他看来“谬误百出”的亚里士多德的物理理论，然后忽然顿悟：
我脑海中的碎片突然排成一种新的形式，形成了一个有序的整体。我简直目瞪口呆，因为亚里士多德似乎瞬间变成了一位非常优秀的物理学家，而这是我做梦也没想到过的结果。现在我能理解他为什么会说那些话了。
当然，库恩并没有接受亚里士多德的物理理论，而是开始把它看作一个系统，这个系统按照自己的标准形成了一个清晰而强大的解释框架。不过，要充分认识这个框架的说服力，他必须抛开在20 世纪物理学影响下思考世界的惯常方式，暂时接纳一种全新的世界观。从这次经历中，库恩认识到科学理论的某些修正非常深刻，以至于需要一场革命来彻底颠覆人们的认知秩序。
库恩的著名著作《科学革命的结构》于1962年出版，此时距离他的顿悟已经过去了15年，而距离波普尔关于科学方法的巨著首次以英文出版仅仅过去3年。不管是在此之前还是之后，没有任何东西对科学哲学的影响能比得上这本书，也没有任何东西能像它一样改变方法大辩论的进程。看到它是一本风靡于20世纪60年代的关于革命的书，你可能会认为，库恩的科学观是提倡知识上的骚动和激进思想，鼓励人们挣脱传统的桎梏，但事实并非如此。库恩认为，科学之所以能够取得改变世界的进步，只是因为科学家完全没有能力质疑学术权威。
库恩说，所有科学分支，比如微观经济学、核物理学、遗传学等，在任何时候都有一套占据主导地位的意识形态思维模式，他将其称为“范式”（paradigm）。尽管范式是围绕有关世界运转方式的高层次理论建立起来的，比如牛顿的引力理论或者孟德尔的遗传学定律，但它也包含了很多别的东西：根据这个理论，它能确定哪些问题是重要的，解决重要问题的有效方法是什么，以及用什么标准来判断一个问题的解决方案是合理的。
因此，范式就是在某个学科内从事科学研究的一套基本完善的规则和行为标准。科学家们认真地遵守着这些规则，说他们是盲目虔诚一点儿都不夸张：科学家遵循范式，不是因为他们认为范式有充分的证据支持，或者因为它是做研究的“官方”途径，或者因为这么做研究可以得到充足的资金，又或者因为它看上去似乎值得一试。他们之所以遵循范式，只是因为他们想不到还能用其他什么方式来进行科学研究。库恩认为，就算提供给他们另一种范式，他们也无法理解。
为了解释这种思维阻隔现象，库恩引用了心理学家杰罗姆·布鲁纳（Jerome Bruner）和其他人所做的认知实验，在这些实验中，受试者会短暂地看到（例如）有迷惑性的纸牌，比方说用红色油墨而不是常规的黑色油墨印刷的黑桃6。受试者看到的是他们的固有信念引导他们所预期的结果，而不是纸牌上实际的内容：眼前的纸牌明明是红色的，但他们可能会将其看成黑色的黑桃6，或者可能会误认为是红桃6。布鲁纳总结说，即使是直接的感官证据，也会受到我们对外界事物固有看法的影响。根据布鲁纳的说法，这是有可能的，因为我们对事物的原始体验是很模糊的，就像图1–1 里的这幅画一样。它是鸭子还是兔子呢？显然是鸭子……但要是顺时针旋转90 度，就会看到一只正在凝视我们的兔子。正是我们预先存在的假设、我们的理论、我们主流的世界观消除了感官带来的模糊感，从而让我们在思想上对世界有了一个明确的认知。
是鸭子还是兔子？
科学家和其他人一样，在任何时候都是从某种特定的世界观出发来观察和理解事物的。这听起来可能没什么，但它却让科学家丧失了认识真正的新奇事物的能力。要想掌握一种新的世界观，你需要从另一种世界观的角度去理解它。你不可能从这种新世界观（也就是它自己）的角度去理解它，因为你还没有掌握新世界观的基本框架。但是如果旧世界观和新世界观不相容，那你也不能从旧世界观的角度去看待新世界观，因为你根本看不到它。
这与波普尔的观点形成了鲜明的对比。在波普尔看来，对于知识机器的有效运转最重要的是科学家敏锐的批判性思维能力。他们能够探究理论上的可能性，并且清楚地看到每一种理论在证据面前是如何崩塌的。而在库恩看来，这样以批判为必要前提的探究在心理上是不可能实现的。
库恩认为科学家不可能同时考虑彼此对立的宏大理论，他在概念上特别强调一些经验性发现和哲学论证的重要性，这无疑是受到他自己对亚里士多德物理理论研究的启发。不过，他也受到了时代潮流的影响，而他的读者，或者说相当多的读者同样如此。1962年，也就是库恩的著作出版的时候，美国还处于受军事–工业复合体控制的时代，人们就像威廉·怀特（William Whyte）笔下那些穿着灰色法兰绒西装、自满而又顺从的“组织人”（organization man），渴望融入这个体系，执行上级下达的任何计划。
受主流范式控制的成员想不出任何进行科学研究的其他方法。但库恩也发现，范式并非永远不变。在被历史学家称为科学革命的事件中，已有的观念崩塌，发生了新范式取代旧范式的知识巨变。（这里所说的科学革命不应与只发生过一次的狭义的“科学革命”混淆。在前者中，是进行科学研究的方法被替换。而在后者中，是非科学的学问——我称之为自然哲学——被一种更有效的经验性研究形式，即近现代科学所取代。）
在书写有关科学范式的著作之前，库恩曾写过16世纪至17世纪早期发生的“哥白尼革命”，这可以说是历史上第一次科学革命。被革命推翻的旧体制是古希腊的天文学体系，出生在埃及的古希腊数学家托勒密对这一体系进行了完善，认为太阳、月亮、恒星和所有行星都环绕地球运行。而革命性的新思想是于1543年问世的哥白尼体系，在这个体系中，月球环绕地球运行，而包括地球在内的其他天体则环绕太阳运行。随着约翰内斯·开普勒在17世纪早期进一步的发展完善，这个体系对天体运动轨迹的预测比托勒密的理论更为准确和巧妙。
尽管哥白尼体系在预测方面有优势，但要让公众接受它并不是一件容易的事。这意味着要接受一种相当令人沮丧的观点，那就是地球终归不是宇宙的中心，不过与之相伴的另一个事实或许会带来某种阴暗的满足感，那就是粗糙的大地与表面上完美对称、毫无瑕疵的天穹没什么区别，所有天体都坑洼不平、饱经沧桑，而且其貌不扬。
哥白尼学说有一个不太合情，更不合理的缺点，那就是它暗示了地球的运动速度非常快，每24小时自转一圈，每365 天围绕太阳转一圈（我们现在知道，它的公转速度约为每小时10万千米）。我们怎么可能没有察觉到呢？答案要稍待一段时间才能揭晓，来自伴随天文学革命发生的物理学革命。这个激进的新物理思想是，以近似恒定的速度运动的人或物体，比如地球表面的海洋、树木和人类，根本感受不到速度。不管运动得有多快，他们都会感觉自己像是静止不动一样。
要让人们从思想上放弃地球处于宇宙中心、天穹完美无缺以及速度可被察觉的认知，并不是一件简单的事情。库恩把这种知识停滞状态归因于范式的扼杀。尽管如此，哥白尼还是获得了胜利。从那时起，范式就不断在崩塌。牛顿的引力理论取代了亚里士多德的观点（亚里士多德认为石头之所以会落到地上，是因为它们要朝着自己在宇宙中心的合适位置移动），以及中世纪哲学家的各种想法。19 世纪，达尔文的自然选择进化论取代了特创论，后者认为所有物种都是由上帝分别创造的。而进入20 世纪后不久，牛顿物理学就被爱因斯坦的相对论和量子物理学所取代。
范式是如何终结的呢？在一个范式内工作的科学家不会试图去动摇它。相反，根据库恩的说法，他们根本不知道范式可以被动摇，至少认为它不太可能会被推翻：“常规科学……背后的假设是，科学界知道世界是什么样子的……（它）的目的不是产生新奇的事实或理论，因此一个成功的理论，不会有任何新发现。”但正是科学家对范式的信奉把它推向了毁灭的边缘：他们遵守范式的规定，忠实地执行范式的计划，但也会因范式在某些方面的不足而遇到无法解决的问题。范式从总体上保证了某种方法能带来答案，然而遵循这种方法却引起了越来越多的问题、困难、矛盾和困惑。行星偏离了指定的路径，出土的化石表明人类祖先与猿惊人地相似，光本身无法决定是要表现得像粒子还是像波一样。结果导致研究人员对范式威力的信任度逐渐下降，这就是库恩所说的“危机”。
在库恩的理论中，没有了对范式的信仰，科学家就会迷失方向。他们从事科学研究的唯一方法，就是那个似乎已经背弃他们的范式所规定的方法。尽管他们对旧的信仰体系的热情已不复存在，但如果他们想成为科学家，就必须继续遵守它的规矩。
这样的状况可能会持续几十年或者更长时间。不过最终，“深陷危机之中”的一些有远见的人将摆脱旧思想的束缚，他们会“突然，有时是在半夜”想到一种进行科学研究的新方法。主流范式终于有了竞争对手。考虑到它的不足，科学家理应如饥似渴地抓住任何有希望的替代方案。所以，他们如果知道自己需要什么的话，或许会这样做的。然而，根据库恩对于科学思维模式的理解，某种范式的追随者是不可能认可另一种范式的重要性的，甚至根本理解不了。（库恩写道，新范式的创造者之所以能摆脱旧范式的束缚，是因为他们“要么非常年轻，要么刚刚进入这个领域”：他们的思想还没有定型。）
所以，这就是在旧范式下成长起来的科学家——比如在17世纪哥白尼革命发展到顶峰时托勒密的追随者，或者是当爱因斯坦引发了20世纪引力理论的革命时牛顿的追随者——所面临的困境。他们知道出现了严重的问题，而他们的范式也不会再带来任何科学的福音。疲倦和困惑占据了上风。与此同时，他们知道出现了一种新的范式。他们自己并不理解这种范式，但却看到它的追随者满怀热情与喜悦—这是在他们自己的学术生涯中逐渐消失的东西。怎么办呢？
旧范式的一些追随者会因幻想破灭而就此沉寂，有些人则会与新的理论斗争到底。不过也有一些人会放弃旧理论，接受新理论。他们开始加入新范式追随者的队伍，如果做不到这点的话，他们会埋头于新范式的权威著作中。最终，如果这些“叛道者” 有合适的思想条件，那么新的教义就会取代旧的教义。科学家将会经历库恩所说的“皈依”。
如果新的范式足够有成效，而它的追随者在各自的科学“传教”工作中也足够投入的话，几乎所有余下的旧范式的拥护者都会感觉自己过去学术生涯的根基正在垮塌，转而接受进行科学研究的新方式和新的理论。一场科学革命业已发生。
库恩对于科学革命性巨变的描述震惊了整个科学界。以前的历史学家和哲学家都认为科学变革基本是一个理性的过程：哥白尼、开普勒、伽利略和牛顿的思想之所以不管多么激进都能被接受，是因为无论是在预测的成功率还是解释能力上，它们都明显优于旧的思想。
如果库恩是对的，那么这种对于科学进步的更古老，也更体面的认知就肯定是错的，因为在库恩看来，范式是没法互相比较的：“范式一定会被卷入有关范式选择的争论当中，而那个时候它们必然只能起到循环论证的效果。”或许你得像有两只手那样有两个大脑，才能对两种范式进行权衡。但是你只有一个大脑，而一个大脑就只能掌握一种范式。你不可能同时领会到亚里士多德与牛顿世界观的价值，正如你不可能同时成为虔诚的穆斯林和天主教徒一样。库恩形容这种状态最绝妙的方式是说，亚里士多德派和牛顿派学者生活在不同的世界，你可以生活在其中一个世界，但不可能同时出现在两个不同的地方。因此，人们根本做不到理性地比较相互抵触的范式。
库恩认为范式的转换是一次信仰的飞跃，而不是合乎逻辑的评估：这是一次令人兴奋的跳跃，穿越了意识形态的真空，从对事物的传统看法通往革命性的思维方式，目的是希望生活能在新科学理论的指引下变得更好。
你或许能想到带着蔑视离开欧洲的波普尔会对这种一头扎进理论黑暗处的做法做何评价，以及他会如何看待库恩所说的“范式选择就像政治革命一样，相关团体的认同就是最高的标准”。波普尔的学生伊姆雷·拉卡托斯（Imre Lakatos）也是受到欧洲极权主义迫害的难民，他指责库恩把科学变成了一个“暴众心理学”问题。
科学思维的重大转变是突然的皈依，而没有经过慎重的审议，库恩的批评者无法接受这种观点。但同样，他们也不理解库恩为什么会相信一个非理性的过程可以把我们带到目前这个科学高度发展的状态。如果无法客观地比较托勒密和哥白尼的天文学理论各自的价值，那我们是如何准确了解太阳系结构的呢？我们怎么知道地球确实在绕着太阳转，而不是太阳绕着地球转呢？
库恩的一些激进的追随者暗示，我们相信自己的范式和先前的思想相比有了很大的改进，和我们相信自己的宗教很正确或者自己的孩子很漂亮的原因是一样的——并不是因为有经验性证据作为支撑，而是因为它是我们的。不过，库恩本人，至少在他后期的著作中，否定了这种观点，并认为科学取得了真正的进步。他认为，哥白尼范式之所以在客观上确实比托勒密范式更好，是因为它具有优越的“解题能力”。一类谜题是预测未来的问题：
比如，哥白尼和托勒密的理论都渴望能够预测行星在夜空中穿行的轨迹。所以库恩要表达的一层意思就是，后来的范式往往比先前的范式有更强的预测能力。这种预测能力的提高（而不是某种更偏狭的因素）让我们感觉到科学知识正帮助我们越来越深入地了解到事物的本质，同时也让我们能够利用这些知识完成更加令人惊叹的壮举——跨洲交谈、环球飞行，以及在月球上行走。
到了晚年，库恩认为，科学家从一个旧范式跳到一个新范式时，往往是从一个预测性较弱的范式跳到一个预测性较强的范式，只不过他们在这样做的时候，根本无法理解新范式优越的预测力背后的根本原因。这让科学进程恢复了几分理性：库恩派的革命者甚至在涌上街头的时候，也在暗中计算着成本与效益，巧妙地朝着提高预测能力和其他解题能力的大方向完成信仰的飞跃。
库恩式的科学家在不反抗的时候，就是一个无趣而恭顺的凡人。但库恩认为，在各种信仰体系当中，科学自身创造新知识的能力是最强的。它绝不是唯一能产生新奇独到想法的思想体系， 比如哲学在这方面就不输给科学。真正无可比拟的是，科学能够充分地检验这些想法，迫使它们得出合理或者不合逻辑的结论。科学非凡的严谨性的核心正是科学家个体的有限性，他们无法看到主流范式以外的东西。这种智性上的盲区就是库恩针对我提出的有关科学的哲学大问题给出的答案核心，它解释了科学革命如何让科学研究比之前的自然哲学取得了更丰硕的成果。
用某种智识上的限制来解释科学的成功，这正是库恩那本著名的书中最令人震惊的论点。
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