Изобретение новых средств наблюдения и эксперимента, откры­тие новых методов познания, усовершенствование методики обра­ботки результатов исследования и другие новации означают значи­тельный прогресс в науке. Однако рассматриваемые в отдельности и в изоляции от новых понятий, идей и принципов науки, они не означают еще появления революции, хотя во многом способствуют ее возникновению. Все подлинные научные революции, как прави­ло, многоаспектны, включают множество сторон и факторов, и по­этому при анализе любой конкретной научной революции необхо­димо тщательно исследовать различные их аспекты, выявить и оце­нить роль и влияние каждого из них. Нередко, например, именно открытие новых средств наблюдения и измерения инициирует ре­волюцию в соответствующей отрасли науки: изобретение телескопа способствовало революции в астрономии, а микроскопа — в мик­робиологии. Но все подобные открытия и изобретения в конечном итоге привели к обнаружению новых, неизвестных раньше объектов для исследования науки. Эти новые объекты необходимо было ос­мыслить, выявить их свойства и закономерности, чтобы они вошли в содержание и структуру науки.

Поэтому важнейшей характеристикой подавляющего большин­ства научных революций является не просто переход к исследова­нию новых объектов, применение средств и методов исследования, а создание новых теоретических структур для понимания и объяс­нения новых фактов. Именно благодаря этому было достигнуто не только расширение горизонта научного познания, но и раскрытие более глубоких и существенных свойств и закономерностей иссле­дуемых явлений и процессов.

Обычно началом революции в науке служит фундаментальная проблемная ситуация, которая выражается в несоответствии преж­них теорий и методов вновь открытым существенным фактам, их неспособности объяснить эти факты. Прежние понятия, теории и методы оказываются в противоречии с новыми результатами теоре­тических или эмпирических исследований.

В абстрактных науках, как, например, в математике новые ре­зультаты начинают противоречить исходным понятиям старой тео­рии или даже математической дисциплины. Такое противоречие было обнаружено, в частности, в математическом анализе, которое прежде называлось анализом бесконечно малых. Парадоксы и про­тиворечивые результаты, которые в ней возникли, были связаны в первую очередь с неясным, точно неопределенным и противоречи­вым употреблением исходного понятия прежнего анализа — поня­тия «бесконечно малой». Часто бесконечно малая величина рассмат­ривалась в ней либо как весьма малая, но конечная величина, либо просто отождествлялась с нулем. Такая неопределенность в даль­нейшем привела к появлению множества противоречивых результа­тов, парадоксов и ошибок, которые в дальнейшем вылилась даже в кризис оснований математики.

Возникшую проблему удалось решить и найти выход из кризиса с помощью создания теории пределов, в которой бесконечно малая величина была определена как переменная величина, имеющая сво­им пределом нуль. Все это привело к радикальной перестройке прежнего учения о бесконечно малых величинах, которое преврати­лось в математический анализ, ставящий своей целью изучение ко­личественных отношений между переменными величинами. Переход от математики постоянных величин, содержание которой охватыва­ется курсом элементарной математики, к математике переменных величин, составляющей основную часть высшей математики, впол­не обоснованно рассматривают как революцию в математике. В ре­зультате этого математика смогла перейти к количественному ис­следованию движения и процессов, которые были основным объек­том изучения лидирующих наук XVII—XVIII вв. — механики и астрономии. Но этому революционному переходу предшествовали парадоксы и противоречия, которые удалось преодолеть путем перестройки концептуальных оснований математики и, прежде всего, исходного понятия математического анализа — понятия бесконечно малой величины, которая стала рассматриваться как подлинно пе­ременная величина.

В опытных науках парадоксы и противоречия возникают прежде всего между прежними теоретическими методами объяснения и обоснования и новыми эмпирическими фактами. Иногда парадок­сы удается устранить путем частичной модификации существующей теории, но когда они появляются снова и снова, то это уже свиде­тельствует о существенных недостатках теории и требует глубокого анализа ее оснований. В особенности это относится к фундамен­тальным теориям и парадигмам науки. Именно парадоксы и проти­воречия, которые появляются в них, не удается разрешить сущест­вующими теоретическими методами, и приводят к радикальному пересмотру фундаментальных теорий, концепций и парадигм, а в конечном итоге к научной революции. Не существует четкой струк­туры, в рамках которой можно было бы рассматривать эволюцион­ные и революционные стадии в развитии науки.

Несмотря на отмеченные выше недостатки концепции Т. Куна о научных революциях, введенное им понятие парадигмы дает воз­можность лучше понять, как происходит процесс накопления анома­лий, т.е. результатов, не согласующихся с парадигмой, которые, в конце концов, приводят к отказу от нее и возникновению кризиса в науке. С этой точки зрения революция представляет собой разре­шение кризиса путем отказа от старой парадигмы и принятия новой парадигмы, но такой отказ происходит не с помощью нахождения согласия между участниками научного сообщества, как считал Кун, а посредством тщательного поиска и надежного обоснования новых принципов, методов и норм исследования. Эта задача составляет главную задачу научного сообщества после принятия новой пара­дигмы и завершения научной революции.

Попытки распространения парадигмы механики и механистиче­ской картины мира на новые объекты исследования, а именно яв­ления электричества и магнетизма, оказались, как известно, совер­шенно несостоятельными. Рассматривая эти явления в виде меха­нического движения электрических и магнитных жидкостей, нельзя было разумно объяснить, почему, например, вес тела, заряженного электрической жидкостью, не отличается от веса незаряженного те­ла. Число подобного рода парадоксальных результатов со временем все больше увеличивалось и это, в конце концов, заставило ученых признать, что в этих явлениях наука встречается с объектами прин­ципиально новой природы. Поэтому переход от изучения движения и свойств вещества к исследованию свойств поля представляет со­бой революцию в физике, связанную с возникновением электро­магнитной теории и связанной с ней новой картины мира.

Введение понятия электромагнитного поля расширило научное представление о формах материи, изучаемых в физике. Ньютоновская физика имела дело только с одной-единственной формой физической материи — веществом, которое было построено из материальных час­тиц и представляло собой систему таких частиц, в качестве которых рассматривались либо материальные точки (механика), либо атомы (учение о теплоте).

В процессе анализа и перестройки оснований электромагнитной концепции ученые убедились в том, что если при изучении движе­ния в механике исследуют перемещение тел, обладающих массой, то в электродинамике — распространение электромагнитных волн в пространстве. Другое важное отличие касается характера передачи воздействий. Если в механике такое воздействие передается с помо­щью силы, причем на какое угодно расстояние и с любой скоростью, то в электродинамике воздействие поля передается от одной точки к другой с конечной скоростью. Наконец, нельзя не отметить и такой немаловажный факт, что после того, когда источник электромагнит­ных волн прекращает свое действие, возникшие электромагнитные волны продолжают распространяться в пространстве. Выходит, что электромагнитные волны могут существовать автономно, без непо­средственной связи с источником энергии.

Все эти представления и принципы противоречили прежним принципам механистической картины мира. Поэтому они должны были найти свое обоснование в новой электромагнитной теории и картине мира. Соответственно этому подверглись пересмотру и пере­стройке также другие компоненты оснований науки, начиная от норм исследования и кончая идеалами и философскими основаниями.

Переход от электромагнитной теории сначала к специальной, а за­тем к общей теории относительности представляет собой научную ре­волюцию значительно большей глубины и общности. Формирование теории относительности началось также с обнаружения парадоксов и противоречий в электромагнитной теории Максвелла. Как известно, переход от одной инерциальной, т.е. движущейся прямолинейно и равномерно, механической системы к другой с помощью преобразова­ний Галилея, оставляет законы механики инвариантными, или неиз­менными. На этом основывается классический принцип относитель­ности, согласно которому при преобразовании Галилея все законы ме­ханики оказываются инвариантными. Однако при применении этих преобразований к уравнениям Максвелла, выражающим законы элек­тромагнитного поля, они оказываются неинвариантными. Чтобы при­менить к ним классический принцип относительности, необходимо было заменить преобразования Галилея преобразованиями Лоренца. Тогда все законы электромагнитного поля станут также инвариантны­ми. Но при этом пришлось бы отказаться от прежнего представления механики об абсолютности пространства и времени, так как при пре­образовании Лоренца сохраняются отдельно не интервалы пространст­ва и времени, а только единый пространственно-временной контину­ум. Но такое заключение резко противоречит широко распространен­ному взгляду классической механики об абсолютности пространства и времени. Поэтому при построении специальной теории относительно­сти А. Эйнштейну необходимо было заняться тщательным анализом, как физических принципов, так и научно-мировоззренческих и фило­софских оснований электромагнитной теории.

Революционные изменения, связанные с перестройкой оснований науки, заставили Эйнштейна, во-первых, критически пересмотреть прежнее представление об абсолютности пространства и времени и заменить его принципом относительности; во-вторых, отказаться от существования мирового эфира, как особой среды для электромаг­нитного поля; в-третьих, признать, что постоянство скорости света несовместимо с преобразованием Галилея; в-четвертых, прийти к выводу, что в разных инерциальных системах интервалы пространст­ва и времени не являются одинаковыми. С увеличением скорости движения одной инерциальной системы относительно другой проис­ходит сокращение длин масштабных линеек и увеличение ритма ча­сов в направлении движения системы. Именно это положение вызы­вает наибольшие возражения с точки зрения механической картины мира и обыденного сознания. Не избежал такой ошибки и автор но­вого варианта электромагнитной теории и негалилеевских преобра­зований А. Лоренц, который рассматривал сокращение линеек и из­менение ритма часов как фиктивное.  В философском отношении наиболее революционным открытием было признание относительно­сти пространства и времени и отказ от ньютоновского представления их абсолютности. Этот новый взгляд на пространство и время нашел четкое выражение в основных постулатах специальной теории отно­сительности, согласно которым скорость распространения света счи­тается постоянной во всех направлениях и не зависит от того, дви­жется ли источник света или нет. Все законы природы являются ин­вариантными во всех инерциальных системах отсчета.

Дальнейшее обобщение и развитие новые идеи о пространстве и времени получили в общей теории относительности, в которой рас­сматриваются любые системы отсчета. В ней все законы природы считаются инвариантными не только в инерциальных системах, но и системах отсчета, движущихся неравномерно и по разным траек­ториям. Гравитационное уравнение, описывающее свойства поля тяготения, устанавливает взаимосвязь между полями тяготения и их пространственными свойствами и структурами. Поэтому при разра­ботке общей теории относительности пришлось отказаться от евк­лидовой геометрии, которая лежит в основе специальной теории относительности, и обратиться к четырехмерной неевклидовой гео­метрии переменной отрицательной кривизны Б. Римана. В связи с этим произошла перестройка прежних оснований науки, прежде всего научной картины мира и мировоззренческих и философских принципов науки. Прежние механистические взгляды и картина мира оказались не в состоянии обосновать новые фундаментальные открытия специальной и общей теории относительности.

Таким образом, с мировоззренческой и философской точки зрения научные революции представляют собой коренное, качественное из­менение в развитии научного знания, перерыв постепенности в этом развитии, сопровождающийся не только возникновением принципи­ально нового знания, но и перестройкой оснований прежнего знания.