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科學是一個尋找真理的持續過程，一次發現宇宙運行方式的永恒之旅。而人們對宇宙的探索可以追溯到文明伊始。在人類好奇心的驅使下，科學一直依靠的都是人們的推理、觀察和實驗。古希臘最著名的哲學家亞里士多德著作頗豐，涵蓋科學領域的諸多學科，為后來的很多科學成就奠定了基礎。雖然他也非常善于觀察自然，但依靠的卻是思考和辯論，從不做任何實驗；因此，他做出了很多錯誤結論。例如，他曾斷言，重的物體比輕的物體下落速度快；如果一個物體比另一個物體重一倍，下落速度也將快一倍。雖然這些結論是錯誤的，但當時并沒有人提出質疑，直到1590年才被伽利略 伽利雷推翻。我們現在清楚地知道，一位合格的科學家必須依靠實驗證據，但當時還未有人意識到。

科學方法

17世紀初，英國哲學家弗朗西斯 培根率先提出了一個有關科學的邏輯體系。他的科學方法建立在早他600年的阿拉伯科學家阿爾哈曾及之后的法國哲學家勒內 笛卡兒的研究基礎上。該方法要求科學家先進行觀察，然后形成理論，以解釋觀察到的現象，再通過實驗驗證理論正確與否。如果理論看似正確，則將實驗結果交給同行評審。這時，會邀請相同或相近領域的人士前來，或指出漏洞，進而證明理論有誤，或重復實驗，以確保實驗結果正確。

做出可以驗證的假設或預測總是不無裨益。1682年，英國天文學家埃德蒙多 哈雷觀測到了一顆彗星。他發現，這顆彗星與1531年和1607年觀測到的彗星很像，并提出這三次出現的彗星其實是同一顆。他預言，這顆彗星將于1758年再次出現，結果證明他的預言是正確的。現在，我們稱這顆彗星為“哈雷彗星”。因為天文學家幾乎無法做實驗，所以證據只能源自觀察。

實驗可以用來檢驗一條理論，也可以是推測性的。有一次，物理學家歐內斯特 盧瑟福的學生正在用α粒子轟擊金箔，以期觀察到輕微的偏轉。盧瑟福觀察學生的實驗時，建議他們把探測器放在α粒子放射源旁邊，結果竟然發現有些α粒子從薄如紙張的金箔上彈了回來。盧瑟福表示，這就仿佛是炮彈從薄紙上彈了回來，由此激發了他對原子結構的猜想。

如果科學家在提出新的原理或理論的同時，能夠預測結果，那么實驗將會更加引人入勝。如果實驗與預測結果一樣，科學家就有了支撐該理論的證據。但即便如此，科學永遠無法證明一條理論是正確的。正如20世紀的科學哲學家卡爾 波普爾所言，科學只能證明理論是錯誤的。能夠得出預期結果的每項實驗都將成為一個支持性證據，但只要有一項實驗失敗，就足以摧毀整個理論。

數百年來，地心說、四體液說、燃素說以及神奇介質“以太”等人們長期以來一直認為正確的概念都被證明是錯誤的，并被新的理論取代。但是，這些新理論也僅僅是理論而已，有朝一日也有被推翻的可能。不過，這些理論畢竟有證據支撐，所以大多數情況下被推翻的概率較小。

思想的進程

科學很少會按照簡單、有邏輯的步伐前進。獨立工作的多位科學家可能會同時發現同一科學奧秘，但從某種程度上說，幾乎每一次科學進步都建立在前人的研究和理論基礎上。建造大型強子對撞機的一個原因是為了尋找希格斯粒子。在此之前的40年，也就是1964年，物理學家曾預言希格斯粒子的存在。這一預言則建立在對原子結構數十年的理論研究基礎上，可以追溯到盧瑟福以及20世紀20年代丹麥物理學家尼爾斯 玻爾的研究。而他們的研究則取決于1897年電子的發現，而電子的發現又取決于1869年陰極射線的發現。但是，如果沒有真空泵的發明，沒有1799年電池的面世，這一切也只能是泡影。如果繼續追憶，這一鏈條還可以再回溯幾十年，甚至上百年。英國偉大的物理學家艾薩克 牛頓有這樣一句名言：“如果說我比別人看得更遠，那是因為我站在了巨人的肩膀上。”

及時批科學家

公元前6世紀到5世紀，古希臘活躍著史上最早一批擁有科學觀的哲學家。公元前585年，米利都的泰勒斯成功預言日食的出現。50年后，畢達哥拉斯在現為意大利南部的地方建立了一所數學學校。色諾芬尼在山上發現貝殼后，推論整個地球可能曾經被大海覆蓋。

觀星人

與此同時，印度、中國和地中海的人們正試圖弄清楚天體的運動。他們繪制了星象圖，有時也將其用于航海，還給星星和星群命名。他們發現，對比那些“位置不動”的星星，有些星星的運行軌跡是不規則的。希臘人將這些游動的星星稱為“行星”。中國人在公元前240年觀測到了哈雷彗星，1054年觀測到了超新星，也就是我們今天所說的蟹狀星云。

智慧宮

公元8世紀末，阿巴斯王國在新的都城巴格達建立了智慧宮，這是一座宏偉的圖書館，促進了伊斯蘭科技的快速發展。當時發明了很多精巧的機械裝置，包括利用星位的航海裝置——星盤。煉金術空前繁榮，蒸餾等技術紛紛出現。圖書館的學者從希臘和印度收集了所有最重要的書籍，并將之翻譯成阿拉伯語。后來，西方國家再次發現了古人的著作，并學習源自印度包括0在內的阿拉伯數字。

現代科學的誕生

隨著西方國家基督教會與科學真理的對立開始減弱，1543年出現了兩本開創性的圖書。比利時解剖學家安德烈亞斯 維薩留斯的《人體的構造》一書用精致繪圖描述了人體解剖。同年，波蘭物理學家尼古拉 哥白尼撰寫了《天體運行論》一書，宣稱太陽是宇宙的中心，從而推翻了托勒密一千多年前在亞歷山大城提出的地心說。

1600年，英國醫生威廉 吉爾伯特撰寫了《論磁》一書，解釋說羅盤的指針之所以指向北，是因為地球本身就是一塊巨大的磁石。他甚至認為，地核是由鐵構成的。1623年，另一位英國醫生威廉 哈維首次指出心臟像泵一樣工作，驅動血液在體內循環，從而推翻了可以追溯到1400年前希臘醫生蓋倫的理論。17世紀60年代，英裔愛爾蘭化學家羅伯特 玻意耳出版了多本著作，《懷疑派化學家》就是其中一本。他在此書中確定了一種化學元素，這標志著化學的誕生。化學雖然源自神秘的煉金術，但作為一門科學自此與之區分開來。

1665年，曾做過玻意耳助手的羅伯特 胡克出版了史上及時本科學暢銷書《顯微術》。書中精美的折疊式插圖上畫有跳蚤、蒼蠅眼睛等物體，為人們打開了一個聞所未聞的微觀世界。之后，在1687年，一本被很多人視為世上最重要的科學書籍橫空出世，那就是牛頓的《自然哲學的數學原理》，通常簡稱為《原理》。他提出的運動定律和萬有引力定律為經典物理學奠定了基礎。

元素、原子和進化論

18世紀，法國化學家安托萬 拉瓦錫發現了氧氣在燃燒中的作用，推翻了之前的燃素說。隨后，很多氣體及其特性得到了研究。正是受到大氣中氣體的啟發，英國氣象學家約翰 道爾頓提出每種元素都由不同的原子組成，并得出了原子量的概念。后來，德國化學家奧古斯特 凱庫勒建立了分子結構的基礎，而俄國發明家德米特里 門捷列夫列出了及時個人們廣為接受的元素周期表。

1799年，亞歷山德羅 伏打在意大利發明了電池，為科學開辟了新的領域。在這些領域，丹麥物理學家漢斯 克里斯蒂安 奧斯特以及同一時代的英國人邁克爾 法拉第發現了新的元素和電磁學，從而發明了電動機。與此同時，人們用經典物理學原理研究大氣、星體、光速以及熱的本質，建立了熱力學這門學科。

研究巖層的地質學家開始重現地球的過去；因為滅絕生物化石的發現，古生物學流行起來；英國一位未受過教育的女孩瑪麗 安寧成為聞名世界的化石收集者。恐龍的發現激發了人們關于進化的想法，生命起源和生態的新理論也隨之出現，其中最著名的當屬英國自然學家查爾斯 達爾文的進化論。

不確定性和無限性

19世紀和20世紀之交，一位名叫阿爾伯特 愛因斯坦的德國年輕人提出了相對論，撼動了經典物理學，結束了時空觀的時代。新的原子模型出現，人們證明光既是一種粒子，也是一種波。另一位德國人維爾納 海森堡證明了宇宙的不確定性。

然而，20世紀最受矚目的卻是技術進步促進科學以史無前例的速度向前發展，并且精準度越來越高。更強大的粒子對撞機發現了更為基礎的物質組成單元；更強大的望遠鏡告訴我們宇宙在不斷膨脹，且源于大爆炸；黑洞的概念開始根深蒂固；無論暗物質和暗能量為何物，宇宙似乎都被它們所充滿。天文學家開始探索新的世界——圍繞遙遠恒星運動的行星中，或許哪一顆上就有生命存在。英國數學家阿蘭 圖靈提出了圖靈機的概念，50年后我們就有了個人計算機、萬維網和智能手機。

生命的奧秘

在生物學領域，染色體被證明是遺傳的基礎，DNA的化學結構也被成功解碼。僅僅40年之后，人類基因組計劃就正式啟動，這項計劃看起來任重道遠，但在計算機的輔助下，進展越來越快。現在，DNA測序基本上已屬于一項常規的實驗室操作；基因治療已從希望變為現實；及時只哺乳動物也已成功克隆。

隨著科學家在各種研究成果的基礎上不斷前進，對真理的探尋也將永不止步。雖然問題似乎永遠都多于答案，但未來的發現肯定會繼續讓人驚嘆不已。