自从科学的潘多拉盒子被打开后，科学便获得了迅猛发展。研究科学发展规律的科学哲学日益重要起来。哲学家康德注意到这个问题，他在《未来形而上学导论》中说，“不管是证明我们自己的有知也罢，或者无知也罢，我们必须一劳永逸地弄清这一所谓科学的性质，因为我们再不能更久地停留在目前这种状况上了”。在科学哲学中，科学通过科学革命发展的模式最有影响力。在总结过去200年的科学发展过程中，美国科学哲学家托马斯·库恩于1962年发表了《科学革命的结构》，提出了一个较精确且影响深远的模型。库恩的论述是以“范式”这个概念为基础的。

        范式，原文是paradigm，指某一学科内被人们共同接受、使用并作为交流思想的一套共同的概念体系和分析方法。库恩说，“所谓范式，就是一组共有的方法、标准、解释方式或理论，或者说是一种共有的知识”。例如，几何学有两个范式。欧几里得的《几何学基础知识》是名副其实的几何入门和基础算术入门，整个几何演绎体系都建立在5条公理上，其中，第5条公理是“两条平行线永远不相交”。欧几里得的公理曾经被当做任何数学几何的基础，而且是一种不容争辩的基础，这就是一种几何范式。建立在这5条公理之上，一个严密和完美的逻辑体系发展起来了。从古代希腊到19世纪这段漫长时期内，数学家都没有对欧几里得几何范式产生怀疑。直到19世纪，数学家高斯等发现，只要改变第5条公理，同时保留前4条公理，那么，可以创建另外一种几何范式，它们能像欧几里得几何学一样，以同样的数学严密性建立起来，这就是所谓“非欧几里得几何”。两个几何范式都在不同场合下具有实践性和有效性，“欧几里得几何”适合有限空间，“非欧几里得几何”适合宇宙空间。在浩瀚的宇宙空间，受物质的引力作用，空间发生了弯曲，两条平行线是可能相交的。

        在库恩看来，在一个公认的范式中，科学家们的活动被称之为“常规科学”，这种活动通常是由“解难题”构成的，这也就是增加业已得到共同承认的知识的储备。以库恩的话来讲，“常规科学”是科学群体共同分享的一系列模式和假设，通常在严谨的逻辑框架下运行，如果没有大胆的探索精神是断不可能打破这些框架的。而处于“常规”下的科学家们远非客观，他们有理由持守“正统”的理论，而倾向于在现有的架构内寻找问题的答案。“常规科学”是缓慢、连续、稳定和积累的变化，“常规科学”只是在科学首创确立以后的“精湛化”。例如，癌症和艾滋病是目前威胁人类的两大疾病，由于有共同的研究规范，全球科学家组成的“科学共同体”能集中精力于攻克癌症和艾滋病上，近年来进展惊人，两大疾病已经不像以前那样可怕了。试想，如果没有共同的研究规范，“科学共同体”就没有办法组成，更谈不上把它集中到某一个前沿领域上。

        库恩认为，“常规科学”的改进不会永远持续下去，终究会“碰壁”，导致危机和革命。在一个范式的框架内，“常规科学”会一直延续下去，直到出现反常时为止。反常最终会导致一场危机，随之而来的就是一场将要产生新范式的革命。科学中的革命，就是一种范式向另外一种范式的转换，科学中出现的危机引导新的范式的产生，从而导致了原有范式的转换。

        什么是科学革命呢？库恩指出，革命是对世界看法的改变。他写道：

        根据现代编史工作的要求审查过去的研究记录，科学史家也许会惊呼，当规范改变时，这个世界本身也同它们一起改变。科学家们在新规范的指导下采用新工具观察新领域，甚至更重要的是，科学家们在革命期间用熟悉的工具观察他们以前已经观察过的领域时看到了新的不同的东西。这有点像把这个专业团体突然运送到另一个行星上去了，在那里熟悉的对象是以不同的眼光来看待的，并且是由不熟悉的对象联结起来的。当然，那种情况并没有发生：没有地理上的移植，实验室外面日常事务通常也像以前一样在继续。尽管如此，规范改变确实使科学家们用不同的方式去看待他们的研究工作约定的世界。就他们只是依靠由他们看到和做到的那个世界而论，我们也许想要说，在一次革命以后，科学家们是对一个不同的世界在作出回答。

        天体物理是科学革命频繁爆发的一个领域。亚里士多德·托勒密的地心说统治世界近2000年。1543年，哥白尼发表《天体运行论》，挑战了地心说，之后在伽利略的努力下，日心说在400年的时间内完成了对地心说的科学革命，他们证明了地球围绕着太阳转；古希腊人很早就猜测行星的轨道是圆，开普勒发现行星绕太阳走的是椭圆，牛顿在1687年发表的《自然哲学原理》一书，给出了万有引力方程式，证明这个行星的轨道一定是椭圆；在英国皇家学会庆祝20世纪即将到来的盛大年会上，热力学第二定律的发现者、物理学家凯尔文认为，经典物理学的大厦已经基本建成，在新的世纪中，物理学家们只剩下些修补工作了。1915年，爱因斯坦发表了“广义相对论”，是想象力达到极致的科学创造，打破了绝对时间的框架，表明时空可以转换。一个著名例子是一对双胞胎兄弟的年龄差。如果哥哥乘坐以光速前进的宇宙飞船作长途太空旅行，当他重返地球时，他会比留在地球上的弟弟年轻得多。爱因斯坦的广义相对论成为描述宇宙演化的“正统理论”，天体物理完成了对经典天体学的科学革命，即爱因斯坦革命。

        爱因斯坦原始的广义相对论预言，宇宙不是膨胀便是收。可能出于对麦克斯韦方程组对称美的欣赏，爱因斯坦在方程中加上额外的宇宙项，以这种方式得到一个均衡状态的宇宙模型。可是，14年后，反常开始出现。1929年埃德温·哈勃从星系光谱的红移推断，越远的星系以越快的速度离我们而去，这表明整个宇宙处于膨胀的状态。从时间上倒溯到过去，估计在100亿～200亿年前，曾经发生过一桩开天辟地的大事件，即宇宙是从一个密度极高的状态通过大爆炸而产生的。哈勃的发现导致第三次天体物理革命，即宇宙是处于不均衡状态的。爱因斯坦后来把宇宙项称作“我一生中最大的错误”。1925年后，爱因斯坦试图用统一场来描述宇宙的状态，可惜，没有成功。有人戏称，1925年后，爱因斯坦可以用余生去钓鱼。爱因斯坦晚年的错误是用一种均衡的思想理解本身不均衡的宇宙，这是徒劳无益的。宇宙是不均衡的，在不断膨胀，星系、星云和可怕的黑洞正远离地球而去。
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