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科學是什么3|科學史:歷史造就科學,科學成就歷史

 昵稱32901809 2019-05-03

科學與哲學都試圖尋求世間萬物的一般規(guī)律,雖然科學側重理性、量化和確定性的領域。

哲學家可有一家之言,對于同時代的哲學家或歷史上的哲學家可以相互輝映,有時有難說誰高誰低,因為哲學家玩的是思辨的思維游戲。

哲學是什么?可以從哲學史中去尋求答案。

科學強調(diào)積累,在積累的基礎上進步。日心說取代地心說,相對論相對于牛頓力學有更大的適應范圍??茖W總是向前看,后人總是踩在前的人肩膀上往上攀登??茖W可以隨著時間的變化而不斷自我糾正,與客觀逐步趨近一致。

所以科學史相對于科學,哲學史相對于哲學,后者顯得更加重要。

但通過了解科學史,也能更好地輔助我們理解科學是什么的問題。

好奇心與想像力是人類的天性之一,仰望天空、捫心自問,思考生命和宇宙的奧秘。自從人類眼中閃耀出智慧之光,就有幾個重要的問題,讓我們?yōu)橹裕?/p>

天外有何奧秘,地球是宇宙的中心嗎?

萬物由何組成?

人類從何而來?

人類有無窮的力量嗎?

生命有何奧秘?

長久以來,人類在不同時代,以不同角度思考這個問題。我們以為自己超越其它動物,人類的思想、感覺、欲望是獨一無二,唯一理性的存在。這種自我的完美認知,已受到歷史上許多研究的挑戰(zhàn)。請跟隨歷史的腳步,看看有那些重要發(fā)現(xiàn),影響了我們看待自己的眼光。

泰勒斯:“萬物源于水?!?/p>

蘇格拉底:“萬物皆數(shù)?!?/p>

柏拉圖:“萬物皆理?!?/p>

亞里士多德:“萬物皆有規(guī)律?!?/p>

古希臘人認為“地球是宇宙的中心?!眮喞锸慷嗟隆⑼欣彰苓M一步發(fā)展了這一“地球中心說”。后來的哥白尼、開普勒、伽利略等根據(jù)實際觀察,針對發(fā)現(xiàn)的問題,不斷修正,提出和發(fā)展了“太陽中心說”,最后牛頓提出了萬有引力定律,也因此開創(chuàng)了現(xiàn)代科學。愛因斯坦在發(fā)現(xiàn)牛頓理論缺陷的基礎上提出了適用范圍更大的相對論學說。

20世紀初,馬克斯·普朗克、尼爾斯·玻爾、沃納·海森堡、埃爾溫·薛定諤等一大批物理學家共同創(chuàng)立了量子力學。

科學是什么3|科學史:歷史造就科學,科學成就歷史

人類有史以來就開始探索外部世界,但一直到近代(16、17世紀?)才開始有了實質(zhì)性的突破。在這之前,人們一直在進行著頭腦中較純粹的思辨,而沒有與自然世界進行必要的互動。亞里士多德等人的觀點從公元前開始影響了人類兩千年。這其中也有自古以來宗教的力量。

十七世紀之初,那個現(xiàn)代科學誕生的決定性時刻,三個關鍵因素匯聚到了一起:大膽的思想者、 證據(jù)的收集者、還有樂于資助他們的人。

直到16、17世紀開始,人們終于開始懷疑宗教的權威,開始學會質(zhì)疑,也開始使用證據(jù)進行推理(reasoning)。與此同時,人們意識到,既然宗教權威都可以被質(zhì)疑,那么人類一直以來關于這個世界的看法,當然也可以得到質(zhì)疑!與此同時,人們終于開始走出純粹的頭腦中的思辨,開始對自然界進行觀察和記錄,而且使用數(shù)學(數(shù)字,幾何形狀)等進行記錄觀察的結果(這便是測量的開始)。通過觀察和記錄,人們便得到了關于這個世界的一些信息,并且人們認為這些信息是“客觀的”(objective),也就是說不同于以前純粹的頭腦中的思辨,不同人有不同觀點并且誰也說服不也誰,不同的人進行同一個“客觀的”觀察所得到的結果是相同的,所以這樣的觀察和結果是可以依靠的——這便是“客觀”的含義,不因觀察主體人的改變而改變。為了觀察,人們按照經(jīng)驗制造更好用的工具(儀器),從而得到更好更有用的觀察結果。而制造更好用的工具,就是“技術”。當然,這里面還少不了金錢、權利、地位、名聲等因素的影響和推動。從現(xiàn)在開始,我們可以把觀察得到的結果,稱為“數(shù)據(jù)”,因為數(shù)學很自然地可以用來描述觀察的結果,也就是說,多數(shù)時候,可以把觀察結果數(shù)字化、數(shù)學化。從這些數(shù)據(jù)出發(fā),結合邏輯推理(構成人類思維的基本工具),人們可以嘗試進行歸納、猜想、假設等思維活動,對外部世界發(fā)生的現(xiàn)象做出合理的描述和解釋。

地球是宇宙的中心嗎?地球周圍的行星是如何運轉的?

觀星者第谷是一位開創(chuàng)性的數(shù)據(jù)收集者,開普勒基于第谷的觀測數(shù)據(jù) ,發(fā)現(xiàn)了行星運行的橢圓軌道,伽利略架起了第一臺望遠鏡,有力地支持了哥白尼的日心學說 。他以系統(tǒng)的實驗和 觀察推翻了純屬思辨?zhèn)鹘y(tǒng)的自然觀,開創(chuàng)了以實驗事實為根據(jù)并具有嚴密邏輯體系的近代科學。牛頓概括了運動的一般規(guī)律,并以此解釋了行星的運行軌跡 。給望遠鏡裝上了一臺相機,從拍攝的照片發(fā)現(xiàn)宇宙是如此浩瀚,后來又給望遠鏡接上了一個叫做光譜儀的裝置,他們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的星系都在遠離我們,有些退行速度相當驚人,甚至超過了160萬千米每小時,這一發(fā)現(xiàn)的含義非常明顯,宇宙正在膨脹 。這徹底打碎了舊的思想,舊的靜態(tài)穩(wěn)定的牛頓機械模型,一去不復返了,我們似乎身處于一場巨大的,宇宙膨脹之中,我們的宇宙似乎有一個起點,130億年前,這被稱為宇宙大爆炸。

萬物由何組成?原子、電子、質(zhì)子、中子、夸克、弦?一個包含有超過20億晶體管的微處理器,就是在探索萬物由何組成的旅程中的結晶,對于物質(zhì)組成的不斷深入研究,無疑改變了我們的社會,我們居住的房子,出行的工具,聯(lián)絡的方式,簡而言之就是我們現(xiàn)在的生活方式。

對于我們自身組成的不斷研究也在同時進行,17世紀的羅伯特·胡克,是最早使用顯微鏡的科學家之一,他的著作《顯微圖譜》,用圖片展示了一個隱秘世界,一切生物無論外表如何,從螞蟻到大象,從草葉到我的拇指,都由同一種基本結構組成,顯微鏡揭示了兩條最根本的生命定律,第一、地球上的每個生物都由細胞組成,第二、細胞只能由細胞演變而來。

理解細胞就能理解生命,但也不只是這么簡單,因為即使是最精密的顯微鏡,也只能觀察到,一團半透明細胞質(zhì)中包裹著一個細胞核,如果生物學家想取得進展,就必須讓肉眼看不見的物質(zhì)顯現(xiàn)出來。他們通過人造色素發(fā)現(xiàn)了細胞內(nèi)膜,蛋白質(zhì)結構和儲能物質(zhì),而最引人注目的則是,細胞核內(nèi)的染色體,染色體意為被染色的物體,因?qū)⑵淙旧娜玖隙妹?,很顯然它們對細胞的分裂和復制,有著至關重要的作用,生命的奧秘似乎就深藏于此。但研究人員顯然還需搞清楚它們?nèi)绻\作,它們?nèi)绾螐椭?,而這才是一個大問題。威爾金斯從物理學家的角度,通過觀察其物理結構,在1953年發(fā)現(xiàn)了染色體中DNA螺旋結構。此結構完美地解釋了細胞是如何分裂如何復制的。

20世紀初,神經(jīng)學家卡哈爾用顯微鏡觀察了染色的組織之后,卡哈爾得以確認,大腦有獨立的結構模塊,這就是神經(jīng)元,他勾畫出了成組的神經(jīng)元,并推斷了其工作機制,他認為神經(jīng)脈沖沿著它們單向傳導,從一個細胞傳遞到下一個細胞。如今我們知道人腦至少含有千億個神經(jīng)元,而連接神經(jīng)元之間的細胞突,數(shù)量達到上萬億個,情感和思維就是源于這里某塊區(qū)域。

人類如何出現(xiàn)的呢?幸存者從遠古繁衍至今,我們不過是他們的后代,誕生于死亡的陰影,毀滅的廢墟,以及久遠的時光之中,假若這項偉大的實驗,地球上生命的進化過程重新來過,人類可能根本不會出現(xiàn),現(xiàn)在看來生命的故事,與地球的故事,盡管看似毫不相干,卻有著千絲萬縷的聯(lián)系,促使新生命進化的動力,有氣候變化,小行星撞擊,以及大陸板塊間緩慢的碰撞摩擦,人類與地球上的其他生物,一同隨著地球的雄壯鼓點而不斷前行。

人類有無窮的力量嗎?事實上世間萬物,幾乎都能用能量來表述,不止是蒸汽機,還有風車,甚至包括生命,恒星甚至星系都要遵循能量定律。我們踏上科學探索的旅程,試圖定義和理解能量,卻在途中發(fā)現(xiàn)了萬物最核心的奧秘,E=MC^2中蘊含的物理理論,最終幫助科學家們,釋放了原子中的核能并造出了原子彈。從風力、水力、熱力、電力、磁力、核力,當人類發(fā)現(xiàn)了能量的用途,我們的生活經(jīng)歷了翻天覆地的變化,我們也隨即開始尋找新的能源,從地球深處到原子內(nèi)部,再到太陽,我們對能量的渴求永無止境,地球成為太陽系中唯一一個,在黑暗中發(fā)光的星球也就不足為奇了。探索能量是什么的過程,和答案有著同樣深遠的影響。運用數(shù)學方法,我們證明了能量也是宇宙的基本屬性之一。在探尋過程中,理論與實踐終于得以結合,共同撐起了現(xiàn)代社會。對新能源的探索很長時間都由實踐派主導,然后理論家參與了進來,對于那渴望的呼喊,能否找到取之不盡的能源,回答永遠是響亮的'不'。但找尋新能源的過程讓我們,找到了自然界最基本的法則,明白了世間萬物的運行規(guī)律。

從我們出世那刻就開始運行,就開始用感官探索世界,鏡子里的人是另一個小孩,還是我,為什么我一搖這東西就有聲音?她正通過嘗試周圍的事物,在不斷地學習,成千上外個像這樣的小實驗,將創(chuàng)造出她潛意識中的假想設定,將創(chuàng)建出塑造她世界觀的模型,而她今后都將依靠它們生存,某種程度這相當有趣,她現(xiàn)在就像一名小科學家在做實驗,她在研究世界,構建理論提出假設,并將它們在現(xiàn)實里驗證,某種程度上來說這就是科學,從我們出生那一刻開始,就一直發(fā)生在每個人身上。

人類是同時擁有理性思考和情感波動的動物??茖W被理智與情感,以及這個世界的動蕩歷史所塑造。它的智慧成果改變了我們的生活,但它并非一帆風順,科學的故事是迂回曲折的,涉及到政治、信仰、金錢和競爭,證據(jù)總是被權力和熱情所影響,科學是一個很人性化的活動,我們每天都無意識地參與其中,我們觀察世界在頭腦中建立模型,并驗證它們,但當我們開始刻意使用這些科學方法時,我們遠遠超越了個人能力??茖W是人類所作出,最偉大的集體性探索,在過去的幾千年里,人類大腦的結構并未改變,進化絕沒有這么快的速度,但人類對于世界的認知卻有了極大的改變,我們不需要僅僅依靠自己大腦的智慧,我們還擁有語言文學,現(xiàn)在又有了電腦,這些將我們聯(lián)結在一起,也傳遞給我們所有前人的智慧。

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