简明科学大历史(上)

天地玄黄，宇宙洪荒。“大爆炸”137亿年后，地球已45亿多岁且诞生生命38亿年，我们的先人——从黑猩猩分支出来，约600万年前总算出场了。猿人经历缓慢的演化，我们——智人，20万年前在非洲大草原崛起。智人几次尝试走出非洲，而后散布全球，凭借出众的大脑、灵巧的双手和口语交流等，“雄霸”天下。

五千多年前开始，人类又有了文明，告别史前时代。各地陆续发明的文字，比口口传递信息，更进一步累积经验和知识，配合财富和阶层等级的分化、城市诞生、农业商业分工、武装平乱打仗，以及其相应的需求，保障了古代科技能以某些形式持续推进。各早期文明在天文、历法、数学、艺术、机械或建筑工程等已取得令人惊叹的成就。往后数千年的发现发明中不乏科学的元素或成分，可是真正意义上的科学始终没有降生。

人天生有好奇心，探索未知，去认识世界和自己的脚步根本停不下来，但人的生物本能采用内省、直觉、体验、臆想、武断等方式方法，使得结论不客观不可靠，巫术、宗教或玄学的观点盛行，鬼神崇拜、神秘主义和生活流言大行其道。那些感性方法今天仍可占主导。

好在，世上总有与众不同的奇葩。

萌 芽
二千多年前，古希腊的哲人“爱智慧”，可劲儿思考和解释世界本质，无意间打下了科学的基础。

泰勒斯不从神界而从自然界找寻宇宙的构成，认为水生万物，成自然主义思想的鼻祖；毕达哥斯拉赞颂数学和理性，称宇宙遵循数学规则和比例，数学是哲学思考的核心模型，初建推导法则；德谟克利特和留基伯提出“原子论”，是还原主义思想的前驱；苏格拉底契而不舍地发问，持续怀疑、审视、反诘、辩论、核验，尽管没有留下著作和创立学派，却深深影响了后人；柏拉图继承前辈，相传他创办的雅典学院门口写着“不懂几何者不得入内”，他不信赖人的感官认识，认为只有经过理性推理才能获得真正的知识；亚里士多德是集大成的学者，在观察自然并对生物分类过程中，发明了著名的三段论，构建了第一套逻辑思维体系……

但是，公元4世纪，罗马帝国认基督教为国教，并改造其符合等级制，古希腊的宝贵思想财富非其神学，被否定、查禁，大量藏书和图书馆让教徒烧毁。随后一千年，被有的人讽刺为“黑暗的中世纪”里，广大欧洲被经院哲学和政教合一所笼罩，民众愚昧、闭塞，整体贫穷困苦，学术上死气沉沉。科学的萌芽遭受扼杀。

文明，比想象中脆弱。

转 机
万幸的是，科学种子在阿拉伯世界保存了下来，在蒙古征服者残酷摧毁前又回传到欧洲。

当时连通亚欧的阿拉伯帝国繁荣、自信，收集、翻译古典著作，吸引和尊重人才，像《光学宝鉴》的作者阿尔哈曾，成为了最早的实验家之一。

受巴格达的智慧宫影响，12—14世纪地中海沿岸掀起创办大学风潮，搞学术、育人才。基督教和伊斯兰教交战交流前沿，欧洲人获取许多古希腊典籍并翻译过来，才领悟自己祖上曾经阔过。继承了希腊哲人的求索精神和思想精华，欧洲学者在世界领先的阿拉伯科技、数学成果和其他文明的技术积累上，一步一步前推。

教会因十字军战败、致死瘟疫横行等被削弱了威信，而古希腊罗马文化日渐成为有钱人的时尚。14世纪，文艺复兴运动在相对富庶开放的意大利城市拉开帷幕，一些人渴求解放思想、重现古罗马“辉煌”，人本主义冲击着神权精神垄断。

12、13世纪，欧洲才掌握源自中国的经济好用的造纸术。1450年代，德国谷登堡铅活字印刷术发明，则辅助西方文明“反客为主”，其高效的印刷使书籍的数量、品种爆炸性增长，思想文化极大传播、发展，欧洲的人才乃至天才辈出……几十年后，一个又一个新人，做着自个想做的、觉得应该做的事，挑战旧观念旧习惯旧秩序，浑然不觉他们汇聚起来的力量有多大，也不预知彪炳史册的一系列革命因此发生。

新 生
1543年这一年，波兰人哥白尼《天体运行论》、尼德兰人维萨留斯《人体构造》出版，前者用观测和数学工具提出“日心说”模型，刷新了沿用一千多年的托勒密“地心说”体系，后者以精美的绘图展示人体解剖结构，与教会宣扬的用于肯定上帝存在的盖伦学说相异。临死出书和用语巧妙的教士哥白尼是幸运的，维萨留斯作为西班牙王室御医，仍以“巫师”“盗尸”等罪名被宗教裁判所定为死罪，赦免后身无分文的他倒在被逼迫的朝圣悔过之路；布鲁诺四处传播“日心说”显得固执和张扬，他被自己忠心耿耿的天主教会视作“异端”，1600年公开烧死在罗马鲜花广场——教会的权威不光是脸面，更关乎利益，他们要坚决捍卫。

那时，天文学的进展尤其引人瞩目。17世纪初，开普勒在第谷观测结果上，提出行星运行三定律，指出行星沿椭圆轨道运行的情况。

意大利人伽利略?伽利雷（1564-1642）自制最早的折射式望远镜，观测天体发现了木星四颗卫星、土星光环、太阳自转、金星和水星的盈亏……为当时备受嘲讽的哥白尼学说提供了确凿证据。

伽利略不盲从不轻信，他怀疑亚里士多德的理论，于是设计了小球在斜坡滚动的实验，以确定物体运动和停止的原理，也设计了著名的自由落体试验，看大小不一的球体下落速度是否不一致——实际上并没有在比萨斜塔进行。

“可计算的当计算，可测量的当测量，把不可测的变为可测的。”伽利略坚持用耐心观察记录和可测量的实验验证各种假说，而不像过去的哲学家依赖思考和辩论，彻底推开了科学实证的大门，是当之无愧的“近代科学之父”。

伽利略因论文、发明、实验早早便成名，先后在比萨、威尼斯等都市的大学任教并安心“科研”，然后在艺术中心佛罗伦萨宫廷享首席数学家、哲学家的荣光。因不支持“地心说”，科学结论“违背教义”， 伽利略人生最后二十多年被罗马天主教会残酷迫害，“以一儆百”。他受刑罚，丧失自由，最终双目失明，晚景凄凉。

需要说明的是，伽利略虽主要凭一己之力开创新纪元，但和后世科学研究一样，成就他的事业其实不只靠一个人。前代天文学家不懈地观测、计算、提出理论，贡献了良好的研究起点。15、16世纪，新航路开辟，人口恢复，粮食增长，文教进步，孕育了理想的社会环境；武器、航海设备技术的提高，促进研究仪器更精密可靠；意大利的城市，一个个手工业、银行业或地中海商贸的中心，提供了充裕的资金保障，以及四方才俊共同工作、学习、交流的“人才小高地”。

方 法
那么，科学方法到底是什么？学者们各说各话，又都能自圆其说，争论不休，该听谁的？英国人弗朗西斯?培根——因一句“知识就是力量”而闻名中国中小学的那位——在实验家们的实践和笛卡尔《方法论》启发下，首次阐明了科学方法三步骤：一是观察，二是解释、归纳、推理后形成理论，三是用实验验证理论对不对。实验结果如果显示理论正确，则交给同行来评审，重复实验确认。同行是领域相同或相近的人士，他们发现了漏洞或差错，指出理论不正确，那就继续研究、实验，直至问题解决。

今天，我们科学研究仍然沿袭这样的大致步骤。不过在研究之前，要先查查其他人的研究结果，避免不必要的重复、浪费，并发掘值得深化、细化或创新的切入点。具体操作上颇有讲究，如实验设计尽可能严密，随机抽取样本（随机化原则），安排合适的对照组并对比结果（对照原则），重复地取样、测量和实验（平行重复原则），平衡处理和齐同对比多种影响的因素（均衡原则）；如严格按照操作规程进行，数据忠实记录并保存好，不歪曲、不篡改；如运用统计学，描述定量资料的集中、离散趋势，分析相关性……

遵循培根的设想，1660年，一个纯粹的、独立自治的研究机构——英国皇家学会——在伦敦成立。英国之前几乎全歼了荷兰“无敌舰队”并刚刚打赢了第一次英荷战争，取代“海上马车夫”荷兰的全球霸权指日可待；正在进行的资产阶级革命，继16世纪马丁?路德宗教改革后进一步打击了天主教会的神权政治。英国的上流精英，有合适的条件开展研究。

那些年，哲学家、工程师、艺术家的分工并不明确，跟其他学者一样，皇家学会院士胡克多才多能，取得跨领域突破。他发现弹性定律，设计建筑，发明装置，为“细胞”命名……其亲手编绘的“绘本”《显微术》揭示显微镜下的生物世界，成最早科普畅销书，激励了下一代。

16—17世纪的欧洲，生物学研究生物成长，化学研究空气，地理学研究岩层、地磁，光学研究光速和光的本质……不仅在天文学、物理学，各个学科一扫陈腐，欣欣向荣。

是的，科学，出现了！尽管还挂在自然哲学名下，但已初步成形。以追求真理、获取真知为目的，采取科学方法，运用逻辑、数学和实验，尽可能排斥主观偏差，科学迸发出强大的生命力，成为人认识世界的最牢靠最有力工具。这场快速掀起、持续上百年的“科学革命”，也是人们认知方式和与既往知识体系区别的分水岭。学术团体的建立和壮大，科学逐渐完备。

科学诞生在欧洲而不在其他地方，有诸多机缘巧合，假如历史推倒重来，不一定有相仿的进程乃至相似的结果。重要的是，科学，不属于欧洲人专有，她是全人类共有共享的宝藏。