第一，理论与实验相互作用使得两者相符的科学进化类型； 第二，理论与实验相互作用使得两者不相符的科学变革类型。

在第一种类型中，科学家会对受到检验的理论表示放心，然后再去寻求新的理论与实验的相互作用。在这种时刻，由于理论的确证（尽管可能是暂时的或是历史的），科学家的信心倍增，同时被检验的理论结果也会有一部分被放入确证知识库之中，于是知识的总体增加了，认识的水平提高了。这种相互作用虽然属于常规性的作用，在自组织科学理论的“混沌”理论中，它被称为“平庸吸引子”，但它对科学的进步也是不可缺少的动力作用。

在第一种类型中，表面上看，似乎由于理论与实验相符而不再存在问题这一环节的作用，实际上，问题不是不存在，而是在理论和实验相互作用的运行过程中已经从初始的存在状态转化成了被解决的状态，并进一步地还在向新的相互作用过程转化。当然，由于当前的问题已经解决，所以理论和实验的矛盾不复存在，相互作用从非线性作用转化为线性作用。然而，我们不能因为相互作用是线性的，就抹杀它的动力作用， 只不过这种作用是平庸的而已。在以往的研究中，人们常常把这第一种类型的理论和实验的相互作用忽视掉，以为“不存在问题”（其实这个说法就有问题，准确说，应该是“问题己解决”），就没有相互作用了。其实，这是一个很大的失误，因为这第一种类型常常是科学发展和演化过程中最平常、最经常起作用但作用又常常是进化性质的类型。这种作用，常常一小步一小步地推动着科学认识扩大范围，拓深深度。它虽然是平庸的，但它却是经常的、持续不断的，如果我们只把注意力放在那种革命性的、巨大的、轰轰烈烈的作用上，就会割裂相互作用的不同方面对科学的推动，就会抹杀某种作用及其意义，从而对科学演化的动力做出片面的结论和认识。

这第二种类型的相互作用即我们在科学哲学上经常用传统术语所指称的“实验与理论的矛盾”。对这种类型的相互作用过去似乎讨论得比较充分，其实不然，在过去的传统认识中，我们的侧重点第一是要指出实验与理论的“矛盾”是科学发展的动力；第二则是重点说明在这矛盾中实验又是矛盾的主要方面。很明显，这种说明是为“哲学”学说服务的，而不是“研究”。例如，在进一步的研究中，我们发现，过去对解决理论和实验的矛盾的科学演化道路方式就研究不够。我们发现，这种解决至少存在着两种方式（而且恰恰是研究不够的第一种方式起着经常的大量的作用）。

第二种类型的作用，即实验结果与原有理论的结论不符，产生了理论与实验之间不相符合的差距即在理论和实验之间产生了问题。在解决这一问题的方案上有两种做法，即第二种类型的作用还可以再细分为如下类型：

1. 第一个做法或方向是维护原有理论，试图把新的实验结果纳入到原有理论解释的范围或框架之中。

这方面成功的案例有许多。我们列举两个。

第一个案例：**“中微子”的发现。**20 世纪 20、30 年代，科学家在研究放射性衰变时发现，放射性核在β衰变中能量不守恒，它所辐射出的一个电子的能量有大有小，形成连续分布，同时能量有一个最高上限。这完全不同于其它形式的衰变中所辐射的粒子具有确定能量的情况。那么究竟是能量守恒理论错误了呢还是实验所揭示的现象有其它未知情况呢？在这两种可供选择的结论上，有的科学家倾向于认为能量守恒定律不再是一个普遍有效的定律了，如著名科学家玻尔就是这样认识的；有的科学家则认为应该保全能量守恒定律，应该想办法把这一现象纳入到不违反能量守恒定律的解释之中。为了保全能量守恒定律，物理学家鲍利提出：在β衰变过程中，除了辐射出一个电子外，还产生了一个用以往的仪器探测不到的新粒子，它具有极小的质量，不带电荷，同时具有与电子相同的自旋，这不守恒的那部分能量就是被这个微小的粒子带走了。这种粒子后来被称为“中微子”。60 年代陆续证实了确实存在着各种中微子。（参见中国科学院自然科学史所近现代科学史研究室编著：

《20 世纪科学技术简史》，科学出版社 1985 年版，第 72 页）

第二个案例：**海王星的发现。**1781 年后，天王星已被确认为太阳系的第 7 颗行星。1820 年，法国天文学家布瓦德（A.Bou-vard）搜集了当时的全部观测资料，根据（以牛顿万有引力理论为基础）天体力学原理算出了天王星的运动轨道。但奇怪的是，布瓦德计算得出的轨道与 1781

年以后的观测极不相符。后来，他又仅以 1781 年以后的观测资料为依据

重新计算，结果却又与 1781 年以前的观测极不相符。后来天文学家还发现，用更为精确的观测资料去计算（计算也更精密准确了），理论值和观测值仍然相差很远。问题出在哪里呢？观测是没有问题的，那么是不是以牛顿万有引力理论为基础的天体力学理论有问题呢？即万有引力真的“万有”吗？换句话说，天王星之谜给天文学家提出了一个重大的理论问题：牛顿的力学理论是否需要修正？

然而，绝大多数天文学家还是力图保存牛顿理论，因为牛顿力学经过了一百多年的考验。那么，只有一种可能即可能存在着一种未知力量影响了天王星运动轨道。于是，他们提出种种假说。例如，有的天文学家提出“灾变”假说即认为是彗星撞击了天王星，有的天文学家提出“未知卫星”假说即夭王星有一颗尚未发现的卫星影响了它的运动。比较多的天文学家提出存在“未知行星”假说。他们把天王星的运动与已知行星的摄动进行比较和分析，认为在太阳系中还存在一颗比夭王星更远的行星，它的引力作用使天王星的轨道发生偏离即摄动。天 王星运动的“不规律性”正是这种摄动的表现。随着其它假说陆续被否认，到 19 世纪 30 年代后期，这一假说已为绝大多数天文学家所接受，成了一个公认的科学假说。到 19 世纪 40 年代后期，这颗比天王星更远的未知行星终于被天文学家找到了（参见 G.De 伏古勒尔：《天文学简史》：孙小礼：“海王星是怎样发现的”，载于李慎、陈庆云主编《来自历史的启示》，北京大学出版社 1989 年版）。这种做法或方向，第一可以使原有理论的应用扩大范围，并向纵深发展；第二它也使科学家能够发现理论适用的范围和条件，因为理论在应用过程中不断扩大其适用范围，并不断使其向纵深发展，这就逼近了理论的适用的边界，因而也就容易发现理论的问题，从而使科学在总体上获得进步。

当然在这方面也有不成功的尝试。例如，在海王星被发现以后，科学家后来又发现海王星运动轨道也有与理论计算值不相符合的偏差状况，于是同理地认为存在着另一颗行星影响了海王星的运动，结果发现了冥王星。在这两次胜利之后，天文学家又把牛顿引力理论用于解释水星近日点的进动问题，然而这次却出现了问题，以牛顿引力理论为基础的经典天体理论对此无能为力。于是，水星近日点的进动问题成了经典理论的“反常”问题之一。这反常问题的出现，正是使科学家认识到牛顿理论局限性的“吸引子”，当然，真正作出这种认识，还要到对立的理论或竞争的理论出现时才能做到。

1. 第二个做法或方向是放弃原有理论，在新的实验结果基础上寻求新的不同于原有理论的解释或观点，即建立新理论。当然，一般而言，

   科学家只有当第一种做法行不通的时候，才去尝试这种做法。

这方面的典型案例不少。

例如，19 世纪的物理学为了解释某些现象，曾虚构出“以太”这一介质。然而后来发现“以太”有许多自相矛盾的性质：它既是刚体又要像真空一样透明⋯⋯，为此，物理学家一直在不懈地努力寻找“以太”。1897 年，迈克尔逊和莫雷合作共同设计了一个检验“静止以太”的实验， 然而实验结果与他们认为存在静止以太的预期相反，没有找到任何有利于静止以太的证据。对于这个实验结果，许多物理学家先后提出了“以太曳引假说”、“洛仑兹-斐兹杰惹收缩假说”等以解释或消化这个实验给经典理论带来的反常。然而其效果都不理想，因为虽然这些假说暂时解释了“迈克尔逊-莫雷以太实验”的反常结果，但它们的解释不是非常勉强，就是为了解释又不得不增加了许多又需要解释的“特设性假定” 与条件。换句话说，它们都不那么令人信服。爱因斯坦独辟蹊径，从根本上否认存在“以太”，以光速不变和物理规律在惯性坐标系不变为两个基本假定，建立了狭义相对论。从狭义相对论出发，迈克尔逊-莫雷实验结果成了狭义相对论的自然结论。相比而言，这一解释要自然得多、合理得多。我们知道，这一解释的成功，同时也为新理论取代旧理论奠定了重要基础。

再例如，我重点分析过的“普朗克黑体辐射公式的发现”也是如此。当经典热力学理论对新的黑体辐射实验结果再也无能为力时，普朗克被“逼”无奈，用尝试的方法发现了新的辐射公式。从思想深处，普朗克一直想从经典理论上做出对新辐射公式的解释，即想把新辐射公式纳入到经典理论框架中去，然而都失败了。这个案例从反面说明了解决新实验事实与原有理论之间相互作用的第二种方案的做法和方向也是存在并起作用的。

以上两种方式或类型是科学家经常交替启用的方式，换句话说，它也是理论和实验相互作用产生问题的演化分叉的动力学过程。

从以上几种实验（也包括观察）、理论之间相互作用的类型及其关系看，实验、理论和问题三者的相互关系及其动力作用大致表现在两大方面，即当理论和实验的关系比较和谐时或产生了问题但能够在原有理论框架之内加以解决时，这种动力作用引起原有认识的深入与范围的扩大，在原有理论中逐渐增加新知识要素，并与原有理论相协调，从而推动科学比较平稳地进化；而当理论和实验的关系不和谐时或产生了问题

又不能够在原有理论框架之内加以解决时，这种动力作用引起新的解决方案的产生即或产生了新的方法，或引发了新的观点、新的思想，从而引起新理论的建立、旧理论的崩溃，使科学认识发生跃迁，带来科学革命。

由于存在着实验、理论和问题这三者的相互作用，因此科学的动力作用是一种非线性的相互作用。所以，科学这一系统才能成为自组织的演化系统。