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年的科学革命》（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．T．惠泰克：《以太和电理论的历史》，第1卷（第2版；伦敦，1951年），第94～109页；W．惠威尔（Whewed）：《归纳科学史》（修订版；伦敦；1847年）；第II卷，第396～466页。

    ④关于热力学，见

    S.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1卷，第266～281页。关于量子理论，见弗雷茨·雷舍（Fritz

    Reiche）：《量子理论》，H．S．海特菲尔德（Hatfield）和H．L．布罗兹（Brose

    ）译（伦敦；1922年），第i～ii章。

    先来看看规范变化的一个特别著名的事件，即哥白尼天文学的涌现。它的先驱托勒密体系先在公元前最后两个世纪和公元后最初两个世纪发展起来，那时这个体系在预言恒星和行星的位置变化方面取得了值得赞美的成功。任何一种其他古代理论都做不到这么好。对于恒星，托勒密天文学今天仍然作为一种技术上的近似而得到广泛应用；对于行星，托勒密的预测也同哥白尼的一样可靠。但是，对一种科学理论来说，值得赞美的成功决不是完美无缺的成功。托勒密体系不管是对行星位置还是对春分、秋分的岁差所作的预测，总是不能很符合最好的观测。进一步减少那些细小的误差，成了许多托勒密的后继者的许多常规天文学研究的首要问题，正象把天体观测同牛顿理论结合起来的同样的尝试，也为牛顿在十八世纪的后继者提出了正常研究问题。有时候天文学家完全有理由假定，这些尝试也可以同导出托勒密体系的尝试一样成功。对于某一误差，天文学家们总是可以通过调整托勒密体系中的复合圆环而消除。但随着时间的推移，人们只要注意一下许多天文学家正常研究活动的最后结果就可以发现，天文学的混乱性比精确性提高得要快得多，这里校正了一种误差，那里又会冒出另一种来。①

    因为天文学传统一再为外界所打断，又因为天文学家之间的联系受到没有印刷的限制，这些困难慢慢才被认识到。最后终于觉察了。到十三世纪阿耳丰叟十世（AIfonso

    X）宣称，上帝在创世时如果请教过他，一定会获致忠言。在十六世纪，哥白尼的合作者多米尼加·达·诺瓦拉（Domenico

    da Novara）坚持，决不会有一种象托勒密体系那么繁杂、那么不确切的体系，竟然可能符合真实的自然界。哥白尼本人在《天体运行论》一书的序言中也写过，他所继承的那种天文学传统最后造出来的只能是一个妖怪。到十六世纪初欧洲愈来愈多最优秀的天文学家都认识到，天文学规范已不能应用于它自己的传统问题了。这样的认识，正是哥白尼放弃了托勒密规范而另找新规范的必要前提。他这个著名的序言至今仍然是对一种危机状态的经典叙述。②

    ①J．L．E．德雷耶（Drerer）《天文学史从泰勒斯到开普勒》（第2版；纽约，1953年），第

    xi～Xii章。

    ②T．S库恩：《哥白尼革命》（马萨诸塞州；坎布里奇，1957年），第135～143页。

    从技术上按常规解决难题的活动中断了，当然这还不是哥白尼所面临的天文学危机的唯一因素。进一步的研究又考虑到改革日历的社会压力，这压力使岁差的难题更为迫切。还有，更全面的说明还要考虑中世纪亚里士多德派的批评、新柏拉图主义的复兴，以及其他一些重大的历史因素。但是技术上的中断仍然成了危机的核心问题。在成熟科学中——天文学在古代已经成熟了——象上面所引证的那些外界因素，主要的作用是确定了中断的时机，使中断更易于理解，还规定了中断因为受到特殊注意而最先出现的领域。这一类的问题虽然极其重要，但已超出了本文的界限。

    如果哥白尼革命的事例大致已经清楚了，让我们转到第二个情况不大一样的事例上，即以拉瓦锡的氧燃烧理论的涌现为前导的危机。十八世纪七十年代由于化学中许多因素的相互结合而产生了一次危机，历史学家无论是对这些因素的性质或是对它们的相对重要性都有不同看法。其中有两个因素一般都认为具有头等重要性：气体化学的兴起和重量关系问题。前者的历史开始于十七世纪空气泵的发展及其在化学实验中的应用。以后一个世纪中化学家们通过空气泵和其他许多气体装置愈来愈认识到，空气一定是化学反应中一种活泼的成分。但是化学家们借助于一些例外——简直含糊得可能根本不是例外——还是相信空气只是一种气体。直到1756年约瑟夫·布莱克表明可以明确地把“固定空气”（CO

    2）从普通空气中分离出来，人们仍然认为这两种气体的样品只是因为不纯才有区别。①

    ①J·R·帕亭顿（Partington）：《化学简史》（第2版；伦敦，1951年）。第48～51、73～85、90～120页。

    布莱克的工作以后，气体研究进展迅速，在卡文迪什、普里斯特利、舍勒等人手里成绩尤为斐然，他们创造了一系列可以鉴别不同气体样品的新技术，所有这些人，从布莱克到舍勒，都相信燃素说，都经常用这个理论设计和解释实验。舍勒为了取得除去燃素的热质，实际上是第一次通过一连串精致的实验而获得了氧。但这些实验的最后结果出现了各种各样的气体样品和属性，复杂得使燃素说愈来愈应付不了实验室的经验。这些化学家们尽管都没有提出过应当取代这种理论，但再也不能始终如一地用它了。到十八世纪七十年代初拉瓦锡开始作空气实验时，几乎有多少气体化学家就有多少燃素说的变形。①一种理论的变形骤增，正是危机的一般迹象。在哥白尼的序言中也抱怨过这一点。

    ①虽然他们主要关心的是稍晚一些的时期，但许多有关材料部散见于I．R．帕丁顿和道格拉斯·麦启（Douglas

    Mckie）的《烧素说的历史研究》，《科学年鉴》，第11卷（1937年），第361～404页2第III卷（1938年），第1～58、337～371页；第II卷（1939年），第337～371页。

    燃素说对气体化学愈来愈模棱两可，用处也愈来愈少，这还不是拉瓦锡面临危机的唯一根源。他还很关心解释大多数物体燃烧或焙烧以后的重量增加，这又是一个具有一段长长史前期的问题。至少有几个穆斯林化学家早已知道某些金属在焙烧后可以增重。十七世纪有几个研究者从同一事实中得出结论说，焙烧过的金属从大气中搞来了一些成分。但在十七世纪大多数化学家似乎还不需要这个结论。如果化学反应可以改变各种成分的体积、颜色和质地，为什么不能改变重量呢？重量并不总是测量物质的量。而且，由焙烧而来的增重仍然是一种孤立的现象。大多数自然物（如水头），如燃素说后来所说的，焙烧后失去重量。

    但是经过十八世纪，原先对增重问题的满意回答就愈来愈难以维持了。一方面这是因为天平作为一