科学革命的结构-第17部分

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科学家对大量有关化学、电学和力学的理解力的一种整体转移中的一个组成部分。同时规范决定着巨大的经验领域。

可是，只有在经验已经这样被确定以后，才能开始寻求一个操作定义或者一种纯粹的观察语言。科学家或哲学家在看到一个摆时，必须已经能认识到这个楼是什么，并问是什么尺寸或视网膜印象组成这个摆。如果他看到的是受约束的降落，甚至就不可能提出他的问题了。而如果他看到的是一个摆，但是他是用看一个意义或者一台摆动的天平同样的方法去看这个摆的，他的问题就不可能得到回答。至少它不会是同样的问题。因此，虽然他们始终是合理的而且有时是非常富有成效的，关于视网膜印象或者关于特定的实验室操作的结果的各种问题都以某种方式从感觉上和概念上把一个世界区分开来为先决条件。在某种意义上这样一些问题是常规科学的组成部分，因为他们取决于一种规范的存在，而且作为规范改变的一种结果，他们得到的是不同的回答。

为了结束这一章，今后让我们忽略视网膜印象，而重新把注意力局限于实验操作，它为科学家提供他所已经看到的尽管零碎却很具体的标志。这样一些实验操作随规范改变的方式我们已经反复地观察过了。在一次科学革命以后，许多陈旧的量度和操作成为不适当的而代之以其他。一个人并不把用于氧的全部同样的试验用于排除了燃素的气体。但是这种改变决不是全体的。因此，不论他会看到什么，在一次革命以后，科学家还是在看这个相同的世界。而且，虽然以前他曾以不同的方式用过他们，他的许多语言和他的大多数实验室仪器同以前仍然是同样的。结果，革命后的科学总是包括许多相同的操作，用同样的仪器完成，并用同样的术语描述，就象他的革命前的先驱一样。只要这些持久的操作完全改变了，这种改变必须在它们同规范的关系中或者在它们的具体结果中展现。现在我提出，用引进最后一个新例子的办法使这两种改变都会出现。我们在考察道尔顿和他的同时代人的工作时将发现，同一种操作，当它通过一个不同的规范同自然界相联系时，就能成为自然界的规律性的完全不同方面的标志。还有我们有时将看到老操作的新作用会产生不同的具体结果。

整个十八世纪和进入十九世纪以后，欧洲化学家几乎普遍相信，基本的原子是靠相互的亲和力结合在一起的，全部化学品都是由这种基本的原子组成的。因此一块银子是因为银粒子之间的亲和力而粘合的（直到拉瓦锡以后这些粒子本身被认为是由更基本的粒子化合成的）。按照同样的理论，银在酸中分解（或者盐在水中）是因为酸的粒子吸引了银的粒子（或者水的粒子吸引了盐的粒子）而且比这些溶解物的粒子的相互吸引更加强有力。或者再举一个例子，铜会在银的溶液里分解，并沉淀出银，是因为铜和酸的亲和力比酸对银的亲和力大。许多其他现象都是以同样的方式解释的。在十八世纪这种有选择的亲和力理论是一种令人钦佩的化学规范，广泛地有时颇富成效地被用于设计和分析化学实验。①

①　H．梅茨格：《牛顿，斯塔，玻希夫和化学学说》（巴黎，　1930年，法文版）；第　34～38页。

可是，自从吸引了道尔顿的工作，亲和力理论划分物理学上的混合物和化学上的化合物的界线在某种程度上已经成为不熟悉的了。十八世纪的化学家们确实认识两种过程。当混合时产生热、光、起泡沫或者其他类似的东西，就可以看到发生了化学上的化合。另一方面，如果混合物中的粒子能用肉眼区别，或用机械分开，那就只有物理学上的混合物。但是在大量中间情况中，如水中的盐，合金，玻璃，空气中的氧，等等，这些粗糙的标准用处很小。

大多数化学家在他们的规范指引下，把整个中间范围看成是化学的范围，因为它组成的这些过程全部受同类力的支配。水中的盐或氮中的氧恰好象把铜氧化所产生的组合一样是化学组合的一个例子。把溶液看成是化合物的论据是很强有力的。亲和力理论本身是很好地被证明了的。此外，形成化合物的原因被认为是溶液的被观察均匀性。例如，如果氧和氮只是混合，而不在大气中化合，那么，较重的气体氧就应当沉到底。道尔顿认为大气是一种混合物，从来没有能令人满意地说明氧为什么没有能这样做。吸收了他的原子理论才最终于造成了以前没有的反常现象。①

有人想要说，化学家把溶液看成是化合物同他们的后继者的区别仅在于定义问题。在一种意义上可以说情况就是这样。但是，那种意义不仅是使定义习用方便。在十八世纪，混合物用操作试验并没有同化合物完全区分开来，也许他们不可能已被区分开来。即使化学家们已经寻找过这样的实验，他们会找出使溶液成化合物的标准。混合物和化合物的区别是他们的规范的组成部分，也是他们观察他们的整个研究领域的那种方法的组成部分，而且它本身是先于任何实验室试验的，虽然并不先于整个化学积累起来的经验。

但是，用这种方式来观察化学时，化学现象则是区别于那些随着吸收道尔顿新规范而出现的定律的例证。特别是，当溶液仍旧是化合物时，再多的化学实验本身也不能产生定比定律。在十八世纪末，大家都知道，某些化合物通常它们的组分的重量有固定的比例。德国化学家李希特对某几类反应是即已经注意到进一步的规律性，现在已被包括在化学当量定律里了。②但是，除了处方以外，没有化学家用过这些规律性，而且几乎直到这个世纪末还没有一个人想到要把它们概括出来。提出象玻璃，或者象水中的盐之类明显的相反的例子，而不抛弃亲和力理论并重新划定化学家的领域的概念上的界限，就不可能有概括。这个世纪末在法国化学家普罗斯特和伯索利特之间的著名的争论使那种结果显得很清楚了。前者断定，所有化学反应都按确定的比例发生，而后者则认为，它们不是这样的。然而，这两个人必定相互讨论过了，而且他们的争论是完全没有说服力的。在伯索利特看到一个比例能变化的化合物的地方，普罗斯特只看到一种物理学上的混合物。③既不是实验也不是改变定义能适用于这个问题。这两个人就象伽利略和亚里士多德一样在根本上互相误解。

①H·梅茨格：《牛顿，斯塔，玻希夫和化学学说》（巴黎，193O年，法文版）第124～129，139～148页。关于道尔顿，参见伦纳德·K·纳什：《原子…分子理论》（《哈佛大学实验科学史案卷》第四案卷；剑桥，麻省；1950年；英文版）第14～21页。

②J．R．巴丁顿：《化学简史》第二版；伦敦；1951年，英文版）；第161～163页。

③A．N．梅尔德腊姆：《原子理论的发展》；（1）伯索利特的可变比例学说，《曼彻斯特论文集》，第LIV卷，（1910年），第1～16页。

这就是约翰·道尔顿从事研究工作的那些年代里的形势，最终导致了他的著名的化学原子理论。但是，直到那些研究的最后阶段，道尔顿并不是一位化学家，对化学也没有兴趣。相反，他是一位气象学家，研究水吸收气体和大气吸收水等物理学问题。部分地因为他是在不同的专业里培养出来的，部分地因为他自己在那个专业里的工作，他用不同于现代化学家的规范探讨了这些问题。特别是，他把气体的混合物或者水中吸收一种气体看成是一种物理过程，一种亲和力在其中不起作用的过程。因而，对他来说，各种溶液被观察到的均匀性是一个问题，但是他认为，只要他能确定他的实验混合物中各种原子粒子的有关大小和重量，他就能解决的一个问题。道尔顿为了要确定这些大小和重量，最终转向了化学，他一开始就假定，在他认为是化学反应的有限范围内，原子只能一对一或者按其他一些简单的整数比化合。②这个自然的假定确实使他能确定基本的粒子的大小和重量，但是它也使定比定律成了同义反复。对于道尔顿来说，在任何反应中，如果成分不按确定的比例进行，根据这个事实，就不是一个纯化学的过程。在道尔顿的工作以前，实验不能确立的一条定律，在那项工作一旦被接受以后，就成了一个基本原理，不是一套化学测量法所能推翻的了。作为一次科学革命的也许是我们的最完备的例子的一个结果，同样的化学操作对化学概括的关系呈现了极其不同于它们以前所具有的形式。

②　L。K。　纳什：《道尔顿的化学原子理论的起源》，《Isis》，第XLVII卷，（1956年）；第101～116页。

无需多说，道尔顿的结论在最初宣布时受到了广泛的攻击。特别是伯索利特决不相信。但是，对大多数化学家来说，道尔顿的新规范已被证明是令人信服的，而普罗斯的论点就没有做到这样。因为这个规范所具有的含意，远比区分混合物和化合物的一个新标准要更广泛和更重要。例如，如果原子在化学上只能按简单的整数比化合，那么，重新考查现有的化学资料就应当揭示出倍比和定比的例子。化学家们不再写，比方说这两种碳的氧化物按重量含有百分之五十六和百分之七十二的氧；相反他们写道，一份碳的重量或者同1．3或者同2．6份氧的重量化合。当古老的操作结果以这种方式记录下来，2与1之比就涌现在眼面前了；而且这在分析许多著名的反应以及其他新反应中都出现了。道尔顿的规范还使它有可能吸收李希特的工作并看到它的一般原则。它也提出了新实验，特别是盖吕萨克关于化合容量的那些实验，而这些实验又产生了其他的规律性，那是化学家们以前没有梦想到的。化学家们从道尔顿得到的不是新的实验定律，而是一种研究化学的新方法（他自己把它叫做“化学哲学的新体系”），而且这种新方法已经如此迅速地被证明是富有成效的，只有在法国和英国的少数较老的化学家能反对它。①结果，化学家们达到一个境界，在那儿各种反应是以完全不同于它们以前所具有的方法运转的。

①A·N·梅尔顿腊姆：《原子理论的发展：（6）接受道尔顿鼓吹的理论》，《曼彻斯特论文集》，第LV卷；（1911年），第1～10页。

随着这一切继续下去，发生了另外一个很重要的改变。化学的数据本身到处开始变动。当道尔顿第一次从化学文献中找数据来支持他的物理学理论时，他发现，各种反应的某些记录是适用的，但是，他几个不能避免发现其他一些不适用的记录。普罗斯特自己对铜的两种氧化物的测量产生了，例如，一种氧的重量比是1．47：1，而不是原子论所要求的2：1；而普罗斯特恰好那个是已经期望达到道尔顿比例的人。这就是说，他是一个很好的实验工作者，关于混合物和化合物之间的关系问题，他的观点同道尔顿的观点接近。但是，很难使自然界去适应一种规范。这就是为什么常规科学之谜是如此引起争论的问题，以及为什么没有一种规范所进行的量度，几乎根本不能导致任何结论。因此，化学家们不能凭证据简单地接受道尔顿的理论，因为许多证据仍然是否定的。相反，甚至在接受了这种理论以后，他们仍然必须在自然界中开辟道路，结果这个过程见乎花费了一个世纪。当他完成时，著名化合物的百分比组成是不同的。资料本身已经改变了。那就是最后的意义，我们想要说，在一次革命以后，科学家是在一个不同的世界里工作。

XI　革命是无形的

我们还必须问，科学革命怎样结束。可是在这样做以前，自然界似乎要求作最后的尝试以加强关于它们存在的信念。迄今为止我已试图用实例显示革命，例子可以增加得令人生厌。但是，很清楚，大多数例子是因为熟悉而故意选择的，通常已经不看成是革命，而是科学知识的增补，这些可能会是不起作用的。我提出为什么革命已被证明几乎是看不见的，是有十分充分的理由的。科学家和医匠两者都从权威的来源获得了他们对创造性科学活动的许多印象，部分出于重要的功能方面的理由，故意隐蔽科学革命的存在和意义。只有当那个权威的本质已被认识和分析时，人们才能希望做出充分有效的历史事例。而且，这一点尽管要在我的最后一章里才能充分展开，现在所需要的分析将开始简要地说明科学工作的一个方面，并把它同其他创造性的事业，也许除神学以外，最清楚地区别开来。

至于权威的来源，我心目中主要有科学教科书以及模仿它们的普及读物和哲学著作。所有这三类书籍有一件事是共同的，直到最近，除了通过研究工作的实践以外，关于科学的情报还没有其他重要来源可以得到。他们致力于一批已经表达得很清楚有力的问题，资料和理论，大多数常常是一套特殊的规范，在他们写作时就把这套规范交给科学团体。教科书本身的目的是要传达现代科学语言的词汇和句法。普及读物企图用比较接近日常生活的语言来描述同样的应用。而科学的哲学，特别是在说英语的世界里，则分析科学知识的同样完备的主体的逻辑结构。尽管更充分的处理必然会涉及这三类之间的真正区别，但在这里我们最关心的却是它们的相似点。三者全都记录着过去的革命的稳定的结果，并因此表现当前的常现科学传统的基础。为了实现它们的作用，他们并不需要提供关于那些基础首先被这个行业承认然后被信奉的道路的可靠情报。至少，就教科书来说，甚至有很好的理由表明，为什么在这些问题上，他们应当故意使人误解。

我们在第二章中指出了，对教科书或者它们的相当读物的增长着的信赖，是任何科学领域中出现第一个规范的不变的伴随物。这本书的最后一章将证明，一门成熟的科学靠这样一些教科书处于支配地位会从其他领域有效地分化出它的发展形态。目前让我们简单地认为在其他领域中没有先例的范围内，外行和医生两者的科学知识都是以教科书和源自教科书的其他少数文献为基础的。可是，教科书是使常规科学永久存在的教育工具，每当常现科学的语言，问题结构或标准改变时，必须全部或部分重写。总之，它们在每一次科学革命以后必须重写，而且，一旦重写，它们就不可避免地不仅要掩饰革命的作用，而且要隐瞒产生它们的这一次革命的存在本身。除非他在他自己的一生中亲自经验过一次革命，教科书的读者，不论是科学家还是外行的历史感觉只能扩展到这个领域中最近的革命的结果。

因而，教科书开始时除去科学家对学科更为意识，然后开始为他们已经清除的东西提供代替物。科学教科书的特点是只含有一点儿历史，或者是在序言里，或者更常见的是在早期的伟大英雄的零散的参考书里。学生和专业人员从这样一些参考书中感到象一种长期存在的传统的参加者。然而，科学家们从教科书得到的传统中感到他们所参与的传统事实上从来没有存在过。科学教科书（以及许多比较陈旧的科学史）只涉及过去的科学家的部分工作，这些工作可以很容易地被看成是对说明和解决教科书的规范问题的贡献，理由既是明显的也是很起作用的。部分由于选择，部分由于歪曲，早期的科学家们盲目地声称是对同一组确定的问题发生作用，并符合于