［说明]本文是美国科学哲学家George F. Kneller所著《科学——人类的探求》（Science-The Human Endeavor，New York，1978）一书中的一章。这本书生动而通俗地介绍了科学的一般特征和一般发展规律，是一本富有特色的“科学概论”。本章则深入浅出地描述了本世纪从逻辑实证主义到波普尔、库恩的现代科学哲学发展概貌，包括作者自己对各个学派的评论，读之颇富情趣。这对我们研究辩证唯物主义的科学观和科学方法论，可能有所启迪。
科学的合理性
科学合理性的实质是什么呢？大多数科学哲学家都同意，科学的总目标是增加我们的经验储备，也就是说，提出可以比从前预测更多事实的理论。但他们对于怎样达到这个目标，则意见不一。有人偏爱从逻辑上继承以前的理论。有人争论说，科学家应发明大胆的、思辨的理论，再进行无情的检验。有人争辩说，科学家应当搞清楚单个理论的含义并揭示它所能预测的全部事实。还有人提倡在不同“研究纲领”之间展开竞争，看看哪种纲领能预测的事实最多。还有些人怂恿科学家尽可能提出并检验更多的理论，特别是与已有理论相冲突的理论。另外一些哲学家同我一样，仍然否认经验的增长是科学的全部目的。他们争论说，科学所要寻求的理论不仅要在经验上更成功，还要把自然秩序表现得更简单、更有条理、更合乎美学。
在讨论这些观点之前我必须强调，科学家不仅要关心科学发现，还要关心科学以外的各种因素，像哲学理论、宗教教义、公众舆论、政府决策以及研究资金的利用等等。这些因素并不一定助长非理性行为。例如，牛顿论证空间是空的，因而上帝才能充实其中，这时他并不是非理性，因为在一个宗教社会中科学的目的就是用自然界论证上帝存在。另一方面，即使行动完全出于科学的考虑，科学家也可能非理性。英国物理学家拒不接受法拉第电磁场概念，就是被牛顿主义禁锢了头脑。由于他们漠不关心，使法拉第体力衰竭，早年死去，物理学的进展被耽搁了一代。
休谟论归纳法
目前对科学变革的讨论，开始于对逻辑经验主义哲学的反动。因此，让我们先看看逻辑经验主义者所力求解决的归纳法问题。这是这样一个问题：我们有什么根据可以从特殊事例推论到一般陈述呢？科学定律的形式是“所有的A都是B”，例如“所有铜块都随热而膨胀。”这一定律之所以得到公认，或者因为许多人都看到A是B，却没有一个人看到过A不是B；或者因为这一定律是从其他按同一方式建立的定律中推导出来的。这样，这一定律最早是根据所有铜块受热都膨胀的事实而提出，后来又得到了论证。根据所观察的大量特殊事例而作出或证明一种没有局限性的一般陈述，这种逻辑演算就叫做“归纳法”。
但是，休谟却雄辩地表明，不管多少观察陈述也不能从逻辑上得出一般陈述。他的理由是简单的，却是毁灭性的：如果说“所有观察到的A都是B，但有些未观察到的A不是B”，那就永远不会有矛盾了。的确，我们不可能推论出下一次观察一个A也一定是B，在逻辑上它永远都可能不是B。虽然太阳从世界开始以来每天都升起，但明天不一定升起。不可能用过去大多数归纳都是这样，以证明归纳法司靠，人们可以毫无矛盾地说，下一次归纳可能并不是这样。但一切科学定律和理论都以为，未来将同于过去，迄今所观察到的今后也将观察到，这是理所当然的。这样，自然界有规则地假定了归纳法的有效性。于是，休谟得出结论：归纳法既然可能无效，科学也可能无效。科学定律和理论并没有理性的保证，任何时候都可能被下一个事例所推翻。
逻辑经验主义
逻辑经验主义是20世纪20年代的逻辑实证主义后继者。他们这样来回答休谟：我们不能确证某—科学定律或理论为真，但我们可计算它的几率。这就要算出以下两方面之间的比例：（a）从理论中所导出并得到证实的预测数量，（b）可能从理论中所导出的预测总数。如果这比例足够大，就可以认为这理论已得到充分确证。有些逻辑经验主义者如卡尔纳普，提出了计算这一比例以及给一种理论以几率度的逻辑原理。于是，对于逻辑经验主义来说，归纳科学是理性的，因为它至少在原则上可以告诉科学家：他的理论有多少可能为真，从而他可以信赖这种理论到什么程度。
但是，随着材料的积累，新理论会比已有理论更加符合于证据。那么，我们是以新理论代替旧理论呢，还是全都加以保留？逻辑经验主义者说：全都保留。19世纪的大部分作者坚持，科学主要是通过给旧定律增加新定律和观察记录而变革。逻辑经验主义者则认为，科学的增长是把已有定律和理论从逻辑上成为更全面的新理论，这当然是合乎理性地增长。这是“还原”过程，即把旧的“已还原”理论看成是新理论的“特殊”或“局部”情况。例如，牛顿的力学和引力理论解释了各种现有的运动定律，如伽利略关于接近地球表面的自由落体定律以及开卜勒的行星运行定律。这些定律描述了当时认为各不相同的、个别有限区域（地面和天空）的物质运动，而牛顿理论则描述了整个空间中的运动。后来，牛顿运动定律又被还原为爱因斯坦狭义相对论，引力理论则还原为广义相对论。同样，根据逻辑经验主义观点，热力学被还原为统计力学，而许多化学定律则由量子力学得到解释。今天正在试图把经典遗传学还原为分子生物学。
正如逻辑经验主义者所看到，提出新的科学理论一般是为了解释旧理论，也即表明旧理论只适用于一个有限的现象领域，它合乎逻辑地包含于更全面的理论之中。所谓革命理论，像相对论和量子力学，并没有驳倒并取代已有理论，而只是给以限制。
对逻辑经验主义的批评
逻辑经验主义的这些观点遭到严厉的反对，以至于在科学哲学家中间丧失了大多数支持者。首先，逻辑经验主义者主张科学本质上是理性的，但他们多数人又不得不承认他们的几率理论和证实理论一般并不妥当。例如卡尔纳普承认，他的归纳逻辑未能解释科学史中的任何重大事件，他也看到，没有一种普遍科学理论已可根据他的计算得以确证。如果我们不能说我们的理论有多大的几率，那就说不出下一个事例驳倒这一理论的可能性。这样，依赖于休谟的逻辑经验主义便崩溃了。
而且，如我们所已知，逻辑经验主义如还难以辩解，由于术语意义的变迁一种理论不大可能还原成另一种理论。我不否认有的句子类似于先驱理论中的某些句子，通常都不能够从后继理论的前提中推演出来。但不能从逻辑上全部还原为先驱理论。如费耶杰德所指出，如果我们要求出每一种后继理论都作为特例而包括先驱理论，我们就不得不放弃任何与现行理论逻辑上不一致的新理论了。什么样的理性也不能使我们否认爱因斯坦相对论比牛顿理论能预见更多的事实，但如果因为它同以前公认的理论有矛盾而否证这一理论，我们能说这合乎理性吗？
逻辑经验主义对科学知识结构比对知识变革过程兴趣更大。他们并不关心理论是怎样扩展、怎样受到批判的，他们谁也不注意理论发明的过程。他们认为理论是天才、直觉或机遇创造的，不是理性思维创造的。理论是激发出来的猜测，不能由理性产生，只能用理性检验。但是他们又认为这不过是一个教条，无需自寻烦恼去加以证实。因此，逻辑经验主义受到所有关心科学变革的哲学家的广泛抨击。
卡尔· 波普尔
对逻辑经验主义的第一次攻击，来自卡尔· 波普尔。他虽然一度是逻辑实证主义维也纳小组的一个成员，他却认为逻辑经验主义者对归纳问题什么也没有解决。不管一种理论看来多么可几，仍然可以找到证据把它驳倒。（不管找到多少A是B，我们也不能肯定其他的A就不是B。）我们不能证实一种理论，但也许我们可以证明它为伪。无论多少A是B的观察陈述，逻辑上也不能得出“所有的A都是B”的概括。只要有“一个A是C”的单称观察陈述，就可以得出“并不是所有的A都是B”的陈述。由此司知，虽然永远不能最终证明一种理论，但可以把它最终证伪。因此，科学作为一种理论的事业，目的就是要发明一些可证伪的理论，并力求驳倒这些理论而检验之。
所以，在波普尔看来，科学的进步通过这样的步骤：提出大胆的理论（“猜想”）、尽一切可能加以证伪（“反驳”）、暂时接受在这一过程中幸存的理论。用他自己的话来说：“理性的方法不外乎是试探和错误——猜想和反驳，大胆提出理论，尽我们的一切可能表明它们都错了，如果我们的批判未获成功，就暂时接受它们。”波普尔称赞牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦的可证伪理论，称赞迈克尔逊和莫雷检验以太假说、爱丁顿检验广义相对论的“判决性”实验。这些实验是判决性的，因为它们确证了一种假说，而否证了其他的假说。波普尔最后得出结论：科学一旦维护自己的理论，就要停滞不前。
让我们更仔细地看看波普尔关于猜想、反驳和暂时接受的三重奏。波普尔说，一种理论解释得越多，它就越容易遭到证伪，因为它作了更多的可能遭到否证的预言。从这一方面说，高度可证伪理论在受到检验之前，也是“高度不可几”的理论。在理论竞争中，最不可几的理论将首先受到检验，因为它如能幸存，我们就会比其他理论更为相信。科学的目的既然是反驳而不是证实，则前进只能通过暴露而不是隐瞒理论的弱点。科学家应事先说出对他的理论是潜在反驳的实验。特别是，他应当作出某种“冒险的预测”以确定某些不能从以往知识中推导出来的，而且最好是为这种知识所排斥的事态的存在，这是一些只能由理论本身使我们预期的事态。他说：“只有这些事态是大胆预测的结果，也就是说，只有我们未受这一理论的启发而预期到有一种与其理论不相容的事件种可以驳倒这一理论的事件：只有这时才算是得到了确证。”
根据波普尔的看法，在正常情况下，一种理论所导出的预言只有在同所观察事件不相符时才会遭到证伪，这时如支持者和批判者都这样看，就成了一次严重的考验。一种不能被证伪的理论是不科学的、形而上学的或教条主义的。“不可反驳性并不是一种理论的优点（人们经常这样想），而是缺点。”一种理论被驳倒也是一次成功，这不仅因为这个理论具有精神上的美，还因为它引导我们去发现驳倒它的事实，从而激发了进一步解释它的研究工作。
但是只把理论加以证伪还不够。至少有一些理论一定会抵制证伪，并由此得到“确认”。只有这种确认才能告诉我们哪一种理论描述了实在的世界，并且为未来的研究工作提供丰富的线索。不断地迅速地驳倒理论，就会使研究工作陷入绝境，因为这会使科学家对于他们的理论与世界的关系、对于哪一种假说值得一试，都陷入完全茫然无知。
最后，在波普看来，所有的优秀科学都是革命的。科学的增长就在于不断地反证事实，推翻理论，能用解释更多事实的理论取代原来的理论。
对波普尔的批评
波普尔哲学的中心就是解放思想：科学通过冒险的、可证伪的理论而增长——生物学家彼得· 麦德瓦和神经生理学家大卫 · 艾克尔斯都宣称，这一思想激励了他们的研究工作。但这个看法只是部分正确，波普尔科学理论在其他方面还有严重缺点。
虽然波普尔主张摆脱归纳科学，但在说明确认和检验陈述时，他又重新引进了这个观念。我们说：我们可以更坚定地相信一种经受住我们竭力加以反驳的理论，这实际上就是声明，由于我们以前的信念得以证实而现在有了更强的信念。这仍然是归纳推理。而且，我们一再检验这一陈述所记录的观察事件，从而证实这一陈述。但依靠前一种检验而接受后一种检验，还是归纳地接受。因此，归根到底波普尔还是依靠归纳法。
波普尔坚持所有优秀科学都是革命的。但是，正如库恩等人所指出的，科学的增长也通过解决主要理论所提出的问题而系统扩展这种理论。科学家不是寻求反驳，而是把理论应用于许多它所希望解释的不同情况之中，以揭示更多的事实。波普尔忽视了科学的这一方面。
另外，如果科学家逐字遵循波普尔的话去做，科学必将失去一些最成功的理论。事实上，人们往往忽略一些明显的反驳，以期证明这些反驳并不确切。例如，伽利略是在面临已占压倒优势的反证时，才来振兴哥白尼理论。牛顿理论是在面临水星进动这样的反常事实时而得以保留的。狭义相对论是在超越于D. C. 米勒重复迈克尔逊——莫雷实验所取得的反证而得到支持的。
在我看来，证伪主义不仅在历史上是错误的，也是非理性的。反例常常激起科学家发挥出一种理论的全部力量。一种大有希望的新理论绝不会一遇到严重的反驳就被否定掉。理论完全是由于运用不当而被驳倒的。如拉卡托斯所指出，在任何情况下所有新理论永远都是“生来就遭反驳”的。其原因之一就在于，如费耶本德所指出，有效证据总是由一定理论指导下的科学家所搜集的，这一理论支持了受到挑战的理论，从而它们总是依赖于对抗新理论的假说。如果这个新理论看上去还不错，那它必须表明自己以正确预测多少新的事实。
T. S.库恩
与波普尔不同，库恩则争辩说，只有当科学家在一种共同思想传统中受到训练，并利用这种传统去解决科学所提出的问题时，科学才能前进。库恩认为，“成熟”科学的历史本质上是传统的延续，而每一种传统都有自己的理论和研究方法，在一段时间内指导着一个科学家共同体，但最后都将被抛弃。
库恩最初把一种科学传统观念叫作“范式”，现在又改称为“专业基体”。他从未给范式下一个明确的定义，但我们司以把它看作是理论所表现出来的一种世界观。理论意味着解释世界某一部分基本实体的行为。整个范式决定着研究些什么问题，什么材料才适用，应采用什么研究方法以反应有哪一类的解，例如，牛顿范式是根据力和粒子运动而求解的。
库恩的专业基体设想得更加严谨了。它包括四个因素：符号概括、形而上学假定、价值和具体题解（“范例”）。符号概括与其说是定律，不如说是定律纲要，应用于不同的情况就产生不同的特殊定律。例如，F=ma用于许多情况可得出许多个方程式。物理学家学习了这个公式，并且根据力、质量和加速度看待力学问题。符号概括借助于形而上学假定而得到解释，这是当时不能用经验进行检验的假定，如19世纪存在着的原子和力场的假定。价值是理论受到珍视的素质，如内在一致性、预测能力，提问题的数量。范例是解题的模型，解决实际问题的指导。例如，伽利略计算了一个沿斜面滚下的球体运动以类比摆的运动，在这里（如无摩擦力）球体所积聚的速度足以使之回到另一斜坡的同一高度。后来研究力学的科学家都把这个问题的解决当成模型使用了。借助范例的帮助，像F=ma这种符号概括被用于自由落体、摆和弹簧等特种情况之中。
库恩把成熟科学或范式指导下的科学的历史，分为“常规”阶段和“革命”阶段的互相交替。在常规科学时期，研究者尽可能全面发展范式或专业基体的内涵。他们对范式不加批判，也不寻求取代者。范式提出问题，并向科学家们保证每一问题都可解。问题未解决，不能责怪范式，只能责怪科学家。例如，整个19世纪的水星进动问题都被看成是对科学家的挑战，而不是对牛顿范式的否证。
库恩说，像哥白尼、牛顿、达尔文以及爱因斯坦所发动的科学革命都是少见的，它们都是由危机所点燃的。危机产生于科学家面对一种范式而不能解决许多长期存在的问题之际。反常的积蓄被认为是“丑事”，科学家由此开始根据不同的形而上学假定检验范式，寻求新的代替者。最后总有一种赢得这一领域中大多数科学家的支持，被接受为新的范式。以前的知识要重新理解或者加以抛弃。教科书要重写，课程要改革，科学家们也用不同的眼光看待世界了。库恩引证了1922年玻尔的“旧量子理论”崩溃以后量子物理学的危机，当时敌对的理论大量增生，特别是德·布洛依、玻尔- 克拉谟——斯拉特、薛定谔和海森堡等的理论的出现。1926年马克斯 · 玻恩证明，薛定谔和海森堡的理论在数学上是等价的，这才解决了危机。
库思维护常规科学合理性有两个根据。首先，这是解决问题、扩展基本理论的高度有效的方法。范式使科学家不再对基本假定争论不休，不再纠缠于徒劳无益的不可解问题，也不再同那些偏执狂热者争吵了。库恩所谓“未成熟”科学，如心理学和社会学，由于缺乏范式而没有取得什么进步，这些学科为学派斗争所分裂，各学派的成员都不肯把其他学派的工作作为整个科学持续前进的基础。
其次，每一范式都为后继者开辟了道路。任何理论既然都是实在的一种抽象，那就不能指望任何一种理论可以说明这个领域的所有现象。每一种理论迟早都要遇到反常的事实。在一种范式支配下进行研究，就可以保证尽可能早地遇到尽可能多的这种事实。当范式大部分完成了，又遇到了标志其限度的反常现象时，科学家就要寻找接替者了。
革命科学合乎理性吗？库恩说，在这一点上新理论和旧理论在以下两方面是不可比的。首先，我提到过，两种理论在不同意义上使用了一些同样的术语。其次，两种理论的支持者通过不同的范例看待世界，将会观察到不同的事实。亚里士多德派看到重物下落受到制约，伽利略却看到摆运动。普雷斯特利发现脱燃素空气，还有人什么也没有发现，而拉瓦锡却发现了氧。
但两个集团之间总有“局部交流”。每一集团都可以把另一集团的可疑术语翻译成二者共有的日常用语。而且，也有超越范式的理论对比标准。这包括解题能力、解释能力、预测能力、简单性、内在一致性以及与公认理论的一致性。但是，这些标准也是价值标准，不同科学家有不同的评价。一个科学家可以称赞流行理论的简单性，另一个则可以根据预测能力而支持另一与之对抗的理论。于是，科学家们可以一致同意某种性质对理论有价值，但它对某一种理论的价值则意见纷纭。
由于评价理论的价值标准用法不同，科学家无法从逻辑上证明一种理论优于另一种理论。相反，他们一定要按照理性彼此“说服”对方。库恩区别了说服和转变的不同。如果一个科学家已从理智上断定新理论优于已有理论，即使他在感情上可能更倾向于后者，他也被新理论所“说服”了；当他发现自己熟悉了这种理论并用以观察世界时，他才“转变”到这个理论方面来。一种理论可以说服一位科学家，但没有使他转变。许多中年科学家遇到相对论和量子力学时，都有这样的体验。尽管如此，新理论的第一批支持者通常都会对这种他们还不能充分说明的理论感到前途渺茫。
对库恩的批评
库恩对科学变革的说明是全面的，举出了丰富的历史事例。到目前为止，他还只是作为一个哲学家叙述了科学对科学共同体的精神动力，而他又第一个强调了研究传统即使面对严重反常时仍然具有的顽强性。尽管如此，他的工作也有一些缺点我们必须加以考虑。
库恩不能详细阐明一种范式观念的各个组成部分（理论、方法、标准等），它作为一种研究工具就没有什么用处了。专业基体概念更为准确，但是它缺乏一种世界观的丰富而统一的成分。专业基体只是一些分散片段的汇集，似乎并不是以激发一种真正支配一个时期的研究传统。
库恩提出，常规科学及其导致的周期性革命，是成熟科学唯一的增长方式。但科学也有别的增长方式。有时提出一种关键的新理论并不是反常现象增加的反应，而是为了解决两种现存理论之间的冲突。爱因斯坦提出狭义相对论统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学，广义相对论则统一了狭义相对论和牛顿引力理论。并不罕见，提出一种新颖理论是为了解释一个未知的新领域，1967年发现脉冲星以后就是这样。有时也可能是某一个科学家集团从学科外界进来发明一种新理论，如噬菌体集团这一分子生物学的奠基者，就是在本世纪30年代末、40年代初从物理学界转到生物学界的。一种研究传统还可以改变自己的假说，如本世纪孟德尔遗传学就是这样。而且一种传统也可能通过纯粹理论的争辩而陷入危机状态。广义相对论和量子力学目前都受到理论上的抨击，并不是因为他们积聚了许多反常现象。而且，库恩并不去解释总是存在的反常为什么有时候会促进探索新理论，有时候则不能促进。
因此，批判一个流行理论、研究代替中的理论以反对基本原则的争论，看来是整个时期都存在的，只是在库恩所谓革命时期特别加强而已。例如，在整个19世纪中牛顿传统只是影响了大多数物理学分支的思想，并没有建立思想统治。电磁研究中有两种传统相互竞争——欧洲大陆安培和库仑所发起的超距作用传统，以及英国法拉第提出的场的传统。按照这两种不同传统而工作的科学家，所依据的牛顿假定也不同。这两种传统都符合于牛顿传统，但都不受它指导。试看今天的科学，粒子物理分为S矩阵理论和量子场论。广义相对论已经被E. A. 米尔恩、M. 彭加勒、A. N. 怀特海、F. 霍伊尔等批评者攻击了半个世纪，今天它仍然处于同这些理论的竞争之中。在量子力学中，玻尔——海森堡——狄拉克的量子理论注释已受到爱因斯坦、薛定谔、德· 布洛依、玻姆、A · 兰迪等科学家连续不断的批判。在生物学中，综合进化论面临“中性论”的竞争。总之，大多数科学分支中，经常有一种流行的或者特别有权威的理论，但又很少没有其他可供选择的理论。即使有些现象符合于库恩的常规科学，但比库恩所希望我们相信的却更加靠不住得多。
严密的常规科学一般并不怎么合乎理性，因为其中的单个理论是扩展出来的，并没有经过批判。这既限制了探究的范围，因为没有考虑其他可供选择的理论；也限制了增长速度，因为一种库恩式理论只有在积累了大量反常现象以后才鼓励寻求后继者，不能否认有这样的情况：在一定时机集中力量于某—理论。如果一门学科或专业中占统治地位的理论胜过所有其他竞争者，并能不断成功地预言新事实，那么以人力和财力支持这一理论就有意义，直到收益开始减少，某些资源可能就此转向更有希望的代替者身上为止。
再回到理论选择问题上。库恩之所以受到谴责，因为他主张新理论胜过旧理论，一部分是由于宣传（它刺激科学家进行“信仰的跳跃”），一部分是由于铁杆科学家的消亡。实际上他坚持理论要按照共同标准进行比较，却又争辩说这种标准并不是逻辑的强制，而是用理性进行说服。他们批评者的错误就在于，把缺乏逻辑的强制与缺乏理性完全等同起来了。尽管如此，库恩的标准还是过于空泛，不能在面对显著不同的理论时提供指导。不同科学家对于解题能力和简单性等准则，可以有非常不同的估价和解释。这就使库恩所说的理论选择比他自己所表面认识的更加主观。更重要的是，这些标准是形式的，不是本质的。库恩的价值没有提供理论内容的标准。结果，科学家没有得出一个明确的标准以确定：接受哪种理论才能推动一门科学沿着正确的方向向前发展。但我们只能确定科学的中期或长期目标。