揭开被科学辉煌成就遮蔽了的真实历史——科学史是一部由“正确”与“错误”“成功”和“失败”共同纺织的历史。

当前科学教育中最缺乏的是“批判性思维”训练，而我们这个时代比以前任何时代都需要明晰而又具批判性的思考能力，以及把科学方法和原理恰当运用到我们时代处理各种复杂问题的能力。

本书适合大众阅读，尤其适合广大青少年和中小学教师阅读是培养“创造性思维”、“批判性思维”，进行科学教育的前所未有的好教材。

口语化的叙述风格，跌宕起伏的故事情节，批判性的思维方法，典雅时尚的版式插图，引领读者走进一片迷人的科学世界。

揭开被科学辉煌成就遮蔽了的真实历史——科学史是一部由“正确”与“错误”“成功”和“失败”共同编织的历史

1.科学的历史是一部由“正确”与“错误”共同书写的历史

今天，科学已经渗透到了人类生活的每个角落，科学的力量无所不在。然而本书向读者展现的科学的旅程，并不像我们现在所看到的一路辉煌，科学的历史也从来都不是一部永远“正确”的历史。科学曾经犯过许许多多的错误，而且今后还会继续犯错误。科学的历史就是一部不断从错误中学习的历史。

科学家们设计出的一系列有助于发现自己错误的规则，使科学有一种可以证明自身为错的内在机制，正是科学自身的这种独特的纠错机制和自我批判能力，使得科学成为人类理解自然奥秘最为严谨也最为有效的手段，并使得科学的发展不断突破旧思想的藩篱，超越权威，永远充满活力。

2.科学的历史是一部由“成功”和“失败”共同书写的历史

与同类作品不同，本书以相当的篇幅介绍了科学史中的失败者。失败的原因不尽相同，有被名利腐蚀，也有不小心误入歧途的——科学的殿堂中不仅有所谓的圣者，还有凡人，甚至有小人和骗子。今天，我们看到的往往是辉煌的成功者，但在科学的历史发展过程中，更多的是那些辉煌背后的失败者。

3.科学是最具人性化的事物

科学只是事实和统计数据乏味而又琐碎的堆砌吗？科学是一切与人性有关的东西的对立面吗？

科学实际上是一种思维方法，一种生动的、不断变化的对世界的看法。科学对人类的自我认识，更理性地加深了人类对自身的关怀。再没有比科学更充满生机、更充满惊奇、或者更人性化的事物了！

4.科学家是如何思考的

科学家是如何工作的？是什么驱使他们渴望获得知识？科学家是如何提出问题的？是如何思考问题的？是如何寻求这些问题的答案的？他们用了哪些方法来寻求这些问题的答案？从哪个环节开始，这种探究变成了科学的探究？……本书为你一一作了解答。

5.批判性思维是科学最宝贵的“精神”所在

科学的思维方法正是这样一种方法：它倡导怀疑古训，怀疑权威，也倡导超越自我，它不让大自然来欺骗你，也不让他人来欺骗你，更不允许你自己欺骗自己。

纵观全书，我们看到科学家提出的理论，有时正确，有时错误，也看到这些理论如何被后人反复纠正、扩展或者简化，不断完善。这种勇于创新的批判性思维，正是科学最宝贵的“精神”所在。

6.突出科学、技术与社会的关联

科学的力量，以及它与社会、政治、经济和文化的互动，在历史上从未产生过如此重大的影响。从通过计算机和网络获取知识，到繁忙街道的交通管理；从飞越太空的壮举，到无线电通信给人类生活带来的变化；从向疾病进行的科学挑战，到人类寿命延长和克隆技术；从无所不在的教育网络，到庞大的公共卫生计划……科学不再是少数精英在自己的书斋或者私人实验室中的自娱自乐。

特别令人关注的是，本书对女性在科学中的地位和作用，以及来自后现代主义的挑战，也进行了专门论述。这在一般的科学史作品中是极少见的。

7.“正史”与“野史”交相辉映

读过本书才知道，原来科学的旅程中不乏旁门左道甚至歪门邪道。就在牛顿时代，与牛顿同样着迷于自然界奥秘并且具有相当研究功力的大有人在。但他们却不幸误入歧途；而伪科学的猖獗，早在19世纪就泛滥成灾，法拉第不仅研究电磁感应，还戳穿了当时不少以科学名义而施行的骗术；当然，真正的科学家永远令人肃然起敬，你能想象17世纪的桑克托留斯整日坐在自己特制的椅子上，只是为了测定人体的吸收和排泄之量？本书披露了许多鲜为人知的细节，这正是本书引人入胜的地方之一。

8.口语化的叙述风格亲切感人

作者口语化的讲述方式，平易近人，亲切易懂，就像是一位智者坐在冬夜的火炉旁与你促膝而谈，娓娓道来；又像是一位讲故事的高手，时而旁征博引，时而条分缕析，故事情节跌宕起伏，充满悬念，把一部在许多人看来枯燥乏味的科学史讲得引人入胜、多姿多彩。

9.科学教育的首选教材

当前科学教育中最缺乏的是“批判性思维”训练，而我们这个时代比以前任何时代都需要明晰而又具批判性的思考能力，以及把科学方法和原理恰当运用到我们时代处理各种复杂问题的能力。

本书适合大众阅读，尤其适合广大青少年和中小学教师阅读，是培养“创造性思维”、“批判性思维”，进行科学教育的前所未有的好教材。

序

第一编 科学诞生

 引言

 第一部分 科学的先驱：从古代到中世纪

第一章 古代的人们

第二章 从亚里士多德到中世纪晚期

 第二部分 物理科学中的科学革命

第三章 宇宙体系的颠覆

第四章 一门“广阔而又最优秀的科学”

第五章 波义耳、化学和波义耳定律

第六章 牛顿、运动定律和“牛顿革命”

 第三部分 生命科学中的科学革命

第七章 从维萨留斯到法布里修斯

第八章 帕拉塞尔苏斯、药物学和医学

第九章 哈维：心脏和血液的运动

第十章 奇妙的微观世界

第十一章 认识生命的广泛性

 第四部分 科学、社会和科学革命

第十二章 17世纪：一个转变时期

 结论

第二编 理性兴起

 引言

 第一部分 18世纪的物理科学

第一章 探索新的太阳系

第二章 恒星、星系和星云

第三章 新地质学的诞生

第四章 近代化学的诞生

第五章 热和电的奥秘

 第二部分 18世纪的生命科学

第六章 林奈：伟大的命名者

第七章 布丰和自然界的多样性

第八章 动物机器：生理学、繁殖和胚胎学

第九章 近代进化论的先行者：拉马克和居维叶

 第三部分 18世纪的科学与社会

第十章 一个理性和革命的时人

第十一章 科学的斗士：普及性意识

第十二章 黑暗的逆流：骗子和庸医

 结论

第三编 综合时代

 引言

 第一部分 19世纪的物理科学

第一章 原子与元素

第二章 复杂而有序的化学世界

第三章 不灭的能量

第四章 磁、电和光

第五章 天空与地球

 第二部分 19世纪的生命科学

第六章 达尔文和“贝格尔号”的馈赠

第七章 从宏观到微观：器官、细菌和细胞

 第三部分 19世纪的科学与社会

第八章 伪科学猖獗

第九章 伟大的综合时代

 结论

第四编 现代科学

 引言

 第一部分 物理科学，从1896年到1945年

第一章 新原子

第二章 新宇宙(一)：爱因斯坦和相对论

第三章 新宇宙(二)：量子奇迹

第四章 宇宙的新观测

第五章 原子的四分五裂：科学和原子弹

 第二部分 生命科学，从1896年到1945年

第六章 微生物学和化学的成长

第七章 追踪遗传学和遗传现象之踪迹

第八章 寻找古人类

 第三部分 科学与社会，从1896年到1945年

第九章 医学和机器贩子

第十章 妇女在科学中

 结论

第五编 科学前沿

 引言

 第一部分 物理科学，从1946年到现在

第一章 亚原子世界

第二章 夸克的领域

第三章 恒星、星系、宇宙及其起源

第四章 探索太阳系

第五章 地球使命

 第二部分 生命科学，从1946年到现在

第六章 生命的建筑师：蛋白质、DNA和RNA

第七章 生命的起源和边界

第八章 人类是从哪里来的？

 第三部分 科学与社会，从1946年到现在

第九章 科学的热和冷

第十章 科学、后现代主义和“新世纪

 结论

米利都学派

就像大多数伟大的希腊哲学家一样，泰勒斯对其周围的人们影响深远。他的两位最著名的追随者是阿那克西曼德和阿那克西米尼，尽管毫无疑问还会有其他不怎么出名的追随者。两人也都来自米利都，所以和泰勒斯一样，以米利都学派的成员闻名于世。阿那克西曼德要比阿那克西米尼更出名些，也许是因为阿那克西曼德，一位活动于公元前500多年左右的人物，居然雄心勃勃想写一部宇宙的综合史。他生于公元前610年左右的某个时候。正如后来的另一对师生，柏拉图和亚里士多德之间那样，阿那克西曼德不同意老师的主张，尽管他非常尊敬他的老师。他怀疑世界万物由水构成的说法，建议代之以没有形状，也不能观察到的物质，这种物质他称之为无限者，他认为这才是万物之源。

不过，阿那克西曼德最重要的贡献是在其他领域。尽管他没有接受水是原始要素的观点，却仍相信所有的生命起源于海洋，他因此成为最早持有这一重要思想的人之一。阿那克西曼德以在希腊绘制第一张世界地图而闻名，他还最早意识到地球表面是弯曲的。不过，他相信地球的形状是圆柱形，而不是球形，球形被后来的希腊哲学家所推测。阿那克西曼德观察到天空围绕北极星的运动，他也许是第一位把天空看成是环绕在大地周围的一个球体的希腊哲学家，这一思想经过后人加工，在天文学中影响深远，直到17世纪科学革命的出现才打破这一观念。

遗憾的是，阿那克西曼德关于宇宙历史的文字大多已经遗失，留存至今的只有少数片断，他的其他思想更是鲜为人知。他的学生阿那克西米尼的文稿大多也不幸遗失了。根据阿那克西米尼的说法，世界既不是由水，也不是由无限者组成，空气本身就是宇宙的基本元素。空气受压就成了水和土，稀释或变薄就发热，变成火。对于阿那克西米尼，我们知道得不多，不过，他可能是第一位研究彩虹的人，并且对其自然原因，而不是超自然原因作过推测。他被认为是首次区分不同行星的希腊人。例如，他识别了火星与金星的不同特性。

由于米利都的早期哲学家打开了大门，希腊思想家开始推测宇宙的本性。这一激动人心的智力探索活动，大部分纯粹是创造性的。这些希腊人，从泰勒斯到柏拉图和亚里士多德，都是哲学家，而非现代意义上的科学家。例如，任何人都有可能创造诸如有关宇宙的天性和结构的“思想”，许多次这些思想可能被如此协调和精心地组织起来，或者恰好如此“显而易见”，以至于让许多人信服。然而，一个有关宇宙的“科学”理论，却要求更多的东西，而不只是观察和类比，尽管这些观察和类比可以编织形成一套推理体系，其间还不乏严谨的结构，其登峰造极者就是亚里士多德的宇宙模型。但这种模型的底线就是，没有实验，也没有对理论的客观、严格的检验——一这些概念希腊人是闻所未闻的一——他们希望得到的顶多就是理论的某些内在协调、它能覆盖所有基础并满足推理的要求。

毕达哥拉斯

毕达哥拉斯(Pythagoras，约公元前580—前500)曾经说道：“万物皆数。”我们之所以能够通过数学来理解世界，主要应归功于他的主张，尽管他对数字持有某种神秘而奇异的信念。

毕达哥拉斯出生于萨摩斯岛。他是一位才华横溢、行为古怪的数学家、哲学家和宗教领袖，曾经移居到克劳顿，在那里他建立了一个崇尚数学的神秘主义的教派。今天已经很难分辨什么是毕达哥拉斯实际说过的，什么是他的信念，什么又是他的追随者发明的。著名的毕达哥拉斯定理，我们在几何学课堂上已经很熟悉了，说的是直角三角形斜边的平方等于另外两直角边的平方和，这个定理可能是由他或者他的追随者之一证明的。但是，正如这个教派的秘密性质那样，甚至如此重大一项成就的起源也难以追溯。然而，人们通常这样认定，正是毕达哥拉斯使得几何学成为一个通过逻辑方式相连的命题系统。

在推测宇宙的性质时，毕达哥拉斯是这样说的，宇宙的中心不是地球，而是一团中心火，地球绕着它运动。毕达哥拉斯还说，我们不能看见这团中心火，因为我们所在的地球总是这边背对着它。但是，来自太阳的光就是这团中心火的反射。毕达哥拉斯学派认为，地球本身是一球体，它被球形的宇宙围绕。毕达哥拉斯学派还指出，太阳、月亮与行星的运动是独立于众恒星的，而且不同于恒星，它们离地球的距离显然有所不同。毕达哥拉斯学派相信，行星和恒星的运动是一个完美的图形，是最漂亮、最完美的几何图形。具有讽刺意味的是，尽管他们正确地辨别了恒星和行星具有不同的特性，却又相信，天体都在做圆周运动，包围地球的宇宙其形状也是圆形，这就给17世纪之前的天文学带来了许多混乱。

善问的希腊人并不把智力博学的兴趣仅指向物质的本性和天空的形式。毕达哥拉斯的一位追随者，叫阿尔克莽(Alcmaeon，约活动于公元前530年—前450年)，出生于克劳顿，他的兴趣就转到了医学。由于希腊人对医学以及臆想症有浓厚的兴趣，一个好医生大有用武之地，政策对于医学实践又相当宽松。尽管在那些为穷人和底层人士看病的医生中，迷信仍然扮演着主要角色，但许多希腊医生已经转向更为务实和实用的研究和治疗措施。

尽管阿尔克莽从毕达哥拉斯学派那里继承了某些神秘观念，但据说，他是出于解剖学研究目的而实施人体及动物解剖的第一人。他发现，在眼睛和连接耳与口的管道(现在叫做耳咽管)之间有视神经存在。他也许已经认识到静脉和动脉的区别，他的医学研究使他相信，大脑也许是智力的中心，这一看法直到很久以后才被大家认同。P9-11

我看到的自然界是一个壮观的结构，我们只能极为有限地把握它，因此，一个富有思想的人必定对此怀有“谦卑”之情。

——爱因斯坦(Albert Einstein，1879—1955)

科学，作为全人类的努力，是最伟大的事业之一。它的任务是探索自然界的“壮观结构”及其令人称奇的未知领域。它探索宇宙的重大奥秘，诸如黑洞、类星体以及诸如夸克和反夸克这样极小的亚原子粒子。科学同时也探索人体、红杉树和逆转录酶病毒的奥秘。科学探索的领域包括整个宇宙和宇宙中的万物，从小行星上的最小尘埃到女孩眼睛里的彩斑，从距我们数百万光年之远的星系到土星环背后复杂的机制。

有人可能会认为，科学只是事实和统计数据乏味而又琐碎的堆砌。还有人认为，科学是诗、魔法和一切与人性有关的东西的对立面。这两种说法都有错误的地方——没有比科学更充满生机，更充满惊奇，或者更人性化的事物了。科学在不断变革，在不断对过去的事情进行重新认识，并从中获取新的见解。

提出问题并且试图琢磨其中的机理，是人类最基本的特征之一。而科学史讲述的正是不同的个人、团队和集体是如何对某些最基本的问题寻求解答的过程。例如，人类从何时开始想知道地球是由什么组成，它的形状是怎样的？他们如何寻找答案？他们设计了哪些方法来得到结论？这些方法好不好？从哪个环节开始，这种探究变成了科学？这又意味着什么？

科学要比我们在电影里看到的陌生的试管和奇特的仪器丰富得多。它远不仅是在生物课上解剖青蛙或记住植物名字。科学实际上是一种思维方法，一种生动的、不断变化的对世界的看法。它是发现世界背后机制的一种方式——一种非常特别的方式，用的是科学家设计的一系列有助于发现自己错误的规则。因为，人们用其他方法来看、听或感觉时，很容易产生错觉。

如果你认为这很难令人相信，请看右图中的两条水平线。一条线上的箭头相对；另一条箭头相背。你认为哪条线更长(不包括“箭头本身”)？测量的结果表明，这两条线的长度正好相等。由于通过观察直接下结论容易犯错，人们必须运用“科学方法”，才能回答“我怎样才有把握”这样的问题。如果你真的花时间测量了那两条线，而不是听我们说两条线是同样长度，这时你就是像科学家一样思考。你正在检验你自己的观察，你正在检验两条线“正好长度相等”这一判断，你正在运用最有力的科学工具之一来完成你的检验：即你正在通过测量来量化这两条线。

2300多年前，一位古希腊哲学家亚里士多德(Aristotle，公元前384一前322年)告诉世界，当两个不同重量的物体同时从同一高度落下时，重的首先落地。这是一种来自常识的论证。毕竟，任何想要检验的人都可以做一“观察”，让一片树叶和一块石头一起落下，石头一定首先落地。你可以自己在家里拿一张纸和一块纸镇对这个判断进行检验。(不过这一检验有些错误，你知道错在哪里吗？)然而，很多希腊思想家并不打算做任何检验。既然答案已经知道，还有什么可争议呢？因为他们只相信人的“理性”能力，认为没有必要诉诸“检验”，他们认为观察和实验在智力上和社会上都是低下的。

但是，若干世纪以后，伽利略(Galileo Galilei，1564—1642)出现了，他在物理学和望远镜天文学方面是一位杰出的先驱。伽利略喜欢自己琢磨，自己设计实验，尽管他不可避免会受到限制。和今天的科学家一样，伽利略绝不仅仅满足于观察。他使用了两个不同重量的球、一套计时装置和一块平板或者斜面。当时精确钟表尚未发明，但是他靠自己的装置解决了这个问题。他让两个小球沿斜面滚下，并且仔细测量小球到达坡底的时间。他让斜面取各种不同的角度，多次重复实验。结果表明，在忽略了空气阻力的差别之后，就亚里士多德的例子而言，所有同时从同一高度下落的物体，都同时落地。这一结果也许至今仍与许多人的常识相冲突。在完全真空的情况下(在伽利略时代科学家还无法做到)，所有物体将以同样的速率下落！你自己也可以做一个粗略的实验(尽管这绝不是真正精确的实验)，把笔记本的单张纸捏成球，然后和纸镇一起同时释放。

且慢！就在一分钟前，你刚刚把一页纸片和纸镇一起释放，验证了亚里士多德关于两个物体不同时落地的结论。现在我们再做一遍这个实验，却是两个物体同时落地，证明伽利略对而亚里士多德错。区别在哪里？原来第二次你把纸片揉成团，使它和纸镇具有相似的形状。如果不揉纸片，就会使纸片受到比纸镇大得多的空气阻力。

伽利略的实验(每步他都仔细做了记录)和他基于这些实验得出的结论，显示了科学的重要特征。任何愿意做的人都可以重复这些实验，或者证实他的结果，或者通过显示实验中的失误和差错，证明他部分或全部不正确。从伽利略那个时代起，许多科学家重复了他的实验，尽管有人试图找错，但是没人能够证明伽利略是错的。更关键的是多年后，当有可能创造真空时(尽管在此之前，他的实验已精确得足以说服每个人)，伽利略的结论被证明是正确的：在完全没有空气阻力和具有复杂得多的计时装置的情况下，他的实验和预计完全相符。

伽利略不仅证明了亚里士多德是错的，他还表示：如果亚里士多德本人愿意的话，也可以通过亲自观察、实验和量化证明自己是错的——于是他就会改变自己的观点！至关重要的是，科学的思维方法是这样一种方法，它不允许你自己欺骗自己，也不允许自然界(或其他人)来欺骗你。

当然，科学远不只是观察、实验和引出结论。今天只要人们拿起报刊，对于这一事实就会一目了然，科学正在不断地涌现新“理论”：“天文学家发现挑战爱因斯坦相对论的证据”——这是一本杂志的封面标题；“联邦教育委员会谴责教授达尔文进化论的书籍”——这是一份报纸的通栏标题。什么东西叫做“理论”？答案就在“科学方法”的运用过程里。

几乎不会有科学家承认，他们用的是17世纪科学革命刚刚开始时哲学家培根(Francis Bacon，1561—1626)等人提出的完全“独立”和客观的科学方法。培根的方法，简单说来，就是要求每一位正在寻找自然秘密的研究者，必须客观思考，不要被已有的成见左右，结论要建立在对研究现象进行观察、实验和数据收集的基础上。“我不作假设”，牛顿(Isaac Newton，1642—1727)在证明万有引力定律之后这样宣布，因为有人要他就引力是什么给出说法。历史学家注意到，就引力的可能性质而言，牛顿显然已有若干想法或者“假设”，但是在大多数情况下，他对这些猜测都秘而不宣。在牛顿看来，“假设”已经足够多了，而人们对仔细收集可检验的事实和数据却太不重视。

不过，如今我们知道，科学家并不总是沿着“科学方法”所指引的那条简单而又便捷的道路前进。有时，在实验之前或之后，科学家会有一个想法或者预感(也就是说，比假说还要更不成熟的想法)，提出某种新的方法或者不同的途径来探究一个问题。这时，研究者就会通过实验和收集数据，来证明或者反驳这个假说。有时“假说”这个词在平常谈话中用得比较宽松，但是在科学上它必须符合一个重大要求：一个在科学上有效的假说，必须具有一种可以证明自身为错的内在机制，如果它真是错了的话。也就是说，它必须是可证伪的。

不是所有科学家都亲自做实验。例如，大多数理论科学家是用数学来形成论据。但是，假说若想得到科学共同体的重视，就必须具有可通过实验和观察进行证伪的要素。

因此，要成为理论，假说必须通过好几道检验，而且这些重复实验不只出自一位科学家之手。最后，在经过反复检验和评价之后，假说才成为科学界和大众知道的“理论”。  决不可忘记，即使是理论，也必须服从证伪或修正。例如，一个好的理论总要提出一些“预言”，亦即能够被检验者用来验证其有效性的事件。只有到这个阶段，大多数著名的理论，例如爱因斯坦的相对论或达尔文(Charles Robert Darwin，1809—1882)的进化论，才得以进入教科书阶段，才能成为其他科学家的有效工具。但是在科学上，没有一个理论能够说得到了完全的“证明”，当新事实或新的观察结果出现时它必定有待于进一步的检验和审视。正是科学这一不断自我纠错的特性，使它成为人类理解自然机制最为严谨也最为有效的手段。这类批判性思维正是科学工作的关键要素。

漫画中的科学家，总是以这样一副形象出现：带着眼镜，穿着白大褂，神情严肃，貌似总不会出错。这可不符合事实。科学家，无论男女，都是和我们一样的人——他们肤色不同，高矮相异，外表多样，有戴眼镜的，也有不戴眼镜的。作为一个群体，由于他们的方法论特征就是要寻找错误，进行批判性思考，因此他们可能比其他人群更清楚地意识到，错误是多么容易发生。但是，他们设法尽可能不出错，并且不遗余力寻求正确的答案。这就是为什么他们会成为科学家的原因。

本书着眼于人们怎样建立这套揭示有关自然机制的体系，用到的材料既有成功的，也有失败的。纵观全书，我们看到科学家提出的理论，有时正确，有时错误；并且看到，我们如何学会检验、采纳、利用这些理论，或者如何纠正、扩展或简化这些理论。

我们还要考查科学家怎样从别人的错误中吸取教训，有时必须抛弃一度显得合乎逻辑但后来被证明是错误的、误导的、过于局限的或无效的理论。所有这些都有赖于前人的成就，他们留下了充足和丰富的遗产，使后人能够由此取得新的发现和见解。

本书有关章节，以较大篇幅探讨了科学与文化、社会习俗以及历史事件的相互作用，考查了各个时期的怪异信念和伪科学主张，也强调了妇女在科学中的地位和作用。