第一部分 方法大辩论

第1章 发掘科学方法

卡尔·波普尔和托马斯·库恩针对科学的运作方式及其贡献提出了截然不同的理论，但他们都认可的观点指明了通往真理的道路

1942年，卡尔·波普尔在新西兰克赖斯特彻奇附近挖掘出一种巨大的已灭绝鸟类——恐鸟的骨头。4年前，希特勒的军队开进了波普尔的家乡维也纳，为躲避战乱，他逃到了南边与南极洲隔海相望的这个地方做哲学讲师。

在勘探超大鸟类遗骸之余，他忙着写一篇谴责极权主义的文章，准备在战争结束时发表。1波普尔认为，20世纪的政治骚乱和人祸表明，任何形式的进步都只有通过有力地运用最高形式的批判性思维才有可能实现，而对于这位移居新西兰的奥地利难民来说，最高形式的批判就是科学探索。他写道，这也许是唯一一项“错误能被系统地批判，并且往往能及时得到纠正”的人类活动。2因此，他在一生中的大部分时间都致力于研究科学的理性基础，并通过他的哲学巨著《科学发现的逻辑》向世界展示了自己的成果。3

这本书中的思想将改变一代又一代物理学家、生物学家、经济学家和哲学家对科学方法的认识。1946年，波普尔从新西兰迁居英国担任高校讲师，之后，他当选为英国皇家学会会士，被女王伊丽莎白二世封为爵士，诺贝尔奖得主生物学家彼得·梅达瓦（Peter Medawar）爵士称他是“有史以来最伟大的科学哲学家”4。

波普尔生于1902年。他12岁那年，奥匈帝国向塞尔维亚宣战，引发了第一次世界大战，他在随之到来的社会与经济灾难中长大。“战时及之后的岁月，”他后来写道，“在各个方面都对我的心智发展起到了决定性的作用。它们让我对公认的观点，尤其是政治观点持一种批判态度。”5他继续写道：

食物短缺、维也纳的饥荒骚乱，以及失控的通货膨胀……摧毁了我成长的世界……战争结束时我已经满16岁了，这场变革激励我去发动一场只属于我自己的革命。1918年年底，我决定离开学校自学……那时几乎没什么吃的；至于衣服，我们大多数人都只能买得起被丢弃的军服……我们一边学习，一边讨论政治问题。

波普尔与共产主义者们并肩作战了几个月，结果在一次导致几名抗议者死亡的暴力示威后，他退出了。他认为，这样的结果是由警察的野蛮行为与示威者有策略的挑衅共同导致的。

不过，他仍然是一个社会主义者，1919年前后，他决心要从事体力劳动。当时他住在一家废弃军队医院的配楼里，靠辅导美国的大学生来养活自己。尝试体力劳动的结果很糟糕：他说自己没力气，挥不动镐头，而且过分沉迷于哲学思想，做不出家具木工需要的直边和方角。他放弃了这些工作，成为一名社会服务人员，照料无人看管的儿童。不久之后，他就把社会主义抛在了脑后，他认为虽然自由和平等都很令人向往，但同时拥有两者是不可能的，而归根结底，“自由比平等更重要”6。

同年，波普尔听了爱因斯坦关于相对论的演讲：“我只记得自己很茫然。我完全理解不了这个东西。”7但他还是被打动了，因为爱因斯坦愿意让自己的理论接受实证检验，虽然这可能会推翻它：

因此在1919年年底，我得出了这样的结论：科学态度就是批判态度，不寻求证实，而是寻求决定性的检验。这些检验虽然永远不可能建立理论，但却可以反驳被检验的理论。

被加粗的那个词形成了波普尔最伟大，也最有影响力的观点。

这个观点源于爱丁堡哲学家大卫·休谟在1739年提出的一个难题，当时正是苏格兰启蒙运动最初的几十年。休谟想象了亚当第一次在伊甸园中醒来时，赤身裸体，孤身一人，而且完全没有被任何知识所影响时的情景。亚当漫步在原始森林中，会有一些初步的发现：火会把人烧伤，果实能给人营养，水会把人淹死。或者更确切地说，他会观察到一些特定的现象：他碰到了某些特定的火，烧伤了自己的手指；他发现某些特定的树上某些特定的果实很有营养；他看到某些特定的动物淹死在某些特定的河里。然后他用自己刚刚拥有的全部智慧总结了一下：最好不要靠近所有的火源，最好吃那种树上的果实来充饥，等等。这种从经验中概括的方法叫作归纳推理法，简称归纳法。

休谟想知道，是什么证明了这种推理的正确性？为什么仅仅由于这场火昨天烧伤了你，你就认为它今天会再次烧伤你呢？休谟并不是让你把手伸进火焰里，他只是想让你解释一下你为什么不愿意这么做。

对于休谟毫无恶意的提问，有一个显而易见的答案：同样的事物通常会有同样的表现——至少大多数事物在大部分时间里是这样的。不管是昨天、明天还是下周，火对肉体的影响都是相似的。因此，在没有其他任何信息的情况下，预测火未来影响的最好方法就是从你已经看到的现象中进行归纳。换句话说，归纳法之所以合理，是因为它借助了事物行为具有规律性或一致性的普遍趋势。休谟想到了这个答案，然后回复说：没错，但又是什么让你相信一致性的呢？为什么你会认为火的影响是不变的呢？为什么你会认为未来的行为通常与过去的行为相似呢？

对于这个问题，也有一个显然的答案。我们之所以认为未来的行为会和过去一样，是因为根据我们的经验，它一直都是这样。由于事物的性质在过去总是不变的，所以我们认为它在未来会继续保持不变，从而证明我们对一致性的判断是正确的。

但休谟意识到，这本身就是一种归纳思维，也就是把过去的情况推广到未来。我们是在用归纳法来证明归纳法。这种循环论证是站不住脚的，相当于花园里的蛇吞下自己的尾巴。

休谟认为，没有别的方法可以证明归纳思维是正确的。他是哲学领域的怀疑论者：他认为所有对我们的持续生存至关重要的推理——比如吃什么，到哪里去找吃的，要躲避什么——都是没有理论证明的。但和许多怀疑论者一样，他也是一个保守派：他建议我们在日常生活中继续运用归纳法，不要去问那些令人尴尬的哲学问题。200年后，英国哲学家伯特兰·罗素在写到休谟时，很不认同这种哲学上的妥协，他写道，如果归纳法无法被证实，“那么理智与疯狂之间就没有什么智力上的差异了”。8我们最终会像那位古希腊的怀疑论者一样，就算已经掉进沟里，也不愿意爬出来，因为据他所知，他未来在泥潭中的生活会和地上的生活没什么两样，甚至有可能更好。或者如罗素所说，我们的处境会和“相信自己是荷包蛋的疯子”没什么两样。

因此，归纳法至今都没有一个被普遍认可的论证。尽管波普尔别无选择，只能接受休谟的推论，但与休谟不同的是，他得出的结论是我们必须完全放弃归纳思维。科学如果要发展成一项理性的事业，就绝不能把过去火的热度足以灼伤人体皮肤这样的事实，当作判断将来火的热度也足以灼伤皮肤的理由。或者换句话说，我们过去曾被火烧伤的事实，无论如何都不能算作证明在未来的时间里，火的热度足以烧伤我们的“证据”。事实上，科学就不应该有任何“证实”的概念。因此，没有证据证明地球绕着太阳转（因为这意味着地球在未来将继续绕太阳转），没有证据证明牛顿的引力理论，也没有证据证明进化论。事实上，任何我们所谓的“理论”都是无法证实的。

这听起来就像是罗素所担忧的那种疯狂的状态。但波普尔并不是荷包蛋。他认为，休谟低估了科学拥有的可以取代归纳思维的强大机制。虽然可能并不存在证实某个理论的证据，但存在证伪某个理论的证据——波普尔回想起了1919年自己被爱因斯坦震撼的场景，爱因斯坦在写到自己的理论所预言的某种现象时说：“如果不存在引力势导致的光谱红移，那么（我的）广义相对论就站不住脚了。”9爱因斯坦认为，我们可以确信，任何做出错误预测的理论都是错误的。换言之，正确的理论总是会做出正确的预测，而错误的预测只会源自错误的理论。我们不需要对事物性质的一致性做任何假设就可以理解这一点。

如果你的理论说彗星将在76年后再次出现，而实际上它并未出现，那么这个理论就是有问题的。如果它说物体的运动速度不可能超过光速，而事实证明某些粒子移动的速度要比光速更快，那么这个理论就是有问题的。事实上，如果你的理论说你是一个荷包蛋，而你发现自己正依靠结实的双腿走在伦敦街头，离附近的早餐店越来越远，那么这个理论就也是错误的。罗素其实没必要担心。这都是直截了当又无可辩驳的道理，和归纳思维不一样。

波普尔认为，这就是推动科学运行的逻辑。科学收集证据的目的并不是验证理论，而是反驳理论，将它们淘汰出局。科学家的工作就是仔细检查所有可能的理论，然后尽可能地排除其中大部分，或者就像波普尔说的那样，去“证伪”它们。

假设你已经积累了大量的证据，抛弃了许多理论。根据波普尔的说法，在剩余的理论中，也很难说某一种理论就比其他任何一种都更有可能是正确的：“科学理论如果没有被证伪，就永远只是……猜测。”10不管一个理论做出了多少正确的预测，它和其他未被证伪的理论的可信程度都应该是一样的。

再强调一下。有人（比如《新牛津美语词典》的编写者）说波普尔曾声称没有理论能被明确证明是对的。但他的观点其实远比这激进得多：他认为在所有尚未被彻底否定的理论中，我们完全没有理由相信某一种而不相信另一种。他都不是说，即使是我们最好的理论也无法得到确切的证明，而是说并不存在所谓“最好的理论”，只有“幸存的理论”，而且所有幸存的理论的地位是相同的。因此，在波普尔看来，收集能证明某种幸存理论胜过其余理论的证据是没有意义的。11

因此，科学家应该致力于反驳尽可能多的观点以减少幸存理论的数量。科学探究本质上是一个反证的过程，科学家就是反驳者、揭露者和破坏者。波普尔的探究逻辑需要科研人员具有杀伐决断。看到一个理论，他们首先想到的必须是理解它，然后消灭它。只有科学家集中精神对每一种推测都痛下杀手，科学才会进步。

科学家既是破坏者，又是创造者：他们要尽可能彻底地探索理论上的可能性，想出尽可能多的理论，这也是很重要的。不过从某种意义上说，他们是为了毁灭才去创造的：每一项新的理论发明都会遇到一系列的实验，而设计这些实验的唯一目的就是保证新的理论能尽快被消灭。没有理论会得到偏爱。科学家对自己提出的和他人提出的理论必须采取同样的态度，要竭尽全力证明自己对科学的贡献没有任何事实依据。他们是吞食自己智慧结晶的怪物。

这是大屠杀，是对假说的大规模清理。然而，经历过两次世界大战的波普尔却认为，这对人类的进步至关重要：

让我们的猜想……替我们去死吧！或许我们还是要学习如何消灭理论，而不是自相残杀。12

既要做探索新理论可能性的创新者，也要做无论在哪里都能无情揭露谎言的批评者，这就是波普尔派的理想。科学家不仅是依靠经验的战士，也是有直觉力的艺术家，同时具备独创性、对新思想的开放性以及智性上认为一切都值得怀疑的诚实。

坚韧而温柔，眼神犀利又胸怀宽广，充满热情与勇气，富有想象力——谁不想要这么一幅自画像呢？科学家们被波普尔的观点迷得神魂颠倒。宇宙学家赫尔曼·邦迪（Hermann Bondi）曾说：“科学不外乎就是方法，而科学方法不外乎就是波普尔所说的那些。”13这宣告了波普尔是方法大辩论无可争议的获胜者。著名的神经学家约翰·埃克尔斯（John Eccles）写道：“我从波普尔那里了解到了科学研究的本质，那就是如何经过思考创造性地建立假说，然后以最严格的标准去考验它们。”14

波普尔的观点不仅在哲学界备受推崇，在实践中也是如此，尤其是在战后波普尔所定居的英国。1954年，为了打压神经内分泌学家杰弗里·哈里斯（Geoffrey Harris）的研究成果，解剖学家索利·朱克曼（Solly Zuckerman）宣称，科学假说“一旦被证明与它要解释的任何一项事实相悖，就是失败的”，然后到处向人展示一只雪貂的大脑，认为这样就能毁掉哈里斯的事业。15

许多科学家和科学爱好者对波普尔在科学理念方面的贡献很熟悉。然而，我常常好奇，他们是否认识到了这个理念核心关于科学逻辑的观点有多奇怪：这个观点认为再多的证据也无法让你对一种理论的相信程度超过它首次被提出、完全没有经过检验的时候；这个观点认为归纳法就是一个谎言；这个观点认为你没有任何理由认为未来会和过去相似，认为万物会按照同样的方式继续运转下去，而不会自发地改变。

然而，几乎其他所有的科学哲学家都看到了归纳法有其用武之地。有人认为休谟的问题一定有解决方法，也就是存在某种哲学论证，可以表明我们有足够理由相信事物在某些方面存在一致性，只不过我们可能需要等待更聪明的思想家来解开休谟的问题。还有人，比如休谟自己，认为尽管这个问题没有解决办法，但无论是在科学领域还是日常生活中，我们都得继续运用归纳思维。所有人都认为归纳法对于人类的生存至关重要。是什么让波普尔变得与众不同呢？

也许我们能从汉斯·赖兴巴赫（Hans Reichenbach）的故事中找到一些线索，赖兴巴赫是20世纪30年代初在柏林工作的一位哲学教授。和波普尔一样，赖兴巴赫后来逃离了被极权主义吞噬的祖国，前往英语国家避难。直到1933年，赖兴巴赫才开始思考休谟对于未来可能会和过去不一样的担忧。那一年，纳粹烧毁了德国国会大厦，控制了柏林大学，并驱逐了校内包括赖兴巴赫在内的众多犹太裔教授和工作人员。据传，赖兴巴赫曾说过：“就在那一刻，我终于理解了归纳法的问题。”16

*

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。17]

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”。1820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。19

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。20

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。

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。21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66 600英里）。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。”22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。23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”。24

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。”25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。26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。27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”28。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。29

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。30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。

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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。我们很容易理解波普尔式的科学家特有的那种学术气质（天马行空的幻想者、不留情面的反驳者）是如何保持知识机器非凡的生产效率的。但库恩式的科学家是怎么做到的呢？无法思考甚至理解新思想的他们怎么可能会有所发现呢？

科学既无聊乏味，又令人沮丧。或者说至少在99%的时间里是这样的。科普读物的读者们看到的是剩余的1%：有趣的现象、引发争议的理论、让人印象深刻的实验反驳或验证。然而所有科学家都知道，在这些成就的背后，是实验室里长年累月的乏味工作。科学走向成功的最大障碍就是很难说服杰出的人才放弃不断推测和争论带来的智力乐趣，不再建立理论和据理力争，转而投身于几乎完全由实验数据构成的生活。

许多重要的科学研究都要求实践者有一定程度的专一性，这是相当不人道的。在整个20世纪60年代，内分泌学家罗杰·吉耶曼（Roger Guillemin）和安德鲁·沙利（Andrew Schally）都争相想成为发现促甲状腺激素释放激素（TRH）结构的第一人。下丘脑是大脑底部一个很小但很重要的结构，它会利用TRH来触发一系列的信号，控制从日常新陈代谢到早期大脑发育的各个过程。尽管我们尚不清楚TRH的全部意义，但从美军2012年委托开展的一项有关TRH能否被制成鼻喷雾剂以抑制自杀冲动的研究中，我们还是可以看出TRH的重要性与威力。

吉耶曼和沙利最后不分胜负，因发现TRH的分子组成而共同获得了1977年诺贝尔生理学或医学奖。31这与其说是一场比赛，倒不如说是一次艰苦卓绝的跋涉。他们必须从绵羊或猪的身上获得成吨的脑组织，把它们捣碎并处理后，才能获得1毫克的TRH用于分析。不少竞争者都退出了比赛，因为他们无法忍受“大量繁重、枯燥、成本高昂的重复性工作”32。沙利后来解释说：

之前没有人需要处理数百万个下丘脑……关键因素不是钱，而是意志……每周工作60个小时，要足足花一年的时间才能得到100万份样品。33

不过，与斯坦福大学的引力探测器B实验相比，研究TRH耗费的时间只不过是短短的一瞬，引力探测器B项目计划将一颗卫星送入环绕地球的轨道，以验证爱因斯坦广义相对论所预测的“测地线效应”与“惯性系拖曳效应”。该项目于1964年启动，并在2008年向美国国家航空航天局提交了最终报告，其间克服了严重的挫折和技术问题，还研制出了有史以来手工打造的最完美的球形物体作为其陀螺仪的组成部分（图1-2）。项目负责人弗朗西斯·埃弗里特（Francis Everitt）为此坚持了40多年，在签署最终报告时，他已经74岁了。

在另一项长达40年的研究中，演化生物学家彼得·格兰特（Peter Grant）与罗斯玛丽·格兰特（Rosemary Grant）夫妇从1973年起，每到夏天就会前往加拉帕戈斯的大达夫尼岛观察、诱捕、计数并测量雀鸟，目的是展示“活生生的演化过程”，即雀鸟经过数代的繁衍，其体形和喙的大小受干旱、洪水和其他环境变化的影响而变化的过程（图1-3）。341981年，他们开始追踪一种比任何已知品种的体形都大，而且鸣叫声与众不同的雀鸟。31年后，他们已经跟踪研究了这种雀鸟的6代后代，足够的数据表明，他们见证了一个新物种的起源与形成。

经济学或医学领域的纵向研究同样需要进行几十年的数据采集：达尼丁多学科健康与发展研究中心从20世纪70年代初开始就一直在跟踪研究1 000名新西兰人，这个项目将持续到21世纪20年代。

如果通过实验得到的数据一定能带来重大的理论启示，那么这样艰苦卓绝的付出或许还值得支持。但正如库恩所说，实验探究的相关性往往取决于范式的正确性：如果使用的方法在概念或者真实性上有问题，那么结果也就不值一提了。

要探测惯性系拖曳效应，引力探测器B装置的陀螺仪需要探测出每年约十万分之一度的旋转，以这个速度，陀螺仪转子转一整圈将需要3 600万年。只有给定一大堆具体的物理假设，这种微小的运动才可能具有科学意义。如果这些假设中有任何一个是错误的，那么这台探测器极其精确，成本也极其高昂的测量结果将一文不值。

到达尼丁中心在新西兰的研究结束时，我们也将从其他来源了解到更多有关人类健康的信息。这样一来，如果关于一些之前未知的重要变量的信息在无意间被忽略，或者一些被认为很重要的变量其实并不重要，这个项目就会被笼罩在阴影之下。历史上的第一次纵向研究就出现了这样的情况，刘易斯·特曼（Lewis Terman）长达数十年之久的“天才的遗传研究”认为智商与天才紧密相关35，但几十年后，这种关联性被证明并不存在。认真统计雀鸟数量的格兰特夫妇有可能并未发现任何特别有趣的种群变化模式，更别提什么新物种了。如果是那种情况，那他们辛勤的劳动和付出都将毫无意义。

规模较小的科学研究也是如此。在一个典型的物理实验中，光是让仪器正常运转可能就要花几年的时间；在认知心理学或者生命科学领域，可能要用几年的时间来进行初步研究并预演实验设计，以寻找能够带来重大成果的研究方向。

地球化学家和生物学家霍普·洁伦（Hope Jahren）讲述了一年夏天她在科罗拉多州跟踪研究一片朴树开花情况的经历。36她的目标是确定温度和水的化学组成对朴树果实成分的影响，这也是她在伯克利的博士研究的一部分。然而，那些树始终没有开花，也就没有果实。洁伦的一个夏天就这样白白浪费了。她问一个不太热情的当地人为什么这些树没开花。答案是什么呢？“它们就是有时不开花。”于是她开车回了加利福尼亚州。

即使机器运转平稳、统计数据丰富，其结果也总是会涉及某些深奥的问题，比如植物种皮的结构、对人为的视觉刺激做出反应所需的时间、由交叉光束产生的明暗相间的条纹等，这些问题的价值完全取决于它们在更大的理论框架中所产生的意义。那么，要是框架错了呢？那多年的研究、多年的生命，都被浪费在了仔细研究无关紧要的琐事上。

因此，科学有一个动力从何而来的问题。这不是鼓励学生成为科学家那么简单：他们会从事科研的原因有很多，尤其是发现带来的兴奋感。这也不是如何鼓励科学家每天到实验室去（当然他们会因此得到报酬）或者在实验室里观察、测量和做实验的问题，因为这些是他们基本工作职责的一部分。这是一个如何激励科研工作者付出长期超高强度的投入的问题，为了完成最有价值的科学研究，必须要进行实证检验。

如何说服科学家坚持不懈地进行一项实验，直到最后获得一个可以测量但有可能毫无意义的数字呢？麻省理工学院的物理学家塞思·劳埃德（Seth Lloyd）说：“你必须相信自己现在研究的任何东西都能带给你工作所需要的能量与热情。”37或者正如安德鲁·沙利在谈到对TRH和其他分子结构的研究时所写的那样：

只有像我这样坚定地相信这些物质一定存在的人，才会有耐心去完成分离程序中各种烦琐的步骤。38

这就是库恩理论对动力问题的回答：要使科学家有动力持续研究，就要塑造科学家的思想，让他们看不到自己的研究可能是基于一个错误假设。如果范式的正确性完全得到认同，那么长期而艰苦的经验性研究的价值也就毋庸置疑。收窄科学家视野的目的是鼓励他们更加努力地工作，更深入地挖掘，前进到更远的地方，远过他们能准确地看到自己的目的地、准确地感知自己研究项目的意义的情况所能抵达的地方。

归根结底，正是因为科学家坚信范式会确保他们的研究不会徒劳无功，他们才有足够的把握将范式运用到极致，也就是进行详细而精确的实验，揭露范式的不足，引发科学危机，从而为革命创造先决条件。这就是库恩的奇特悖论：范式之所以能改变，恰恰是因为在其中工作的科学家无法想象它会改变。正是他们对范式成功的确信，招致了范式的毁灭。

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尽管波普尔和库恩在很多方面都不一样，但在一些特别重要的事情上，他们的观点都是正确的。

首先，他们都认为，科学的特别之处，也就是科学思想与先前的哲学思想的区别，与其说是产生新理论的能力，倒不如说是清除旧理论，将它们从人类的可行选项列表中永久删除的能力。这一点是正确的。在这两位哲学家看来，科学的成功就在于不懈寻找理论与证据之间最细微的差异，并无情利用之。

其次，波普尔和库恩都认为要解释科学的重要力量，不仅要解释其特有的逻辑工具，解释科研工作者的动力从何而来也同等重要，这一点也是正确的。虽然前者的逻辑工具会告诉你如何处理证据，但如果你没有正确的数据类型和足够多的数据，也是无济于事。在大多数情况下，要得到这样的数据，需要对没什么内在趣味的细节保持强烈而持久的关注。因此，科学研究需要某些东西去引导思考者将自己的生命奉献给一项平日里单调而且很消极的事业，同时阻止他们选择有吸引力的替代方案，也就是抓住一切机会创造新思想和新思维方式的哲学策略。

波普尔在所有优秀科学家共有的驳斥他人的强烈欲望中找到了动力。库恩的激励因素则更加微妙，还有点儿阴暗。库恩式的科学家个体根本没有批判性：他们接受主流范式，基本上没有相反的看法。但他们在积极地榨尽这种范式的最后一点点预测力的过程中，也把它推向了毁灭。

在波普尔和库恩看来，科学之所以能在经验的基础上恒久运行，就是因为科学家一丝不苟地坚持使用一种方法。对于波普尔来说，方法是通用的，而且永远是固定的，证伪就是科学方法。对库恩来说，方法是由范式规定的，因此每当科学革命者采用一种新的研究策略时，方法就会改变。库恩理论的优点在于，只要这种方法在解决问题能力，特别是预测能力方面有改善，那它是什么其实并不重要。即使方法本身发生了改变，但科学离不开方法并且受范式支配的事实也会赋予它证伪的能力。因此，库恩和波普尔一样，在我看来也是“方法论信徒”：他认为科学家在进行理论研究时，忠实地遵循既定的方法是很重要的。

方法之所以重要，是因为它会暴露出预测能力上的缺陷，同时也因为它给了科学家加紧推进实验的信心。波普尔式的科学家知道，由于证伪的逻辑不容置疑，所以他们的同行会和他们一样重视自己的实验工作。库恩式的科学家也有同样的期望，因为他们知道同行也认可主流范式内固有的一套规则。所以规则讲得通是不够的，它们必须得到广泛的认同。在这个问题上，我也认为波普尔和库恩都是正确的。39

本书将基于这些见解，基于波普尔和库恩对方法大辩论所做的贡献，对科学的成功给出自己的解释。但我必须先解释一下为什么现代的科学理论家几乎都不接受这两位思想家的观点。

波普尔和库恩的理论不仅仅是哲学性的，他们针对科学的实际组织过程及其随时间变化的方式也提出了主张。因此，要评估他们的理论，就应该求助于这些领域的专家，也就是科学社会学家和科学史学家。

当代科学是否显示出库恩所描述的范式结构，即单一意识形态与方法论指导着所有科学家在任何特定领域内工作的情形呢？问问社会学家就知道了。在科学革命中，是否破天荒地突然出现过一种由范式主导的群体思维呢？问问历史学家就知道了。科学家是像库恩的理论所暗示的那样努力维持现状，还是像波普尔所说的那样努力推翻现状呢？要是想知道当代科学家的情况，就去问社会学家；要是想了解很久以前的科学家的情况，就去问历史学家。

在过去的几十年里，这些问题的答案已经有了，而且基本上都是否定的。你会看到，几乎没有证据表明冷静的波普尔式批判精神存在，也没有证据表明大家普遍遵从某种范式。事实上，科学家在思考理论与数据之间的联系时，似乎根本没有遵循任何规则。