对科学革命的讨论，不可能完全避免这样一组相关的问题：（1）什么是革命？（2）我们怎样才能说一场革命是否业已发生了？乍看上去，它们似乎可能并非是迥然不同的，尤其在相信所有完美的定义一定要具有“操作”成分时更是如此。结果表明，对科学中的革命是否发生，即使没有清晰的定义，也是有可能进行有效的检验的。
库恩（1962）把科学中的革命表征为：当一系列的“反常”已经导致了一场“危机”时所发生的（用他的原话来说）“范式”的转换，这样的表征有助于我们系统地阐述一个定义并进行检验。然而，在试图使反常、危机和范式这三个概念精确化时，我们却又面临着一个三重问题。此外，还有（业已提及过的）这个问题，即库恩的图式并非丝毫不差地适用于所有的科学革命。
对于革命由什么构成的定义问题，我也无法轻而易举地给出一个答案。我重申一下，具有历史意义的是，在现代科学存在以来的四个世纪左右的时间里，科学家和科学的观察者们已经倾向于把某些事件称之为革命了。这些事件包括概念的根本性变化，标准的或已经被接受的解释规范中的彻底更迭，出现新的假设、公理，可接受性知识的新的形式，以及包括部分或全部这些性质同时还具有其他性质的新的理论。牛顿革命导致了具有根本性的万有引力概念，而且实现了用数学语言来表述和发展自然哲学的目的；笛卡尔革命被断定是以“机械论哲学”为基础的，它用物质和运动来解释所有现象；气体的分子运动理论、放射性概念等的引入，都是以概率论为基础的，而量子理论甚至对简单的非概率的因果理论予以否认；进化论否定物种是固定不变的，而且，它还引入了一种不允许对个别事件进行预测的科学；相对论不仅敲响了绝对时空的丧钟，而且从根本上改变了显然过于简单的同时性概念；哈维革命提出了这样一种思想：血液通过动脉从心脏流出，又通过静脉流回心脏，它就这样不断地循环着，而且，哈维革命还拒绝了这样一种源远流长并且得到了完全确认的学说：血液只不过是静脉中的涨潮和落潮，它是不断地从肝脏中产生出来的。在所有这些事例中，都出现过通常曾被(而且现在仍被)称作革命的事件。无论我们是否喜欢“革命”这个词，无论我们是否有能力提出一个适用于所有这些例子以及其他一些例子的定义，这都是一个历史事实。
在这里，我的主要目的是弄清楚被人们承认已经发生过的那些革命，而不是抽象地去分析某一个概念，因而，我的研究方法始终都是，考察人们是怎样来理解科学中的革命的。而这就需要同时进行一种四项一组的系列检验，这组检验也许普遍适用于过去四个世纪中所发生的所有重要的科学事件。这些检验纯粹是以历史和事实为基础的。构成它的第一部分是目击者的证明，即当时的科学家和非科学家们的判断。我想，在这些目击者中，有哲学家，政治学家，从事政治事务的人，社会科学家，新闻工作者，文学界人士，甚至还有很有修养的外行人。当丰特奈尔记录下他对所处的时代的印象时，牛顿和莱布尼兹仍然在世，并且还在为微积分的发展而工作，丰特奈尔的印象是，他们的创造已经在数学中引起了一场革命。在牛顿去世后的十年中，克雷洛为牛顿的《原理》而欢呼，称它是力学科学革命的“新纪元”。拉瓦锡对化学革命的根本性改革，被他同时代的许多科学家看作是化学中的一场革命。而很多与达尔文同时代的人，则把进化论描写成一场生物学中的革命。在本世纪20年代和30年代，即大陆漂移说的地位从论著中的革命转变成科学中的革命很久以前，对于地球科学家而言，显而易见，魏格纳有关大陆运动的思想将会引起一场革命。所有这些革命都通过了第一个检验——当时的目击者的证明。
上述例子中有三个是这样：对革命的发生起着主要作用的科学家（拉瓦锡、达尔文、魏格纳）都明确地指出，他们本人的工作大概会引起一场革命。这种与其他目击者一致的意见，会增加这些目击者们证明的力量。不过，这种特殊的证据不多，对此，显然不应看得过重，因为大多数科学家由于科学事业常规的束缚，常常过于谦虚或过于拘谨，以致于无法对他们自己的创造作出这样的评价。另一方面，假如没有目击者证实事件的发生（例如19世纪的孟德尔或巴贝奇的科学革命），对于一场科学革命实际上已经发生这类事后的历史评价，我是不会过分相信的。
一个科学家也许会以为，他正在引起或者已经引起了一场革命，尽管以后的事件表明，这样一场革命从未发生过。西默的电学理论和马拉的光学理论就是两个例子。此外，正如我们在第2章中所看到的那样，在许多事例中，科学革命运动根本就未发展成为全面的革命——我们只举几个例子，如催眠术、N射线以及聚合水等就是如此。因而，我们需要进一步的检验以补充目击者的证明。
第二项检验就是，对据说曾经发生过革命的那个学科以后的一些文献进行考察。对写于1543年与1609年之间的天文学论文和教科书的研究表明，哥白尼的思想和方法并未被采用。由此可以说，这一检验暗示着在那些年月里并不存在哥白尼革命。与此形成对照的是，18世纪的大部分数学著作——无论是专业论文。报刊上的文章还是教科书——都是按照新的微积分思想（不是莱布尼兹的规则系统，就是牛顿的规则系统）撰写的，从而为丰特奈尔有关微积分的发明是数学革命的新纪元这一论述，提供了具有确证作用的证据。类似地，假如我们把1687年以后（含有强有力的万有引力天体力学成分的）数学天文学与《原理》发表以前的天文学加以对照和比较，我们就有了证明牛顿革命的证据。显然，这项检验本身至多能在重组的程度上得出这么一种主观的判断：它是否足以构成一场科学革命。不过对于在某一科学的重要著作中没有发现此种影响这样的否定性判断而言，这种检验却是确定性的。在许多情况中，证据的确是不容置疑的（例如，在微积分那个例子中），至少是得到了有力的确证。前两项检验结果合起来，向我们强烈地暗示着某一场革命发生过。
第三项检验是，有相当水平的历史学家、尤其是科学史学家和哲学史学家们的判断。这里大概不仅要包括现在的和近代的历史学家的判断，而且还要包括很久以前的历史学家的判断。18世纪的历史学家J．－S．巴伊就是一个例子，这位历史学家曾著述过与哥白尼有关的16世纪的一些事件。历史学家或具有历史学家头脑的学者们（如哲学家、社会学家以及其他社会科学家）并不要求去验证牛顿革命、化学革命或达尔文革命。把对所有这三项检验的肯定回答结合在一起，就能十分有力地令人确信：这些事件就是革命。历史学家们可能普遍地把某一时期看作是革命时期，但从当时占统治地位的观点来看，这些时期并非如此。一个主要的例子，我们不妨再提一下，就是哥白尼革命。我们会看到，那种认为在16世纪就已经发生过了一场哥白尼的天文学革命的观点，其实是由后来的历史学家们，首先是18世纪的蒙塔克勒和巴伊，发明出来并使之保留下来的虚构之物。古代目睹者的证明与以后的历史学家的观点之间的这种不一致，也许已经结历史学家们提出了警告，劝他们对这种尚未证实的革命应持怀疑态度。通过对这种情况中的那些事件加以严密的分析就会使人们明白：错误是怎样产生的，它是怎样取决于与开普勒和伽利略相关的那些事件的，而这些事件却是在哥白尼的论文发表（1543）半个或半个多世纪以后发生的。然而，这毕竟是一个历史事实：在大约两个世纪中，历史学家和科学家都曾相信有过一场哥白尼革命。对这种在事件发生很久之后做出的判断，一定要进行批判性考察，尤其当人们面对当代的历史证据标准而作出这样的判断时更应如此。
我认为，“19世纪的统计学和统计思维领域中曾经有过一场伟大的科学革命”这一判断，是一个正确的历史判断。从阿道夫·凯特尔、J．克拉克·麦克斯韦、路德维格·玻尔兹曼以及约翰·赫歇尔等人的著作中，也许可以发现这场革命的一些模糊迹象。可是我不知道，对于这场革命，同时代的人有过多少明确的阐述（尽管赫歇耳紧接着就进行了评论），就像化学革命期间和达尔文革命期间同时代的人所做的那样。这所意味的也许不是别的，而是我们的无知，它反映出我们对这个问题的历史相当原始的知识状态。既然很少有严肃的历史学家关心或曾经关心过概率和统计学的发展，因而，革命的第三项标准在这里就不十分适用了。不过还有第四项标准亦即最后一项检验标准，它也许适用于统计革命，这就是今天这个领域从事研究的科学家们的总的看法。在这里，20世纪的物理学家、生物学家和社会科学家大都认识到，在他们自己的时代，以统计学为基础的物理学（放射物理学和量子物理学）、生物学（遗传学）和社会科学的建立，已经对过去构成了一种明显的突破，而且，已经有过一场统计学革命了。
在这第四项检验中，我对现存的科学传统，对构成了正在从事自己事业的科学家所接受的作为文化遗产一部分的神话，给予了相当的重视。神话在科学中起着有一定意义但却又不恰当的评价作用，我敢肯定，这种作用类似于神话在一般社会中所起的作用。当然，有关科学英雄和据信是由他们导致的革命的神话，并不能成为过去事件的历史证据，但是，它们却给我们提供了证明某些重要时期确实存在过的线索，这些重要时期是指科学发展的形成时期。科学家们对于自己过去的总的看法，加强了另外三项检验所提供的那些证据。
无论如何，第四项检验并不是独立于前三项检验的。显而易见，科学家们有可能受历史学家们的影响，而历史学家们也有可能受科学家们的影响。也许，科学家和历史学家都迷恋某一种悠久的传统，就像在化学革命中那样。甚至一种在错误基础上建立起来的传统，也会对以后的历史学家和科学家产生强烈的影响，就像前面提及的哥白尼革命明显地表现出来的那样。
一个颇具启发性的例子，就是我们这个时代中的地球科学的革命，在这个例子中，所有四项检验的结果都是同样的。这场革命的基本概念是，地球表面的陆地曾经有过而且现在依然有着一种相对的运动，亦即大陆漂移。当艾尔弗雷德·魏格纳在1914年的战争前首次提出大陆漂移理论时，它便被地球科学家普遍地认为是具有革命性的，而且，它在本世纪20年代和30年代得到了广泛的讨论（尽管它尚未真正地被地质学家和地质物理学家共同体接受）——从而通过了第一项检验：同时代的科学家的看法。此外，魏格纳本人充分地意识到了他的思想的革命性。在本世纪60年代和70年代，建立在板块构造思想基础上的新型的大陆漂移理论成为地球科学家信念的一部分时，他们都愿意把这种变化说成是一场革命。地球科学的文献证明，一场戏剧性变化已经在这一学科中发生了，它与一场革命没有什么不同。这样，大陆漂移理论就通过了第二项和第四项检验。最后，在进行第三项检验时我们也许会注意到，历史学家已经写出了一些著作，在这些著作中，大陆漂移思想的出现及其对它的承认，被描述为一场科学中的革命。许多历史学家和科学家在讨论大陆漂移理论时，甚至援引库恩的思想，用范式和范式的转换来描述这个问题。在这个例子中，既然我们所有的检验都被考虑到了，那么，对于已经发生了一场革命还能有什么怀疑吗？大陆漂移理论通过了鉴定革命的所有检验。
对于我来说，同时代人的证明具有十分重要的意义。在后人的判断中，对革命事业的考虑，比对革命的长期影响或对革命以后科学史的考虑要少，与此不同，同时代见证人所提供的，则是对正在进行之中的事业的直接洞察。举例来说，这个事实就很有现实意义：达尔文不仅相信他的新思想将会导致一场革命，而且在1859年出版的《物种起源》的结论中也确确实实是这么说的。他对“自然史中的重大革命”作了预见，像他这样在已经出版的著作中如此大胆地发表这么一个声明（在这个例子中，就是在主要的出版物中宣布这项发现）的科学家实属罕见。达尔文的判断得到了大批与他意见相同的人的附和。拉瓦锡和达尔文对各自思想中所蕴藏的革命的阐述，不仅分别得到了与他们同时代人的确定性判断的支持，而且还得到了后来的历史学家和科学家们所作的评价的支持。不过，自我评价也许是不可靠的。没有几位科学家和历史学家知道罗伯特·西默尔，而知道他的那些人也很难同意他的这种观点：他对电学的贡献是“富有革命性的。”我们甚至会得出更为令人信服的判断：让-保罗·马拉，不管他自己怎么评价，从未在科学中引起过一场革命。
把自己的工作描述成革命的科学家似乎为数不多。我对这个问题进行了大约15年的研究，在此期间得到了许多学生和朋友们的鼎力相助，有些研究助手们的研究成果也使我获益匪浅，而这些年的研究表明，那种科学家直言不讳地称自己的贡献富有革命性（或者认为自己的贡献将会导致一场革命、自己的贡献是革命的一个组成部分）的事例，充其量不过十几个，按年代顺序，这些科学家分别是：罗伯特·西默，J．－P．马拉，A．－L．拉瓦锡，贾斯特斯·冯·李比希，威廉·罗恩·汉密尔顿，查尔斯·达尔文，鲁道夫·菲尔绍，乔治·康托尔，阿尔贝特·爱因斯坦，赫尔曼·闽科夫斯基，马克斯·冯·劳厄，艾尔弗雷德·魏格纳，阿瑟·H．康普顿，欧内斯特·埃弗雷特·贾斯特，詹姆斯D．沃森，以及伯努瓦·曼德布罗特。
当然还有一些人，他们也曾引人注目地说过，他们已经创立了一门新的科学（塔尔塔利亚，伽利略）或一门新的天文学（开普勒），或者，发明了一种“新的哲学化的方法”（吉伯）。我们并不指望能发现很多17世纪末以前的有关科学革命的参考材料。在18世纪声称正在引起一场革命的那三位科学家中，唯有拉瓦锡一个人的工作成功地得到了他同时代的人以及后来的历史学家和科学家们同样的评价。
来自同时代的观察者或参与者的有关科学革命的证据，显然在一定程度上并不是十分可靠的。较早时期遗留下来的证据可能是偶然的；即使它以某种有形的形式（出版了的记录、日记、注释、通信以及诸如此类的东西）而存在，它也许仍然不为今天的历史学家所知。缺乏这种明确指出一场革命已经发生（或即将发生）的文献，并非总能用来作为没有发生革命的一种确证。换句话说，这种同时代人的证据，是我们作出一场革命已经发生这一判断的一个充分条件，但并非总是必要条件。
从某一正在进行的讨论中获得的信息也许是非常有价值的。1858年伦敦林奈学会会长的年度报告，就是一个很恰当的例子，这一年，达尔文和华莱士发表了他们两人对物种通过自然选择而进化这一问题首次相互的交流。然而那位会长却说，过去的一年，并非是以改变某门科学面貌的一场革命而著称的一年。我们是否应当设想，他对进化论的革命含义的反应是极为迟钝的呢？不必如此。因为我们将会看到，他的报告表明，他是相信科学中会发生革命的，而且他猜想，生命科学中一场重要革命出现的时机已经成熟了。由此看来，他的陈述所要表明的是，并非仅仅宣布有关进化和自然选择等大胆思想就会引起伟大的达尔文革命。对于一场即将发生的革命而言，还需要有细致而全面的文献证明材料，以及非常完备的理论，就像一年以后达尔文在他的著作中所提供的那样。仅仅阐述了激进的思想并不能导致达尔文革命，达尔文革命是由数量巨大的事实资料与高层次的理论推理之间的相互作用引发的。无可否认，这四项标准终归还是些主观的标准。显然，它们并非对每一件可能发生的偶然事件都适用。不过，它们至少提供了一些条件，这些条件足以使我们判定革命是否业已发生，而这样的判断也许会得到进一步的研究和批判性反思的支持。
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