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科学史:历史造就科学,科学成就历史

2019年5月4日  来源:小智雅汇 作者: 提供人:laogan45......

科学与哲学都试图寻求世间万物的一般规律,虽然科学侧重理性、量化和确定性的领域。

哲学家可有一家之言,对于同时代的哲学家或历史上的哲学家可以相互辉映,有时有难说谁高谁低,因为哲学家玩的是思辨的思维游戏。

哲学是什么?可以从哲学史中去寻求答案。

科学强调积累,在积累的基础上进步。日心说取代地心说,相对论相对于牛顿力学有更大的适应范围。科学总是向前看,后人总是踩在前的人肩膀上往上攀登。科学可以随着时间的变化而不断自我纠正,与客观逐步趋近一致。

所以科学史相对于科学,哲学史相对于哲学,后者显得更加重要。

但通过了解科学史,也能更好地辅助我们理解科学是什么的问题。

好奇心与想像力是人类的天性之一,仰望天空、扪心自问,思考生命和宇宙的奥秘。自从人类眼中闪耀出智慧之光,就有几个重要的问题,让我们为之着迷:

天外有何奥秘,地球是宇宙的中心吗?

万物由何组成?

人类从何而来?

人类有无穷的力量吗?

生命有何奥秘?

长久以来,人类在不同时代,以不同角度思考这个问题。我们以为自己超越其它动物,人类的思想、感觉、欲望是独一无二,唯一理性的存在。这种自我的完美认知,已受到历史上许多研究的挑战。请跟随历史的脚步,看看有那些重要发现,影响了我们看待自己的眼光。

泰勒斯:“万物源于水。”

苏格拉底:“万物皆数。”

柏拉图:“万物皆理。”

亚里士多德:“万物皆有规律。”

古希腊人认为“地球是宇宙的中心。”亚里士多德、托勒密进一步发展了这一“地球中心说”。后来的哥白尼、开普勒、伽利略等根据实际观察,针对发现的问题,不断修正,提出和发展了“太阳中心说”,最后牛顿提出了万有引力定律,也因此开创了现代科学。爱因斯坦在发现牛顿理论缺陷的基础上提出了适用范围更大的相对论学说。

20世纪初,马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡、埃尔温·薛定谔等一大批物理学家共同创立了量子力学。

科学是什么3|科学史:历史造就科学,科学成就历史

人类有史以来就开始探索外部世界,但一直到近代(16、17世纪?)才开始有了实质性的突破。在这之前,人们一直在进行着头脑中较纯粹的思辨,而没有与自然世界进行必要的互动。亚里士多德等人的观点从公元前开始影响了人类两千年。这其中也有自古以来宗教的力量。

十七世纪之初,那个现代科学诞生的决定性时刻,三个关键因素汇聚到了一起:大胆的思想者、 证据的收集者、还有乐于资助他们的人。

直到16、17世纪开始,人们终于开始怀疑宗教的权威,开始学会质疑,也开始使用证据进行推理(reasoning)。与此同时,人们意识到,既然宗教权威都可以被质疑,那么人类一直以来关于这个世界的看法,当然也可以得到质疑!与此同时,人们终于开始走出纯粹的头脑中的思辨,开始对自然界进行观察和记录,而且使用数学(数字,几何形状)等进行记录观察的结果(这便是测量的开始)。通过观察和记录,人们便得到了关于这个世界的一些信息,并且人们认为这些信息是“客观的”(objective),也就是说不同于以前纯粹的头脑中的思辨,不同人有不同观点并且谁也说服不也谁,不同的人进行同一个“客观的”观察所得到的结果是相同的,所以这样的观察和结果是可以依靠的——这便是“客观”的含义,不因观察主体人的改变而改变。为了观察,人们按照经验制造更好用的工具(仪器),从而得到更好更有用的观察结果。而制造更好用的工具,就是“技术”。当然,这里面还少不了金钱、权利、地位、名声等因素的影响和推动。从现在开始,我们可以把观察得到的结果,称为“数据”,因为数学很自然地可以用来描述观察的结果,也就是说,多数时候,可以把观察结果数字化、数学化。从这些数据出发,结合逻辑推理(构成人类思维的基本工具),人们可以尝试进行归纳、猜想、假设等思维活动,对外部世界发生的现象做出合理的描述和解释。

地球是宇宙的中心吗?地球周围的行星是如何运转的?

观星者第谷是一位开创性的数据收集者,开普勒基于第谷的观测数据 ,发现了行星运行的椭圆轨道,伽利略架起了第一台望远镜,有力地支持了哥白尼的日心学说 。他以系统的实验和观察推翻了纯属思辨传统的自然观,开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。牛顿概括了运动的一般规律,并以此解释了行星的运行轨迹 。给望远镜装上了一台相机,从拍摄的照片发现宇宙是如此浩瀚,后来又给望远镜接上了一个叫做光谱仪的装置,他们发现大多数的星系都在远离我们,有些退行速度相当惊人,甚至超过了160万千米每小时,这一发现的含义非常明显,宇宙正在膨胀 。这彻底打碎了旧的思想,旧的静态稳定的牛顿机械模型,一去不复返了,我们似乎身处于一场巨大的,宇宙膨胀之中,我们的宇宙似乎有一个起点,130亿年前,这被称为宇宙大爆炸。

万物由何组成?原子、电子、质子、中子、夸克、弦?一个包含有超过20亿晶体管的微处理器,就是在探索万物由何组成的旅程中的结晶,对于物质组成的不断深入研究,无疑改变了我们的社会,我们居住的房子,出行的工具,联络的方式,简而言之就是我们现在的生活方式。

对于我们自身组成的不断研究也在同时进行,17世纪的罗伯特·胡克,是最早使用显微镜的科学家之一,他的著作《显微图谱》,用图片展示了一个隐秘世界,一切生物无论外表如何,从蚂蚁到大象,从草叶到我的拇指,都由同一种基本结构组成,显微镜揭示了两条最根本的生命定律,第一、地球上的每个生物都由细胞组成,第二、细胞只能由细胞演变而来。

理解细胞就能理解生命,但也不只是这么简单,因为即使是最精密的显微镜,也只能观察到,一团半透明细胞质中包裹着一个细胞核,如果生物学家想取得进展,就必须让肉眼看不见的物质显现出来。他们通过人造色素发现了细胞内膜,蛋白质结构和储能物质,而最引人注目的则是,细胞核内的染色体,染色体意为被染色的物体,因将其染色的染料而得名,很显然它们对细胞的分裂和复制,有着至关重要的作用,生命的奥秘似乎就深藏于此。但研究人员显然还需搞清楚它们如果运作,它们如何复制,而这才是一个大问题。威尔金斯从物理学家的角度,通过观察其物理结构,在1953年发现了染色体中DNA螺旋结构。此结构完美地解释了细胞是如何分裂如何复制的。

20世纪初,神经学家卡哈尔用显微镜观察了染色的组织之后,卡哈尔得以确认,大脑有独立的结构模块,这就是神经元,他勾画出了成组的神经元,并推断了其工作机制,他认为神经脉冲沿着它们单向传导,从一个细胞传递到下一个细胞。如今我们知道人脑至少含有千亿个神经元,而连接神经元之间的细胞突,数量达到上万亿个,情感和思维就是源于这里某块区域。

人类如何出现的呢?幸存者从远古繁衍至今,我们不过是他们的后代,诞生于死亡的阴影,毁灭的废墟,以及久远的时光之中,假若这项伟大的实验,地球上生命的进化过程重新来过,人类可能根本不会出现,现在看来生命的故事,与地球的故事,尽管看似毫不相干,却有着千丝万缕的联系,促使新生命进化的动力,有气候变化,小行星撞击,以及大陆板块间缓慢的碰撞摩擦,人类与地球上的其他生物,一同随着地球的雄壮鼓点而不断前行。

人类有无穷的力量吗?事实上世间万物,几乎都能用能量来表述,不止是蒸汽机,还有风车,甚至包括生命,恒星甚至星系都要遵循能量定律。我们踏上科学探索的旅程,试图定义和理解能量,却在途中发现了万物最核心的奥秘,E=MC^2中蕴含的物理理论,最终帮助科学家们,释放了原子中的核能并造出了原子弹。从风力、水力、热力、电力、磁力、核力,当人类发现了能量的用途,我们的生活经历了翻天覆地的变化,我们也随即开始寻找新的能源,从地球深处到原子内部,再到太阳,我们对能量的渴求永无止境,地球成为太阳系中唯一一个,在黑暗中发光的星球也就不足为奇了。探索能量是什么的过程,和答案有着同样深远的影响。运用数学方法,我们证明了能量也是宇宙的基本属性之一。在探寻过程中,理论与实践终于得以结合,共同撑起了现代社会。对新能源的探索很长时间都由实践派主导,然后理论家参与了进来,对于那渴望的呼喊,能否找到取之不尽的能源,回答永远是响亮的"不"。但找寻新能源的过程让我们,找到了自然界最基本的法则,明白了世间万物的运行规律。

从我们出世那刻就开始运行,就开始用感官探索世界,镜子里的人是另一个小孩,还是我,为什么我一摇这东西就有声音?她正通过尝试周围的事物,在不断地学习,成千上外个像这样的小实验,将创造出她潜意识中的假想设定,将创建出塑造她世界观的模型,而她今后都将依靠它们生存,某种程度这相当有趣,她现在就像一名小科学家在做实验,她在研究世界,构建理论提出假设,并将它们在现实里验证,某种程度上来说这就是科学,从我们出生那一刻开始,就一直发生在每个人身上。

人类是同时拥有理性思考和情感波动的动物。科学被理智与情感,以及这个世界的动荡历史所塑造。它的智慧成果改变了我们的生活,但它并非一帆风顺,科学的故事是迂回曲折的,涉及到政治、信仰、金钱和竞争,证据总是被权力和热情所影响,科学是一个很人性化的活动,我们每天都无意识地参与其中,我们观察世界在头脑中建立模型,并验证它们,但当我们开始刻意使用这些科学方法时,我们远远超越了个人能力。科学是人类所作出,最伟大的集体性探索,在过去的几千年里,人类大脑的结构并未改变,进化绝没有这么快的速度,但人类对于世界的认知却有了极大的改变,我们不需要仅仅依靠自己大脑的智慧,我们还拥有语言文学,现在又有了电脑,这些将我们联结在一起,也传递给我们所有前人的智慧。

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