我们如果把历史不仅仅看成是一堆轶事和年表，就会根本改变今天仍然支配我们头脑的关于科学的形象。从前形成这样一个形象，也包括科学家自己所形成的，主要是由于学习已有科学成就的结果。这种成就载于经典著作之中，近年来也载于那些每一代科学新人从中学到专业的教科书之中。但是这一类书，目的不可避免地是为了说教，它们所描述的科学观，决不会比旅行指南或语文课本所描述的民族文化更合乎实际一些。本文要说明的是，这些书从根本上把我们引入了歧途。本文的目的是要勾画出一种大异其趣的科学观，一种可以从科学研究的历史记载本身浮现出来的科学观。
但是，如果人们所不断寻找和分析的历史资料，只是为了回答科学课本中那些永恒不变的陈词滥调所提出的问题，那么，即使根据历史，也无法形成新的科学观。比方说，这种课本似乎总是暗示，书中所描述的各种规则、定律、理论已经完美地表明了科学的内容。几乎无一例外，这些书读起来都象是在说：科学方法其实就是搜集教科学材料的技巧，再加上对材料进行理论概括的逻辑推理方法。这就造成了对科学本质和科学发展的一种纠缠不清的科学观。
科学如果只是一堆现行课本中的事实、理论和方法的总汇，那么科学家不管有没有成就，也只能努力对这个总汇贡献一二而已。科学的发展成了一点一滴的进步，各种货色一件一件地或者一批一批地添加到那个不断加大的科学技术知识的货堆上。科学史成了这样一门学科：它既要记载这个连续不断的积累过程，也要记载阻止这一进程的障碍。历史学家为关心科学的发展，他就负有以下两个主要任务。一方面，他必须确定是什么人、什么时候发现或发明当代科学中的各种事实、定律和理论。另一方面，他还必须描绘和解释妨碍现代科学课本各部分更快积累起来的那一堆错误、虚构和迷信。许多研究工作都是为此而进行的，有一些现在仍然是这样。
但近年来有几个科学史家已经发现，要按照这种渐进积累的观点进行工作，愈来愈困难了。作为这个积累过程的记录者，他们发现，研究得愈是深入，就愈是难于而不是易于回答这样一些问题：氧是什么时候发现的？是谁第一个想到能量守恒？有几个人还愈来愈怀疑，问题可能从根本上就提错了。科学也许根本就不是通过一个一个发现和发明的积累而发展。同时，科学史家要把过去人们所观察和相信的“科学”部分，同前人任意扣上“错误”、“迷信”的部分互相区别开来，也遇到愈来愈大的困难。他们愈是仔细研究象亚里士多德力学、燃素说化学、热质说热力学等等，就愈会感到，那些一度流行过的自然现，从总体上说，一点也不比今天流行的更不科学些，或者更加是人类天性怪解的产物。如果把这些过时的信念叫做虚构，那么，今天使我们获得科学知识的方法和根据，也同样可以产生虚构，可以证明虚构。另一方面，如果把它们叫做科学，那么，科学里面就包含一些我们今天所绝对不能容纳的信念。在这二者之间，科学史家必然要选择后者。过时的理论不能因为遭到摒弃就一定不科学。但这么一来，我们就再也难以把科学的发展看成单纯的增加了。同样，在科学史研究中把个别的发明和发现孤立起来也会遇到困难，这就有理由从根本上怀疑，科学史究竟是不是这样一个由个别科学贡献复合而成的积累过程。
所有这些疑问，最后引起了科学研究史编写中的一场革命，尽管现在还是刚刚开始。科学史家逐步地、往往并不完全自觉地开始提出另外一类问题，研究另外一条往往并非渐进性的科学发展路线。他们不再去寻求一门古老科学对我们现代文明的永恒贡献，而是试图表现这门科学当时的完整历史。例如，他们并不问伽里略的观点同现代科学观点有什么关系，却要问伽里略的观点同当时他那个集体，即他在科学上的老师、同学和直接继承者的观点之间有什么关系。而且，他们在研究历史上这些集体的观点时还坚持这样一个出发点；尽可能使历史上的这些观点内部联系得最紧密，又最能符合于自然界。这个出发点通常是同现代科学的出发点大不一样的。通过这样写成的著作，最典型的也许就是亚历山大 .
柯依列的著作，我们可以看到，科学已不尽然是那种人们在历史编写旧传统中所争论的那样了。历史研究至少已暗示了一种新的可能的科学形象。本文的目的就是要说明编写历史的某些新含义，以勾画出这个科学形象的轮廓来。
这样做，科学的哪个方面将会突出出来呢？首先，至少是说明顺序上的首先，方法论本身并不足以使我们能做到：只要按它的指示办就可以对许多科学问题得出唯一可靠的结论来。叫一个人去观察电学或化学现象，但他只知道什么合乎一般科学，却不懂这两门具体科学，他当然会从许多相互矛盾的结论中随便抽出一个来。他之所以从各种合理的可能性中得出这一个特定结论来，可能是因为他从别的地方得来的先入为主的经验，可能是因为调查研究中的某些偶然事件，也可能是由于他本人的个人特点。比方说，他把哪一些具体知识用到化学或电学研究中去了？在许多可以想到的适合这个方面的实验中，他首先选择哪个实验呢？在由此引起的各种复杂现象中，哪些现象会使他感到特别能说明化学变化和电吸引的本质呢？对这些问题的回答，至少对个人来说，有时甚至对整个科学界来说，都常常是科学发展中所不可缺少的决定性固素。我们将指出，如第 II节所说，大多数科学的早期发展阶段都是酒过许多不同自然观之间不断的相互竞争而表现出自己的．特征来。其中每一种自然观都是片面地按照科学观察和方法的要求而得出来的，但又大体上都同这种要求没有矛盾。各个学派之间的不同，不在于各派的方法上有这样或那样的缺陷——它们都曾经是“科学的”，而在于，如我们后文要说的，它们看待世界和运用科学的不同方式之间的不可比性。观察和经验可以而且必须严格限制科学信念所容许的范围，否则就没有科学。但它们不能单独决定某一种特定的信念本身。由某一特定时代的特定科学共同体所支持的信念，总是在其构成成分中包含了由个人偶然性和历史偶然性所组成的明显任意性因素。
但这种任意性因素并不表示，任何一个科学集体可以没有一套大家接受的信念而能进行专业活动。这种因素也不会降低那个一定时期内这一集体正是为之而献身的知识总汇的重要意义。科学界如果认为对下面一些问题没有得到可靠的回答，实际研究工作就没有开始：组成宇宙的基本实体是什么？它们之间怎样相互作用？又怎样同感官发生作用？对这种实体提出什么问题才合理？用什么办法才能找到答案？至少在已成熟的科学中，对这上类问题的回答（或者是完全可以代替答案的东西）已经深入到了学生由以获得专业训练的教学之中。那种教育又严密又刻板，因而这些答案也可以在人们的科学思维中留下深刻影响。这很能说明常规研究活动的特殊作用以及它在任何一段时间中所遵循的方向。在第III、IV、V各节中考查常现科学时，我们最后将说明，那种研究不过是一种狂热而虔诚的尝试：想把自然界强迫纳入专业教育所规定的思想框框里。同时我们还会怀疑，不管在历史来源或以后的发展中有些什么任意性因素，如果没有这样的框框，究竟还能不能进行研究。
这种任意性因素确实存在，对科学的发展也有重要作用，这一点将在第VI、VII、VIII各节中详加考察。大部分科学家都难免要把几乎全部时间化在常规科学上，因为常现科学建立在这样一个假定之上：科学家了解世界是什么样子。科学事业的许多成就都是从科学界捍卫这个假定的决心中得来的，必要时还不惜付出相当的代价。例如，常规科学往往压制重大的革新，因为必然要打破它的一些基本成现。但是只要成规中有任意性因素，常规研究的本性又可以保证革新不会被压制很久。有时一个很普通的问题，本来可以用已知的规则和方法加以解决，但是虽经这个专业的研究集体中最有才能的人反复钻研，仍然不得解决。也有时，为常规研究制造的某一种设备不合要求，结果出现了反常，怎么努力也不能使之同科学上预期的现象相一致。在这样一些情况下，常规科学就会走入歧途。这时候——也就是当这一专业再也避不开那种破坏科学实践旧传统的反常现象时——就会开始那种非常研究，最后终于把这一专业引向一套新的成规，为科学实践提供一个新的基础。这种使专业的成规发生变革的非常事件，就是本文所说的科学革命。作为常规科学活动所受传统束缚的补充，革命是对这种传统的破坏。
科学革命最显著的例子，是那些在以前科学发展中也经常被称为革命的著名事件。因此，在第一次直截了当地分析科学革命本质的第IX、X节中，我们将反复谈到那些在科学发展中同哥白尼、牛顿、拉瓦锡、爱因斯坦等名字相联系的重大转折点。这些历史事件，至少就物理科学而言，比大多数其他事件更能说明科学革命究竟是怎么回事。每一次革命都迫使科学界推翻一种盛极一时的科学理论，以支持另一种与之不相容的理论。每一次革命都必然会改变科学所要探讨的问题，也会改变同行们据以确定什么是可以采纳的或怎样才算是合理解决问题的标准。每一次革命都彻底改变了科学的形象，以至于最后我们不得不说，那个人们在里面进行科学研究的世界也根本变了。这些变化同几乎总是随之而来的争论一起，决定了科学革命的特征。
研究一下牛顿革命或者化学革命，这种特征表现得特别明显。但本文却有这样一个基本论点；研究革命性不那么明显的其他事件，同样也可以得到这些特征。麦克斯韦方程对于受到影响的小小专业集体也同爱因斯坦方程一样地革命，从而也一样地受到抵制。创立另一种新理论如果触犯了某些专家的专门职权范围，也照例会激起他们同样的反应。对这些人来说，新理论意味着改变常规科学原来所遵循的规则。因此，新理论不可避免地要指责他们所已经完成的许多科学研究。正因为这样，一种新的理论，不管应用范围是多么专门，都很少会、甚至永远也不会只是已知事实的累加。新理论的同化作用要求重新构思原来的理论，重新评价原来的事实，这个内在的革命过程很少是由一个人单独完成的，更不是一夜之间所能完成的。毫不奇怪，历史学家很难为这个漫长的过程标出确切的日期来，而他们的专业语汇却又总是迫使他们把这个过程看成是孤立事件。
创立新理论，还不仅仅是对有关专业领域专家们的致命的冲击。支配常规科学的成规不仅指明了宇宙包含些什么实体，还暗示了宇宙不包含什么实体。由此可以得出——尽管这一点还要进一步讨论——象氧或X射线那样的发现，决不单单是为了在科学家世界的总汇中多增添一个项目。只要学术界重新评价传统的实验方法，取代它久已熟悉的实体观念，并在这个过程中改变它把握世界的理论框架，最后就会出现这样的结果。除了在单一的常规科学实践中，科学事实和科学理论不能截然分开。正因为这样，意外的发现就不单纯是输入了一些事实，由于这些崭新的事实和理论，科学家的世界既有了量的丰富，也有了质的变化。
这样来引伸关于科学革命本质的概念，下文将样加叙述。大家知道，引伸就会扭曲通常用法。尽管这样，我还是要说新发现是革命的，因为，正是由于有可能把这些发现的结构同哥白尼那样的革命联系起来，我才觉得这个引伸了的概念有这么重要。上面的讨论表明，常现科学和科学革命这两个互补的概念将怎样在以后紧接的第区节中展开。本文其他部分安排另外三个重要问题。第XI节通过讨论教科书，看着科学革命为什么以前是那么难以发现。第XII节描述了常现科学者传统的拥护者同新传统的追随者之间在革命过程中的竞争。因此，这一节我们也考察了这样一个过程，通过这个过程一定程度上可以在科学探索的理论中代替那种科学中通常所熟悉的证实或证伪程序，科学界不同部分之间的竞争，其实不过是不断否定一种以前公认的理论或接受另一种理论的历史过程。最后，第XIII节将提出这样一个问题：通过革命而发展怎么能同看起来是科学特有的进步性质一致起来呢？对这个问题，本文只想提供一种答案的轮廓，这个答案还取决于尚待进一步探讨的科学共同体特点。
某些读者肯定已在怀疑，历史的研究究竟能不能得出本书所要讲的那种根本观念上的转变呢？用逻辑两分法的全套武器可以表明：不可能完全做到这一点。历史是一门纯粹描述的科学，这一点我们说得实在太多了。但上面提出的论点却把历史说成是解释的、有时还是规范的科学。而且，我的许多概括还牵涉到关于科学家的社会学或社会心理学，而我的某些结论至少在传统上是属于逻辑学或认识论的。在前面的一段文字中，我可能会侵犯到现代影响很大的“发现的前后关系”同“论证的前后关系”之间的界限。混淆了不同的科学领域和科学上不同的重点，除了造成极大的混乱以外，还能有什么呢？
思想上离开了这一类的界限，我们简直无法更了解它们的含意和力量了。许多年来我一直认为，这关系到认识的本质问题。现在我还是认为，经过适当的修正，这些界限仍然可以为我们说明一些重要的问题。但是当我试图把这些界限应用到我们获得、接受和消化知识的实际情况时，即使是广义的应用，也是非常成问题的。这并不是一些基本逻辑或方法论方面的界限，从而比分析科学知识更为重要，现在看来，这正是一套传统可靠答案的一个组成部分，这些答案正是针对提出这种界限的那些问题的。这个逻辑循环绝不会使它们无效。但又确实使它们成为一种理论的组成部分，这样，它们也象其他理论一样需要仔细加以分析。如果它们的内容不仅是一些纯粹的抽象，那就必须看看把它们用到所要阐明的材料时其内容究竟怎样。难道科学史就不能为我们提供这样一些现象，可以合理地要求把认识论用上去吗？