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臣本布衣,躬耕于边塞,苟全性命于盛世,不求闻达于派对…… 塔城人,兴趣广泛,爱好专一。

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浅谈范式  

2009-02-04 15:30:41|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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常在自然科学、社会科学当中看到范式一词,那么范式究竟是什么意思呢?本文旨在探讨自然科学中范式的概念。

最早提出自然科学提出范式一词的人是科学哲学家托马斯·库恩(Thomas Kunn) 提出并在《科学革命的结构》(The Structure of Scientific Revolutions)(1962)中系统阐述的,指常规科学所赖以运作的理论基础和实践规范,是从事某一科学的研究者群体所共同遵从的世界观和行为方式。通俗的讲,就是一群科学团体所遵循的一个基本思路,什么是已知的,什么是被理解的,仍需进一步深入认识的是什么?

在库恩看来,科学史就是一系列范式所构成的历史图景,库恩关于一门科学如何进步的图景可以概括为下列开放的图式:

前科学——常规科学——危机——新的常规科学——新的危机

一、前科学时代:在这个时期学派林立,百家争鸣,没有统一的科学共同体,没有公认的范式。经过长期的争论,才逐渐形成统一的理论、观点和方法即“范式”,由此前科学时期进入了科学时期。比如化学和炼金术、天文学和占星术不分彼此的时代。

二、常规科学时代:在研究过程中,大部分科学家对于共同的范式坚信不疑。常规研究无论在观念上还是在现象上都很少要求创造性的东西,他们的任务是搜集观察和实验的资料,进行一般理论性研究即解难题或释疑。

三、科学危机时代:原有的范式不能解释新出现的问题,即使在原有的理论上修修补补也无济于事,由此科学家对原来的范式产生了怀疑,提出新理论,由此引发科学革命。科学史上比较有名的案例有拉瓦锡发现氧气、伦琴射线等案例。

四、科学革命:“类似于政治革命的定义,政治共同体逐渐发现到现存制度无法有效应对当时环境中而引发的,目的在于以现有政治制度本身不允许的方式,来改变现有政治制度革命的成功必然要部分非出一套制度取而代之。”科学革命也是源于“科学共同体中某一小部分人逐渐感到:他们无法用现有范式有效的研究自然界的某一方面。”最直白的解释:原有的范式出了毛病,要新的取而代之,正如某位名人说过的:“打破一个旧世界,创造一个新世界。”

下面举出一个颠覆燃素说的案例分析:

17世纪~18世纪中期,很多化学家和医学家曾对燃烧现象的本质进行广泛的研究,并提出了各种学说。其中,以德国医生兼化学家G·E·施塔尔为代表提出的“燃素说”影响最为深远。他认为一切可燃的物质中都含有一种气态的要素,即所谓燃素,它在燃烧过程中从可燃物中分散出来,与空气结合,从而发光发热。

正因为木头中含有这种特别的要素,所以能够燃烧,而石头中不含这种特别的要素,所以不能燃烧。木头燃烧,就是燃素从灰中分离出来,燃烧后,燃素跑掉了,炉膛里剩下的就是灰。他把一切化学变化,甚至物质的化学性质乃至颜色、气味的改变,都归结为物质释放燃素或吸收燃素的过程。

clip_image002实验1最早发现氧气的人,瑞典人舍勒。舍勒分析空气成分的实验(小瓶里是盐酸和铁屑,根据中学的化学知识就知道可以制备氢气),他发现空气并不是同一种物质,燃烧后的烧瓶总是被水充满五分之一,也就是说五分之一气体在燃烧中消失了(其实就是氢气在空气中燃烧的实验)。

而后他通过加热氧化汞制备了这种空气。但基于当时流行的燃素说,他认为这种“火焰空气”(氧气)是易于与燃素结合,而剩下的气体是不和燃素结合的。这样似乎能自圆其说。但是那些燃素在燃烧后去了哪里?它们就像幽灵一样透过烧瓶不见了么?舍勒以及后来的英国科学家普里斯特利都囿于燃素说的范式当中,与发现氧气的成果失之交臂。

实验2推翻“燃素说”这个范式的人是拉瓦锡,他利用天平对白磷燃烧前后的质量进行了对比。按照燃素说,白磷在燃烧之后,因为燃素从白磷中逃逸,那么燃烧后的产物:磷酐(五氧化二磷)质量应当减少。退一步讲,即使燃素毫无质量,那么白磷在燃烧前后应当质量不变。但拉瓦锡在密闭容器中燃烧白磷,前后称过白磷和磷酸酐(五氧化二磷)的质量,却发现磷酸酐的质量却大于原来白磷的质量。按照燃素说的解释,只能认为燃素这种物质具有“负质量”,好比人死后身体质量减少21g这个说法一样,燃素似乎是某种灵魂,这非常荒谬。由此,我们可以看到,燃素这种范式已经遇到了深刻的危机。

实验3拉瓦锡大胆地提出:磷酸酐的增量来源于空气。为了验证他的结果,他在密闭的容器里进行了加热锡的实验。事先已经测定过锡和空气的质量。加热后的锡融化,渐渐生锈,变成锡末。拉瓦锡将剩下的锡末和空气都称过一遍,发现锡末增加的质量等于空气失去的质量。1777年9月5日,拉瓦锡向法国科学院提交了划时代的《燃烧概论》,系统地阐述了燃烧的氧化学说,将燃素说倒立的化学正立过来。这本书后来被翻译成多国语言,逐渐扫清了燃素说的影响。当然,我们还可以从他的实验中看到“物质不灭定律”。

至此,可以看到库恩阐述的一个科学史的周期。

挑战范式的人

1、 门外汉

在一个科学家培养的过程中,从大学一年级到博士,他/她可能都在依照某种范式的概念观察与参与这些概念,某些情况下已经根深蒂固,成为了思维的牢笼和偏见,习惯于选择相信某种特定而排他的结论。

结果,对于原范式不熟悉的局外人,则可能提出解决一揽子问题的方案。例如道尔顿的原子论。道尔顿本是气象学家,在研究气体混合的过程中,他对构成气体的微粒产生了兴趣。当时化学界并没有单质、化合物、混合物、纯净物的概念。当时的化学家们认为碳酸气(二氧化碳)在不同的实验当中碳含量可能是50%,也可能是60%。但道尔顿这个外行人基于古希腊哲学中原子论的观念,认为碳原子、氧原子必然在其中按照一个固定的比例匹配。由此,他展开研究,并于1799年10月21日,道尔顿报告了他的化学原子论,并且宣读了他的第二篇论文《第一张关于物体的最小质点的相对重量表》。“道尔顿的原子论是继拉瓦锡的氧化学说之后理论化学的又一次重大进步,他揭示出了一切化学现象的本质都是原子运动,明确了化学的研究对象,对化学真正成为一门学科具有重要意义,此后,化学及其相关学科得到了蓬勃发展;在哲学思想上,原子论揭示了化学反应现象与本质的关系,继天体演化学说诞生以后,又一次冲击了当时僵化的自然观,为科学方法论的发展、辩证自然观的形成以及整个哲学认识论的发展具有重要意义。”

2、 挑战的危险

两个危险:政治宗教的权威和师长的权威:

政治宗教危害科学革命,远了有为科学献身的有布鲁诺,托勒密的天文体系和中世纪天主教神权有着某种程度联系,哥白尼的日心说在罗马教廷看来当然是非常“反动的”,伽利略也跟着吃了些苦头。

至于到了20世纪,一些自然科学可能成为政治牺牲品,纳粹德国花了不少力气验证优生学、种族学1933年起,该国通过立法,对某些人实施绝育、进行婚姻指导,隔离某些种族。该国主张通过消灭有缺陷的个体,组织系统的袭击来实现“种族改良”。在占领波兰期间就实行了这些措施。那么当时其他生物理论持有者不是噤声、就得逃亡。

苏联科学界的政治打手李森科倚仗两代强权蹂躏苏联遗传学界三十年,可能是因为“斯大林同志需要有人为他的新的政治哲学体系、新的社会秩序,也就是为他定向改造社会的试验(主要是塑造社会主义新人、推行计划经济两样)提供合法性说明。李森科在米丘林死后建立的所谓“米丘林生物科学”,正好从“自然科学”领域提供这种支持。”

当然,更多的有新发现的科学家是默默无闻,比如英国的卡文迪许,是个大富翁,唯一的兴趣是躲在家里做实验,不善社交,今天看来就是类似“The big bang theory”里面类似Shelton这样的宅男、Jerk。牧师孟德尔发现了遗传学的规律,但也长期没人重视,今天看来他这样的就是个山寨的民科爱好者而已。

科学革命总体来说是温柔的,坚持过去范式的老同志都辞世之后,年轻人们由此发展出了新的范式。

相关阅读:

1《科学革命的结构》http://www.douban.com/subject/1123740/?i=0

 本书是现代思想文库中的经典名著,从科学史的视角探讨常规科学和科学革命的本质,第一次提出了范式理论以及不可通约性、学术共同体、常态、危机等概念,提出了革命是世界观的转变的观点,深刻揭示了科学革命的结构,开创了科学哲学的新时期。本书作者托马斯·库恩因此被理查德·罗蒂称作是二战之后最具影响力的一位以英文写作的哲学家。

2《元素的故事》

《元素的故事》一书,以故事的方式,向读者讲述元素界重要的发现。对相关案例不熟的读者可以去阅读

3、鄢烈山:科学不与强权合作

http://view.news.qq.com/a/20090202/000025.htm

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