我們如果把歷史不僅僅看成是一堆軼事和年表，就會根本改變今天仍然支配我們頭腦的關于科學的形象。從前形成這樣一個形象，也包括科學家自己所形成的，主要是由于學習已有科學成就的結果。這種成就載于經典著作之中，近年來也載于那些每一代科學新人從中學到專業的教科書之中。但是這一類書，目的不可避免地是為了說教，它們所描述的科學觀，決不會比旅行指南或語文課本所描述的民族文化更合乎實際一些。本文要說明的是，這些書從根本上把我們引入了歧途。本文的目的是要勾畫出一種大異其趣的科學觀，一種可以從科學研究的歷史記載本身浮現出來的科學觀。
但是，如果人們所不斷尋找和分析的歷史資料，只是為了回答科學課本中那些永恒不變的陳詞濫調所提出的問題，那么，即使根據歷史，也無法形成新的科學觀。比方說，這種課本似乎總是暗示，書中所描述的各種規則、定律、理論已經完美地表明了科學的內容。幾乎無一例外，這些書讀起來都象是在說：科學方法其實就是搜集教科學材料的技巧，再加上對材料進行理論概括的邏輯推理方法。這就造成了對科學本質和科學發展的一種糾纏不清的科學觀。
科學如果只是一堆現行課本中的事實、理論和方法的總匯，那么科學家不管有沒有成就，也只能努力對這個總匯貢獻一二而已。科學的發展成了一點一滴的進步，各種貨色一件一件地或者一批一批地添加到那個不斷加大的科學技術知識的貨堆上。科學史成了這樣一門學科：它既要記載這個連續不斷的積累過程，也要記載阻止這一進程的障礙。歷史學家為關心科學的發展，他就負有以下兩個主要任務。一方面，他必須確定是什么人、什么時候發現或發明當代科學中的各種事實、定律和理論。另一方面，他還必須描繪和解釋妨礙現代科學課本各部分更快積累起來的那一堆錯誤、虛構和迷信。許多研究工作都是為此而進行的，有一些現在仍然是這樣。
但近年來有幾個科學史家已經發現，要按照這種漸進積累的觀點進行工作，愈來愈困難了。作為這個積累過程的記錄者，他們發現，研究得愈是深入，就愈是難于而不是易于回答這樣一些問題：氧是什么時候發現的？是誰第一個想到能量守恒？有幾個人還愈來愈懷疑，問題可能從根本上就提錯了。科學也許根本就不是通過一個一個發現和發明的積累而發展。同時，科學史家要把過去人們所觀察和相信的“科學”部分，同前人任意扣上“錯誤”、“迷信”的部分互相區別開來，也遇到愈來愈大的困難。他們愈是仔細研究象亞里士多德力學、燃素說化學、熱質說熱力學等等，就愈會感到，那些一度流行過的自然現，從總體上說，一點也不比今天流行的更不科學些，或者更加是人類天性怪解的產物。如果把這些過時的信念叫做虛構，那么，今天使我們獲得科學知識的方法和根據，也同樣可以產生虛構，可以證明虛構。另一方面，如果把它們叫做科學，那么，科學里面就包含一些我們今天所絕對不能容納的信念。在這二者之間，科學史家必然要選擇后者。過時的理論不能因為遭到摒棄就一定不科學。但這么一來，我們就再也難以把科學的發展看成單純的增加了。同樣，在科學史研究中把個別的發明和發現孤立起來也會遇到困難，這就有理由從根本上懷疑，科學史究竟是不是這樣一個由個別科學貢獻復合而成的積累過程。
所有這些疑問，最后引起了科學研究史編寫中的一場革命，盡管現在還是剛剛開始。科學史家逐步地、往往并不完全自覺地開始提出另外一類問題，研究另外一條往往并非漸進性的科學發展路線。他們不再去尋求一門古老科學對我們現代文明的永恒貢獻，而是試圖表現這門科學當時的完整歷史。例如，他們并不問伽里略的觀點同現代科學觀點有什么關系，卻要問伽里略的觀點同當時他那個集體，即他在科學上的老師、同學和直接繼承者的觀點之間有什么關系。而且，他們在研究歷史上這些集體的觀點時還堅持這樣一個出發點；盡可能使歷史上的這些觀點內部聯系得最緊密，又最能符合于自然界。這個出發點通常是同現代科學的出發點大不一樣的。通過這樣寫成的著作，最典型的也許就是亞歷山大 .
柯依列的著作，我們可以看到，科學已不盡然是那種人們在歷史編寫舊傳統中所爭論的那樣了。歷史研究至少已暗示了一種新的可能的科學形象。本文的目的就是要說明編寫歷史的某些新含義，以勾畫出這個科學形象的輪廓來。
這樣做，科學的哪個方面將會突出出來呢？首先，至少是說明順序上的首先，方法論本身并不足以使我們能做到：只要按它的指示辦就可以對許多科學問題得出唯一可靠的結論來。叫一個人去觀察電學或化學現象，但他只知道什么合乎一般科學，卻不懂這兩門具體科學，他當然會從許多相互矛盾的結論中隨便抽出一個來。他之所以從各種合理的可能性中得出這一個特定結論來，可能是因為他從別的地方得來的先入為主的經驗，可能是因為調查研究中的某些偶然事件，也可能是由于他本人的個人特點。比方說，他把哪一些具體知識用到化學或電學研究中去了？在許多可以想到的適合這個方面的實驗中，他首先選擇哪個實驗呢？在由此引起的各種復雜現象中，哪些現象會使他感到特別能說明化學變化和電吸引的本質呢？對這些問題的回答，至少對個人來說，有時甚至對整個科學界來說，都常常是科學發展中所不可缺少的決定性固素。我們將指出，如第 II節所說，大多數科學的早期發展階段都是酒過許多不同自然觀之間不斷的相互競爭而表現出自己的．特征來。其中每一種自然觀都是片面地按照科學觀察和方法的要求而得出來的，但又大體上都同這種要求沒有矛盾。各個學派之間的不同，不在于各派的方法上有這樣或那樣的缺陷——它們都曾經是“科學的”，而在于，如我們后文要說的，它們看待世界和運用科學的不同方式之間的不可比性。觀察和經驗可以而且必須嚴格限制科學信念所容許的范圍，否則就沒有科學。但它們不能單獨決定某一種特定的信念本身。由某一特定時代的特定科學共同體所支持的信念，總是在其構成成分中包含了由個人偶然性和歷史偶然性所組成的明顯任意性因素。
但這種任意性因素并不表示，任何一個科學集體可以沒有一套大家接受的信念而能進行專業活動。這種因素也不會降低那個一定時期內這一集體正是為之而獻身的知識總匯的重要意義。科學界如果認為對下面一些問題沒有得到可靠的回答，實際研究工作就沒有開始：組成宇宙的基本實體是什么？它們之間怎樣相互作用？又怎樣同感官發生作用？對這種實體提出什么問題才合理？用什么辦法才能找到答案？至少在已成熟的科學中，對這上類問題的回答（或者是完全可以代替答案的東西）已經深入到了學生由以獲得專業訓練的教學之中。那種教育又嚴密又刻板，因而這些答案也可以在人們的科學思維中留下深刻影響。這很能說明常規研究活動的特殊作用以及它在任何一段時間中所遵循的方向。在第III、IV、V各節中考查常現科學時，我們最后將說明，那種研究不過是一種狂熱而虔誠的嘗試：想把自然界強迫納入專業教育所規定的思想框框里。同時我們還會懷疑，不管在歷史來源或以后的發展中有些什么任意性因素，如果沒有這樣的框框，究竟還能不能進行研究。
這種任意性因素確實存在，對科學的發展也有重要作用，這一點將在第VI、VII、VIII各節中詳加考察。大部分科學家都難免要把幾乎全部時間化在常規科學上，因為常現科學建立在這樣一個假定之上：科學家了解世界是什么樣子。科學事業的許多成就都是從科學界捍衛這個假定的決心中得來的，必要時還不惜付出相當的代價。例如，常規科學往往壓制重大的革新，因為必然要打破它的一些基本成現。但是只要成規中有任意性因素，常規研究的本性又可以保證革新不會被壓制很久。有時一個很普通的問題，本來可以用已知的規則和方法加以解決，但是雖經這個專業的研究集體中最有才能的人反復鉆研，仍然不得解決。也有時，為常規研究制造的某一種設備不合要求，結果出現了反常，怎么努力也不能使之同科學上預期的現象相一致。在這樣一些情況下，常規科學就會走入歧途。這時候——也就是當這一專業再也避不開那種破壞科學實踐舊傳統的反常現象時——就會開始那種非常研究，最后終于把這一專業引向一套新的成規，為科學實踐提供一個新的基礎。這種使專業的成規發生變革的非常事件，就是本文所說的科學革命。作為常規科學活動所受傳統束縛的補充，革命是對這種傳統的破壞。
科學革命最顯著的例子，是那些在以前科學發展中也經常被稱為革命的著名事件。因此，在第一次直截了當地分析科學革命本質的第IX、X節中，我們將反復談到那些在科學發展中同哥白尼、牛頓、拉瓦錫、愛因斯坦等名字相聯系的重大轉折點。這些歷史事件，至少就物理科學而言，比大多數其他事件更能說明科學革命究竟是怎么回事。每一次革命都迫使科學界推翻一種盛極一時的科學理論，以支持另一種與之不相容的理論。每一次革命都必然會改變科學所要探討的問題，也會改變同行們據以確定什么是可以采納的或怎樣才算是合理解決問題的標準。每一次革命都徹底改變了科學的形象，以至于最后我們不得不說，那個人們在里面進行科學研究的世界也根本變了。這些變化同幾乎總是隨之而來的爭論一起，決定了科學革命的特征。
研究一下牛頓革命或者化學革命，這種特征表現得特別明顯。但本文卻有這樣一個基本論點；研究革命性不那么明顯的其他事件，同樣也可以得到這些特征。麥克斯韋方程對于受到影響的小小專業集體也同愛因斯坦方程一樣地革命，從而也一樣地受到抵制。創立另一種新理論如果觸犯了某些專家的專門職權范圍，也照例會激起他們同樣的反應。對這些人來說，新理論意味著改變常規科學原來所遵循的規則。因此，新理論不可避免地要指責他們所已經完成的許多科學研究。正因為這樣，一種新的理論，不管應用范圍是多么專門，都很少會、甚至永遠也不會只是已知事實的累加。新理論的同化作用要求重新構思原來的理論，重新評價原來的事實，這個內在的革命過程很少是由一個人單獨完成的，更不是一夜之間所能完成的。毫不奇怪，歷史學家很難為這個漫長的過程標出確切的日期來，而他們的專業語匯卻又總是迫使他們把這個過程看成是孤立事件。
創立新理論，還不僅僅是對有關專業領域專家們的致命的沖擊。支配常規科學的成規不僅指明了宇宙包含些什么實體，還暗示了宇宙不包含什么實體。由此可以得出——盡管這一點還要進一步討論——象氧或X射線那樣的發現，決不單單是為了在科學家世界的總匯中多增添一個項目。只要學術界重新評價傳統的實驗方法，取代它久已熟悉的實體觀念，并在這個過程中改變它把握世界的理論框架，最后就會出現這樣的結果。除了在單一的常規科學實踐中，科學事實和科學理論不能截然分開。正因為這樣，意外的發現就不單純是輸入了一些事實，由于這些嶄新的事實和理論，科學家的世界既有了量的豐富，也有了質的變化。
這樣來引伸關于科學革命本質的概念，下文將樣加敘述。大家知道，引伸就會扭曲通常用法。盡管這樣，我還是要說新發現是革命的，因為，正是由于有可能把這些發現的結構同哥白尼那樣的革命聯系起來，我才覺得這個引伸了的概念有這么重要。上面的討論表明，常現科學和科學革命這兩個互補的概念將怎樣在以后緊接的第區節中展開。本文其他部分安排另外三個重要問題。第XI節通過討論教科書，看著科學革命為什么以前是那么難以發現。第XII節描述了常現科學者傳統的擁護者同新傳統的追隨者之間在革命過程中的競爭。因此，這一節我們也考察了這樣一個過程，通過這個過程一定程度上可以在科學探索的理論中代替那種科學中通常所熟悉的證實或證偽程序，科學界不同部分之間的競爭，其實不過是不斷否定一種以前公認的理論或接受另一種理論的歷史過程。最后，第XIII節將提出這樣一個問題：通過革命而發展怎么能同看起來是科學特有的進步性質一致起來呢？對這個問題，本文只想提供一種答案的輪廓，這個答案還取決于尚待進一步探討的科學共同體特點。
某些讀者肯定已在懷疑，歷史的研究究竟能不能得出本書所要講的那種根本觀念上的轉變呢？用邏輯兩分法的全套武器可以表明：不可能完全做到這一點。歷史是一門純粹描述的科學，這一點我們說得實在太多了。但上面提出的論點卻把歷史說成是解釋的、有時還是規范的科學。而且，我的許多概括還牽涉到關于科學家的社會學或社會心理學，而我的某些結論至少在傳統上是屬于邏輯學或認識論的。在前面的一段文字中，我可能會侵犯到現代影響很大的“發現的前后關系”同“論證的前后關系”之間的界限。混淆了不同的科學領域和科學上不同的重點，除了造成極大的混亂以外，還能有什么呢？
思想上離開了這一類的界限，我們簡直無法更了解它們的含意和力量了。許多年來我一直認為，這關系到認識的本質問題。現在我還是認為，經過適當的修正，這些界限仍然可以為我們說明一些重要的問題。但是當我試圖把這些界限應用到我們獲得、接受和消化知識的實際情況時，即使是廣義的應用，也是非常成問題的。這并不是一些基本邏輯或方法論方面的界限，從而比分析科學知識更為重要，現在看來，這正是一套傳統可靠答案的一個組成部分，這些答案正是針對提出這種界限的那些問題的。這個邏輯循環絕不會使它們無效。但又確實使它們成為一種理論的組成部分，這樣，它們也象其他理論一樣需要仔細加以分析。如果它們的內容不僅是一些純粹的抽象，那就必須看看把它們用到所要闡明的材料時其內容究竟怎樣。難道科學史就不能為我們提供這樣一些現象，可以合理地要求把認識論用上去嗎？