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通常认为，伽利略是第一位真正的现代物理学家。他第一次表明数学语言可被用来描述物质世界中的真实物体的行为，例如下落的物体、抛射的物体等等。在我们看来这似乎是很显然的——今天用数学语言来表述科学理论已经成为惯例，不仅是物理学，在生物学以及经济学领域也是如此。但在伽利略的时代，这却不是显然的：人们普遍认为数学处理的是纯粹抽象的实体，因此对于物质实体是不适用的。伽利略所做工作的另外一个革新方面是，他强调了运用实验来检验假说的重要性。对于现代科学家来说，这也许又是一个看上去显而易见的观点。但是，在伽利略的时代，人们并不认为实验是一种获得知识的可靠手段。伽利略对于实验检验的强调标志着一种研究自然界的经验方法的出现，这一方法一直沿用至今。
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伽利略去世后接下来的那段时期，科学革命突飞猛进。法国哲学家、数学家和科学家勒内·笛卡尔（1596——1650）提出了一门全新的“机械论哲学”，按照这种哲学，物理世界仅由相互作用和相互碰撞的惰性粒子物质构成。控制这些粒子或“微粒”运动的定律就是理解哥白尼式宇宙结构的关键因素，笛卡尔对此深信不疑。机械论哲学声称将用这些惰性的、不可感知的微粒运动来解释一切可观察现象，很快就成为了17世纪下半叶的主流科学观；在某种程度上至今它仍然影响着我们。机械论哲学的观点得到了诸如惠更斯、伽桑狄、胡克、玻意耳等人的支持；对它的广泛接受标志着亚里士多德式世界观寿终正寝。
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图2 素描：伽利略测量从比萨斜塔落下物体的速度的神奇实验。
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科学革命在艾萨克·牛顿（1643——1727）的研究工作的推动下达到了顶峰，他的贡献在科学史上无人可出其右。牛顿最杰出的著作是《自然哲学的数学原理》一书，出版于1687年。牛顿虽然赞同机械论哲学家们关于宇宙完全是由运动粒子构成的观点，但他却试图改进笛卡尔运动定律和碰撞规则。其结果是，在牛顿的三大运动定律和他著名的万有引力原理的基础之上，强大的动力学和机械论理论诞生了。按照该定律，宇宙中的每一个物体都对所有其他物体产生引力；两物体间引力的大小取决于它们质量的乘积和它们之间距离的平方。运动定律阐明了引力是如何影响物体运动的。牛顿发明了今天被我们称为“微积分”的数学技巧，对理论的表述具有很高的数学上的精确性和严格性。令人惊奇的是，牛顿能够表明开普勒的行星运动定律和伽利略的自由落体定律（经过微小的修正）都是他的运动定律和万有引力原理的逻辑结果。换言之，无论是天上的还是地上的物体运动，都可以用同样的定律来解释。牛顿给出了这些定律精确的定量形式。
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牛顿物理学为此后200年左右的科学提供了框架，很快就取代了笛卡尔物理学。主要由于牛顿理论的成功，科学的信心在此期间迅速增强。人们普遍认为牛顿的理论揭示了自然界真正的运行方式，并能够解释一切，至少在原则上是可以的。人们作了更为细化的尝试，以便把牛顿力学的解释模式拓展到越来越多的自然现象上。18和19两个世纪见证了巨大的科学进步，尤其是在化学、光学、能源、热力学以及电磁学研究领域。但是大多数情况下，这些新发展都被看做是在一个宽泛的牛顿宇宙观范围之内作出的。科学家们把牛顿的观念作为最根本的正确观念来接受；剩下的工作就是在细节上对其加以填充而已。
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牛顿式的理论图景在20世纪上半叶被动摇了，这要归功于物理学上两项革命性的新发展：相对论和量子力学。爱因斯坦发现的相对论表明，在运用于特别巨大的物体或者运动速度极快的物体时，牛顿力学无法给出正确的解答。相反的是，量子力学则指出在运用于微观领域的亚原子微粒时，牛顿力学无法给出正确解答。相对论和量子力学两者，特别是后者，是非常奇特和激进的理论，它们关于实在本性的论断使很多人难以接受甚至难以理解。它们的出现导致了物理学上重大的观念变革，这些变革一直延续至今。
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到现在为止，我们对于科学历史的简要回顾主要集中在物理学领域。这绝非偶然，物理学不仅在历史上非常重要，在某种意义上也是所有科学学科当中最基础的学科。这是因为，其他科学的研究对象本身都是由物理实体构成的。以植物学为例。植物学家研究植物，植物最终是由分子和原子构成的，这些分子和原子都是物理学微粒。因此，植物学显然不如物理学更基础——尽管这并不是说它更不重要。我们将在第三章回到这一点进行讨论。但是，如果完全忽略非物理科学，对现代科学起源的一个即使是简要的阐述也将是不完整的。
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图3 达尔文关于人类和大猩猩是从相同祖先演化而来的观点震惊了维多利亚时代的英格兰。（图中文字为：伯格先生来解围。受骗的猩猩：那个人想挤进我们的家谱。他说他是我的后代。伯格先生：哎呀，达尔文先生，你怎么可以那样侮辱他。）
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在生物学领域，最著名的事件是查尔斯·达尔文关于通过自然选择实现物种进化的理论发现，这一理论1859年被发表在《物种起源》一书中。在此之前，按照圣经《创世记》的教导，人们普遍认为不同的物种都是由上帝分别创造的。但是达尔文却认为，当代的物种事实上都是由古代的物种通过一种名为自然选择的过程进化而来的。当一些生物组织依靠它们的本身特征比其他的组织留下更多的后代时，自然选择就开始了；如果这些特征被它们的后代所继承，随着时间的推移，这一种群就会越来越好地适应环境。达尔文认为，尽管这一过程很简单，但是经过许多代之后，它就会导致一个物种进化成另一个全新的物种。达尔文为他的理论提供的证据非常有说服力，以至于在20世纪开始之前它就作为正统的科学被人们接受了，尽管有许多来自神学的反对意见（参见图3）。后续的科研工作为达尔文的理论提供了更为惊人的验证，这一理论成为了现代生物学世界观的核心观点。
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图4 詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克以及他们于1953年发现的DNA结构的分子模型——著名的“双螺旋结构”。
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20世纪又见证了另外一场迄今尚未完成的生物学革命：分子生物学、特别是分子基因学的问世。1953年沃森和克里克发现了生命体细胞当中组成基因的遗传物质DNA的结构（参见图4）。沃森和克里克的发现解释了基因信息如何从一个细胞被复制到另一个细胞，并从父母传给子女的问题，从而解释了为何子女往往与父母相像。他们的发现开辟了生物学研究的一个激动人心的新领域。在沃森和克里克的发现问世以来的50年里，分子生物学获得飞速发展，改变了我们对遗传以及基因如何构建生物体的理解。最近试图进行的对人类体内整套基因提供分子水平描述图的工作，即人类基因组计划，标志着分子生物学的深远发展。21世纪将会见证这一领域更加激动人心的进步。
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过去一百年间投入到科学研究方面的资源比以前任何时候都要多。带来的一个局面就是新科学学科，诸如计算机科学、人工智能、语言学和神经科学的大量涌现。也许近30年来最重要的事件就是认知科学的兴起，认知科学研究人类认知的各个方面，例如感知、记忆、学习和推理，并且改造了传统的心理学。认知科学很大的动力来自于一种观点，该观点认为人脑在某种程度上类似于一台计算机，人类的心智过程因而可以通过与计算机执行的操作加以对比得到理解。认知科学虽然仍处于婴儿期，但很有希望依靠它揭示关于意识活动的大量机理。社会科学，特别是经济学和社会学，在20世纪也得到了繁荣发展，尽管许多人认为它们在成熟性和严格性方面仍落后于自然科学。在第七章我们将回到这个问题上来。
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科学哲学 何为科学哲学？
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科学哲学的主要任务是去分析各门科学所采用的研究方法。你也许会疑惑，为何这一工作应该由哲学家承担，而不是科学家们自己呢？这是一个很好的问题。部分的回答是，从一个哲学化的视野来观察科学可以使我们进行更深入的探索——去揭示科学实践中暗含的但不被科学家们明确讨论的假设。以科学实验为例来作一解释：假设一个科学家做了一个实验并且获得了一个特定的结果。他反复多次做这一实验，一直得出相同的结果。然后他可能会停下来，并相信如果他继续在完全相同的条件下做这一实验，得到的结果将一直相同。这一假设也许看起来很显然，但是作为哲学家，就会质疑。有何理由让我们假设将来的重复实验会得到相同的结果？我们怎么知道这是真的呢？科学家不可能花费太多的时间来厘清这些略显古怪的问题：他也许有更好的事情去做。这些是纯粹的哲学问题，我们在下一章会加以阐释。
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因此，科学哲学的部分工作就是去质疑科学家认为理所当然的假设。但如果我们暗示科学家自己从来都不讨论哲学问题，就有失偏颇了。事实上，历史上许多科学家在科学哲学的发展过程中发挥了重要的作用。笛卡尔、牛顿和爱因斯坦就是著名的例子。他们每一位都对一些哲学问题深感兴趣，这些问题包括科学应该如何进步，科学应该使用什么样的研究方法，我们对这些方法的信任度有多高，科学的认知是否有限度，等等。我们将会看到，这些问题仍然处于当代科学哲学的核心地带。所以，引起科学哲学家兴趣的论题并不是“纯粹哲学的”；相反，它们曾经引起了历史上一些伟大科学家的关注。另一方面，我们也必须承认今天的许多科学家对科学哲学不感兴趣并且也对其缺乏了解。这当然不是好事，但这并不表明哲学问题已失去意义。倒不如说，这是自然科学加速专业化和现代教育体系中科学和人文学科两极分化的一个结果。
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你现在也许仍然想确切知道科学哲学到底是什么。正如上文所说的，说它是“研究科学方法”的学问并没有交代得很确切。与其提供一个内容更加丰富的定义，我们不如通过直接考察科学哲学中的一个典型问题来进行解释。
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