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科学思想史是一个特殊的知识领域。它是“史”，是史学的一部分，属人文学科；它是自然科学史，又属理科；它是“思想史”，同哲学又有密切的关系。它研究的是理科的内容，用的是史学方法，又需要哲学的思维方式。自然科学思想史是科技文化与人文文化的结合点，文理哲融为一体，所以科学思想史的基本理论问题，是一个比较特殊的问题。
人类历史包含三大基本要素：物、事件和思想。这三大要素的主体都是人。物是人造物，事件是人的活动，思想是杰出人物的思想和社会思潮。因此人类历史也可以分为三个基本层次：人造物的历史、人的活动史和人的思想史。迄今为止，思想史主要是研究不同历史时期杰出人物（如政治家、哲学家、科学家）的思想。就广义的科学史而言，人造物的历史即技术史，人的活动史即科学活动史，人的思想史即科学思想史。人造物是人的活动产物，所以人类历史可以分为活动史与思想史两大领域，科学史也可以相应地分为科学活动史与科学思想史两个领域。
科学活动史的概念比较宽泛，主要包括科学发现史（如科学实验史、科学方法史、科学家研究案例）、技术史、科学事业史、科学技术与社会史。
科学思想史是研究科学思想酝酿、提出、传播、发展、争论、相互归并和更替的历史，是科学思想演变、发展的历史。科学思想史不仅要叙述科学思想发展的过程，还要探索科学思想发展的规律。
简单说来，科学思想是指自然科学的理论思想和自然科学中的哲学思想。自然科学中的理论思想，即自然科学的基本概念、基本观点和基本理论。自然界具有层次性，所以自然科学理论也具有层次结构，不同的部分抽象、概括的程度不同。关于自然界具体事物、具体现象的概念、观点其抽象概括的程度比较低，属科学研究的理论成果，但可以不划入科学思想的范畴。科学思想是关于自然界的抽象概括程度比较高的理论思想。它本身也是自然科学研究的理论成果，是科学家在科学研究中提出的自然科学理论知识。
自然科学中的哲学思想，主要是关于科学和自然界的一般理论思想，包括科学观、科学方法论、自然观、科学研究、传播与应用的社会观。这部分理论思想已超出了自然科学知识的范畴，但它常常是自然科学的理论基础，同自然科学理论和自然科学家的活动有密切的关系。它是科学家对自己的科学研究和科学成果所作的哲学概括，其抽象、概括程度最高，对自然科学的发展具有一定的影响，也属于科学思想史研究的范围。科学成果与科学思想、科学思想与哲学思想都有相互包含的一部分。科学成果是“体”，科学思想是“魂”。科学思想是蕴含在科学成果之内的深层的东西，是哲学思想的一个重要来源。
科学思想史是科学史的一个分支，又是人类思想史的一个重要领域。思想史是最深层次的历史。人的活动都是由一定的思想支配的。不了解人的思想，就不可能理解人的活动。要掌握社会历史发展的规律，就必须研究思想史。科学思想史是最深层次的科学史，要掌握自然科学发展的规律，就必须研究科学思想史。英国历史学家柯林武德非常重视思想史的意义。他的基本观点是：“一切历史都是思想史。”
在他看来，研究历史归根到底是研究思想史。他说，自然科学事实是单纯的事件，历史事实则是有动机的人的行为，体现了人的思想。化学家问：“为什么那张石蕊试纸变成了粉红色？”他寻求的是变化的条件。历史学家问：“为什么布鲁斯刺死了恺撒？”他寻求的是思想动机。“与自然科学家不同，历史学家一点也不关心各种事件本身。他仅仅关心成为思想的外部表现的那些事件，而且是仅仅就它们表现思想而言才关心着那些事件。归根到底，他仅只关心着思想。”
柯林武德认为研究历史要追问人的活动的动机，这是正确的，但他把一切历史都看作是思想史，就值得商榷了。
科学思想是自然科学成果和哲学之间的联系纽带。哲学概括自然科学成果，主要是概括它的科学思想。在自然科学知识体系中，可以直接转化为哲学思想的，主要是科学思想。哲学对科学家的启迪，主要表现为影响科学家的科学思想，并通过科学思想影响他们的科学活动。科学思想史具有重要的教育功能，对提高人的基本素质特别是创新能力具有重要作用。在普及科学知识的同时，应注意普及科学思想。自然科学本质上是历史的科学。科学思想是个历史过程。不了解科学思想的历史，就不可能深刻理解现代科学思想。
科学思想史是从哲学角度理解的科学史。科学思想史与哲学思想史都是思想史，有很多相同之处。在一定程度上我们可以应用哲学史的研究方法来研究科学思想史。哲学家的著作是研究哲学史的根据，科学思想史研究也应当重视分析科学家的著作，因为著作是学者表述思想的主要形式。哲学思想史与科学思想史也有一些不同之处。到目前为止，哲学史只是哲学思想史，很少有人研究哲学事业史，哲学家一般也没有相对独立的、系统的哲学活动。哲学家的研究成果就是他们的哲学思想。除此以外，哲学家没有别的形式的研究成果，而哲学家的思想都是有文字记录的。科学思想史的情况则比较复杂。科学家的成果除思想成果外，还有科学活动的成果（观察成果、实验成果等），甚至还有某些物的成果（如新的实验工具）。有的科学家有丰富的科学著作，有的则著作不多；有的科学著作叙述了概括程度较高的科学理论思想和哲学思想，有的则缺少这方面的叙述。这就给科学思想史的研究带来了困难。
人的思想动机是蕴含在历史事实之中的。面对历史事实，我们可以“追问”人们行为的动机。我们研究科学思想史，也可以进行这样的“追问”。有的科学家的著作叙述的都是具体的科学成果，多为经验描述（如观察、实验的记述）和数学演算，缺乏理论概括。但科学家（即使是实验科学家）不可能没有理论思维。我们可以通过其经验成果，追溯其理论基础，对其作出理论概括，即从经验成果出发，“追问”其科学理论思想。有的科学家叙述了他们的科学理论思想，却没有谈论有关的哲学问题。但是，一个多年研究科学并取得重要成果的科学家，不可能没有哲学思想。即使他对哲学著作没有兴趣，他在科学活动中也会自发地形成一定的哲学思想。没有任何哲学思想的科学家是不存在的。他的哲学思想自觉或不自觉地要进入他的研究活动，渗透在他的科学成果之中。这些哲学思想实际上是他的科学理论思想的哲学基础或信念。科学理论思想中，总蕴含着一定的哲学思想。玻恩说，“真正的科学是富于哲理性的”
。我们可以从他们的科学理论思想中概括出他们的哲学思想。这些哲学思想可能是科学家已经想到的，只是未写在自己的著作中；也可能科学家并未意识到这些哲学思想，但这些思想已影响到他们的科研活动。如牛顿对他的绝对时空观作了明确的表述，但对于平直空间、自然变化的可逆性等问题，则几乎没有提及。也许在牛顿看来这些都是不言而喻的。我们可以从牛顿的力学理论中概括出这些思想。也就是说我们可以从科学家的科学理论出发，“追问”其哲学思想。这两种“追问”必须以科学家的经验成果和科学理论思想为根据，不能从我们的主观愿望和想象出发。这两种追问的实质，是通过科学家的科学活动来追问他们的科学思想。柯林武德认为，要发现历史的思想，唯一的方法就是在自己的“心灵”中再现这些思想。他说：“思想史，并且一切历史，都是在自己的心灵中重演过去的思想。”如何重演？只能靠研究者自己的思考。“一个阅读柏拉图的哲学史家是在试图了解，当柏拉图用某些字句来表达他自己时，柏拉图想的是什么。他能做到这一点的唯一方法就是由他自己来思想它。”
思想只能由思想来把握，但这种把握必须有客观的根据，而不能限于纯粹主观的思考之中。研究科学家的科学哲学思想，应以他们的科学理论思想为据；研究他们的科学理论思想，应以他们的经验成果为据；而研究他们的经验成果，应以他们的科学活动为据。所以科学思想的客观根据，归根到底是科学活动。
科学家的科学思想有两个主要来源：科学活动与理论学习。大多数科学家的科学思想主要来自科学活动。科学家的自发的哲学思想，是在他们的科学活动中自然形成的。不了解科学家的科学活动，就不可能理解他们的科学思想。科学活动史是科学思想史的基础，科学思想史是科学活动史的提炼。
科学思想史涉及多方面因素，如科学家（社会环境、知识背景、知识结构、条件、个性等）、科学成果（经验成果、理论成果等）、科学思想形式与内容（概念、观点、理论、科学思潮、科学传统、哲学思想等）、科学思想演变（猜测、假说、预言、验证、交流、争论、修正、推广、深化、归并、更替、沉寂、复兴等）。这些因素在科学思想发展的历史过程中，各起一定的作用，各占有一定的位置，形成一定的结构，即科学思想发展的历史结构，或称科学思想创新的历史结构。孤立地列举人名、思想和事件，只是科学思想史料的堆积，而不是科学思想史。只有揭示各种史料的历史联系，建立各种史料的一定的历史结构，才属真正的科学思想史研究。所以，科学思想史是关于科学思想发展历史结构的科学。
科学思想创新还有其逻辑结构。科学思想的各个内容要素、各个逻辑步骤具有内在的逻辑联系，并在这种联系中，各起一定的作用，各占有一定的位置，形成一定的结构，即科学思想发展的逻辑结构，或称科学思想创新的逻辑结构。逻辑步骤的结构，属科学方法论、科学逻辑的研究范围。根据内容划分的科学思想因素（观点、假说、理论、思潮等）的逻辑结构，属科学思想史的研究范围。因此，科学思想史又是关于科学思想创新的逻辑结构的科学。
一般科学发现（如科学观察、科学实验）之间也有一定的逻辑结构，但一般说来，这些发现并不是另一些发现逻辑推论的结果。而从一个科学思想要素，却可以逻辑地推导出另一个科学思想要素。所以在一般科学史研究中，可以只研究科学发现的历史结构，而不一定涉及科学发现的逻辑结构；或者说一般只研究科学发现的历史，而不一定研究科学发现的逻辑。在科学思想史研究中，由于历史结构与逻辑结构的关系特别密切，所以尤其要重视历史结构与逻辑结构的统一。
科学思想史研究坚持历史结构与逻辑结构的统一，这就要求历史方法与逻辑方法的统一。这种统一还有一个特殊的含义：历史环节的缺失，可以用逻辑环节来补充。
所有的历史研究，均存在着不同程度的“信息缺失”，即历史遗留下的信息总不可能完全反映历史实际演变的过程。存在于一些物质载体（文物）上的历史信息，随着岁月流逝，只会不断减少。
在科学思想史研究中，这种信息缺失尤为严重。人的思想可以存在于各种信息载体中，但更多地存在于人脑之中，内在的思想远比外在的思想丰富。人的思想既受客观条件的制约，又总有一些人（思想家、哲学家、科学家等）的思想在一定程度上超越这种制约。人的思想既是外在世界的反映，又是自身内心世界的展现。在这个意义上可以说，人的思想具有一定的主观自由性。不同的人在相同的条件下，面对相同的对象，可以有不同的思想。一个事物在逻辑上各种变化的可能，总有人会想到。已经出现的变化，人们可以思考；尚未出现甚至不可能出现的变化，人们也可以思考。所以科学思想史研究具有更多层次的信息缺失：发表的思想比曾经出现过的思想要少，人们普遍知道的思想比发表的思想要少，人们理解的思想比人们知道的思想要少，等等。
为了弥补这种缺失，科学思想史不仅要研究在历史上已经知道的思想，还要研究在逻辑上可能出现的思想；不仅要研究科学家已经用文字表述出来的思想，还要研究未看到科学家的文字表述却蕴含在科学成果内部的思想。这种思想实际上也是科学思想的外化，不论是外化为文字，还是外化为他们的科学活动和科学成果。这是原本就存在于科学家头脑之中，本可以记述出文字，但科学家未曾记述，或者虽作了记述，但不为我们所知的思想。研究这些科学思想就不能用历史考察的方法，而应当用逻辑分析的方法。
由此可见，在科学思想史中，历史结构与逻辑结构是相互渗透，不能互相剥离的。
了解一个时期科学思想的发展，要着重了解科学思潮。科学思潮是一个时期许多科学家（甚至是大多数科学家）共同信念的一种科学思想。众人努力推广、发挥、捍卫这种思想，形成一种潮流。
人的思维具有相对的独立性，既有其自身的逻辑，又可能偏离、超越这种逻辑。每个人的思考都有一定的随意性即自由度。所以同一个谜语，各自有不同的猜测。科学家具有丰富的想象力，能想到各种可能，具有更高的思维自由度。在某个研究领域的早期，对同一个科学问题，各人会有各自不同甚至完全相反的想法。此时还未形成一种共识，科学界的思想呈无序状态。恩格斯在谈论电学研究的初期状况时说：“在电学中，是一堆陈旧的、不可靠的、既没有最后证实也没有最后推翻的实验所凑成的杂乱的东西，是许多孤立的学者在黑暗中无目的地摸索，从事毫无联系的研究和实验，像一群游牧的骑者一样，分散地向未知的领域进攻。当然在电学的领域中，一个像道尔顿的发现那样给整个科学提供一个中心点并给研究工作打下巩固基础的发现，现在还有待于人们去探求。主要是，电学还处于这种一时还不能建立一种广泛的理论的支离破碎的状态，使得片面的经验在这一领域中占有优势。”
恩格斯所说的“孤立的学者”、“在黑暗中无目的地摸索”、“毫无联系”、“游牧的骑者”、“分散”、“缺乏中心点”、“一时还不能建立一种广泛的理论”、“支离破碎”，表明当时的电学尚未形成中心，缺乏共同的理论基础和研究方向。电学家们各自孤立地、分散地、各在不同的方向上盲目地摸索。杂乱取向、支离破碎，是一种无序结构。
到一定时期，出现了一个成功的科学理论，使众多科学家信服，并主动沿着它的方向，以它为中心进行拓展式研究，力图应用它来解决各种问题，并获得相当可观的成绩。这一成功理论的科学思想和研究方法，被普遍应用、传播、推广、概括、提炼、升华，逐渐成为一种认识模式。
这种成功理论的创立者，享有崇高威望，成为科学界的榜样和领军人物，拥有大批追随者。他们的主要科学思想，被科学家公认，成为一种规范、传统，占主导地位。于是，科学思潮形成了，它代表一个时期科学发展的最高水平和研究方向，成为一个时期科学研究的理论基础。
“科学的发展是一个自组织的过程。它的理论思想会逐渐从无序走向有序，从无结构变为有结构。某一个或某一些科学家的科学思想率先成熟，形成强烈的凝聚力，使一大批科学家成为这种思想的追随者，朝着相同的思维方向，沿着相同的思维轨道思索。这时在杂乱取向的状态中，出现了一个或若干个优势取向。它们成为一种思想体系的生长点和核心。许多科学家的分散、零碎的思想逐渐兼并、综合、去异存同、扬同斥异。犹如点滴之水朝一个共同方向流动，形成潺潺小溪；各条小溪又不断汇合，形成滚滚的潮流，这就是科学思潮。”
科学思潮的出现，表明科学研究状态已形成一定的有序结构。它既是历史结构，也是逻辑结构。
成为科学思潮生长点和核心的科学理论，不仅是非常成功的理论，而且它的研究课题和成果，都具有很高的战略性和开创性，都是当时科学的战略前沿。牛顿的力学理论，道尔顿的化学原子论，克劳修斯的热力学理论，法拉第、麦克斯韦的电磁学理论，达尔文的物种进化论，爱因斯坦的相对论，哥本哈根学派的量子力学理论，都是这样的科学理论。
自然科学研究的自然现象，在一定条件下是可以重复、再现、模拟、可逆的。自然科学家在研究自然界时，既是观众又是演员，既是观察者又是参与者，因为科学家可以在重复、再现、模拟自然的过程中，参与自然的变化。自然科学史研究的只是科学的过去，只是科学已经发生过的事情。这个过程是不可能重复、再现、模拟的，是不可逆的。我们不可能参与科学过去发展的过程，只能在这个过程之后来研究这个过程。科学史家不可能变革科学史，例如不能改变历史上科学家的思想。所有对历史的“变革”，都是对历史的篡改。历史是怎样，就只能认为它怎样。这就是科学思想史研究的客观性原则。
历史是已消逝的存在，但人们对它的记忆和它的影响却并未完全消失。历史既是不断消逝的存在，又是永恒的存在。前人永远同后人相关。过去永远存在于现实之中。所以史学研究既有必要又有可能。
历史看得见吗？既看不见，又看得见。历史事件看不见，它留下的记录和影响看得见。历史的线索、规律看不见，文物、史料看得见。科学家的思想看不见，科学家的著作看得见。史学研究就是通过看得见的东西，来探索看不见的东西。
考据学派和思想史学派，是史学研究的两个不同学派。考据学派认为，史学研究应以事实为根据，考据是史学研究的基本方法。德国的兰克认为，史学研究必须“客观如实”、“循历史的本来面目”、“据实记事”。他强调指出：“不是我在说话，而是历史在借我的口说话。”历史研究的唯一目标，是“积累准确的知识”，历史学家的基本素质是“考据的可靠性”。“历史学家观点中的一切主观成分（像是它们被人称为的）必须一概删除。历史学家一定不要对事实作任何判断，他只应该说事实是什么。”
按兰克的说法，史学研究只需叙述事实，而无需理解和评价事实。思想史学派则反对考据派的观点。如柯林武德认为剪刀加糨糊的历史不是科学，无论史料多么丰富，考据多么确凿，仍然不是科学，纯粹客观、不偏不倚和价值中立的历史学是不存在的。
“让历史事实说话”和“用历史事实说话”，是两种不同的史学观。前者，说话主体是史实，我们是在听史实说话；后者，说话的主体是人，是一些人对另一些人说话，说话的根据是史实。历史无言，说话的只能是人。“历史看得见吗？”这个问题应转换为：“历史可以叙述吗？”答案是肯定的。
要叙述历史，就要掌握历史发展的逻辑。所以我们不仅要叙事，更重要的是要编史。直接被我们观察到的只是史料，而不是蕴含在史料中的规律；呈现在我们眼前的是一个个具体的历史事件，而不是这些历史事件的结构。史料是外在的、有形的、看得见的；结构是内在的、无形的、看不见的。所以史要靠编，不编不成史。科学思想史的历史结构与逻辑结构都是科学史家的“编织物”，是科学思想史内在结构的外化、有形化，变成可以按照一定逻辑叙述的形式。当然，逻辑是历史的逻辑，逻辑必须反映历史。历史编织物的原型是历史，历史编织物必须反映历史的面貌，科学历史不可能再现于现实之中，但可以再现于科学家的编织物之中，再现于人的观念之中。
对史料进行编织的一项基本工作，是编制历史事件的时间秩序。科学历史是个过程，各个事件的先后顺序是这个过程本质与规律的体现。不同的时间意味着不同的背景。时间性即历史性，历史性必然要表现为时间性。特别是科学史、技术史，讲究优先权，时间先后顺序尤为重要。
科学思想史的主要历史事件，是科学思想提出、争论、确认和退出历史舞台等。科学思想史的时间秩序，主要是科学思想提出的时间。但科学家具有某种思想同他公开发表这种思想，并不是同时发生的。一般应以后者为主，因为只有当科学家的思想进入社会，才是一种社会存在。这个时间也比较容易判定。
对于科学思想史而言，科学思想的时间推移和科学思想的逻辑展开，既一致又不一致。一致，是历史和逻辑一致性的表现；不一致，是历史事件出现的先后顺序，同历史发展阶段的顺序，以及反映在逻辑上的各个逻辑环节之间的顺序并非完全一致。这也就是说，事件的逻辑与思想的逻辑并非完全一致。
科学思想史的编织，应追求科学思想逻辑发展的顺序与时间推移顺序的结合。在宏观的范围内，应按时间推移的顺序，不应当有时间上的错位，这是因为历史与逻辑具有统一性。一般说来，后一个世纪提出的思想，比前一个世纪要较为丰富和合理。这同居维叶所研究的越古老的地层出土的化石形态越简单的化石分布规律十分相似，但思想进化远比生物进化复杂，后出现的思想未必比先出现的思想进步。所以科学思想史研究不能完全拘泥于我们已知的历史事件的先后时间顺序。为了表明科学思想发展的曲折性，我们可以完全按照时间顺序编史。但为了揭示科学思想的逻辑结构，也可以按照科学思想进步的程度来编史，甚至把先前提出的思想放在后面讲，这是时间顺序有条件的合理移位。我们在叙述中国古代宇宙理论时，可以按照盖天说—浑天说—宣夜说的逻辑顺序讲。至于盖天说与浑天说提出的先后时间顺序，可以继续讨论。按逻辑顺序编史的一个理由是，各种逻辑上的可能都会有人想到，而科学家先想到的未必就是我们在文献上先看到的，我们所知道的历史事件出现的先后顺序，又具有一定的偶然性。
对史料进行编织，需要理解和评价史料。原有的理论观点自然会渗透到理解之中。理解者总是在他所处的认识背景下来理解对象的。对同一个史料，各人可以有各自不同的理解。评价比理解更为复杂。渗透到评价活动之中的，除“理”以外，还有“情”和“利”。“情”，包括民族之情、国家之情、宗教之情、时代之情以及个人之情。“利”的渗透就更为广泛和深刻。
思想需要理解。思想者理解了对象，才会形成自己的思想；他的思想只有被别人理解了，才会成为社会的思想。没有理解，就没有任何意义的思想。思想者的思想只有同接受者原有的思想发生作用，相互交融，才会被接受者所理解。因此，接受者所接受的思想，只是用他的思想所理解的别人的思想，在这里，“本义”和“我义”是不可能截然分开的。思想的接受本身就是对思想的评价，接受者不会接受他认为没有价值的思想，对于思想史研究来说，理解与评价本质上是同一件事。
历史学家巴特菲尔德提出了历史的“辉格解释”的问题。辉格式的研究就是“用当前的观念和价值看待过去”
。辉格解释合理吗？这要具体分析。对历史上的科学思想的评价有两个方面：一个方面，是评价这种科学思想在当时的影响和在当时科学思想领域中的地位；另一个方面，是评价这种科学思想对后来的影响、现实意义和在整个科学思想史中的地位。这是两个不同方面的评价，不可混为一谈。对同一种科学思想，在这两方面的评价可以不同。如对热素说，在热动说和爱因斯坦质能关系式这两种不同的背景下，就会有不同的评价。在第一方面的评价中，应坚持历史的观点和方法，把某种科学思想放在当时的历史背景下来理解，不能用现代的观念来苛求古人，也不能把古人现代化。我们应当“走进历史”，把自己想象成与被评价的科学家同时代的人，设身处地地评价他们的思想，用当时的价值观念来评价。在这种评价中，我们不应当采用辉格式的态度。在第二方面的评价中，应坚持现时代的观点和方法，把某种科学思想放在从当时到现在的历史长河中，放在现代的背景下来理解，意识到自己并非古人，而是现代人。我们应当“走出历史”，站在时代的高度，用现代的文明和价值观念进行评价。在这种评价中，我们就应当在一定程度上采用辉格式的态度。以史为鉴，先要“走进历史”，然后“走出历史”。
科学发现是反映和创造的统一。科学思想史是对科学的一种认识，也是反映和创造的统一。科学思想史研究是对科学思想发展历史的一种再现，这种再现本身也是一种创造。已消逝的历史不可能“复印”在我们的观念中，它的历史结构与逻辑结构只能由我们把它建构起来。科学思想史研究是历史再现和理论建构的统一。
总之，我们在科学思想史研究中，既是观察者，又是评价者，既要贯彻真理原则，又要贯彻价值原则，或者说，既要贯彻客观性原则，又要贯彻主体性原则。