19世纪是一个革命的时代，在政治、社会、科学、工业、文化和艺术各个领域都发生了革命，无论其成功与否。这在历史上第一次使人们懂得变化可以是戏剧性的、革命的，而不只是渐进的。20世纪则是另一种意义上的革命时代，因为革命发生得更为频繁且其影响也更加深远。它们不仅使人类及其社会以及社会制度受到震动，而且还撼及自然界本身。已很难找到一块有人活动的地方能逃避革命所带来的巨大变化。革命已深入到各个领域：通讯（无线电，电视），制造业（合成纤维和塑料），电子（固态传感器，印刷电路，集成电路），战争（核武器，导弹），绘画（毕加索，马梯斯，米罗），音乐（斯特拉文斯基，勋伯格，斯托克豪森），文学（乔伊斯，F．沃尔夫），导航（雷达，远程定位），各门科学学科（爱因斯坦，玻尔，克里克和沃森），医学（索尔克疫苗，精神分析，起搏器和心脏外科），还有数据和信息处理——由此我们已经看到了计算机革命的步伐。我们还亲眼看到社会革命和政治革命在永无完结地继续：受到俄国革命和中国革命影响的人比以往任何一次革命都多，受到影响的程度也更深；来自有关拉丁美洲和非洲的大大小小的起义和暴乱的新闻越来越多，从军事政变到地道的社会和政治革命。

    19世纪从1789年动乱的余波中诞生，先后经历了1848年的政治革命以及马克思主义者领导的革命运动。在科学上，我们已经看到了《物种起源》中正式宣告的达尔文进化论，它预示着即将发生的革命。即便如此，19世纪后半叶（和20世纪初）知识发展的主流是进化的而不是革命的。本杰明·凯德的《社会的进化》（1894）和L．豪勒维克的《科学的进化》（1908）等著作就是进化观的例证。大体上说来，19世纪的政治和社会革命并没有取得成功，它以1905年的俄国革命的失败作结（1905年通常标志着20世纪科学的开始）。19世纪的政治和社会变革虽然富有戏剧性，有时还有激烈的暴力冲突，但以通常的观点而论，这一过程基本上仍然是循序渐进的，而且在讨论这一时期的科学发展时，人们一般也持这种见解。

    相反，20世纪却被惊人的激变所震撼，历史的延续有了真正的中断。俄国和中国的革命对社会、政治、经济都产生了巨大的影响，在世界范围内引起了国际性的革命运动，其影响远远超过了当年的法国革命。本世纪初在科学上同样发生了伟大的革命，主要反映在物理学上：X射线、量子理论、放射性、相对论、电子、原子核。1905年，也就是俄国革命流产的那一年，爱因斯坦发表了他的划时代的相对论论文和另一篇论文，这篇论文引起了物质和辐射物理学的革命，并建立起量子理论（它由M．普朗克于1900年开创）。从那以后，相对论和量子论思想一直占据着物理学思想的主导地位。在艺术方面，1914年前，出现了斯特拉文斯基的节奏异常强烈的《春之祭》和毕加索以及布拉克的令人瞠目的绘画，这些作品开创了结构主义、现代主义和抽象艺术以及不谐和和弦音乐的先河。

    20世纪出现了大量的关于革命的理论和观点，这并没有什么可惊奇的。因为本世纪头几十年，政治、社会、艺术和科学都发生了戏剧性的变革，革命（而不是进化）已成为我们这个时代描述科学发展的主导性观念。但革命是科学进步所期望的或必备的特征这样一种观念，在本世纪上半叶却不像现在这样容易被大多数人所接受。许多学者，包括历史学家和科学家们自己，对于科学特别是基础物理学中发生的革命性变化感到忧虑，正像他们对遍及全球的政治和社会结构的剧烈震荡感到忧虑一样。有的人，如爱因斯坦主张抛弃科学革命的观念（见28章）；还有人如R．A．密立根，不但拒绝科学革命的观念，而且还否认在科学中有任何革命性的进步。

    这一章我们将列举一些本世纪出现的有关科学革命的观点，并将特别注重于科学家们的论述。下一章，我们将考察助世纪科学史家逐渐接受科学革命观念的过程，特别是当T．S．库恩具有巨大影响的著作《科学革命的结构》于1962年发表后，接受科学革命观念的人数达到了顶峰。第27章，将论述相对论革命和量子论革命。在大多数人的心目中，相对论被看成是我们时代科学革命的典范。而对于那些懂行的人来说，量子论则是历史上最伟大的革命之一。第四章，将讨论具有特殊重要性的地球科学革命。因为这个领域的专家学者已经认识到它是一场革命，已经用革命的语言和结构来书写它的历史，甚至还运用了库恩对革命的理论分析方法以洞察地球科学革命的结构。而且，这场革命以清晰的和引人注目的形式显示了所有伟大的科学革命的一些主要特征。

    第二次世界大战前的政治和科学的激进主义

    1908年，政治革命家V．I．列宁的一部哲学著作公开出版了，它主要论述正在物理学中出现的革命的本性和影响，书名是《唯物主义和经验批判主义》。这部著作的公开意图主要是维护“马克思主义哲学”，反击那些当时对“辩证唯物主义”的攻击。但对于本书的目的来说，列宁的某些论述（体现在标题为：“最近的自然科学革命和哲学唯心主义”一章中）是特别值得注意的。它可以作为一个例子，用来说明物理学发生革命的观念很早就已广泛传播开来了。

    列宁集中讨论了镭元素问题。这一期间该问题突出地出现在许多有关文献中。使列宁和他的同代人震惊的是，当一小块镭的温度比周围环境温度高时，这种情形会明显地持续下去。而按照古典力学理论和能量守恒定律，热体定会把热量放射到温度较低的环境中去，直到达到热平衡，也就是说，直至物体和周围环境的温度相等。因此，镭的性质不但向科学家展示了一个必须被纳入科学的概念框架中去的新现象——放射性，而且这种新的物质在几个方面摧毁了经典科学的基础。也许最值得注意的是：在放射性现象中，元素的原子会自发地发生衰变和“嬗变”，而变成另一种完全不同的元素的原子。

    列宁援引来作为例子的许多学者中，有法国数学家和哲学家亨利·彭加勒。从彭加勒1907年写的哲学著作《科学的价值》一书中，列宁看到了他对物理学出现“严重危机”的论述。按照彭加勒的观点，物理学中发生了严重的危机，其罪魁祸首是“伟大的革命者——镭”。彭加勒的见解受到了广泛的尊重，因为他是法国，也许还可以算是全世界最卓越的科学家之一。他忧郁的危机宣言引起了人们的注意：新的发现不仅推翻了能量守恒原理，而且也同样危及到“拉瓦锡原理或物质守恒原理”；危及力学的基础，包括牛顿作用和反作用相等的原理；危及到其他公认的物理学基础。

    人们从镭和放射性中看到了革命的破坏力。其它许多新的发现通常也都具有这种特征。《亨利·亚当斯的教育学》（1907）这部著作以最富戏剧性的形式对革命破坏力这个主题展开了讨论。在谈及亚当斯对1900年大博览会的感想时，亚当斯用“发动机和圣母”这一比喻对旧的蒸汽力和新的电力之间的差异表示惊讶。他发现了“连续性的中断”（p．381），它“为历史学家的研究对象设置了一个深不可测的裂缝”；“在蒸汽和电流之间找不出比耶稣受刑架和教堂之间更多的联系。如果不是可逆的话，那么各种力是可以互相转换的，而对电来说，如同在信仰世界中它只是服从绝对的命令”。在迷惑不解之中，亚当斯求助于兰利，他是一位天文物理学家，华盛顿史密森学会的会长。

    兰利帮不了他，实际上他似乎也被同样的问题所困扰，他总是重复说新的力是无法无天的，他尤其是反复声称他对新射线的发现没有责任，这些射线如同杀父的仇人，它们气势汹汹地向科学开了刀。他自己的射线是有益无害的，他利用它们得到了双倍宽的太阳光谱。但镭否定了他的上帝，对兰利来说，也就是否定了他的科学真理。这种力是全新的。

    看到1890到达1905年间物理学发展中出现革命的人不只是列宁、亚当斯、彭加勒和兰利。不过，并不是每个人都被这些新发现的含义所困扰。例如，彭加勒在他的关于‘时间和空间”（1963，23）的论文中，把相对论看成是“最近物理学进步中”发生“革命”的主要成果；在另一篇论文中，他暗示了这样的意思：量子理论是潜在的“自牛顿以来自然哲学经历的最深刻的革命”。

    20年代，“革命”一词从1917年俄国革命——第二次革命或布尔什维克革命中获得了一个新的激进的含义，这场革命使新的名词“布尔什维克主义”出现在通常的演讲之中。这场革命不仅完全推翻了旧沙皇的统治，而且使俄国的财产制度和人民的经济生活都发生了戏剧性的转变。这些革命性的变化被这样一个事实所加强，正如布林顿所考察的那样（1952）：在俄国革命中，“事件都集中发生在”比近代其它革命“更短的时间内”。

    在许多美国人和欧洲人心目中，法国革命和俄国革命是两次典型的革命，但后者也许具有更广泛的意义，因为它产生了可以输出的布尔什维克主义这个幽灵，促进了一场国际性的革命和颠覆运动。此外，法国革命没有产生一个稳定的革命共和制度，不到15年，法国就复辟了皇权统治，而苏维埃政权已持续了半个多世纪，如今它比其早期更强大。因而，一些科学家目睹了俄罗斯旧秩序的崩溃，并感到了一种对自己国家现存生活方式的威胁。那么，他们对科学面临的形势同样心神不安也就没有什么可奇怪的了。量子物理学和新的原子概念在被X射线，放射性和相对论带来的危机上雪上加霜，使一些科学家在新科学和布尔什维克之间找到了共同点，对布尔什维克主义的害怕，甚至是对可能的布尔什维克主义感染的告诫，都在本世纪2O年代关于科学和科学革命的讨论中出现了。

    2O年代发生的心理学革命使一些人在更大的程度上把革命的科学同政治上的激进主义结合起来。J．B．华生的著作《行为主义》（1924）在美国的报纸上被大加渲染：“也许…但是有史以来最重要的著作”，这部著作“标志着人类文明史的新纪元”（华生和麦克唐加尔1928，102）。在英国，值得注意的是华生体系宣传要“使伦理学，宗教和精神分析学——事实上，使所有的精神和道德科学革命化。”上述这些摘录是华生的对手威廉姆·麦克唐加尔作的，他还补充说，华生的著作“宣称的不只是革命化，简直就是废弃所有这些的庄严的东西”。

    麦克唐加尔的看法不无道理。华生的《行为主义》一书的结束语就是这样一个宣言：行为心理学将取代现有的心理学的原理与实践。在最后一章的最后一节，华生得意地将其副标题命名为“行为主义——全部未来实验伦理学的基础”（1924，247）。这层意思在该节开头的两句中表达得更为突出，华生展望他的行为主义是“一门科学，它使所有的人——男人和女人懂得他们自己的行为”。并将帮助“男人和女人……重新调整他们自己的生活”，并“使他们运用健康的方式培养自己的孩子”（p.248）。他提出了一个新的宇宙乌托邦概念：如果我们依照行为主义原理，“以行为上的自由”对儿童加以培养，他们将依次以更科学的方式培养自己的孩子，“最终世界将变成一个适合人类居住的场所”。

    华生与斯金纳不同，斯金纳是本世纪早期的行为心理学家，他曾发表过一部叫《沃尔登第二》的小说，他嘲笑那些“去往被上帝抛弃的地方，建立一块领地，赤身**地在那里过原始公社式生活，以植物的根茎作食物”的人，他的乌托邦将是整个世界，他说，他的计划“如果能实施，那么这个世界将逐步得到改变”。然而，华生也许想避开某些可能的批评（记得那是1924年），他强调说：“我不是想寻求一场革命”。在他的著作1930年版的序言中，华生承认“我们已被指责为……布尔什维克主义者”。“批评文章进行人身攻击，甚至是在谩骂”，他认为那些反对他的情绪出自对他的基本观念的憎恨，他的观念是：“人是一种动物，他与其它动物唯一不同之处在于他的行为举止的类型”。他说他遇到了与达尔文相同的阻力，因为“人类不愿意把自身同动物相提并论”。他声称害羞的灵魂将被从“行为主义中驱逐出来”，因为一个“保持科学头脑”的心理学家在描述人类的行为时与在描述“被宰杀的公牛的行为时”使用的是完全相同的术语“’

    行为主义包含着革命的因素。彼得·梅达沃和简·梅达沃1983年写过这方面的文章，他们认为华生“和那些被他说服的人带来了一场真正的心理学上的培根革命”，因为他们用“经验的东西代替了那些由于不是即存地呈现在我们的感官面前而必须依靠推理才能懂的东西”。两位梅达沃考虑了习惯的“心理状态如喜悦，痛苦，恶意，甚至是（关于这一点我们在哪儿划线呢？）意识本身”。他们看到行为主义“以经验的叙事体和报道文体取代了反省心理学的特殊假设”，从而确定了这场革命及其影响的范围。

    本世纪前半叶有一种倾向是将科学的发展同政治上的激进主义联系在一起，体现这一倾向的另一个例子涉及爱因斯坦的相对论。对于许多在科学上批评和反对相对论的人来说，相对论简直就是在俄国蔓生的布尔什维克主义在科学中的映象。布尔什维克主义已在德国和匈牙利出现，看来正危及西方文明和社会全部的已被接受的价值观念。风格严肃的《纽约时报》（1919．11．16，8）刊登了一篇题为《科学界的爵士乐》的文章，该文一开始就提出了四个问题：“太空何时弯曲？平行直线何时相交？圆何时变成非圆？三角形的内角和何时不等于两直角之和？”答案：“当然是在布尔什维克主义进入科学领域的时候！”文章接着引用了同查尔斯·普尔的谈话内容，普尔是哥伦比亚大学的天体力学教授。下面是该文的某些摘录：

    普尔教授在读过有关爱因斯坦相对论的快讯后说：“过去几年中，整个世界都处在动荡状态，无论是精神上的还是物质上的。也许在物质方面的不安定如战争，罢工，布尔什维克的崛起等能被实际察觉到的东西下面，是深深波及世界的精神困扰。这种精神上的不安定明显体现在公众所持的对待社会问题的态度和倾向性期望上。这就是欲以激进的，未曾尝试的社会实践来推翻业已确立的，行之有效的政体形式。

    “精神上的不安定也侵扰着科学。今天在科学领域恰恰也有一场同政治和社会生活领域类似的冲突。有许多人向往对宇宙进行心理学上的思索，热衷于各种奇思怪想，他们要我们抛弃已被证实的理论，而实际上恰恰基于这些理论，现代科学和力学的大厦才得以建立”。

    接着，这位哥伦比亚大学教授对牛顿到爱因斯坦的引力理论发展史作了进一步的讨论，他总结说：

    目前已经测量到的（光线受太阳影响）弯曲效应这一事实，在科学上有极为重要的意义。这一结果也许会改变某些迄今已被接受的有关太阳附近物质的密度与分布的观念。但我不明白这样的观察事实何以能证明第四维的存在？或者说怎么能推翻几何学的基本概念？

    我读了各种论述第四维空间的文章，包括爱因斯坦的相对论和其它关于宇宙构成的心理推测文章。读完之后，我的感受如同参议员布朗德哥在华盛顿的一次庆贺晚宴后的感受一样，他说他感觉到如同和爱丽丝一道漫游仙境，与狂人一道喝茶一样。

    有位记者曾问起过爱因斯坦如何看待“C．L．普尔教授”的意见，这位教授坚持说爱因斯坦的理论“无法验证”，而且说“无须爱因斯坦，我们依靠牛顿定律就能解释一切物理现象，甚至包括水星的摄动”。爱因斯坦机智地回答道（《纽约时报》1921，4，4）：“我没有看到普尔教授的谈话”。

    英国天文学家A．S．爱丁顿是将广义相对论介绍到英语国家的第一人。第一次世界大战中的1916年，他收到了荷兰天文学家德赛特寄来的爱因斯坦1915年发表的论文。意识到爱因斯坦研究课题的重要性，爱丁顿钻研了爱因斯坦运用的“绝对微积分”以便弄懂广义相对论。他在为伦敦物理学会所作的著名的《引力相对性理论报告》（1918）中，称广义相对论为“思想上的革命，它深刻地影响到天文学，物理学和哲学，并把它们推上了新的发展道路上且永不逆转”。后来，爱丁顿发表了一本关于相对论的通俗读物，题为《空间，时间和引力》（1920）和一部为科学工作者所写的著作猢对论数学理论》（1923）。1954年，爱因斯坦称其是“所有语言中介绍相对论最好的著作”（p.281）。因此，令人感兴趣的是《爱丁顿对这一物理新观念的介绍中，谈及了人们指责物理学已被一种科学上的布尔什维克主义所侵袭。

    爱丁顿在季福德发表厂题目为《物理世界的本质》的演讲（1928．爱丁顿在开头的一段中讨论了那些“坚决反对现代科学中的布尔什维克主义，把住旧秩序不放”的思潮，他把“我们关于时空观的根本变革”（由爱因斯坦和闵科夫斯基于1905-1908年间引入）同卢瑟福1911年引入的“自德谟克利特以来物质观的最伟大的变革”’作了比较。他说卢瑟福的工作并没有在广大公众中“引起强烈的震动”，而“新的时空观从各方面看去，都被认为是革命性的”；；要说所谓布尔什维克主义的话，他倾向认为真正的主角该是卢瑟福而不是爱因斯坦。

    像20年代的某些人一样，爱丁顿深深地意识到革命是科学发展的特征之一。他详细解释了为什么原子结构的奇异新发展通常没有被打上革命性的发展这一红色标记。他说：“表示性质特征的形容词‘革命的’常常被用在两项伟大的现代发展上，一是相对论，一是量子论”。他解释说，这两个理论是揭示世界奥秘的新发现，而且使“我们关于世界的思维方式”发生了根本性的“变化”（同上，2）。

    爱丁顿领导了1919年的日蚀观测，结果证实了广义相对论的一个预言（见第27章）。他认为相对论革命同原子结构和量子理论革命一样，只是表明科学知识以革命的步伐向前进展的具体事例。他在结尾处提出了这样一个问题：“没有任何迹象表明下一个三十年不会发生另一场革命，甚或是完全的反革命”？这里反革命类比政治上的反革命。爱丁顿接着提到了革命的继承性概念，最后以“科学的发展如同玩一个巨大的拼板游戏一样”的比拟结束了他的《物理世界的本质》（1928，352—353）（他作比较时的语言和想像同40年后库恩所用的很相似）。在他看来，科学革命并不意味着已布排和联结停当的各个板块必须拆散，而是在添置新的板块中，我们必须对将会形成的拼板图结构的原有想法进行修正。爱丁顿的结束语是：欧几里德，托勒密和牛顿的体系“已经完成了它们的使命”，将来爱因斯坦、玻尔、卢瑟福和海森伯的体系“也必然让位于对世界有更充分认识的体系……但每一次科学思想上的革命就如在旧的曲谱上配上的新歌词，过去的东西并不是被完全抛弃而是被扬弃，在我们企图表述真理的所有失误中，科学真理的内核在稳定增长：关于科学真理我们可以说：它变化得越多，它的真理性也越多”。

    在两次世界大战之间，有许多别的科学家也提到过革命问题，M．居里写了一部回忆她已故丈夫P．居里的文字（1923，133-134），她说：P．居里在索伯内荣升教授时，作了一个关于对称性，向量和张量以及晶体的演讲，同时也“提到了在这个新领域（放射性）中所作出的发现，以及在科学上引起的革命”。

    本世纪则至30年代，有一位论述新科学的多产作家叫詹姆斯·吉恩斯，他和爱丁顿一样，是英国天文学家。他在后期写的一部著作《物理学和哲学》（1943，ch．1）一书的开头，探讨了科学中的革命。该书第一句话回忆了乔治·萨顿和卢瑟福勋爵（同上，ch．1），并声称“科学的发展通常是步步为营，逐步推进的”，在科学的征途上有