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但在第三个方面，存在于氧和X射线的发现之间的这种重要的相似之处，就远没有那么明显了。X射线的发现和氧不同，至少它并投有在以后十年中涉及理论上任何明显的激变。那么，在什么意义上可以说吸收这个发现也要求规范的变化呢？用这个事例否定这样一种变化到很有力。可以肯定，伦琴及其同时代人所赞成的规范并不曾用以预测出X射线来（当时麦克斯韦的电磁理论还没有普遍被接受，阴极射线的粒子理论还只是几种流行观点中的一种）。但是任何一种这样的规范，至少从任何明确的意义上说，都无法禁止X射线的存在，正象燃素说无法禁止拉瓦锡对普里斯特利气体所作的解释一样。相反，1895年公认的科学理论和实践承认了许许多多发光的形式——可见光、红外线、紫外线。为什么不能把X射线作为这一类自然现象的又一种形式而接受呢？为什么不能把它当作多发现一种化学元素一样地收下来呢？在伦琴的时代，还在继续寻求并找到新的元素以充实周期表上的空位。这样的追求是常规科学的标准课题，其成功只能使人祝贺，不能使人惊讶。
但X射线不仅引起了惊讶，而且引起了震动。开尔文勋爵（Lord
Kelv1n）宣称这是一场精心策划的骗局。①另外一些人虽然不能怀疑证据，但也显然摇摆不定。X射线虽然没有受到现成理论的阻挡，却也深深触犯了顽固的预想。这些预想，我认为都暗含在已有实验程序的设计和解释之中。到十九世纪九十年代许多欧洲的实验室中还在广泛布置阴极射线装置。如果伦琴的仪器产生了X射线，那么也一定有过许多实验家有时曾经产生过这种射线而不自知。这种射线也许还有其他未知来源，也许以前曾经把它解释为某种同X射线无关的行为。最低限度，有几种久已熟知的仪器未来必须用铝加以屏蔽。以前的正常研究已完成的工作，现在必须重新做过，因为先前的科学家们不曾掌握和控制一个有关的变量。可以肯定，X射线开拓了一个新的领域，从而为常规科学扩大了潜在的版图。但是X射线也改变了现已存在的领域，现在这一点尤为重要。在这个过程中它否定了以前作为合乎规范的仪器类型的资格。
①S．P．汤普逊：《拉格斯的威廉·汤姆逊·开尔文男爵的生平》（伦敦，1910年），第II卷，第1125页。
总之，使用特定的仪器，又以特定的方式使用，结果不管自觉与否，只能容许某几种情况出现。这里既有理论上的预测，也有仪器作用的预测，它们对科学发展往往都有决定性作用。例如，氧发现得太迟的一部分经过情况，就是这样一种预测。在对“空气的良性”进行典型测试时，无论普里斯特利或者拉瓦锡都是把两份这种气体同一份笑气混合，把混合物放到水上振荡，再测量残余气体的体积。以前的经验形成了这个标准程序，这种经验使他们确信残余气体所含大气中的空气是一份，所含任何其他气体（或污染过的大气）则多一些。在氧的实验中他们二人都发现有一种残余物很接近于一份；接着又对这种气体作了鉴定。只是在很久以后而且部分是出于偶然，普里斯特利才放弃了这个标准程序，试图按别的比例把这种气体同笑气混合。后来他发现用四份笑气几乎就没有任何残余物了。他支持本来的试验程序——由大量过去的经验所形成的程序——也曾经同时就是否定存在一种可以象氧那样活动的气体。①
如果说到象铀裂变为什么也鉴别得太迟，这样的事情可能就更多了。核反应为什么特别难于辨认，一个原因在于，已知轰击铀会产生什么结果的人主要是针对周期表上端的元素选择化学试验。②这样一种工具限制既然不断证明走了错路，我们是不是应当由此得出结论说科学要放弃各种标准试验和标准工具呢？那必然带来一种不可理解的研究方法。规范程序和应用，正象规范定律和理论一样，都是科学所需要的，都具有同样的作用。在任何既定时刻，它们都不可避免地要限制科学探索所容许的现象范围。对这一点认识清楚了，我们就会同时看到，对于科学界某一特定部门来说，象X射线这样的发现使规范必须发生变化的重大意义——因而也必须发生程序和预测方面的变化。由此我们也可以理解，X射线的发现为什么可能对许多科学家打开一个奇妙的新世界，为什么又可能有力地参与导致二十世纪物理学的危机。
①柯南特。前引书；第18～2O页。
＠K．K．达罗（Darrow）：《核裂变》，《贝尔公司技术期刊》，第XIX卷（1940年），第267～289页。裂变的两种主要产物之一的氪，看来只有在充分了解了这种反应以后才能用化学方法鉴别出来。另一产物钡几乎直到研究末尾才从化学上鉴别出来，因为这种元素碰巧必须加到放射性溶液中才能沉淀出这种核化学家正在寻找的重元素来。由于不能把追加的钡从放射性产物中分离出来；因而在对这种反应反复研究了差不多五年以后，才最后提出以下的报告：“作为化学家；这一研究使我们……改变了所有上述＇反应＇公式中的名称，以钡、镧、铯代替了镭、锕、锗。但是作为同物理学密切联系的‘核化学家’，我们无法使自己完成这个同以前的全部核物理学经验都有矛盾的飞跃。可能是一系列奇怪的偶然事件使我们的结果成了骗局。”（奥托．哈恩［Otto
Hahn＇和弗雷茨·斯特劳斯曼＇Fritz Strassman＇）
我们关于科学发现的最后一个事例，是莱顿瓶的发现，它可以归于理论推导那一类。起初这个术语似乎有点自相矛盾。以上所说很多都表明，理论事先预见到的发现都是常规科学的组成部分，不会产生新类型的事实。例如前面曾说过，十九世纪后半叶新化学元素的发现就是常规科学这样引起的。但并不是所有理论都是规范理论。不管是在前规范时期还是在引起规范巨大变化的危机过程中，科学家们通常总要提出许多思辨的、模糊的理论，以指明发现的途径。但发现却往往并不完全是这种思辨性和试探性的假设所预期的一个。只有当实验同试探性理论相互配合了，发现才会涌现出来，理论才会变成规范。
莱顿瓶的发现象我们考察过的其他发现一样，也显示了所有这些特征。电学研究开始时一个规范也没有。从比较可以理解的现象中所得出的许多理论，倒是在进行竞争。它们之中任何一种理论都不能把多种多样的电学现象条理化。失败的原因就在于一些反常现象，正是它们促成了莱顿瓶的发现。参与竞争的一个电学家学派认为，电是一种流体，这个想法使好多人都想把这种流体盛起来，办法是一手拿一只盛满了水的玻璃小瓶，使水接触正在发电的静电发电机导线。另一只手从发电机那里移开小瓶使之接触水（或与之连接的导线）时，每个研究者都会体验到一记厉害的电击。但是另外一些实验却未能为电学家提供一只莱顿瓶。这种装置涌现得更慢了，也无法确切地说出这个发现是什么时候完成的。起初能够进行蓄集电流体的尝试，仅仅是因为研究者是站在地上手拿小瓶子进行的。电学家还必须学习到不但瓶子里面需要一层导体涂料，外面也需要，而电流体实际上根本就不是蓄集在瓶子里面的。在探索过程中他们偶而发现了这一点，还看到了某些其他的异常效应，于是我们称之为莱顿瓶的装置就涌现了。更进一步，导致莱顿瓶出现的实验，其中有很多都是富兰克林所完成的，也使流体说必须大大修改，从而为电提供了第一个全面的规范。①
在或大或小的程度上（对应于从电击到预见结果的系列），上述三个事例所共有的特征，也是新类型现象所由以涌现的一切新发现的特征。这些特征有：事先觉察的反常，逐步而又同时涌现的观测上和概念上的认识，以及经常受到抵抗的规范范畴和规范程序的必然变化。甚至可以证明同一些特征已渗透到感知过程本身的性质之中。在专业以外理当了解得更好的心理学实验中，布伦纳（Bruner）和泡斯特曼（Postman）要求实验对象从短时间受控的出示中分辨出一系列的扑克牌来。许多牌合乎正常，但也有一些作得反常，例如有一张红色的黑桃六和一张黑色的红心四。在一系列逐步加多的出示中，每一次实验只给一个对象看一张牌。每次出示后问他看到了什么，实验总是以连续两次辨别正确而告结束。②
①关于莱顿瓶的不同发展阶段，见I．B．柯亨：《富兰克林和牛顿；思辨的牛顿实验科学以及由此而来的富兰克林电学研究之例》（菲拉德尔菲亚，1959年），第385～386、400～406、452～467、
506一507页。惠泰克叙述过最后阶段，前引书，第50～52页。
②J。S。布伦纳和里欧·泡斯特曼：《论不快调感觉：一种规范》，《人格期刊》，第XVlll卷（1949年），第206～223页。
即使出示的时间最短，许多对象也辨得清绝大多数牌，而稍微延长一点时间，所有的对象就把所有的牌都辨清了。对于正常的牌一般总是辨别得了，但对反常的牌则几乎总是表面上毫不犹豫或困惑地看成了正常牌。例如，黑色的红心四要么看成是黑桃四，要么看成是红心四。人们可以没有感到任何问题就立即把它归之于一个由先入为主的经验所准备好的概念范畴中。人们甚至不大会说实验对象看到同他所要辨别的东西有点什么异样。比方看到了红色的黑桃六，有的说那是黑桃六，但出了点纰漏——黑底上有红镶边。再拉长出示时间，就会引起更多的犹豫和混乱，直到最后，有时大多数对象会一下子毫不犹豫地辨别清楚了。而且，认过两三张这样的怪牌以后，他们再对付别的牌就没有更多困难了。
但也有少数对象始终不能对他们的范畴作必要的调整。即使把辨明正常牌所需平均出示时间延长40倍，仍然有百分之10的怪牌认不出来。失败者往往自己感到十分苦恼。有一个叫了起来：“什么花色我也认不出来。那回简直不象是一张牌。我不知道现在它又是什么颜色，究竟是一张黑桃还是一张红心。我现在简直不能确定一张黑桃是什么样子了。我的天呀！”①下一节我们将看到科学家的行为也常常是这样。
①J．S。布伦纳和里欧·泡斯特曼：《论不协调感觉；一种规范》，《人格期刑》，第XVIII卷（1949年），第218页。我的同事泡斯特曼告诉我，即使事先知道一切纸牌及其表现她还是发现人们在看到这种自相矛盾的牌时所引起的严重不安。
这个心理学实验，不管是作为隐喻，还是因为反映了思维本质，总是为科学发现的过程提供了一个异常简单而又异常有说服力的公式。科学也象扑克牌实验一样，新事物总是随同困难一起涌现出来，这种困难是通过由于违反了预期的根据所造成的障碍而表现的。起初，即使在后来发现有反常现象的情况下，也只能感受到预想的和通常的东西。但进一步的认识就会使人们觉察到有点什么不对头了，并把这种效应同以前曾经出过纰漏的事情联系起来。于是，对反常的觉察就开辟了一个调整理性范畴的时期，一直调整到最初的反常现象成为预期现象为止。到这时发现就完成了。我已强调过这种过程以及与之十分类似的过程，总是同科学上重大新事物的涌现纠缠在一起的。现在让我再指出，认清了这个过程我们最后就可以开始看到，常规科学的目的尽管并不在于寻求新事物，起初甚至还倾向于压制新事物，但也可以同样有效地引起新事物的产生。
在任何一门科学的发展中，最初公认的规范经常令人感到，它已十分成功地说明了为什么绝大多数观察和实验易于为科学工作者所理解。因此，更进一步的发展一般总是要求制造精致的装置，也即发展深奥的词汇和技巧，并把概念加以精炼，不断地使它同它在一般常识中的原型区别开来。这个专门化的过程一方面使科学家的视野受到极大的限制，使规范变化也受到相当的阻碍。科学愈来愈严格了。另一方面，在科学界由于规范的引导而集中注意的领域中，常规科学也带来了知识的细节，带来了任何别的办法都达不到的观察与理论的精确配合。而且，这些细节和配合的精确性，价值超过了它本身所具有的并不总是很大的固有意义。如果没有那种主要为了达到预期作用而制造的特殊仪器，就不可能最终导致新事物的出现。而且，就是有了这种仪器，新事物一般也只能出现于这些人面前，他们确切知道他们应当期待什么，因而他们能够认清出了什么岔子。反常现象看来只是违反规范所提供的背景。规范愈是确切，愈是广泛，它对反常现象、从而也即对规范变化的时机提供愈是灵敏的指示器。在科学发现的正常方式中，即使是对变化的阻力也具有一种作用，下一节对此将作更全面的讨论。保护规范不会太容易遭到抛弃，因而阻力就可以保证科学家也不会轻易受到迷惑，使规范发生改变的反常现象也不会侵入现存知识的核心。科学上的重大新事物常常同时从几个实验室涌现出来，这个事实正是常规科学顽强的传统性标志，也是传统的探索为自己准备好了变化方式的标志。
Vll 危机和科学理论的涌现
第VI节所考察的各种发现，或者是规范变化的原因，或者促进了规范的变化。而且，这种隐含着这些发现的变化是建设性创，同样也是破坏性的。科学家吸收了这些发现以后，就能够说明更大范围的自然现象，或者更为精确地说明某些以前已知的现象。但要达到这一点，只有放弃以前的某些标准信念和方法，同时还要用别的来代替以前的部分规范。这样一种变革，我已论证过，是同所有通过常规科学得来的发现结合在一起的，但要排除那种除细节以外一般都可以预见的毫不惊人的发现。发现还不是这种破坏—建设性的规范变化的唯～来源。本节我们开始考察由新理论的发明所引起的同样的、但常常更大得多的变革。
已经论证过，在科学中，事实和理论、发现和发明并不是范畴上永远不同，因而可以料想这一节同上一节会有所重迭。（不能说普里斯特利首先发现氧，拉瓦锡以后又发明氧，但这种说法又很有吸引力。氧作为发现我们已碰见过了，我们马上又要把它作为发明来迎接。）在处理新理论的涌现时，我们必然也要扩大我们对发现的理解。重迭不就是同一。并不是、至少并不单单是由于上一节所考察的各种发现，才有这样一些规范变革，如哥白尼革命、牛顿革命、化学革命、爱因斯坦革命。也不是由于这些发现才有某些更专门从而也更小一些的规范改变，如光的波动理论、热力学理论或麦克斯韦电磁理论。这样的理论怎么可能从常规科学之中产生呢？这种常现科学活动更少是为了理论探索，更多是为了科学发现。
觉察到反常如果确实对新类型现象的涌现起作用，那么谁也不会奇怪，这一类更深刻的觉察正是一切可接受理论变化的必要前提。对这一点，我想历臾的证据是绝不含糊的。托勒密天文学的情况是哥白尼宣言之前的一桩丑闻。①伽里略研究运动的贡献密切依赖于经院批评家仍在亚里士多德理论中所发现的困难。②牛顿关于光和色的新理论来源于没有一种现存前规范理论可以说明光谱长度的发现；而代替牛顿理论的是波动理论，在人们愈来愈关心衍射效应和极化效应对牛顿理论的关系中的反常现象时，这一理论正好公布。③热力学是从十九世纪并存的两种物理理论的冲突中产生的，量子力学是从黑体辐射、比热、光电效应周围的各种困难中产生的。④而且，除牛顿一例以外，在所有其他事例中都早就深深觉察到反常了，人们甚至可以把这些影响所涉及的领域恰如其分地说成是处于一种不断增长的危机状态。它要求大规模的规范破坏以及对常规科学的问题和技巧进行重大变革，因而新理论涌现之前一般都有一个专业显著不稳定的时期。不出人们所料，这种不稳定来源于常规科学长期解不开它所应当解开的难题。现有规则的失败，正是寻求新的规则的前奏。
①A．R。霍尔（Hall）：《1500～18O0年的科学革》（伦敦，1954年），第16页。
②马歇尔·克莱杰特（Marshall Clagett）：《中世纪的力学科学》（威斯康辛州，梅迪逊，1959年｝，第II～III部。A．伽依列在他的《伽里略研究》（巴黎，1939年〕中指出了伽里略思想中的许多中世纪成分，特别见于该书第I卷中。
③关于牛顿，见T。S。库恩：《牛顿的光学论文》，载。伊萨克·牛顿自然哲学中的论文书信》， I·B·柯亨编（马萨诸塞州，坎布里奇， 1958年），第27～45页。关于波动理论的前奏，见E．