本书是作者为大众科普教育而写作的一本通俗读物，旨在解释什么是科学的目的和对象，以及怎样做科学研究，以激发大众对科学的兴趣。本书第一章讲述科学的两个方面，第二章讲述科学和自然，第三章讲述科学定律，第四章讲述定律的发现，第五章讲述定律的解释，第六章讲述数学法则和数字在科学中的应用。书中作者讨论的主题也都非常易懂，比如“我们何以相信外部世界”“科学与想象”“哪些性质是可测量的”“定律是否决定了因果关系”“天才的意义”等，内容简明、通俗且有趣。

诺曼·坎贝尔（1880—1949）英国物理学家和哲学家。1912年,他获得了博士后学位，在剑桥大学卡文迪许实验室跟随伟大的实验物理学家汤姆森爵士工作。坎贝尔因物理测量方面的理论及实践而闻名于世。

第一章 科学的两种特性
“纯学习”的发展
科学和其他研究
科学与自然
“科学”还是“各类科学”
第二章 科学和自然
我们为什么会相信外部世界的存在
论感觉的特点
我们为什么会相信“其他人”的存在
对科学的一种定义
是否存在普遍认同
第三章 科学规律
为什么科学要研究规律
规律的发展
规律是否规定了因果关系
第四章 规律的发现
问题陈述
一种尝试性解决方案
规律的弹性
规律的目的
规律的价值
根本问题
天才的意义
第五章 对规律的解释
什么是理论
理论和规律之间的差异
理论的价值
理论的发明
理论的类比
科学与想象
理论是真的吗
第六章 测量
什么是测量
数字
计数的规则
哪些性质是可测量的
测量规律
乘法
派生测量
测量和顺序
数值定律
测量的重要性
第七章 数值定律及数学在科学中的应用
数值定律
数值关系的由来
数值定律与派生测量
计算
牛顿假说
数学理论
第八章 科学的应用
科学的实用价值
科学的局限性
科学知识的确定性
流行的歪理邪说
结语

编写这本书的目的是鼓
励工人教育协会的成员学
习科学。尽管课程现已取
得卓越成效，尤其是约克
郡地区诺曼·沃克先生的生
物课，但科学并没有得到
足够的重视。科学是现代
思想在纯学术领域的特征
产物，然而，代表新思想
的工人教育协会可能会成
为“科学与文化对立”这种反
动学说的最后据点。
因此，本书旨在解释科
学的目的和对象，以及科
学研究中可获得的满足感
。我试图让读者注意科学
更深奥的领域的各个方面
，这些方面有望吸引具有
广泛知识并具同理心的男
男女女。这本书并不希望
以“流行”伪装自己，也不会
为大众提供快餐式的阅读
材料；所有的经验都表明
，在成人教育中，仅仅思
想上的困难并不能成为成
功的障碍，领导者的激情
则是学习者维持兴趣的重
中之重。任何作家都不可
能奢望与他的读者像演说
家与听众那样亲密接触，
且除非能找到众望所归的
科学领域的领导者，否则
我的努力必然徒劳无功。
但或许，这些努力能够帮
助到那些原本不知该如何
行动的人。
由于我的目的只是引导
读者系统地研究某些特殊
的科学分支，并不希望他
们把注意力局限于本书所
涉及的概括性问题，所以
没有参考相同领域的更详
细的著作。但也许应该指
出的是，本书所讨论的主
题虽然与科学有关，但并
非科学的一部分，因此，
相比于更严谨的科学问题
，人们对其中一些问题的
意见分歧要大得多。既然
我的目的是引发读者的兴
趣，而不是传达信息，那
么有时我会毫不犹豫地做
些教条式的断定，而这将
不可避免地引起其他一些
专业人士的反对。

什么是科学？科学家们是如何思考的？英国科学教育大众普及读本。
本书是英国物理学家、科学哲学家、剑桥学者心血之作，科学启蒙书。
建立理性思维方式。
科学不是知识本身，而是获取知识的过程。

如果要从最普通的经验
中吸取有价值的教训，那
么可以说，在如此多偏见
和迷信的影响下，我们对
未经指导的推理容易误导
人类的研究直接表明了科
学为何不可或缺。首先，
科学提出了一种确定性、
实证性和固定陛规律的概
念来分析这种经验。相比
之下，规律是一个比较模
糊的概念，它虽然占主导
地位，但它也富于变化，
容易被环境扭曲，它像人
类活动的一些规律一样变
幻莫测，能够轻易被某个
更高权威所取代；相比之
下，科学代表的是绝对不
变、如一、普遍的联系，
这是它最基本和最重要的
概念。我们并不总能成功
地找到这样的定律，但我
们坚信是可以找到的，这
一信念从未动摇；我们从
未有丝毫理由放弃我们的
基本信念，即所有的事件
和变化，除非是意志的直
接结果（因此是直接可控
的），都可以被分析成最
严格形式的定律，并由其
解释。只有那些被这样的
信念引导的入，才有希望
把秩序和形式带入日常经
验的无限复杂性中。
然而，这种信念本身可
能没有什么用处。如果我
们从一开始就知道，除非
从经验中找出严格的科学
规律，否则是无法实现的
。那么每一个新问题很可
能都要等待解决，直到某
个伟大的天才注意到它。
因为，正如我们前面注意
到的那样，发现一条全新
的规律是人类最伟大的成
就之一。但我们知道的比
这多得多，已发现的一长
串定律表明我们应该在哪
里寻找新的定律。我们知
道，一项新定律涉及的条
件本身，必须与另外的定
律相关联。此外，那些定
义其他定律中所涉及术语
的定律，虽然众多，但形
成了一个公认的类别。有
定义各种物质或各种生物
种类的定律，有定义力、
体积、电流、多种能量，
以及其他所有各种可测量
的物理量的定律，它们的
完整清单可以写满一本教
科书，但它们的数量是有
限的，并为所有认真学习
它们所涉及的科学分支的
学生所理解。这些学生知
道，当他们试图分析和解
释新的经验时，必须在确
定的一类术语之间寻求必
要的规律；只要经过良好
的训练，这种知识就会将
问题简化为一个正常知识
范围内的问题。如果一个
人想要在没有知识和训练
的情况下解决问题，除非
他有像伽利略或法拉第一
样强的能力，否则他甚至
连其中一部分成功也不可
能取得。
科学提供了另一条线索
。它既有理论，也有定律
。它的理论不能涵盖其定
律的全部范围，而且在一
些科学中，除了“经验”定律
之外，几乎没有什么指导
意义。但是，在有理论的
地方，它们的相互作用非
常密切，以值得尝试的方
法来限制定律分析经验；
在用尽所有其他选择之前
，任何与根深蒂固的理论
相矛盾的定律都不值得研
究。在这里，与那些熟悉
科学成果的人相比，未经
指导的探索者处于更大的
劣势，因为科学定律中的
许多术语大家都记忆模糊
，只有那些认真学习过的
人才有理论知识。
这里应当提醒读者，“理
论”在书中总是用来表示第
五章所讨论的这类特殊命
题。用通俗的话来讲，理
论与实践相比，往往从根
本上违背了理论的本意。
普通人把任何他不理解的
东西都称为“理论”，特别是
当这个东西支持的结论令
他反感时（我不认为这是
夸大其词）。关于科学问
题的争论，尽管被指责为
过于“理论性”，但它往往只
依赖于根深蒂固的定律，
只是因为普通人不懂“理论”
，所以才容易把它与“实践”
相提并论。普通人所指的“
实践”是其能理解的东西。
所谓“理论是真，实践是假”
的想法完全出于无知，如
果“实践”的任何部分与某个
“理论”不一致，那么毫无疑
问这个“理论”就是错误的，
而且就此终结。但是，一
种“理论”被那些不理解它的
人曲解的情况很容易发生
，而且会经常发生；只是
因为人们没有得到理论的
真正要领，便认为它似乎
预测了一些与实践不符的
事情。的确，不懂“理论”的
人最好不要管它，依赖被
误解的理论和依赖未经指
导的“实践”同样危险。
这里我们得出了关于科
学与日常生活的关系的结
论，在我看来，在这一点
上最重要的是要付诸行动
。不懂科学的人常常把它
看作课本和论文中的固定
知识，任何不厌其烦的人
都可以从中提取科学所提
供的任何学科的所有信息
；他们认为它是可以学习
的东西，就像乘法表可以
学习一样，认为任何在中
学或大学里学习科学的人
都是了解它奥秘的大师。
关于将科学应用于实际问
题的真相，没有什么比这
更离谱的了。在这个问题
上，即使是最有学问的学
生，也几乎不可能仅仅根
据既定的知识，为任何困
难提供一个完整且令人满
意的解释，这个问题中也
有一些尚未引起科学关注
的因素。应用科学和纯科
学一样，不是一套一成不
变的原则和命题，而是一
种思维工具和思维方式。
每一个实际问题都是研究
中的问题，可以使纯学术
进步，提高以经验为依据
的效率；实际上，几乎所
有科学实际解决的问题，
都是依日常生活中熟悉的
经验直接提出的。人们只
有通过长期的训练和艰苦
的锻炼，才能掌握这种研
究工具，才能获得这种新
的思维方式。创造知识的
，不

对于宏伟的科学有初步
的了解，可以使人们获得
巨大的美的满足，使年轻
人受到鼓舞，实现求知的
欲望，并对人类智慧的潜
力及所取得的成就有更深
一层的理解。
——阿西莫夫 美国科幻
小说作家、科普作家
如果一个人掌握了他的
学科的基础理论，并且学
会了独立地思考和工作，
他必定会找到他自己的道
路，而且比起那种主要以
获得细节知识为其培训内
容的人来，他一定会更好
地适应进步和变化。
——爱因斯坦 美国科学
家、物理学家

科学有两种形式，或者说两种特性。首先，科学是一个建立在实践基础上的有用的知识系统，同时也是人类获取知识的手段。这种形式的科学，极大地促进了战争的破坏作用，但是人们认为，它在重建和平中也能发挥同等重要的作用。它可以同时服务于善行或者恶行——如果说实践科学制造了毒气战，那它同样也能应对战争造成的恐怖；如果说它在很大程度上酿成了工业革命的弊端，那么它实际上也通过减少满足人们的物质需求所需的劳动和时间，解决了不少弊端。另外一种形式的科学，与实际生活看似无关，当然，以极为间接的方式产生或好或坏的影响除外。这种形式的科学只进行精神层面上的研究，相比于实践科学，它更类似于绘画、雕塑或文学，目的是满足心灵而非身体的需要。在这种意义上，科学吸引的仅仅是人类客观的好奇心。
或许人们对两种形式的科学都不陌生，因为不论是实践科学还是纯科学，它们的必要性往往都会受到公众的广泛关注。有时两种科学的热衷者意见相左，纯科学的研究者指责持实践科学观念的人是庸俗的物质享乐主义者，没有意识到生活中更高层面的问题，而他们自己则被批评是重理论不切实际的空想者，对现实世界的真正需求一无所知。倘若两种科学确实彼此矛盾，那么双方都能给出充分的证据。几乎没有人会否认，某种意义上知识利益比物质利益更重要、更高尚，我们正是因为拥有知识利益才不同于动物。实际上，可能不论人类应该关心物质利益，还是关心免受饥寒之苦以外的其他事物，究其原因，都是由于我们有闲暇和选择是否陶冶心性的自由。除了道德低下的人，其他所有人即便不支持，也必须尊重那些喜欢终日勤奋学习的人，而非将精力花在追求个人财富上或贪图安逸的人。然而，过度强调这种观点是对此的曲解，因为其中不仅涉及研究者的兴趣，还和科学本身的好处相关。尽管抽象的纯科学可能比实践科学更有裨益，但它的传播范围远不及后者，仅少数人有望享受纯科学的益处，极少人能达到智力上的要求，从而充分享受探索和发现纯知识的过程，且这寥寥数人并非都能坚持长期的艰苦训练，这点也是充分享受纯科学的一个必要基础。而对于实践科学来说，它所产生的利益是共享的，即便现今社会还没有人人享受。绝大部分人必须考虑物质需求，而无法全身心投入更高层面利益的追求，如若实践科学能满足物质需求，以至于更多的人摆脱物质上的担忧，那么即使按照最不物质、最学术的标准评判，其价值也毫不亚于纯粹抽象的学习。
但今天或许这种争论已无意义，因为大家普遍认识到，两种形式的科学不论相对价值如何，实际上都是密不可分的。实用主义者开始理解，对纯科学的诚挚追求是发展其实用性的，必要条件，尽管他们有时也疑惑如何最好地鼓励这种追求。另外，学术研究者发现，实践科学的问题通常会成为纯科学研究的最佳动力，这意味着知识未必只是脑力上的无趣，它还有商业上的价值。后面章节中，我们将更加详细地探讨纯科学与实践科学之间的关系，并解释两者为何如此密切相关。当然最好预先设定它们有紧密的联系，因为本书主要面向工人教育协会（W．E．A．）阶层，两者的区别无疑会影响其对科学知识的学习。更熟悉实践科学的人容易认为科学学习仅仅是技术和职业教育的伪装；另一些人则认为，纯科学这类事物过于抽象，与他们直接感兴趣的社会实际问题无关。两种观点都是完全错误的。科学研究并不要求比音乐研究有更多的“技术性”，另外它也许和政治经济学研究一样实用。
虽然纯科学和实践科学息息相关，只是同一研究的不同方向，但是我们有必要记住两者之间的区别。我想在这里一次性指出，我们直接学习的将是纯科学；我们的研究动机应当是对知识的好奇，而非其他；我们的衡量标准是满足知识需求，而非实际生活利益。即使我们最终关注的是实践科学，这也是一个必经的过程，因为只有了解纯科学的本质，我们才有把握理解纯科学知识，并将其合理应用于解决实际问题。与其他事物一样，科学也有其局限性，科学无法为某些问题提供任何建议，其中甚至包括实际问题。对这些局限的疏忽是影响科学正确应用于社会需求的一大障碍，这些疏忽通常源于人们尝试将科学领域扩大至它所能承受的范围之外，从而对科学产生怀疑。
试想，如果对纯科学的领会始终仅限于少数严肃的研究者，那么能不能利用这种尝试使普通人也理解科学呢？答案很简单，我上述所说的“领会”指的是充分欣赏，不经过认真的学习训练，没有人能够充分欣赏好的音乐，然而大多数人还是能从音乐会中有所收获，甚至能比熟练的音乐家获得更多的实际享受，科学同样如此。毫无疑问，对于业余爱好者而言，科学是“纯学习”中最简单的分支。P3－5