《科学革命的结构》读书报告

科学在文明发展中起到了至关重要的作用。科学发展往往意味着生产力的提升，但科学发展的规律却鲜有人研究。这并非是一个纯粹的历史性问题，更多的是一种科学观和哲学上的问题。《科学革命的结构》一书提出了一套完整的科学发展的规律。完全不同于一般人们从教科书中学习或看到的那样，作者库恩认为，科学完全不是一个一个规律或结论的堆砌，而是存在一个由常规科学，反常，到危机，进而产生科学革命，最后回到常规科学的一个在循环中螺旋上升的过程。作者首先提出了“范式”这个概念，强调范式是科学共同体研究科学的共有前提和基础，是一种研究的模式和模糊的“规律”。所谓常规科学，则是科学共同体依这一范式进行研究的过程，包括确定重要信息，完善现有理论等。而反常则易于理解，即是现实观测不满足现有范式的情况。危机则是反常积累到一定程度，问题变得愈发紧迫，影响到现有研究而产生的。最终在危机影响下，多种不同的范式竞相出现，直到科学共同体达成共识，以得到一个不同的新范式，解决危机而告终。这一阶段也就是科学革命。作者认为这一不断循环的过程才是科学发展过程的真面目。另外，作者认为范式之间具有不可通约性，也就是一个科学家不可能同时接受两个不同的范式。而同样根据相似的理由，科学家做科学研究也不可能脱离所有的范式，范式是一切研究的先验基础。

对于科学革命的过程，一个反复出现的经典例子是爱因斯坦的相对论理论。20 世纪刚开始，英国著名物理学家开尔文男爵在英国皇家学会发表了题为“在热和光动力理论上空的十九世纪的乌云”的演讲。他在演讲中说：“物理大厦已经落成，所剩的只是修缮工作。只是，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了。”这里的修缮工作其实也就是库恩所说的常规科学的扫尾工作。但这两朵乌云，其中一朵引出了量子力学，而另外一朵引出了相对论。当时人们普遍认为，牛顿力学完美的解决了物体的运动问题，麦克斯韦的电磁理论则统一了电磁现象。但光速不变对以太漂移说所产生的反常，产生了危机，直到爱因斯坦提出狭义相对论解决这一危机，将范式从牛顿力学转换至相对论。

这一范式理论很好地诠释了大部分自然科学的发展历程，包括物理学、化学、天文学等，但科学不完全只有自然科学。科学共分为三大类——自然科学，社会科学，形式科学。范式理论依赖观测与实验，需要客观世界的反映来出现反常与危机。这有些类似黑格尔口中的“科学”，需要不断否定自身，才能实现进步。对于社会科学，似乎大多数都并不存在一个科学共同体所一致认同的范式，这在书中甚至算作“前范式时期”；对于形式科学，比如数学与计算机科学，就更无法谈“观测或实验与范式预测不符”了。但在目前形式科学与社会科学在世界舞台中逐渐开始扮演重要角色的趋势下，仅仅对于自然科学的诠释就显得有些局限了。不想过多浪费文字在书中的观点上，下面我将就这另外两类科学提出一些自己的思考与看法。

首先我们着眼于社会科学。对于经济学，人们似乎能够达成一个共识。在微观经济学与宏观经济学两个大类下，全世界的经济学家的理论都趋于同一个范式。即使对于部分具体问题的看法可能不尽相同，但几乎不存在基础大前提的矛盾，也没有书中所提到的“不可通约性”。在这样的背景下，我们不禁会问：这样的范式是如何形成的？是何种力量导致了他们观点的统一？而这样的学科又是如何发展的？我在这里尝试给出一个比较浅显的回答。我认为在社会科学中，类似自然科学中的“观测”和“实验”是仍然存在的。但这种观测或是实验给出的答案并不明晰，是十分模糊而不确定的。在经济学中，人们可以通过观察货币流通，市场价格波动，生产资料规律等等因素，结合统计学、数学建模归纳总结出若干结论。不同于物理世界中实验结果的可重复性和精密仪器给出的小数点后高达 6 位的精确数值，经济学中的结论大多是定性的。这导致对于足够复杂问题的看法，在经济学家眼中，若干定性结论的结合得到的结论就可能大相径庭。因此，经济学家对于简单的经济问题总有相同的观点——这并不是“不可通约性”中的格式塔转换，但对于复杂问题，如经典的经济问题——如何控制政府对市场的调节力度——则在不同国家中有显著差异。这导致在全世界的经济学家类似一棵分叉的树，同根，但又各不相同。而这个根的发展同样类似于科学革命，但并不明显。我们可以毫不犹豫的说，现代的经济学比 17 世纪时的经济学有长足的进步，而且显然也并不是理论的不断堆砌——这一点甚至相对于自然科学更加明显。这样的科学革命也源于反常——无论是市场的反常现象或是生产方式的改变。这些同样适用于政治学等社会科学。因此我认为范式理论并不是不能解释社会科学的发展，只是可能需要做一些调整。但这也可能将会跟随着一些更有趣的结论，不过由于理解有限，很难在此给出进一步的猜测了。

其次是形式科学。拿其中最典型的数学来讲，“观测”与“实验”彻底不再存在，所拥有的只不过是公理化的系统与几乎纯逻辑的推导。但经过了长时间的思考，我认为范式并不再没有变革，也并非不存在科学革命。从书中的定义来看，数学历史上的三次危机就可以算是科学革命。第一次数学危机改变了世界观，把人们从有理数的世界中拉了出来。沿用书中的“不可通约性”，我们不能说从只有有理数到所有实数是一次新东西的堆砌，而是彻底改变了人们看待有理数的方式。希帕索斯被扔进大海的故事也戏剧性地展现了“革命”的残酷。第二次数学危机则改变了人们对“无穷小”的看法，建立完整的极限和实数理念。第三次数学危机提出了全新的集合论功力系统，完善了数理逻辑基础。而哥德尔定理的提出也成为了新的数理逻辑的基石。但对于这三次危机来讲，科学革命过程中的所谓“反常”不再是观察与实验与逻辑系统推论不相符，而是系统本身产生的悖论或是不完备性。虽然似乎现在人们已经认为数学的基石已经近乎完备，但例如选择公理的正确与否仍然存在争议。说不定这将会成为下一次危机的源头。

但这并不意味着数学的发展就遵循书中所述的科学革命的结构，因为数学家们在现在所做的常规科学，与数学的数学基础和数理逻辑究竟是否已经完美无瑕并无太大关联，而是在自己的研究分支中尝试解决那些悬而未决的猜想或定理，即使这些基础也是范式的一部分。在这些基础之上，那些定理似乎真的是一个个不断堆砌上去的。但我认为，范式并不仅仅包含这些定理和结论，还包含人们看待和研究数学对象的方式。在发明椭圆曲线理论之前，数学家们看 $y^2=x^3+ax^2+bx+c$ 就只是一条普通的曲线，或许有对称性质，但在这之后，数学家们就能够联想到椭圆曲线的各种性质，从而利用这些性质去解决各种各样的问题。群论以及伽罗瓦理论的诞生，改变了数学家们对于不同代数对象的认识。甚至可以说每一个不同理论的诞生，都能改变数学家们对一些数学对象的理解和看法，以及他们研究数学问题的方式。这里反常似乎可以类比为一个个悬而未决的问题，每一个反常的解决都可以带来范式的一个小的改变。但这样的改变很难称得上是革命。从研究方式的角度来看，似乎永远也不可能是一个不断堆砌的过程。如果看计算机科学，写代码的人们变换自己的编程语言，研究自然语言处理从语言学处理到使用 transformer 深度学习，都可以是范式的转换。但在形式科学下，这种范式转变是很容易被科学共同体内的其他科学家所接受的，与革命一词则大相径庭。这些种种例子似乎都是在说：范式的转变，或者说是研究方式、使用工具的转变，归根到底都是由于某种实用性，发现何种的研究方式更容易解决问题。所依赖的不再是现实世界中的观察，而是解决学科内问题的有效性。从这样的角度我们可以看到，形式科学更像一个个工具，而自然科学与社会科学则更多的在于预测。因此我认为，自然科学与社会科学中，像书中所述，科学革命多是世界观的改变，而形式科学中的范式转变更多影响的是方法论。

范式理论告诉了我们自然科学发展的真实图景，上述对于社会科学和形式科学发展模式的思考也不乏趣味性。当我们看到科学以外的事物发展时，会不会产生另一种全新的诠释方式呢？这或许能帮助我们触及到事物更深层次的本质，解构出我们想要的东西。

而范式理论对于科学家们又能起到什么指导作用呢？我认为完全没用。他们该研究常规科学还是研究常规科学（本段不出现在最后提交的作业中）。