科学发展的结构：范式、科学革命和不可通约性

科学的发展是随机的，哪里取得突破，怎么取得突破，什么人做这些突破，完全是无法预料的。但是它有自身的规律。这句话似乎是一句废话，因为任何事物在发展过程中都有它自身的发展规律。比如研究古代宗教、神学、巫术的人会发现，它自身的发展也有某些逻辑和规律，不同民族都是一样的。不同地区的人类，尽管文化、饮食、习惯、政治、经济、宗教完全不同，但是其发展过程，也存在一些相似的地方。我们可可以称呼它们为规律。所以，关键是要去发掘它们，并用于预测未来。

从事科学研究的人都很清楚，任何一门科学，都有解决这套问题的基本理论和方法，无论它们是否足够成熟。像数学和物理，它的方法和理论框架就很成熟，但是化学、生物、医学、地理等，就稍微差一些。但是基本的方法还是存在的。也许这个方法，可以称为范式（Paradigm）。根据百度上的定义，范式从本质上讲是一种理论体系、或者理论框架，该体系框架之内的理论、法则、定律都被人们普遍接受的 --- 但是不一定正确。库恩指出：“按既定的用法，范式就是一种公认的模型或模式。” 因此，范式也是一个学科成熟的标记 --- 这个说法要非常小心，因为很难鉴定一个学科是否成熟，这是因为一个学科总是在不断拓展，不断延伸的，所以这个所谓成熟，不是一个很好定义的东西。

自然科学的发展，是一点一滴进步的；但是我们会看到，在很长一段时间内，科学可能进步非常缓慢，没有原理上的突破；但是忽然间，就像冰融化一样，哗啦间就取得了重要突破，并很快将以前所有的难题一扫而光。这个时候我们看到从缓慢线性积累到迅速发展的转变。前者为积累阶段，后者为革命阶段 --- 如果这个重要的进步后来被普遍接收，成为研究这一类问题的基本方法的话。在马克思的哲学中，可以称呼它为量变到质变的过程。

范式是不可通约的。不可通约性（incommensurability）是一个哲学概念，用于描述不同理论体系之间因根本性差异而无法完全沟通或比较，所以不同的理论，本质上是不能共存的；或者只有一个理论是正确的。所以，它体现的两个理论没有“没有共同的度量”。如果这样，那么前后两个不同的范式就不可能连续地过渡，即其发展是非连续的，是剧变的，是革命的。这个概念最早可以追溯到欧几里得《几何原本》中的不同量之间的度量上。后来被库恩和费耶阿本德引入科学史和科学社会学中。综合这些，就可以看到科学发展过程中存在的一些基本特点：范式、科学革命和不可通约性。科学革命实现的不同科学范式（或者常规科学）之间的转变，而且是革命性的变化，因为两个理论是不可通约的。当我们要判断一个事情是否属于科学革命，其标准是什么？拿就是不可通约性。如果可通约性，则不是科学革命。它表现形式是不同范式之间的过渡和转换。由此可见，这三者之间有密切的关系。

三次科学革命 【来自百度】

第一次：发生于16～17世纪，以哥白尼的“日心说”为代表，初步形成了与中世纪神学与经验哲学完全不同的新兴科学体系，标志着近代科学的诞生。后经开普勒、伽利略，特别是牛顿为代表的一大批科学家的推动，建立了近代自然科学体系。

第二次：发生于19世纪，以化学、物理学、生物学的重大理论突破为内容。有能量守恒与转化定律、细胞学说和进化论等成就，这三项重大成就被称为19世纪自然科学的三大发现，形成了整个物理学、生物学、心理学等实验科学体系。

第三次：是19世纪末到20世纪初，X射线、电子、天然放射性、DNA双螺旋结构等的发现，使人类对物质结构的认识由宏观领域进入微观领域。相对论和量子力学的建立使物理学理论和整个自然科学体系以及自然观、世界观都发生了重大变革，有机化学、分子生物学与基因工程、生物技术、微电子与通讯技术飞速发展，标志着科学发展进入了现代时期。

中国古代为什么没有科学？

杨振宁1995年在中国科大做报告，提到中国没有进步的根本原因。他总结了一些重要的原因。他说的中国关键落后的250年，应该是从第一次工业革命开始计算起。今天中国要做的事情，就是要弥补这250年带来的后患。杨提到，很多人研究中国的落后，道理很多，第一点是没有独立的中产阶级；第二点是传统思想里面没有西方的Natural Philosophy（自然科学，它不是近代科学，但是和近代科学有很多相似之处）；第三点是中国用科举制度来选人，其后果不讨论，但是它封锁了中国思想近千年；第四点是中国没有产生像欧几里得所代表的逻辑思考的传统，只重视实用性。

这个观点和爱因斯坦的观点非常类似，但是侧重点不同，相比之下，爱因斯坦的更加简练和抓住要害，但是杨振宁显然对中国古代导致不产生科学更有体会和认识。1953年，爱因斯坦在回复一封关于“中国历史上存不存在科学”的问题时，他说：西方科学的发展是以两个伟大成就为基础的，这两个伟大成就分别是：希腊哲学家发明的形式逻辑体系（在欧几里得几何中），以及（在文艺复兴时期）发现通过系统的实验可能找出因果联系。而在我看来，中国的贤哲并没有走上这两步，那是用不着惊奇的。

什么是科学，以及其真理性

科学是真理吗？这个结论涉及到什么是真理，这当然是一个难以回答的问题，因为它往往和所谓绝对真理、神、甚至信仰等有关联，但是这不是我们希望的真理。我们认为的真理，是指符合客观自然的一些知识。依照马克思主义的真理观，真理是客观事物及其规律在人的意识中的正确反映。如果按照这个标准来看，科学显然有真理性，它的部分知识是经得起实践检验的，尽管它们不是绝对正确的；但是是相对正确的，即在一定条件是正确的。因此，我们认为，科学知识有真理性；但是没有绝对真理性。科学，是经验科学，是实验科学，任何知识都不可能做到绝对正确。

科学研究中，我们不太讨论什么是真理，真理的名词和属性等，而是强调实践的重要性。我们也不讨论与之相关的哲学命题，比如真理是主观的还是客观的，是一元的还是多元的，是绝对的还是相对的，以及是唯心的还是唯物的。这些留给哲学家做思辨，我们讨论的科学知识，首先它应该能解决具体的科学问题，或者具备这个潜力。因此，在科学中，“实践是检验真理的唯一标准”，再正确不过。因此，希望大家不要把科学等同于真理，然后再批评科学，科学有真理性，但它是经验科学，只在有限范围内有效，科学不是真理。

科学技术沙文主义

这是现在不少人批判或者反思科学与技术时常常听到的名词，沙文主义。沙文主义（Chauvinism）这个词起源于19世纪法国士兵尼古拉·沙文（Nicolas Chauvin），他因为极端崇拜拿破仑的扩张政策而成为了极端民族主义的象征。所以，这个词一般表示极端的，侵略性的民族主义，后来衍生到其它领域。比如，费耶阿本德就有很多批判科学沙文主义的论述，他的思想被科学史家继承和发展。科学沙文主义包括两个层面的意思，第一、科学共同体在知识上具有不可质疑的权威性，科学共同体的知识决定是绝对可信赖的。第二、科学是一种特殊的意识形态，科学是最为正确乃至唯一正确的知识形态，科学是衡量各种文化传统的唯一标准。

这当然是某种形式的诬蔑，因为技术所有科学家和工程师都知道自己的研究的局限性以及经验性。但是我们的社会似乎有这样的倾向，即只要是科学家说的，就是真的，具有一定的权威性。对于老百姓来说，这当然是有道理的，因为与这些科学家相对的可能是一些完全缺乏经验的，胡说八道的人。当然，这也体现了网络或者舆论的确存的从众心理。但是，要不要对科学和技术做批判？我觉得可以思考科学和技术的危害，但是不要为了批判而批判，尤其是不要为了批判，而给科学或者技术安装上一些莫须有的罪名，比如上面的几个名词，“权威性”，“绝对”，“最为正确”，“唯一正确”，“唯一标准”等。这些罪名科学和技术是不承认的。

力学发展历史

关于早期人类的讨论

人类起源于非洲，后来在10万年前开始扩散到地球的其它地方。这些人为了适应恶劣的环境，艰苦地生存着。他们需要发明语言、文字，以便于交流；需要驯服动物和植物，需要发明工具，需要认识世界的基本规律，这样才能生存下来。所以，无论我们今天有还是没有相关记载，早期的人类肯定在这场与自然的拼斗中积累了相当多的经验。比如他们知道如何使用火，如何治疗一些简单的疾病，如何制造和使用工具，如何使用轮子、船和杠杆等以节省力气等。所以，无论这些重要的经验是否以文字的方式流传下来，它们必然存在。

力学发展过程中，为什么浮力、杠杆最早发现？而力学、电磁学、热学要慢得多？

我们注意到，关于物理学定律，最早是杠杆和浮力，后来才是牛顿力学、热力学、光学和电磁学等。尽管力和运动的关系、自由落体、热等更接近日常生活。背后的原因是，杠杆定律最容易被实验检验。在古希腊，由于存在几何和比例，以及《几何原本》，杠杆的规律可以很容易用公理体系建立。相比之下，力学中力和运动的关系，如何定义运动等，尽管看起来很简单，真正要找到背后的原因并不容易。至于后面的热学，就更复杂了，因为我们很难清楚地知道为什么有些东西热，有些凉， 在没有温度计的时候，我们也很难知道热的本质是什么。科学的发展，总是由简单到复杂，逐步进展的。

古代力学发展

首先介绍古代地力学。我们在6000年前的古埃及的壁画中可以见到很多力学方面地知识，包括天平、船、杠杆等。同时期的中国古人也会使用船、杠杆等。显然，它们都是省力工具。古代的人，当然也知道物体会下落，并可能会思考背后的原因，无论有没有相关的记载，或者是说他们的理解是否正确 --- 他们缺乏实验，所以肯定是不正确的。在这些检验中，有一些检验是值得称道和讨论的，即力和运动的关系。比如墨子说，“力，刑【形】之所以奋也。”这里，形表示形状、状态，奋，表示活跃或运动，所以这句话的意思非常接近于力是运动或者状态改变的原因。中国古代的文字，往往只有只言片语，缺乏系统的逻辑和论证过程，所以仅凭借这几个文字很难真的辨析出它的真实意思。在古代，一般来说很难区分力是运动的原因，还是运动状态改变的原因。很久以后，到了伽利略，这些概念才被真的弄明白。

后来，在古希腊时代，力学开始系统化、数学化和功利化。其中最容易弄明白的是杠杆和浮力，而且古希腊的几何中比例的概念，已经足够描述这些物理。