科学革命的结构—读书笔记

科学革命的结构—读书笔记

　　科研范式的确定会带来学术的积累和进步，对于过往科学理论和体系的发展的探究有助于对科学这个概念的更深刻理解。物理学就经历光的微粒说和波动说的争论，各有各的证据来支持，牛顿支持的粒子说可以解释光的直线运动和反射，惠更斯则有衍射现象支持波动学说，并最后由德布罗意提出的波粒二象性来解释不同时候可以不同理论来理解特定现象。这种从经典物理到量子物理的过渡，本质上是不同尺度应用的理论不一样，随着我们研究的深入，更加细化的研究可能有其它的适用理论，并且能够在微观层次解释，并最终能够回到宏观层次的理论。而这给我们关于世界观的突破，在微观层次上，世界的本质是概率，是不确定性。我们生命科学中孟德尔提出的遗传分离和自由组合定律就类似于此，把性状的出现与某种遗传因子对应，如同颗粒(Aa×Aa--AA:Aa:aa=1:2:1)，前瞻性地预见基因的存在，之后Avery等人找到DNA是生物的遗传物质作为这种概念的对应，以及Watson和Crick的DNA双螺旋结构模型，让我们的研究能够经历物理的宏观到微观的过程，从遗传学探究到分子生物学，有足够多的理由相信我们也在经历这种科研范式的转换。并且基因在生物学的概念不断扩大，我们可以细化到DNA序列的各种元件如启动子，增强子等等，甚至可以找到染色质上的组蛋白和DNA之间的各种化学修饰对基因表达调控的影响，如DNA甲基化抑制基因表达，组蛋白乙酰化促进基因表达，染色质可接近性和三维基因组结构等等表观遗传学修饰图谱让我们不断深入。随着高通量测序技术的普遍化，就如同之前PCR技术，我们能够对生命有更深层次的认识，现在积累的生物学数据，让人不由得期待能够利用人工智能算法等等实现生物底层机制的发现，经历又一次的科学革命。

　　对于不同范式之间的不可通约性，我们可以描述为认知障，即科学的很多假设是我们进一步深入的障碍，但是没有这种共同前提就无从讨论。因此虽然会有一定的错误的可能性，而且能够开创新方向的只是少数，但是只要新范式能够对世界有更本质的认识，我们都应该不断追求它。

　　历史的观点

　　历史的价值在于其不是一个静态的资料积累的过程，而是其发展具有一定的内在本质，且能够启发未来可能的发展道路。需要注意的是，每个发展阶段，对于同样的资料，不同的思维模式可能做出不同的诠释，这一点在当时人眼里习以为常的很多观点可能在如今的社会就是匪夷所思了。但这是时代的局限性，我们都是在前人的基础上一点点进步的，对于前人不可过于苛求，后人也将是这样看待我们的。

　　思想的确立和传播，以及在这个过程中进一步的发展，有其内在的规律。理论的确定并非一个简单的逐步完善的过程，但是我们可以看到其形成完善是有一定的结构的，从而能够理解为什么突跃式的发展不仅仅普遍，而且是必需，就如同寒武纪物种大爆发对今日生物多样性的重要影响。这种保守的结构被作者称为范式paradigm，是比较公认的科学成就，能够对于特定领域的问题做出经典的回答。而不断涌现的科研成果一方面扩大人类的认知边界的同时，也会带来理论的矛盾，理论上特定的范式中这些矛盾是自洽的，这个时候就需要新的观点来解决这个问题。

　　科学以及其演变过程是一体的，因为科学不是固定的知识积累过程，而是进化论式的知识积累和突变，产生类似于寒武纪生物大爆炸的突跃式进展，一下子就进入新的阶段而不是逐步积累的过程。结构比具体的内容更加重要，因为表象可以具有多种选择，但决定具体表现哪种表象则取决于底层的机制结构。科学以及其演变过程是一体的，因为科学不是固定的某些研究成果的堆积，还包括如果涌现出这一批成果的底层结构。就如同线性代数的运动和空间是一体的，都可以使用矩阵来描述。这本质上是一种时空观，运动和包含运动的空间是一体的。

　　本书的精髓是将革命的观念引入发展的这个过程，这种剧烈的变化带来世界观的改变，涉及到重新定义，革命前后的科学范式有着不可通约性，找不到某种保守的不变本质。而这种范式作为发展的保守结构是我们看到科学发展的底层机制，在不同学科则有不同的范式结构。

　　研究过程中会出现各种问题和反常现象，经过科学家的各种尝试，最终得到问题的解决，可能有革命。

　　革命是世界观的改变

　　本质上科学研究就是在建立对世界的认识，并且在这种观念的建立之后尝试去解释世界，这具有很强的可塑性，以至于我们可以看到不同时代的观念在一定程度上是鸡同鸭讲，后人不必对前人的观念有太多的优越感，因为他们只是缺乏我们形成观念的时候所拥有的素材，而前人根据有限的资料努力形成完善自洽的世界观的过程其实和我们没有两样。就如同我们现在能够普遍承认的地球是圆的，可以有航天航空事业的发展，各种照片等等资料的佐证而深信不疑，前人的天圆地方说之类的也是根据有限的资料形成的自洽的理论。理论大部分时间都可以解释，但总会隐含着不可解释的矛盾，对矛盾的解决最终带来观念的突破，即范式的转化，需要大量的科学成果来支持，不然就是空中楼阁水上浮萍。

　　而观念的形成之后，对于同一事物可以有与之前不一样的解释，这种诠释与之前的诠释会具有不可相容性，即作者所说的不可通约性。在一定程度上，客观存在是不变的，但我们的主观想法决定对客观存在的理解，这可以具有很大的多样性。理论是观念的产物，如果我们的观念发生变化，这依赖于我们的训练，则我们将认知不同的世界，比如说本来是鸭子的世界变成兔子的世界。这就是我们认知世界的基本思维元素发生变化。

　　我们人类是概念的生物，对于底层元素的处理很多时候都是心有余而力不足，因此需要抽象形成足够高维的产物，能够在宏观层次加以理解，比如说五行学说的金木水土火的性质，也比如说弦论。在外人看来都是玄学，只有内部人员才有一套自己的思维模式，并且随着对世界解释和预测的成功带来越来越大的自信。

　　然后是为什么会发生这种观念，即认识世界的方式的改变呢?一方面是数据的不懂积累，另一方面是对数据的解读即提出不同的假设并证伪，直至提出的假设暂时不能被推翻则接受为一个建立观念的基本素材，而这将对后续的观察和对数据的解读产生重要影响。一些学科的基本假设有助于科学共同体形成一个整体，可以有可以交流的话语体系，但是随着科学和技术的发展看到这些假设的不可靠性，就需要推翻它们并形成新的假设。这种对过往假设的相信和怀疑就是科学共同体的共同信仰。世界上唯一不变的只有变化。

　　人类是经验的奴隶，过往经验对一个人的世界观具有强大的塑造作用，并且在形成之后比较固定，很难改变。而科学家作为人类具有同样的性质，但是有更高的要求，即要努力摆脱成为经验的奴隶，要不断收集新的材料形成新的经验，世界观需要对变化更加宽容。这种经验决定了对事物的阐释方式，我们需要追求更加正确或者说矛盾更少的理论。客观事物不随着我们主观意识的改变而改变，但是如果我们的主观意识越来越接近真实的世界的运转规律，我们将从世界得到反馈，即我们的理论具有更强的解释能力。

　　我们要避免事情发生发展是线性化的这种简化假设，因为真实情况的发展是复杂的，不是一帆风顺的，有起有伏，可能经历长久的停滞之后产生新的突变，但在一个足够高的时间维度下，的确是可以看到前进的趋势，有的人就满足于此，但科学家需要对细节有更深的探究。科学的发展不是有着美好蓝图然后一代接一代的科学家去添砖加瓦来构建好宏伟的科学大厦，这蓝图并不存在。相反，更多的时候是大家在摸索的过程中逐步发现并不断逼近世界的本质。

　　范式其实就是一种看待世界的角度，之所以能够从之前的范式转换为新的范式，能够对于同样的材料有不同的眼光，这只有在遇到原有范式不能解决的问题的时候产生。因为范式的转换不是一个主动的过程，而是科学家在尝试不同的解决方案的过程中所涌现出来的有用的方式。这种范式的转换是剧烈的，本质上不同看待世界的范式之间存在不可通约性。新范式之所以能够取代旧范式，在于相信新范式的人愈来愈多，并在这个框架下继续开拓新的领域，而坚持旧范式的人也随着在科学共同体的比例降低而逐步被淘汰。

　　科学持续进步的结构在于范式的不断转换，而范式的转换不是一个平滑的过程，本质上是一种革命，是两种具有不可通约性的范式你死我活的斗争，但是道路是曲折的，前途是光明的，新范式即使经历了失败，最后一定也能够成功。

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