導(dǎo)語：如何才能寫好一篇量子力學(xué)基本概念及理解，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：玻爾理論；能級；躍遷；光譜

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1003-6148(2008)1(S)-0014-3

1 “能級”的來歷――玻爾理論

19世紀，人們已經(jīng)知道物質(zhì)是由原子組成。1911年E.盧瑟福提出原子核式模型，這一模型與經(jīng)典物理理論之間存在著尖銳矛盾。按照經(jīng)典物理理論會得出原子將不斷輻射能量而不可能穩(wěn)定存在的結(jié)論；原子發(fā)射連續(xù)譜，而不是實際上的離散譜線。玻爾著眼于原子的穩(wěn)定性，吸取了M.普朗克、A.愛因斯坦的量子概念，于1913年考慮氫原子中電子圓形軌道運動，提出原子結(jié)構(gòu)的玻爾理論。

1.1 玻爾的假設(shè)

理論的兩條基本假設(shè)是：①定態(tài)假設(shè)：原子系統(tǒng)中存在具有確定能量的定態(tài)，原子處于定態(tài)時，電子繞核運動不輻射也不吸收能量。原子的定態(tài)可通過經(jīng)典力學(xué)和角動量量子化條件得出。②躍遷假設(shè)：原子系統(tǒng)從一個定態(tài)過渡到另一個定態(tài)，伴隨著光輻射量子的發(fā)射和吸收。

1.2 玻爾理論對氫原子光譜的解釋

玻爾由基本假設(shè)出發(fā)，計算出氫原子的軌道半徑和能量公式如下：

氫原子的軌道半徑為

可見，氫原子的軌道半徑和能量都不是連續(xù)的，即是量子化的。

把這種量子化的能量值稱為原子能級（簡稱能級）。當(dāng)氫原子由一個能級躍遷到另一能級時，就產(chǎn)生一條譜線。玻爾的計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)符合的很好。

1.3 玻爾理論的成功及局限性

玻爾理論對氫原子光譜的解釋獲得了很大的成功，在原子理論和量子力學(xué)的發(fā)展過程中起到了很大的作用。然而，玻爾只考慮了電子繞原子核的運動，實際上分子、原子、電子、原子核的運動是相當(dāng)復(fù)雜的。所以玻爾理論對復(fù)雜的堿金屬光譜就難以解釋，對譜線的強度、色散現(xiàn)象、偏振等問題更無法處理。直到1926年，薛定諤等人建立了量子力學(xué)，人們才對微觀粒子的運動規(guī)律有了更全面、深刻的認識。

2 教材對玻爾理論內(nèi)容的處理

本章“量子論初步”分五節(jié)。第一、二節(jié)介紹光的波粒二象性，初步接觸量子化、二象性、概率波等概念，第三節(jié)介紹能級概念，第四節(jié)介紹物質(zhì)波的概念，第五節(jié)介紹不確定關(guān)系。

第三節(jié)“能級”分以下幾部分講述：

①引入：簡述有核模型與經(jīng)典物理理論之間的矛盾，玻爾理論提出的科學(xué)歷史背景；

②玻爾理論的內(nèi)容介紹和評判：介紹軌道量子化的概念和定態(tài)假設(shè)的內(nèi)容，分析玻爾理論的成功和局限性；

③能級：提出能級、基態(tài)、激發(fā)態(tài)、電離的概念；

④光子的發(fā)射和吸收：講述玻爾理論躍遷假設(shè)的內(nèi)容，介紹能級圖以及躍遷公式；

⑤“原子光譜”部分：介紹氫原子光譜，分析玻爾理論對氫原子光譜的解釋。

3 教學(xué)中對教材的利用和改進

我認為在教學(xué)中應(yīng)把教材中那些過時的，遠離學(xué)生實際的材料、知識舍棄。對教材中主干知識和體現(xiàn)物理方法的內(nèi)容，針對重點、難點，結(jié)合學(xué)生實際，結(jié)合物理學(xué)、科技的新發(fā)展花大力氣進行拓展延伸。使學(xué)生能熟練地理解、掌握這些基本概念，基本規(guī)律和方法。對于非主干知識的拓展，只限于科普式的介紹一些最新的、正確的觀點、材料，只要求學(xué)生知道是什么，不要求知道為什么，更不用介紹技術(shù)和操作的細節(jié)，起到擴大學(xué)生知識面和視野的作用即可。特別是在這個信息時代，應(yīng)讓學(xué)生用有限的時間和精力去高效的學(xué)習(xí)正確、有用的知識，而不是探索、重復(fù)前人的錯誤。應(yīng)該吸收其優(yōu)秀成果，走捷徑去繼承并加以發(fā)展。

3.1 關(guān)于“量子”

本節(jié)課整篇圍繞“量子化”展開，可在全文卻沒有給出“量子”的概念或解釋?！傲孔印币辉~來源于拉丁文，原意是“分立的部分”或“數(shù)量”。所謂量子或量子化，本質(zhì)是不連續(xù)性。在宏觀領(lǐng)域中，這種量子化（或不連續(xù)性）相對宏觀尺度極微小，完全可以忽略不計。我認為，在接觸玻爾理論之前搞清楚“量子”含義，對本節(jié)內(nèi)容的理解有很大幫助。

3.2 引入部分

教材指出，根據(jù)盧瑟福原子模型和經(jīng)典電磁理論推出原子應(yīng)當(dāng)不穩(wěn)定和輻射電磁波的頻率是連續(xù)的這一結(jié)論與實驗事實相矛盾。可以讓學(xué)生體會到，正是這個矛盾，推動了能量量子化理論的提出，促進了量子力學(xué)的建立和發(fā)展，從而達到對學(xué)生進行辯證唯物論、認識論和方法論的教育目的。教學(xué)中可讓學(xué)生閱讀自主學(xué)習(xí)。

3.3 玻爾理論的內(nèi)容介紹和評判部分

教材中將玻爾的“定態(tài)假說”稱為“原子結(jié)構(gòu)假說”。按照經(jīng)典電磁理論，原子應(yīng)是不穩(wěn)定的，但實際情況不是這樣，這一點，教材并未強調(diào)，原因是學(xué)生過去并沒有“做加速運動的帶電粒子要輻射能量”這樣的認識。相應(yīng)地，教材也沒有提到玻爾理論中“定態(tài)”這個概念。講到軌道量子化的時候，教材重點描述了“量子化”，有意淡化了“軌道”，沒有采用過去教材中常用的以同心圓代表氫原子軌道的插圖。這樣做，避免了強化軌道的圖景。為了使學(xué)生更深刻理解玻爾理論的這部分內(nèi)容，我讓學(xué)生總結(jié)，這些假設(shè)解決了經(jīng)典電磁理論和盧瑟福原子模型的哪些矛盾？學(xué)生在逐條對比中加深認識。

然而在下面的類比分析中，教材還是用了地球和人造衛(wèi)星這個例子。它確實可以幫助學(xué)生理解原子狀態(tài)的不連續(xù)性，但也更容易使學(xué)生產(chǎn)生電子做勻速圓周運動的錯誤認識，也在無形中強化了“軌道”的概念。所以在教學(xué)中有必要對學(xué)生解釋，經(jīng)典的理論在這里已經(jīng)不再適用，其實氫原子中的電子是沒有軌道的，電子在原子中運動的“軌道”這樣的說法，表達的只是一種可能性。

3.4 “能級”和“光子的發(fā)射和吸收”部分

主要講解玻爾理論中“躍遷假設(shè)”的內(nèi)容。教材突出了最有積極意義的能量量子化的觀點，舍去了能級公式的推導(dǎo)和計算，直接給出了氫原子的能級圖和一些可能的能量值，可能的躍遷方式。這樣做就是為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，體現(xiàn)課改和素質(zhì)教育的精神。在一些習(xí)題中還會看到關(guān)于能級公式的計算，我認為應(yīng)該大膽舍棄。高考考察的重點是能級躍遷的規(guī)律，這部分內(nèi)容應(yīng)當(dāng)做適當(dāng)?shù)耐卣埂?/p>

原子躍遷是一個比較難理解的知識點。在教學(xué)中，我先講授了躍遷的概念及躍遷公式hν=Em-En，讓學(xué)生閱讀教材，然后請他們例舉生活中與原子躍遷相似的事件，交流他們對此知識點的理解。學(xué)生舉出了非常好的例子：能級就好比臺階，原子躍遷就好比一個人在跳臺階。人可以從上跳到下，也可以從下跳到上，可以跳一級，也可以跳多級，但是不可能跳到某兩級之間。向上跳相當(dāng)于原子由低能級向高能級躍遷，跳的臺階越多，需要的能量就越大，如果上跳時具有的能量在到達二級與三級之間，他就無法到達第三級臺階而是落在第二階上。這樣一個類比，形象生動地描述了原子躍遷的過程，很容易突破了難點。但它也有一個缺點，生活中的臺階大多是高度一致的，而能級圖中每兩個能級的差是逐級遞減的。目前還沒找到更合適的例子，我就讓學(xué)生記住這個區(qū)別。

3.5 “原子光譜”部分

玻爾理論的一個重要貢獻就是正確解釋了氫原子光譜。教材中“原子光譜”這部分內(nèi)容也可以看成是玻爾理論的應(yīng)用?？梢試@幾個問題展開：

①能量量子化的觀點怎樣解釋原子光譜是線狀光譜？

②為什么各元素的原子光譜不同？

③為什么可以用光譜分析確定樣品中有哪些元素？

④光譜分析有什么優(yōu)越性？光譜分析在現(xiàn)代科學(xué)，如地質(zhì)、冶金、石油、生物醫(yī)學(xué)、地球化學(xué)、材料和環(huán)境科學(xué)等各個領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛應(yīng)用?？上?qū)W生做簡單介紹，使其了解物理在科技進步以及社會發(fā)展中發(fā)揮的重要作用。

4 有待解決的問題

一些學(xué)生在學(xué)完整章會有這樣的煩惱：“學(xué)完能級，對原子結(jié)構(gòu)有了清晰的認識，但是學(xué)了物質(zhì)波，看了氫原子的電子云好像又變得糊涂了?！逼鋵?，對電子等微觀粒子，由于不能用確定的坐標描述他們在原子中的位置，因此，電子在原子中運動的“軌道”這樣的說法其實是沒有意義的。電子云表示的是電子在原子核各個位置出現(xiàn)的概率。

我想學(xué)生之所以會有這樣的疑惑，是因為學(xué)習(xí)能級這節(jié)中“軌道量子化”時留下了錯誤的前概念。這部分內(nèi)容建立在盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型之上，本身就是不完善的，教材出現(xiàn)它的目的應(yīng)該是為“能量量子化”做準備。

這塊“雞肋”，舍掉，學(xué)生該如何理解能級？不舍，錯誤概念又怎樣消除呢？

參考文獻：

［1］楊福家.原子物理學(xué).北京：高等教育出版社，1991

［2］戴劍鋒.物理發(fā)展與科技進步.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005

篇2

[關(guān)鍵詞]科學(xué)革命；哲學(xué)思維；常規(guī)科學(xué)；科學(xué)危機；范式轉(zhuǎn)換

在近代自然科學(xué)從哲學(xué)中分離出來之前，一切學(xué)問或?qū)W術(shù)可以說都在哲學(xué)這一母體內(nèi)孕育和成長。那么，當(dāng)自然科學(xué)以及其他學(xué)科逐步從哲學(xué)這一母體分娩并走上自身發(fā)展道路之后，包括自然科學(xué)在內(nèi)的各門科學(xué)，能脫離哲學(xué)及其思維方式而獨立發(fā)展嗎？或者說各門科學(xué)與哲學(xué)之間那個連接胎兒和母體的“臍帶”真的能被剪斷或真的被剪斷了嗎？這是一個過去和當(dāng)代任何一門學(xué)科或科學(xué)的形成和發(fā)展都必須面對并要加以認清的問題，否則任何一門學(xué)科或科學(xué)的形成和發(fā)展都難以實現(xiàn)。本文力求從自然科學(xué)發(fā)展中的科學(xué)革命及其思維過程角度來探索這個問題。

一、科學(xué)革命及其實質(zhì)

所謂“科學(xué)革命”，是指“一種整體性的革命，這既可以針對整個科學(xué)而言，也可以針對某一學(xué)科而言。至于某一學(xué)科內(nèi)部某個理論體系中的個別科學(xué)觀念的變化，我們一般不稱其為科學(xué)革命，而把它視為科學(xué)觀念的局部變革（也有人稱之為‘局部革命’或‘小型革命’）。這種變革雖然也是科學(xué)觀念的部分質(zhì)變，但并未引起整個科學(xué)觀念的根本質(zhì)變和整體質(zhì)變”。這里所說的“科學(xué)革命”，“其最極端、最易于識別的形式可以用哥白尼主義、達爾文主義和愛因斯坦主義的出現(xiàn)作為例證——在這種事件中，一個科學(xué)共同體放棄一種長期看待世界、探索科學(xué)的方式，轉(zhuǎn)而支持另一種往往不相容的探索這個科學(xué)的進路”。例如，拉瓦錫的氧化說取代燃素說所帶來的化學(xué)革命，物理學(xué)中牛頓革命和愛因斯坦革命及其所帶來的相應(yīng)的整個科學(xué)革命，等等。

最早明確提及科學(xué)革命的思想家也許是彭加勒。在1905年，他就敏銳地洞察到物理學(xué)危機和革命的征兆，并對它進行了系統(tǒng)的分析和論證。李醒民把彭加勒關(guān)于科學(xué)革命的基本觀點概括為：（1）由于新實驗與舊理論的尖銳沖突，物理學(xué)已處于危機之中；（2）危機能加速物理學(xué)的根本變革，是物理學(xué)進入新階段的前兆；（3）要擺脫危機，就要在新實驗事實的基礎(chǔ)上重新改造物理學(xué)。由此，可以得出結(jié)論：（1）科學(xué)革命是新的科學(xué)理論代替舊的科學(xué)理論，并且新理論與舊理論有根本的不同，是理論的根本變革，即科學(xué)理論發(fā)生根本的質(zhì)變和飛躍；（2）科學(xué)革命前有一個危機時期，它是新實驗與舊理論的尖銳沖突，即舊理論處于危機之中。

繼承并發(fā)揮了彭加勒科學(xué)革命思想中科學(xué)理論質(zhì)變和飛躍思想的科學(xué)革命論者是波普爾。他把科學(xué)看做人類心靈的探險事業(yè)，認為科學(xué)的本質(zhì)就在于永無止境的探索。他把問題作為整個科學(xué)探索的起點，運用“證偽”或“否證”概念，把科學(xué)看做四階段的發(fā)展：P，（問題1）TT（試探性理論）E（消除錯誤）P2（問題2）。科學(xué)探索和發(fā)展就是這樣一個周而復(fù)始、永無止境的過程。

然而，庫恩不滿意波普爾把理論看做科學(xué)變革實體的思想，認為波普爾“過分集中注意了科學(xué)理論的革命性變革”，“只是盯住科學(xué)發(fā)展中的非常規(guī)事件或革命事件”，“把科學(xué)事業(yè)中非經(jīng)常性的革命部分的特點賦予了整個科學(xué)事業(yè)”；應(yīng)該更強調(diào)常規(guī)科學(xué)的作用，因為“正是常規(guī)科學(xué)而不是非常規(guī)科學(xué)，最能把科學(xué)同其他活動區(qū)別開來”。當(dāng)然，庫恩也繼承和發(fā)揮了彭加勒的科學(xué)革命前有一個危機時期即舊理論處于危機之中的思想。在這一點上，彭加勒、波普爾和庫恩是一致的，“都強調(diào)新理論拋棄并取代了與之不相容的舊理論的革命過程”。

可以說，庫恩的科學(xué)革命思想是對彭加勒科學(xué)革命思想的具體展開和深化。他對科學(xué)的發(fā)展提出了更為動態(tài)、細致的描述模式：前科學(xué)一常規(guī)科學(xué)一危機一科學(xué)革命一新的常規(guī)科學(xué)一十……在庫恩的描述模式中，常規(guī)科學(xué)就是有確定的范式并在范式指導(dǎo)下的有固定套路和方法的解題活動；危機是出現(xiàn)反?！蟹妒较虏荒芙鉀Q的實驗和現(xiàn)象，是隨著反常的增多而產(chǎn)生的對原有范式的懷疑和動搖；革命是新理論的產(chǎn)生并取代舊理論而成為新的范式；因而革命是范式的轉(zhuǎn)變——新范式取代舊范式。其中，常規(guī)科學(xué)中出現(xiàn)的反常以及所引發(fā)的危機是科學(xué)革命不可或缺的前奏。

庫恩對科學(xué)革命與常規(guī)科學(xué)、反常、危機之間的辨證發(fā)展關(guān)系進行了詳細的闡述。在庫恩看來，在常規(guī)科學(xué)時期，“科學(xué)家不是革新者，而是解決疑難的人，他所集中注意的疑難，恰恰是他相信在現(xiàn)有科學(xué)傳統(tǒng)范圍中既能表述、也能解決的”。“然而——問題就在這里——受這種傳統(tǒng)束縛的研究工作，最終的結(jié)果還是一定會改變這個傳統(tǒng)。幾次三番地連續(xù)致力于闡述公認的現(xiàn)行傳統(tǒng)，最終還是會在基本理論中、在問題領(lǐng)域以及在科學(xué)標準中出現(xiàn)一種變換，即我以前所說的科學(xué)革命?！笨墒?，常規(guī)科學(xué)研究為什么“更能產(chǎn)生打破傳統(tǒng)的新事物”？“這是因為，任何其他類型的工作都不能這么容易通過注意力的長期集中而找到困難的所在和危機的原因，而基礎(chǔ)科學(xué)最根本的進展正是依賴于對這種困難和危機的認識上”。庫恩認識到，當(dāng)“理論碰到了麻煩……科學(xué)家需要徹底依附于一種傳統(tǒng)，但要取得完全成功又必須與之決裂。部分是由于科學(xué)家常規(guī)研究的問題性質(zhì)，要求這樣的依附。我們已看到，這通常都是一些深奧的疑難，疑難的挑戰(zhàn)性并不在于解答所揭示的內(nèi)容，而在于為提出任何解答都有待克服的技巧上的困難。人們只有確信的確存在一種可以由創(chuàng)造能力揭示的解，才能研究這些問題，也只有現(xiàn)有的理論才有可能保證這種信心。只有理論給大多數(shù)常規(guī)研究題目以意義。懷疑理論，往往也就是懷疑構(gòu)成常規(guī)研究的復(fù)雜的專門疑難是否真有一個解”。因而，在庫恩看來，常規(guī)科學(xué)研究的目的“在于完善現(xiàn)有范式，而非發(fā)明新范式。只有當(dāng)這種完善工作失敗后，科學(xué)家才會遭遇第三類現(xiàn)象，即公認的反?，F(xiàn)象，其特征是無法被現(xiàn)有范式同化。只有這類現(xiàn)象才會促成新理論的發(fā)明”。而且“反常只在范式提供的背景下顯示出來。范式越精確，涵蓋面越廣，那么它作為對反常的一個指示器就越靈敏……范式不會太輕易地被拋棄，科學(xué)家將不會輕易地被反常煩擾，因而導(dǎo)致范式改變的反常必須對現(xiàn)存知識體系的核心提出挑戰(zhàn)……常規(guī)科學(xué)具有強烈的傳統(tǒng)性質(zhì)，也標志著這種傳統(tǒng)的追求為常規(guī)開展自身的變化徹底地鋪設(shè)了道路”。

從常規(guī)科學(xué)到科學(xué)危機再到科學(xué)革命，其間有不可分離的張力和辨證推進的發(fā)展過程，可以說，沒有常規(guī)科學(xué)研究的推進就不可能有科學(xué)危機，而沒有科學(xué)危機也就不可能有科學(xué)革命的發(fā)生。因此，“富有成果的科學(xué)家也必須是個傳統(tǒng)主義者，他很樂于用已有規(guī)則玩復(fù)雜的游戲，以便成為一個發(fā)現(xiàn)用來玩游戲的新規(guī)則和新棋子的成功的革新家”。庫恩還用發(fā)散和收斂之間的相互補充及其張力來形象地描述常規(guī)科學(xué)與科學(xué)革命之間的關(guān)系。他說：“科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明本質(zhì)上通常都是革命的。因此，它們確實要求思想靈活、思想開放，這是發(fā)散式思想家的特點……如果不是大量科學(xué)家具有高度思想靈活和思想開放的特性，就不會有科學(xué)革命，也很少有科學(xué)進步。”然而，“常規(guī)研究，甚至是最好的常規(guī)研究，也是一種高度收斂的活動，它的基礎(chǔ)牢固地建立在從科學(xué)教育中獲得的一致意見上，這種一致意見又在以后專業(yè)研究的生活中得到加強?？梢钥隙ǎ诘湫颓闆r下，這種收斂式的或者說受一致意見制約的研究工作終將導(dǎo)致革命……收斂式研究的持久時期正是革命轉(zhuǎn)換所必不可少的準備?！睆膸於鞯拿枋隹梢钥闯?，收斂式的常規(guī)科學(xué)研究是革命發(fā)生的不可或缺的準備，沒有持久的常規(guī)科學(xué)研究，也就不可能發(fā)現(xiàn)和應(yīng)對反常和危機，也就不可能有科學(xué)革命和科學(xué)的進步?！翱茖W(xué)研究只有牢固地扎根于當(dāng)代科學(xué)傳統(tǒng)之中，才能打破舊傳統(tǒng)，建立新傳統(tǒng)。這就是為什么我要談到一種隱含在科學(xué)研究之中的‘必要的張力’?！?/p>

顯然，庫恩的核心問題是科學(xué)革命，但他著墨的重點卻在常規(guī)科學(xué)上，強調(diào)常規(guī)科學(xué)研究的持久和堅定所導(dǎo)致的物極必反的效力——舊范式的突破而導(dǎo)致科學(xué)革命。因此，在庫恩的思想中，不論是常規(guī)科學(xué)、反常、危機還是科學(xué)革命，都是圍繞范式而展開的。常規(guī)科學(xué)是范式不變并在范式指導(dǎo)下的解題活動；危機是范式的動搖；科學(xué)革命是范式的轉(zhuǎn)換。

總之，科學(xué)革命是新理論取代舊理論，是新范式取代舊范式的范式轉(zhuǎn)換，這是一個從常規(guī)科學(xué)到出現(xiàn)反常再到危機并最終實現(xiàn)科學(xué)革命的持續(xù)發(fā)展的過程。

二、哲學(xué)思維貫穿科學(xué)革命始終

上述分析表明：從形式上看，科學(xué)革命是有與舊理論根本不同的新理論的產(chǎn)生，是有不同于舊范式的新范式的產(chǎn)生和確立。那么，新理論與舊理論的根本不同到底在什么地方呢？它是怎樣產(chǎn)生的呢？

對此，李醒民在總結(jié)諸多科學(xué)哲學(xué)家關(guān)于科學(xué)理論的要素和結(jié)構(gòu)的論述基礎(chǔ)上，認為“成熟的或高級的科學(xué)理論是由科學(xué)公理（基本概念和基本假設(shè)）、導(dǎo)出命題或科學(xué)定律、科學(xué)事實（感覺經(jīng)驗和觀察資料的科學(xué)陳述）三大要素組成的嚴密的邏輯演繹體系。”其中，科學(xué)公理是科學(xué)理論的邏輯前提或概念框架，是科學(xué)理論大廈的建筑基礎(chǔ)，離開它們，科學(xué)理論就失去賴以立足的基礎(chǔ)和進一步展開的依據(jù)，就根本無從建立起來。也就是說，科學(xué)理論的更新是基本概念和基本假說的更新，是創(chuàng)建出比原有科學(xué)理論的基本概念和基本假說更適合于自然對象、具有更大解釋力的新的基本概念和基本假說的過程。因此，要進行科學(xué)革命，必然要有新的基本概念和基本假說的創(chuàng)立，這是前提，也是最為關(guān)鍵之點。也可以說，建立在新的基本概念和基本假說基礎(chǔ)上而形成的新理論及其被科學(xué)共同體所接受，就實現(xiàn)了科學(xué)革命。在李醒民看來，科學(xué)的概念基礎(chǔ)和基本假設(shè)是科學(xué)理論賴以立足的本體論和邏輯基礎(chǔ)?！霸诳茖W(xué)理論的更迭中，特別是在科學(xué)史上為數(shù)不多的科學(xué)革命中，摧毀的正是這個基礎(chǔ)，而不是別的”；“在科學(xué)革命中，科學(xué)家用新的基本概念和基本假設(shè)取代了舊的科學(xué)公理，比如用牛頓力學(xué)的公理基礎(chǔ)取代亞里士多德的概念框架和分類范疇，用相對論的基本概念和基本假設(shè)取代牛頓力學(xué)的公理基礎(chǔ)，這就是所謂的范式轉(zhuǎn)換”。對此，愛因斯坦也認為，在面臨科學(xué)革命時，“整個物理學(xué)的基礎(chǔ)可能需要從根本上加以改造”；“我們關(guān)于物理實在的觀念絕不會是最終的。為了以邏輯上最完善的方式來正確地處理所知覺到的事實，我們必須經(jīng)常準備改變物理學(xué)的公理基礎(chǔ)”。

那么，什么樣的科學(xué)家才能擔(dān)當(dāng)此任（改變科學(xué)理論的公理基礎(chǔ)）呢？答案是：只有那些有意識地對科學(xué)所遇到的疑難問題進行哲學(xué)思維、在哲學(xué)思維的層面上工作的少數(shù)科學(xué)家。事實上，具體的科學(xué)理論都有特定的哲學(xué)世界觀為其基礎(chǔ)，要建立新的科學(xué)理論就必須找到新的哲學(xué)世界觀作為其基礎(chǔ)；而新的哲學(xué)世界觀的形成，必須在比科學(xué)理論層次更高的、哲學(xué)世界觀的層面上來思考問題，它不再是科學(xué)層面上的問題，而是更高、更抽象的哲學(xué)思維層面上的問題了。

在哲學(xué)思維層面上，范式不僅包括科學(xué)理論的公設(shè)，而且也包括關(guān)于這些公設(shè)必須適合的世界的預(yù)設(shè)，關(guān)于它們應(yīng)該如何適合那個世界的預(yù)設(shè)，關(guān)于試圖使它們適合的恰當(dāng)步驟和判斷何時是成功的或不成功的標準的預(yù)設(shè)，這些都與哲學(xué)世界觀層面上的基本概念和基本假說相聯(lián)系。這依賴于人的整體論（wholism），“整體論導(dǎo)致與傳統(tǒng)觀點的巨大差異。所謂的整體論，我意指下述觀點：組成部分融入這樣的統(tǒng)一體，以至于即使部分本身的性質(zhì)也受到那個統(tǒng)一體的影響。整體的性質(zhì)在某種意義上是部分本身的性質(zhì)的決定因素。庫恩的整體論奠基于整體論的感知理論和整體論的（或融貫論的）意義理論。”對此，馬根瑙（H，Margenau）進行了具體的闡述：在頂端一級，我們遇到所謂的原始經(jīng)驗（protocol experience），即感覺材料、觀察，它們無凝聚力，本身沒有秩序，需要用在原始領(lǐng)域沒有直接給出的輔助概念（supplementary con—cepts）來“說明”或理論化；說明包含著概念化的程序，處于原始經(jīng)驗之下的一級結(jié)構(gòu)；在底部，每一門科學(xué)都顯示出十分普遍的命題，它們被稱為公理或公設(shè)；無論給定的科學(xué)在給定時刻的公理是什么，它們都通過演繹的形式分析導(dǎo)出高一級的即較少的普遍的命題，通常稱它們?yōu)槎苫蚨ɡ?；由定律或定理還可以推出比較特殊的推論；這些推論借助對應(yīng)規(guī)則與經(jīng)驗資料聯(lián)系，以決定其去留。

關(guān)于此，庫恩有經(jīng)典的闡述：“在公認的危機時期，科學(xué)家常常轉(zhuǎn)向哲學(xué)分析，以作為解開他們領(lǐng)域中的謎的工具?？茖W(xué)家通常并不需要當(dāng)哲學(xué)家，也不想當(dāng)哲學(xué)家。的確，常規(guī)科學(xué)通常與創(chuàng)造性的哲學(xué)保持一段距離，而且這可能有充分的理由。在常規(guī)研究工作中能夠利用范式作為模型進行時，就無須使規(guī)則和假定弄得很清楚明白……由哲學(xué)分析所找出的整套規(guī)則，甚至也并不非要不可。但這不是說，尋找假定（甚至是不存在的假定）不可能是削弱心理上的傳統(tǒng)束縛、并為新傳統(tǒng)提供基礎(chǔ)的一條有效途徑。17世紀牛頓物理學(xué)的突現(xiàn)，20世紀相對論和量子力學(xué)的突現(xiàn)，并不是偶然事件，而是兩者都以相同時代研究傳統(tǒng)的基本哲學(xué)分析為先導(dǎo)和相伴隨的。在這兩個時期，所謂的思想實驗在研究的進步中起到如此重要的批判作用，也不是偶然的?！痹诖?，庫恩表達了這樣幾層意思：（1）在常規(guī)科學(xué)時期，科學(xué)與哲學(xué)保持距離，科學(xué)家不做哲學(xué)家的事，也不想當(dāng)哲學(xué)家；（2）在危機時期，科學(xué)家常常轉(zhuǎn)向哲學(xué)分析，并且這種哲學(xué)分析是擺脫舊傳統(tǒng)建立新傳統(tǒng)的有效工具和途徑；（3）牛頓物理學(xué)、相對論和量子力學(xué)等的科學(xué)革命，都說明了這一點。

當(dāng)然，這種哲學(xué)層面上對問題的分析，也必須結(jié)合原有科學(xué)理論背后的哲學(xué)世界觀問題來進行，即挖掘并揭示原有科學(xué)理論與其背后的哲學(xué)世界觀的深層關(guān)系。這一點，庫恩也進行了闡述，認為“在成熟科學(xué)中，新理論以及越來越新奇的發(fā)現(xiàn)不能從頭誕生。相反，它們是從舊理論中涌現(xiàn)的，是關(guān)于世界應(yīng)包含什么現(xiàn)象和不應(yīng)包含什么現(xiàn)象的舊信念的母體中涌現(xiàn)的。通常這種新奇事物太過于奧妙莫測，引不起未受很多科學(xué)訓(xùn)練的人的注意。即使受過相當(dāng)?shù)挠?xùn)練……更為可能的是，即使敢于闖進這些領(lǐng)域的科學(xué)家，僅僅依賴于他接受新現(xiàn)象的能力以及對新的組織模式的靈活性，也將一事無成。倒不如說他會使他的學(xué)科退回到意見尚未一致或自然狀態(tài)的歷史階段?！?/p>

通過上面的分析，我們可以看出，科學(xué)革命實際上是形成科學(xué)理論基本概念、基本假說、評價標準、思維方式的變化，是哲學(xué)世界觀的改變。因此，科學(xué)革命是一場科學(xué)觀念和思維方法的徹底重建。當(dāng)然，科學(xué)革命并沒有拋棄已有的經(jīng)驗材料和經(jīng)驗知識，只是改變理解原有材料和知識的方式和規(guī)則：“科學(xué)革命打碎的只是科學(xué)理論的舊框架，摧毀的只是科學(xué)的舊基礎(chǔ)?！?/p>

因此，從本質(zhì)上看，如何實現(xiàn)科學(xué)革命——基本假設(shè)的革命即世界觀和方法論的變革，這是一個哲學(xué)問題，只是在自然科學(xué)中它是由科學(xué)家來表述、刻畫和解決的。純粹的哲學(xué)家很難解決這些專業(yè)內(nèi)的科學(xué)問題。但是，專業(yè)的科學(xué)家如果還在原有范式指導(dǎo)下工作而不進行哲學(xué)創(chuàng)新思維，也是不能實現(xiàn)科學(xué)中的革命的（這并不是說，在科學(xué)危機時期，科學(xué)家要接受哲學(xué)家的指導(dǎo)而從事科學(xué)研究；而是說，如果科學(xué)家在該學(xué)科中不進行本體論和方法論的思考和創(chuàng)新，從而打破原有范式的本體論和方法論禁錮，是不可能實現(xiàn)科學(xué)理論創(chuàng)新即科學(xué)革命的）。所以，在科學(xué)革命中，科學(xué)家就是在做哲學(xué)的工作?？茖W(xué)家和哲學(xué)家都提出某種本體論和方法論，但哲學(xué)家要對這種本體論和方法論進行展開和論證，而科學(xué)家的工作是把新的本體論和方法論即科學(xué)基本概念和基本假說具體化為新學(xué)科的理論并用實驗加以檢驗。這恰如查爾默斯所說，“對基本原則進行持續(xù)的批判，最恰當(dāng)?shù)卣f，是哲學(xué)而非科學(xué)所具有的特征”。而對基本原則進行持續(xù)的批判，只能是少數(shù)的具有哲學(xué)思維能力的科學(xué)家所進行的工作。科學(xué)家“經(jīng)常不能”完成新舊范式的轉(zhuǎn)變，而且，即使那些有哲學(xué)思維能力的科學(xué)家，如果科學(xué)不處于危機中，他們也不能進行或完成科學(xué)革命。因而，“替論的發(fā)明恰恰是科學(xué)家們很少做的，除非在其科學(xué)發(fā)展的前范式階段和在其后演變期間非常特殊的場合”。在一個學(xué)科內(nèi)，如果像波普爾“猜想和反駁”的方法所表征的那樣，不斷地對基本原則提出質(zhì)疑，那么該學(xué)科就不可能取得重大進步。這是因為那些原則沒有足夠長的不受到挑戰(zhàn)的時間使專門的工作得以完成。雖然愛因斯坦憑借他所具有的創(chuàng)造性和勇氣對物理學(xué)的一些基本原則進行了挑戰(zhàn)并取得了重大進展，但是我們不應(yīng)忽視這一事實：正是經(jīng)過在牛頓范式框架內(nèi)200年的逐一的具體工作，以及在電磁學(xué)理論內(nèi)100年的工作，才揭示出愛因斯坦將會認識到并且用他的相對論來解決的問題。

因而，“在科學(xué)革命中，科學(xué)家用新的基本概念和基本假設(shè)取代舊的科學(xué)公理”。在波普爾看來，科學(xué)革命就是一個科學(xué)理論被另一個科學(xué)理論所取代，就是一組主張被另一組不同的主張代替；同樣，庫恩也認為，一場科學(xué)革命不僅涉及一般定律的變化，也涉及看待世界的方式的變化，還涉及在那些評價理論時所要持有的標準的變化。

總之，科學(xué)革命是一個量變到質(zhì)變的過程，革命包含在危機及解決危機的艱難的探索過程之中，沒有對危機和解決危機的探索，就沒有科學(xué)革命。這一過程，必須打破原有常規(guī)科學(xué)時期的科學(xué)觀念，并創(chuàng)立新的科學(xué)觀念，即新的基本概念和基本假說并建立新的理論范式，才能最終實現(xiàn)。而“獲得新范式、做出這些基本發(fā)明的人，幾乎總是非常年輕的人，或者新進入一個其范式將由它們所改變的領(lǐng)域的人，也許對此不需要再做更明確的說明，因為很明顯，他們很少在以前的實踐中受常規(guī)科學(xué)傳統(tǒng)規(guī)則的束縛，他們特別有可能看出，那些規(guī)則已經(jīng)不再適用了，并且去設(shè)計出另一套規(guī)則代替它們。”

即使在有不同理論競爭對手的威脅時，科學(xué)家的哲學(xué)思考也是必要的。由于常規(guī)科學(xué)時期科學(xué)家接受訓(xùn)練的方式以及他們?nèi)粝胗行У毓ぷ骶捅仨毥邮艿挠?xùn)練的方式，他們對他們在其中工作的范式的確切性質(zhì)，將是一無所知的，也無法加以闡述；但當(dāng)一個范式受到某個競爭對手的威脅時，他們就必須努力清楚地說明一個范式中所包含的普遍定律以及形而上學(xué)原則和方法論原則，以便保護它們免遭有威脅的新范式中的那些替代者的傷害。庫恩總結(jié)說，“科學(xué)家面臨反?；蛭C，都要對現(xiàn)在范式采取一種不同的態(tài)度，而且他們所做研究的性質(zhì)也將相應(yīng)地發(fā)生變化。相互競爭的方案的增加，做任何嘗試的意愿，明確不滿的表示，對哲學(xué)的求助，對基礎(chǔ)的爭論，所有這一切都是從常規(guī)研究轉(zhuǎn)向非常規(guī)研究的征兆”。當(dāng)人們認為反常正在給某個范式提出嚴重問題時，一個“明顯的無專業(yè)安全感”的時期便來臨了。此時，常規(guī)科學(xué)家開始進行哲學(xué)和形而上學(xué)的爭論，并且試圖依據(jù)哲學(xué)論據(jù)為他們的創(chuàng)新辯護。

三、哲學(xué)與科學(xué)的關(guān)系

事實上，科學(xué)革命不但沒有改變科學(xué)與哲學(xué)之間原有的生成關(guān)系，從某種程度上看反而在這個過程中強化了這種生成關(guān)系。從這方面看，具體科學(xué)不但是從哲學(xué)這一母體中生發(fā)出來的，而且在它獨立后的每一次的科學(xué)革命中，都要回到哲學(xué)思維的層面才能得以完成?？梢哉f，具體科學(xué)的每一次重大發(fā)展（科學(xué)革命）都是借助于哲學(xué)思維（哲學(xué)世界觀的改變而形成新的基本概念和基本假說）來完成的。

其實，理論思維，就是確立基本概念和基本假說，然后形成判斷、推理的過程；沒有這種從概念到判斷、再到推理的過程，就沒有理論及其理論思維?？茖W(xué)理論的發(fā)展就是基本概念的邏輯展開，就是圍繞基本概念和基本假說的建構(gòu)而進行的。從這個意義上說，科學(xué)理論的關(guān)鍵和核心就是確立并描述各種范疇如何圍繞基本概念而展開并得出結(jié)論的?？梢哉f，由基本概念構(gòu)成的理論的邏輯基礎(chǔ)決定著這個理論的本質(zhì)以及它在認識對象上可能達到的程度。概念是科學(xué)理論大廈的基石，基本概念及其關(guān)系構(gòu)成了科學(xué)理論的邏輯基礎(chǔ)。而哲學(xué)思維是科學(xué)革命的酵母，無論是在科學(xué)的創(chuàng)立之時還是在科學(xué)危機以及科學(xué)革命時期，哲學(xué)思維都起到關(guān)鍵性的作用。按照馬克思從“抽象到具體”的上升方法，科學(xué)理論的邏輯展開必須不斷地與現(xiàn)實對象接觸；從理論的抽象的一般到它的任何一個具體形態(tài)，都必須有中間環(huán)節(jié)作為對應(yīng)原理，即科學(xué)理論的結(jié)構(gòu)形式是由抽象一般、經(jīng)驗具體和中間環(huán)節(jié)構(gòu)成的演繹的邏輯體系。

于是，科學(xué)和哲學(xué)的關(guān)系，可以具體地表述為：一切科學(xué)的最基礎(chǔ)部分、也是最深處，都是哲學(xué)問題，都必須進行哲學(xué)思考。有人把哲學(xué)看做概念思維，是很準確的。哲學(xué)就是形成對認識對象的基本概念和基本假說，而推理、演算和驗證就成了具體科學(xué)的事了。因而，在哲學(xué)和科學(xué)之間永遠保有切不斷的“臍帶”，科學(xué)借助這一“臍帶”從哲學(xué)母體中不斷獲得新生的根基和養(yǎng)分；哲學(xué)通過這一“臍帶”，從各門豐富發(fā)展的科學(xué)理論中不斷獲得重生的形式。按庫恩的說法就是：“恰恰是拋棄批判性對話才是轉(zhuǎn)變到科學(xué)的標志。一個領(lǐng)域一旦轉(zhuǎn)變成為科學(xué)，只有在基礎(chǔ)搖曳的危機時刻才會出現(xiàn)這種批判性對話。只有對相互競爭的理論必須進行選擇時，科學(xué)家的行動才像是哲學(xué)家。”

更一般地說，哲學(xué)是回答為什么（why）的問題，而科學(xué)是回答怎么樣（how）的問題。前者是講道理、講原理的學(xué)問，后者是講機制、講理論的學(xué)問；機制、理論來自于道理和原理，沒有道理和原理就沒有機制和理論。就像地基和大樓的關(guān)系一樣，有什么的地基才能建起什么樣的大樓，大樓是由地基決定的；但從思考建什么樣大樓的角度看，也可以說，要想建造什么樣的大樓，就要思考打造什么樣的地基的問題。一個是大樓與地基的原理關(guān)系問題，一個是如何造大樓的機制問題。一般情況下，我們并不一定要認識為什么的問題，才能回答怎么樣的問題；但解決了怎么樣的問題，一定包含著對其中為什么問題的正確的原則性理解，即隱含了對為什么問題的原理的理解，雖然我們并不一定知道其中的具體的原理是什么。在科學(xué)革命中，科學(xué)家從怎么樣的問題回到為什么的問題，即從建什么樣的大樓回到要建什么樣的地基的問題；而在常規(guī)科學(xué)中，科學(xué)家面對的是在一定的地基上如何具體建造大樓的問題。在這個意義上，一般地說，哲學(xué)家做的是打地基的工作，而科學(xué)家做的是在一定的地基上如何建大樓的工作；但在不得不推倒舊大樓而建造更高的新大樓時，問題首先還得回到建造合適的地基問題上，雖然這時的工作還得由科學(xué)家來做，但科學(xué)家必須在哲學(xué)家工作的意義上展開工作，否則他將一事無成。并且這樣的工作，也只能由少數(shù)的、有哲學(xué)家頭腦的科學(xué)家來完成。