常规科学是依靠范式来选择“难题”并“解难题”的。生命科学的发展是一个典型常规科学的“解难题”的过程。DNA是遗传基因的物质载体——脱氧核糖核酸的英文简称。1915至1928年问，摩尔根通过果蝇实验，证明了坐落在细胞核内染色体上的基因决定着生物性状，从而刨立了基因理论。染色体是由蛋白质和DNA组成韵。过去生物学界一直认为蛋白质是遗传信息的载体，直到1944年埃弗里等人通过实验才证明了遗传载体不是蛋白质，而是DNA。1953年4月25日，英国《自然》杂志刊登了25岁的沃森和37岁的克里克合作研究的成果——DNA双螺旋结构的分子模型，这一成就后来被誉为20世纪生物学方面最伟大的发现，也被认为是分子生物学诞生的标志。1953年DNA分子结构双螺旋模型的建立是打开遗传之谜的关键。20世纪60年代尼伦柏格等人破译了遗传密码，证明地球上所有生物的遗传密码都是相同的——DNA的4种核苷酸碱基的序列代表了基因的遗传信息，决定着蛋白质的20种氨基酸的组成和排列顺序。作为基因载体的DNA是生命的后台指挥者，生命的一切性状通过受DNA决定的蛋白质来表现。生命科学正在取得重要进展，可能在克隆、基因研究和其他方面有重大突破，生命秘密的破解也使得生命、伦理和环境问题备受关注。
在科学范式内，人类知识是不断增长的；然而，在非科学范式领域，有无数“难题”没有被发现到。所以，随着范式内知识的增长，人类范式外的无知也愈来愈大。苏格拉底说：“承认我们的无知，乃是开启智慧之母。”所有伟大的自然科学家在理智上都是谦虚的；牛顿曾说：“我不知道世人如何看我，但在我自己看来。我似乎只是在海边玩耍的孩童，不时发现比正常的更光滑的卵石或更漂亮的贝壳，而真理的大海却在我的面前，未被发现。”在范式外的无知领域，每个人都是同样无知的。不无遗憾的是，科学的发展所产生的普遍影响，却在人们中形成了这样一种信念。即我们的无知范围正在逐渐缩小，因此我们能够更为广泛地和有意识地控制人的所有活动。然而，我们对世界了解得越多。我们对尚未解决的问题的了解就越无知。可以预言，如果让人类文明在毁灭后重新开始发展，那重生的“人类知识”很可能与今天的“人类知识”不同，因为科学范式不同。
二、科学危机
库恩认为，一门理论范式在经历了一段时间的“解难题”以后，就会遇到越来越多的“反常”的例外（Anormaly）。一个例外的事实通常是不为现有的概念框架所预期的、难以解释的和与逻辑不相容的。库恩在《结构》中写到：“发现源于对例外的意识。就是说。源于对那些多少违反常态科学统摄下先导预期的性质的认识。科学发现作为一个复杂的过程推动范式转换，在旧范式中的‘例外’在新范式里就不再是例外。”
如果这种反常出现了，我们就面II缶着使范式的可靠性受到怀疑的一种“反常”。反常需要经常揭示并受到观察，然而它们总是倾向于被这样一些人首先观察到，这些人没有花大量时间在已受到反常观察挑战的范式中进行研究。这些人可能是年轻人，也可能是从其他方面转到这个学科上来的人。从20世纪初开始的物理学革命不断地动摇着牛顿物理学范式。在英国皇家学会庆祝20世纪到来的盛大年会上，英国权威物理学家凯尔文勋爵（Lord，Kelvin，他是热力学第二定律的建立者之一）志满意得地宣布：经典物理学的大厦已经基本建成，在新的世纪中，物理学家们只剩下些修补工作了。不失敏锐的凯尔文也有小小的不安，他提到晴朗的空中尚有两朵乌云，是以太漂移和黑体辐射问题所存在的困难，不能为经典物理学所理解。这两个反常是新的科学革命的先兆。仅仅五年之后，这两朵乌云就变为改天换地的飓风：相对论和量子理论。
人们给予反常越来越多的关注，尤其是这个领域里的杰出人物已经开始估计到它的解决是他们学科的关键问题。早先对它的抨击是严格遵守范式规则的，但由于持续的阻力，新的规则和原理发展起来了，因此现有范式受到了连续不断的侵犯。尽管这里仍然是一个范式，但现在科学共同体中没有几个成员能清楚地知道它究竟是什么，应该在多大程度上接受它，这是该学科内研究者的痛苦时期。爱因斯坦记述了牛顿范式由于各种实验证据（黑体辐射，迈克尔逊一莫雷实验等等）而受到怀疑时的情形：“基础好像已经被从底部抽走了；任何地方也看不到能够在其上建起高楼大厦的坚实地基。”与一个已确立的范式的完善不同，新范式的转换不是一点一滴地添加数据和建构的积累过程。更确切地说，现有范式所依赖的整个基础出了问题，它最基本的范畴已被重新检查，各方面的综合构成了“反常科学”。这个时期，科学家的研究好像是在茫茫的黑夜中进行摸索。他们首先力图在现有范式的范围内描述问题和解决问题，但当这种努力失败时。他们就只有离开了范式。由于投有假设，不可能设计任何实验，所以科学家总是尝试提出新的、纯思辩性的理论。如果成功了，它可能成为新范式的先导；如果“例外”不再成为侧外，对于科学进步极其有帮助，因为它们指出了原有模式的不足并刺激新的理论产生。最初，现有范式对越来越严重的反常具有一种内在的抵抗力，而且甚至能够理解它们。而后来，大量的反常出现，现有范式崩溃，新范式诞生，终于导致范式的转换，这就是科学革命。库恿举了一个心理学领域的试验来说明科学的发展模式。心理学家布伦纳（Bruner）和泡斯特曼（Postman）要求实验对象从短时间受控的出示中分辨出一系列的扑克牌。把一些不正常的牌（例如，一张红的黑桃6和一张黑的红桃4掺进一副正常的牌中，然后让正常的成年被试者辨认它们。在一系列逐步加多的出示中，每一次实验只给一个对象看一张牌。每次出示后问他看到了什么，实验总是以连续两次辨别正确而告结束。正常的成年人已形成他们的关于“正常的牌”的概念“范式”。结果他们发现被试者几乎总是把那些反常的牌误认为是正常的：他们习惯于适应从前已理解的范畴而没有觉察到它们的不合适。再继续做这样的试验，发现被试者表现出疑虑和混淆，直到最后（有时是突然地），绝大多数人能够作出正确的辨认。一旦被试者对少数几张牌能够作出正确的辨认，辨认其他的牌就没有什么困难了。但也有少数对象始终不能对他们的范畴作必要的调整。即使把辨明正常牌所需平均出示时间延长40倍，仍然有10％的怪牌认不出来。失败者往往自己感到十分苦恼。有一人叫了起来：“什么花色我也认不出来，那回简直不像是1张牌。我不知道现在它又是什么颜色，究竟是l张黑桃还是l张红心。我现在简直不能确定1张黑桃是什么样子了，我的天呀！”
这里是一个无可辩驳的事实：个人天生地倾向于加强他经验中的概念范式，择取与之相吻合的那些经验，并且根据他以前的概念来理解后来的经验。科学也像扑克牌实验一样，新事物总是随同困难一起涌现出采，这种困难是通过由于违反了预期的根据所造成的障碍而表现的。起初，即使在后来发现有反常现象的情况下，也只能感受到预想的和通常的东西。但进一步的认识就会使人们觉察到有点什么不对头了，并把这种效应同以前曾经出过纰漏的事情联系起来。于是，对反常的觉察就开辟了一个对现有认知的危机时期，一直到最初的反常现象成为新认知方式的预期现象为止。
宇宙科学是验证库恩科学发展模式的精彩领域。20世纪，关于宇宙演化的常规科学理论是宇宙大爆炸理论，其科学范式是爱因斯坦的广义相对论，20世纪大部分时问里科学界公认它是用于描述宇宙演化的正确的理论。该理论范式发展大体是这样的：爱因斯坦于1905年首次提出狭义相对论原理，论文发表在《物理学年鉴》上，同年，他对狭义相对论作了重要补充，并为辐射问题建立了最初形式的质能关系式。1907年，爱因斯坦完成了广义相对论，提出了“相对性原理”，并引进了“一个假设”：“在任何给定的惯性系统中，无论发光物体是处于静止状态还是在作匀速运动，光在真空中的传播速度都是一个确定值C。”爱因斯坦的广义相对论方程预言，宇宙不是膨胀便是收缩。哈勃在1929年发现，从星系光谱的红移可以推断，越远的星系以越快的速度离开我们而去。这表明整个宇宙处于膨胀的状态。这个发现使广义相对论在1929～2000年长达71年问成为常规宇宙科学范式，主导了人们对宇宙的认识。
一旦广义相对论成为公认的范式，宇宙科学便进人常规科学状态，通过“解难题”而确定地发展下去。例如，既然宇宙在膨胀，从时间上倒溯到过去，应当发生过一桩开天辟地的大事件，即宇宙从一个极其紧致、极热的状态中大爆炸而产生。霍金和彭罗斯证明了，在很一般的条件下，空间—时间一定存在奇点，最著名的奇点即是黑洞里的奇点以及宇宙大爆炸处的奇点。【英国科学家史蒂芬·霍金是奇点的主要发现者之一。】如果把星系现在的运动往时间的过去方向倒溯，它们在某一时刻似乎应该重叠在一起，在这个称为大爆炸奇点的时刻，即在过去的某一时刻（约100亿年之前）邻近星系之间的距离为零，宇宙的密度和空间一时间曲率都是无穷大。因为数学不能处理无穷大的数，这表明广义相对论预言，在宇宙中存在一点，在该处理论自身失效。
然而，21世纪伊始，爱因斯坦的广义相对论遭遇“反常”，宇宙大爆炸理论已进入危机阶段。广义相对论推测，大爆炸的那一时刻发生在100亿年前，这意味着宇宙问的所有星系寿命不会超过100亿岁，但科学家观测到了最老的星系寿命已达150～200亿年！这是一个严重的反常。另外，爱因斯坦相对论的基本假设是光速恒定。最近，科学家们通过世界最大的望远镜检测到了有150亿年历史的宇宙光的速度。这次检测打破了由爱因斯坦提出的理论：光速是恒定不变的，每秒30万公里。据2001年8月美联社报道：摸大利亚悉尼市新南威尔士大学的约翰·韦伯教授的观测小组发现光速可变。【他们的检测报告于2001年8月27日在物理学的核心刊物《物理学会期刊》（Fhysical Review Letters）上发表。】发现这一现象时，该试验小组正在用世界上最大的望远镜观测宇宙深处的物体。他们观测了位于夏威夷上空的17个极亮的类星体，因为他们怀疑这些星体可能伴随着黑洞。由于这些类星体距地球大概120亿光年，所以现在所能够观测到的光线大概是这些类星体120亿年前发出的。该小组还提出，决定光速和电磁力的精细结构恒量（Fine Structure Cxmstant）在数十亿年前可能很弱。如果这一推断是正确的，那么关于光速恒定不变的广义相对论就将被推翻。
以广义相对论为基础的宇宙大爆炸常规科学可能已进入科学危机阶段。潜在的宇宙学新范式开始涌现，一场科学革命即将发生。一个最新的理论认为，宇宙可能还有10维或是26维的空间，而不只是x、Y、z加上时问的四维空间。其他维可能被弯曲或被打折，所以平时或者在试验中看不到。光速变化的事实将可能解决上述问题。
三、科学革命和其不确定性
库恩把科学中的革命定义为：当一系列的“反常”已经导致了一场“危机”时所发生的“范式”的转换。然而，在试图使反常、危机和范式这三个概念精确化时，“科学革命”或“范式转换”则是极少发生却又极有意义的变化。确认了范式的存在，科学就没有永恒正确的范式，革命性科学范式常常是从少部分人那里探索出来的，如伽利略、牛顿、达尔文、爱因斯坦等。科学的历史是由鄢些极具洞察力的新思想推动的，而不是连续积累的效应。
什么是科学革命呢？库恩指出，革命是对世界看法的改变，他写道，“根据现代编史工作的要求审查过去的研究记录，科学史家也许会惊呼，当规范改变时，这个世界本身也同它们一起改变。科学家们在新规范的指导下采用新工具观察新领域，甚至更重要的是，科学家们在革命期间用熟悉的工具观察他们以前已经观察过的领域时看到了新的不同的东西。这有点像把这个专业团体突然运送到另一个行星上去了，在那里熟悉的对象是以不同的眼光来看待的，并且是由不熟悉的对象连结起来的。当然，那种情况并没有发生：没有地理上的移植，实验室外面日常事务通常也像以前一样在继续。尽管如此，规范改变确实使科学家们用不同的方式去看待他们的研究工作约定的世界。就他们只是依靠由他们看到和做到的那个世界而论，我们也许想要说，在一次革命以后，科学家们是对一个不同的世界在做出回答。”
