地球/1a. 科学：我们如何知道我们所知道的？

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1a. 科学：我们如何知道我们所知道的？

科学思想的出现

"科学"一词源于拉丁语中的知识，scientia，尽管现代科学的定义直到最近 200 年才出现。在 1347 年至 1351 年间，一场致命瘟疫席卷欧亚大陆，造成近 60% 的人口死亡。这场被称为“黑死病”的瘟疫过去后的几年，是一个独特的重建时期，科学领域第一次出现。科学变成了追求知识和智慧的活动；它与更广泛使用的哲学一词是同义词。它诞生于人们意识到在治愈疾病和结束饥荒方面，实践理性和学术的重要性，以及理性思维和实验思维的重要性。瘟疫让人们深刻认识到知识和学术对于维持文明的重要性。早期的科学家与学者之间没有区别。

这个时期最著名的两位学者是弗朗西斯科“彼特拉克”彼特拉克和他的好朋友乔瓦尼·薄伽丘；两人都是拉丁语和早期意大利语的热心作家，他们的诗歌、歌曲、游记、书信和哲学作品受到了广泛的读者欢迎。彼特拉克重新发现了希腊和罗马历史人物的古代著作，并努力将它们普及到现代拉丁语中，特别是重新发现了罗马政治家西塞罗的著作，西塞罗生活在他之前的一千多年。这种对知识的追求是全新的，彼特拉克和薄伽丘都提出了一个科学理念的萌芽，这种理念一直延续到现代，即追求知识和学习并不与宗教教义相冲突，因为智力和创造力的自由本身就是神圣的。基于真理的知识的世俗追求补充了信仰和宗教教义，这些教义基于信仰和信念。这种理念在启蒙时代以及后来的美国革命中表现为对政教分离的强烈愿望。这种不受宗教教义束缚地追求知识和艺术的自由意识，催生了 1400 年代初的意大利文艺复兴。

意大利文艺复兴不仅受到这种追求知识的新自由的推动，还受到全球和经济转变的推动，这些转变为意大利北部带来了财富和繁荣，后来为欧洲北部和英国带来了财富和繁荣。这是拜占庭帝国衰落和意大利北部城邦新兴的商人阶层兴起的结果，他们接管了整个地中海及其他地区的废弃贸易路线。在这个时期，对有才华的艺术家和学者的赞助兴起，富裕的个人不仅资助艺术家，还资助科学和技术的追求。第一个大学，即修道院和女修道院之外的学习场所，第一次流行起来，因为意大利北部城邦的富裕领导人希望在自己的宫廷中找到有才华的艺术家和发明家。像列奥纳多·达·芬奇、拉斐尔和米开朗基罗这样的艺术家接受了来自富裕赞助人的委托，包括教会和城邦，从对自然世界的敏锐观察中创造出写实的艺术作品。科学起源于艺术，对自然世界的直接观察，让人们对写实绘画和雕塑的创作有了更深刻的见解。文艺复兴艺术中这种对观察重要性的认识，超越了当今现代科学中对观察重要性的认识。换句话说，科学应该通过对自然世界的热切观察来反映现实。

科学传播的诞生

文艺复兴时期，科学和知识的追求在更大程度上得到了活字印刷术的推动，活字印刷术使得以印刷书籍的形式广泛传播信息成为可能。虽然在这一时期之前，人们已经使用在手工雕刻的木板或金属板上的油墨进行版画和凹版印刷，但活字印刷使得书面文字可以更快地印刷和复制到页面上。第一本古腾堡圣经出版于 1455 年，在短短几周内就印刷了 800 本。这种廉价而高效的复制书面文字的方法对社会产生了巨大的影响，因为人口中的识字率提高了。拥有书籍和书面作品比历史上任何时期都便宜得多。只要有一点财富，普通人就可以通过购买书籍和文学作品来追求知识。对科学而言，信息传播的便捷性至关重要。印刷术引领了第一个信息时代，并极大地影响了 1400 年代后半叶文艺复兴中期的科学思想。这些早期作品中的许多都是用母语出版的，即家庭中使用的语言，而不是父语，即在当时的宫廷和教堂中使用的公民话语语言，主要是拉丁语。这些书籍催生了我们今天在意大利语、法语、西班牙语、英语和其他欧洲语言中看到的早期古典文学作品，这些语言在欧洲和世界各地被广泛使用。

这个时期一个关键人物是尼古拉·哥白尼，他于 1543 年出版了他的地球绕太阳运行的数学理论。这本用学术父语拉丁语写成的印刷书籍名为De revolutionibus orbium coelestium（天体运行论)，开创了历史学家称之为科学革命的时代。这本书之所以有影响力，是因为它被整个欧洲的同行天文学家广泛阅读。每个人都可以通过自己进行观测来验证这本书的结论。科学革命并非仅仅在于尼古拉·哥白尼发现了什么并做了什么报告（这将在后面详细讨论），而是他所做的发现和观察可以被对同一个问题感兴趣的其他人复制。这本单一书籍催生了现代科学中最重要的一项原则，即任何想法或建议都必须通过复制进行验证。让某件事具有科学性的是，任何对研究课题感兴趣的个人都可以复制或验证它。科学的核心是个人观察结果的可重复性，这一原则开创了实验的时代。

在那个时代，对观察和实验结果的验证是一个漫长的过程。书籍的印刷成本以及知识的传播非常缓慢，而且经常受到审查。这也是宗教改革的时代，它最初由马丁·路德领导，他抗议天主教会内部的腐败，导致了16世纪初新教运动的建立。这种思想和信仰的分裂主要是由于新宗教思想和论述著作的印刷而引起的，它导致了宗教裁判所的出现。宗教裁判所是天主教会设立的一个反动司法体系，用来审判那些表现出对教条所传达的既定信仰持异议的人。暗示自由思想和探究的印刷作品被销毁，作者被监禁或处决。科学在之前的一个世纪里曾蓬勃发展，但在宗教裁判所时期却遭受了挫折，但也带来了科学史上最重要的事件之一，其中涉及当时最著名的科学家之一，伽利略·伽利雷。

法律和科学探究体系的差异

伽利略是一位数学家、物理学家和天文学家，曾在欧洲最古老的大学之一——帕多瓦大学任教。伽利略与一位名叫奥拉齐奥·格拉西的天文学家发生了争执，格拉西在罗马的罗马学院任教。格拉西于1619年出版了一本关于他从罗马观测到的三颗彗星性质的书，名为De tribus cometis anni MDCXVIII（关于1618年的三颗彗星）。这本书激怒了伽利略，他认为彗星是大气层的产物，而不是真正的天体。虽然伽利略发明了早期望远镜来观测月球、行星和彗星，但他没有对格拉西观测的三颗彗星进行观测。作为反驳，伽利略出版了他的回应，书名为测度者，他在书中专门献给住在罗马的教皇。这本献词意在诉诸权威，伽利略希望教皇站在他这边支持他的论点。

伽利略遵循的是科学的法律程序，在这个程序中，证据被呈现在法官或陪审团面前，或者在本例中是教皇，他们根据呈现在他们面前的证据做出判决。这种诉诸权威的做法在宗教裁判所时期广泛使用，今天仍然在法律实践中使用。伽利略在他的书测度者中提出了数学是科学语言的概念。换句话说，数字不会说谎。尽管错了，教皇还是站在了伽利略一边，这使伽利略更有胆量去研究他感兴趣但被教会认为极具争议的一个话题——哥白尼提出的地球绕太阳运行的观点。伽利略想用自己的数学方法来证明它。

在大学任职之前，伽利略曾担任托斯卡纳大公夫人克里斯蒂娜·德·洛林儿子的数学导师。克里斯蒂娜很有钱，受过良好教育，更愿意接受太阳中心说来理解太阳系。伽利略在一封写给她的信中，提出了进行一项被禁止的科学探究的理由，他援引了科学和宗教是分开的，以及圣经著作是寓言性的观点。真理可以在数学中找到，即使它与教会的宗教教义相矛盾。

1632年，伽利略出版了意大利语的书籍关于两种主要世界体系的对话，并将其献给克里斯蒂娜的孙子。这本书是秘密写成的，试图绕过当时的审查员，审查员可能会发现这本书违背了教会的教义，而禁止它出版。这本书写成三个男人（辛普利西奥、萨尔维亚蒂和萨格雷多）之间的对话，他们在四天的时间里争论和讨论了两种世界体系。辛普利西奥认为太阳绕地球旋转，而萨尔维亚蒂认为地球绕太阳旋转。第三个人萨格雷多是中立的，他倾听并回应这两种理论，就像一个独立的观察者。虽然这本书最初被允许出版，但它引起了教会成员的警觉，在出版后，对伽利略提出了异端罪的指控。这本书被禁，伽利略以前的所有著作也被禁。教皇曾经支持伽利略，现在却认为自己就是辛普利西奥这个角色，一个傻瓜。此外，在审判中还发现了伽利略写给克里斯蒂娜的一封信。伽利略被认定犯有异端罪，被开除教籍，并在余生中被软禁。伽利略早先的诉诸权威似乎被撤销了，因为他面临着这些新的指控。伽利略的遭遇导致了其他科学家认为他被错误定罪，并且权威，无论是宗教的还是政府的，都不是科学探究中真理的决定因素。

伽利略的遭遇确立了科学在科学探究中确定真理的独立性的重要原则。诉诸权威人物不应该成为科学探究的原则。与法律实践不同，科学不受法官或陪审团的支配，他们可能是错误的，也不受公众舆论甚至投票的支配。

这导致了科学思想中的存在危机。如果不能诉诸领导职位上的权威人物来判断什么是真理，那么如何定义真理呢？

科学演绎以及如何成为科学专家

第一个答案来自伽利略的同代人，勒内·笛卡尔，一位法国哲学家，他一生中的大部分时间都在荷兰共和国度过。笛卡尔创造了“我思故我在”的格言，它取自他著名的序言，名为（方法论），于1637年以法语和拉丁语出版。这篇文章探讨了如何确定真理，它对个人如何确定什么是真或什么是假，进行了非常个人的探索。勒内·笛卡尔主张在寻求真理时要遵循两条原则。

首先，这需要大量的阅读、参加和通过课程，还需要探索周围的世界——旅行、学习新文化、结识新朋友。他建议加入军队，不仅生活在书籍和大学教室里，而且要生活在现实世界中，从你所做的一切中学习。真理是基于常识的，但只有经过仔细研究和努力之后才能获得。笛卡尔倡导的是，对某一学科的专业知识不仅来自多年学习和研究，而且来自在现实环境中的实践。一个从未实践过也从未读过任何关于医学的书籍的医生，比一个学习多年，并能及时了解书籍和期刊中最新的医学发现，并且在医务室工作多年的医生要差得多。专家医生比新手更容易辨别出病情。凭借专业知识和学习，人们可以更接近于了解真理。

第二个观点是，任何人都可以获得这种专业知识，只要他们足够努力。勒内·笛卡尔基本上说，他是一个普通的普通学生，但他通过自己的经验和学习更多知识的热情，多年来，他能够成为专家，能够从虚假中辨别出真理，因此他可以声称，我思故我在。

勒内·笛卡尔倡导的是，如果你必须诉诸权威，那就去寻求你探究领域内的专家。这两条科学原则应该提醒我们，在当今大众传播（推特、脸书、Instagram）的时代，每个人都能传播信息，许多谎言被新手在无意中传播，为了对抗这些谎言或虚假信息，人们必须受过教育，并且通过对书面知识、教育机构和现实生活经验的探索，获得充分的信息，如果你没有这些，那就寻求专家。

勒内·笛卡尔的哲学对科学产生了深远的影响，尽管他自己也会将这种想法引用为le bon sens（常识）。

笛卡尔的哲学更进一步地回答了这样一个问题：如果专家错了怎么办？如果两位经验丰富的专家意见不一致，在没有权威可以求助的情况下，我们如何知道谁是对的？一个人如何通过自己的探究来发现真相？笛卡尔的答案是使用演绎法。演绎法是指你形成一个想法，然后用观察和实验来检验这个想法。一个想法是真实的，直到它被证明是假的。

心灵的偶像与科学消解归纳法

这个想法被一个如此杰出的人颠覆了，以至于有传言说他利用空闲时间写了威廉·莎士比亚的戏剧。虽然没有证据证明这些传言的真实性，但它们说明了即使在今天，他被认为是多么受人尊敬。这个人名叫弗朗西斯·培根，他提出了我们今天称为培根方法的科学探究方法。

弗朗西斯·培根在剑桥大学三一学院学习，并晋升为伊丽莎白女王的法律顾问，从而成为第一位女王的御用律师。这个职位让弗朗西斯·培根听到许多法庭案件，并在女王统治下积极参与法律解释。因此，他必须想出一个几乎每天都能确定真相的方法。1620 年，他出版了他最有影响力的著作，《新工具》（《新工具》）。这是一本强大的书。

弗朗西斯·培根将他的新科学方法与勒内·笛卡尔所倡导的方法区分开来，他指出即使是专家也可能是错的，大多数想法都是错误的，而不是正确的。根据培根的说法，专家中的谬误来自四个主要来源，或者用他自己的话说，心灵的偶像。

第一个是个人想要成为正确的愿望——你认为自己比其他人聪明，这是他称之为idola tribus的。它延伸到你可能认为自己走上了正确的道路或有了一些明智的见解，即使你的结论是错误的。人们坚持自己的想法，并比其他人更重视它们，即使它们是错误的。这也可以来自你母亲、父亲或祖父母告诉你的一个错误想法，并且你比其他人更坚持这个想法，因为它来自你尊重的人。

专家中错误的第二个来源来自idola specus。培根使用了一个洞穴的隐喻，你在洞穴里储存了你学到的所有东西，但我们可以使用一个更现代的隐喻，观看 YouTube 视频或关注社交媒体上的群体。如果你只消费来自某种世界观的视频或关注作家，那么你将在某件事上成为专家，而这件事可能是错误的。如果你只阅读声称世界是平面的书，那么你就会得出世界是平面的错误结论。培根意识到，当你消费有关周围世界的的信息时，由于你所学习的内容以及你从何处学习这些内容的随机性，你很容易产生错误的信念。

专家中错误的第三个来源来自他称之为idola fori的东西。培根说，谬误源于对语言和术语的误解。他说，科学，如果它寻求真理，应该清楚地定义它所使用的词语，否则即使是专家也会因对主题的误解而得出错误的结论。科学必须谨慎避免定义不明确的行话，并且应该清楚明了地定义它所使用的所有术语。言语可以撒谎，当使用得当的时候，可以把谬误伪装成真理。

专家中错误的最后一个来源来自idola theatri的奇观。即使这个想法是一个很棒的故事，它也可能不真实。谬误出现在趋势性想法或广泛持有的公众意见的奇观中，这些想法当然会根据时尚或流行而兴衰。仅仅因为某件事被广泛观看或，在现代意义上，在互联网上走红，并不意味着它就是真实的。科学和真理不是流行度竞赛，也不取决于有多少人去剧院观看它，也不取决于你昨晚观看的科学纪录片的电脑图形有多么华丽，也不取决于 TED 演讲的演讲有多么有说服力。科学和真理应该不受公众感知和奇观的左右。新闻报道经常陷入idola theatri的奇观中，报道引发恐惧和焦虑的故事，以提高收视率和愤怒，而这些故事往往是不真实的。

这四种心灵的偶像让培根得出结论，认识真理是不可能的，在科学中我们可以越来越接近真理，但我们永远无法真正知道我们所知道的。我们都会在实现真理的过程中失败。培根警告说，真理是一种人为的构造，是由我们感知的局限性形成的，它很容易被伪装或隐藏在谬误中，主要是由心灵的偶像造成的。

那么，如果我们不能知道绝对真理，我们如何才能更接近真理呢？培根提出了哲学家称之为消解归纳的东西。从观察和实验开始，并利用这些知识寻找模式，消解那些不受这些观察支持的想法。这种从观察和实验开始的科学风格，导致了科学思维的深刻转变。

培根认为科学的重点是探索和记录所有自然现象。详细地记录所有可观察的事物，所有未进行的实验，以及对大量观察和实验进行系统分析，以寻找通往真理的知识线索。虽然以前的科学家提出了理论，然后寻找这些理论的证实，但培根提出首先进行观察，然后得出最适合所做观察的理论。

弗朗西斯·培根意识到这种方法是强大的，他提出了“知识就是力量”的想法。他目睹了 1500 年代中期西班牙人如何征服了阿兹特克等北美和南美帝国，以及船舶、火药、大炮、冶金和战争知识是如何导致美洲人民的整个文明崩溃的。荷兰人利用步枪技术对抗北美部落，专注于刺杀其领导人。他们还大量生产贝壳珠，这摧毁了北美的货币和土著经济。科学就是力量，因为它提供了可以用来毁灭国家和征服人民的技术。

他预见到了探索和科学发现对于一个国家在现代世界中保持重要地位的重要性。随着伊丽莎白女王于 1603 年去世，弗朗西斯·培根鼓励她的继任者詹姆斯一世殖民美洲，设想在一个新世界中建立一个乌托邦社会的理想。他在未完成的科幻小说《新大西洋》中将这个乌托邦社会称为Bensalem。这个社会将是一个纯粹的科学探究产业，研究人员可以在那里进行实验并详细记录他们的观察结果，从这些观察结果中，可以出现导致新技术的大规模模式和理论。

弗朗西斯·培根的乌托邦理想在他的祖国英格兰站稳了脚跟，尤其是在上议院的英格兰议会中，上议院对国王的权威比其历史上的任何时候都更加不尊重。英国内战及其国王查理一世在 1649 年的处决，使英格兰陷入混乱，许多人随着托马斯·克伦威尔独裁统治的兴起而逃往弗吉尼亚的美国殖民地。

但随着 1660 年君主制的重建，弗朗西斯·培根提出的想法随着伦敦皇家学会的成立而变成了现实，该学会致力于促进自然知识，简称皇家学会。它是第一个真正意义上的现代科学学会，它至今仍然存在。

科学学会

科学学会致力于研究和在成员之间分享发现。它们被认为是“隐形学院”，因为科学学会是科学领域专家来学习彼此的知识，展示新的发现，并发布他们所进行的实验的新结果。作为最早的科学学会之一，英格兰的皇家学会不仅欢迎重大的实验，也欢迎他们在会议上进行微不足道的小规模观察。皇家学会得到了其成员以及君主查理二世的支持，后者将该学会视为新技术的有用来源，新想法将在国家战争和商业中都有重要的实施。它的成员包括当时英格兰的一些最著名的科学家，包括艾萨克·牛顿、罗伯特·胡克、查尔斯·巴贝奇，甚至还有美国殖民者本杰明·富兰克林。会员资格仅限于有英籍的富裕男性，他们可以为自己的研究和实验提供资金。

如今大多数科学协会对所有公民和性别开放会员资格，它们对科学发现和知识在其成员和公众之间的分享产生了深远的影响。在美国，美国地球物理联盟和美国地质学会是致力于地球科学研究的最大的科学协会，但化学、物理、生物和地质等领域还有数百个其他科学协会。这些协会通常会举办会议，会员们会在会上进行演示，分享新的发现，协会也有自己的期刊，这些期刊会发表研究成果，并将这些期刊分发给图书馆和协会成员。这些期刊通常以会议论文集的形式出版，那些不能亲自参加会议的人也可以阅读这些论文集。

科学协会的兴起使各种研究领域的精英专家能够直接分享信息，并产生了一种强烈的社区意识。它还将同行评审这一科学的重要方面纳入了今天。在科学协会出现之前，各种理论和思想都发表在书籍中，其中大部分都是虚构的，以至于连法庭也更倾向于口头证词而不是书面证词，因为他们认为书面文字比口头文字离真相更远。今天，我们在互联网上面临着类似的各种错误思想和观点。任何人都可以轻松地发布网页或表达对某一主题的看法，你只需要一台电脑和互联网连接。

同行评审

为了对抗广泛传播的虚假知识，科学协会的出版物经过了其成员之间的审查制度。在将一个想法或观察结果印刷在协会的论文集之前，它必须由一个由同行成员组成的委员会批准，通常是 3 到 5 名成员，他们同意该想法或观察结果具有价值。这就是我们所说的同行评审。经过此过程的论文或出版物获得了该领域顶级专家的认可。许多提交同行评审的稿件从未发表，因为一位或多位专家评审员可能认为它缺乏证据并将其拒绝。然而，读者发现同行评审文章的质量远高于其他印刷作品，他们意识到这些作品比没有经过同行评审过程的书面作品更有权威性。

如今，同行评审文章是学术出版物中极其重要的一个方面，你可以使用许多流行的书目数据库或索引（如谷歌学术搜索、美国地质科学研究所出版的 GeoRef，可以通过图书馆订阅获得，以及汤森路透公司出版的 Web of Science，也仅通过图书馆订阅获得）专门搜索同行评审文章。如果你不是科学协会的成员，检索到的在线文章需要付费才能阅读，许多文章现在对非会员免费在线开放，具体取决于科学协会及其论文集的出版商。大多数主要大学和学院都订阅这些学术期刊，可能需要亲自前往图书馆阅读文章。

虽然同行评审出版物在专家中的地位比公共媒体出版的新闻文章和杂志更高，但它们也会被滥用。那些具有革命性，能够将科学和发现推进到超越你当前同行所认为的真理范围内的想法，往往会被拒绝出版，因为它们可能会证明同行是错误的。此外，符合同行评审者现有理解的想法往往会被批准出版。因此，同行评审更倾向于保守的想法。当作者的密友是评审员时，同行评审可能会对作者有利，而科学协会中的新手可能很难发表和接受他们的新想法。这个过程可能很长，有些文章要经过几年的审查才能发表并被接受。科学协会成员之间的矛盾会导致成员在有争议的主题或想法上互相争斗。著名的德国物理学家马克斯·普朗克感叹道：“一个新的科学真理并非通过说服反对者并让他们看到光明而取得胜利，而是因为反对者最终去世了，而新一代成长起来，对它很熟悉。” 换句话说，科学的发展要靠“一代代人逝去”。

同行评审的另一个局限性是，文章通常不会在协会成员之外被阅读。大多数地方公共图书馆不订阅这些专业的学术期刊。获得这些学术文章的机会仅限于大型大学和学院的学生以及科学协会的成员。在科学协会存在的早期几个世纪，它们被视为特权、富有、地位高贵的男性的专属领域，这些文章中包含的知识被封锁在公众之外。公众对科学协会的看法，特别是在 17 世纪末和 18 世纪初，认为它们是秘密的，经常与炼金术、魔法和巫术有关，公众参与其成员进行的实验和观察非常有限。

在 18 世纪末和 19 世纪初的启蒙运动时期，这种保密程度迅速改变，当时出现了广泛阅读的报纸，它们向公众报道科学发现。《美国独立宣言》、《法国革命》和《海地革命》的爆发，可能与人们对思想和新闻自由的渴望一样，也与科学知识的开放以及对公众日常生活进行的科学探究有关。美国大多数创始成员都是业余或专业的科学探究者，他们直接受到弗朗西斯·培根的科学哲学的影响，尤其是托马斯·杰斐逊。

科学中的重大范式转变

1788 年，伦敦林奈学会成立，成为第一个致力于研究生物及其所有形式生命的重大协会。该学会以瑞典生物学家卡尔·林奈的名字命名，他雄心勃勃地设定了一个目标，要在 1735 年首次出版的一系列更新的书籍中命名所有生物物种。林奈学会是为那些对发现世界各地新生命形式感兴趣的成员而设立的。在启蒙运动时期，世界范围内的大规模探索导致了该协会地位的提升，因为人们不断地报告发现奇怪的动植物，这些动植物被研究和记录。

在这个发现时期，诞生了伟大的自然历史博物馆，它们保存了这些生命形式的实物样本，用于比较研究。巴黎国家自然历史博物馆成立于 1793 年，是在法国大革命之后建立的。它是第一个建立起来收藏地球上各种生命形式的自然历史博物馆，它还容纳了专门研究生命的科学家。英国和美国的类似自然历史博物馆直到 19 世纪中叶才努力获得财政支持，19 世纪 30 年代，英国自然历史博物馆（现称为伦敦自然历史博物馆）正式成立，以及美国自然历史博物馆和史密森学会在 19 世纪 70 年代的美国内战之后成立。

对新生命形式的广泛搜寻导致查尔斯·达尔文和阿尔弗雷德·华莱士发现，通过自然选择的过程，生命形式可以进化并起源于新的物种。查尔斯·达尔文于 1859 年出版了他的著名著作《物种起源》，就像之前的哥白尼一样，科学从此发生了翻天覆地的变化。关于接受查尔斯·达尔文提出的新范式的争论导致当时科学家之间出现了分裂，并形成了一个由达尔文的“斗牛犬”托马斯·赫胥黎领导的新的非正式支持者团体，称为“X 俱乐部”。支持达尔文理论的文章在当时已有的科学期刊中被系统地拒绝，而“X 俱乐部”的成员创办了《自然》杂志，该杂志如今被认为是最负盛名的科学期刊之一。新的重大科学范式转变往往会导致新的科学协会的出现。

科学的工业化

在 18 世纪末和 19 世纪初，人们对自然历史和地球研究的兴趣大大增加，当时出现了乡村地质图和岩层命名。19 世纪中叶，随着恐龙和其他灭绝生物的发现，人们开始提出地球古老年龄和漫长历史的第一个假设。

对地球的研究导致了煤炭、石油和贵金属等自然资源的发现，以及化肥和农业使用的进步，这些都导致了工业革命。

所有这一切都是由于弗朗西斯·培根提倡的消去归纳法，但它开始达到其极限。查尔斯·达尔文写道，他纯粹对自然科学的热爱，仅仅基于观察和收集事实，再加上强烈的愿望去理解或解释任何观察到的现象，这一点很重要。他还愿意放弃任何假设，无论他多么喜欢它。达尔文不信任演绎推理，在这种推理中，一个想法通过寻找其确认来进行检验，他强烈建议科学仍然以对自然世界的盲目观察为基础，但他意识到没有假设、没有问题的观察是愚蠢的。例如，仅仅为了观察而测量草地上每一根草叶的方向是愚蠢的。进行观察的行为假设存在一个需要解决的谜团，但其解决方案应该在进行所有可能的观察之前保持未经验证。

达尔文也反对活体解剖的做法，这种残酷的做法是对活体动物或人进行实验和解剖，从而导致动物或人遭受痛苦或死亡。当弗朗西斯·培根的无节制观察涉及在没有伦理监督的情况下对活人或动物进行实验时，它有一个黑暗的一面。玛丽·雪莱于 1818 年出版的小说《科学怪人》是疯狂科学家和通过活体解剖以及对人和动物的普遍残酷实验来追求知识的非道德行为的常见文学比喻的第一个例子。然而，这些实验推动了知识的进步，特别是在医学领域，它们仍然是科学即使在今天也面临的伦理问题。

在美国内战之后，一直到第一次世界大战，政府参与科学的追求程度超过了以往任何时候，成立了联邦机构来研究科学，包括维护工业化生产的食物和药物的安全。世界的工业化使公民依赖政府对在家购买而不是在家种植的食物的安全进行监督。政府科学家在新型药物（具有成瘾性或有毒）上市之前对其进行了测试。政府以政府资助的调查更详细地绘制了其边界，并为船舶安全航行绘制了贸易水域。科学被整合到战争以及飞机、坦克和枪支的开发中。科学被政府吸收，政府资助其追求，因为科学已成为国家政治野心的关键因素。

然而，随着威权主义和民族认同的兴起，调查自由和通过观察进行科学研究受到限制。法西斯主义在 20 世纪 30 年代兴起，通过传播虚假信息，对欧洲和其他地区的民众煽动仇恨和恐惧。使用新媒体（广播，后来是电视）的宣传的兴起几乎摧毁了 20 世纪 40 年代的世界，纯粹观察的科学追求不足以质疑政治宣传。

现代科学方法

在 20 世纪 30 年代，卡尔·波普尔目睹了纳粹法西斯主义在他出生的奥地利兴起，他开始对科学进行新的哲学阐述。他特别印象深刻的是，对阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论进行的一项著名实验。1915 年，阿尔伯特·爱因斯坦根据对太阳系中行星轨道的预测提出，大型质量不仅相互吸引，而且物质和能量正在弯曲空间本身的结构。为了检验弯曲空间的想法，科学家们计划在日食期间研究天空中的恒星位置。如果爱因斯坦的理论是正确的，恒星的光线会绕过太阳弯曲，导致恒星在太阳周围的明显新位置，如果他是错误的，恒星将保持在相同的位置。1919 年，亚瑟·爱丁顿带领一个团队前往巴西观察日全食，并使用望远镜证实，由于广义相对论，恒星在日食期间的位置确实发生了变化。爱因斯坦是对的！这个实验登上了所有报纸，阿尔伯特·爱因斯坦从一个默默无闻的物理学家变成了与天才同义的人。

受这个著名实验的影响，卡尔·波普尔作为哲学家将余生都奉献给了对科学方法的研究。波普尔阐述了是什么让爱因斯坦的理论和爱丁顿的实验具有“科学性”。它承担着证明他的想法是错误的风险。波普尔写道，通常，使某些东西具有科学性的能力是通过实验来证伪一个想法。科学不仅仅是观察的集合，因为如果你在提出的想法的视角下观察它，你很可能到处看到确认和验证。波普尔在他 1963 年的著作《猜想与反驳》中写道：“一个理论的科学地位标准是它的可证伪性、可反驳性或可检验性”。正如达尔文所写，如果一个科学家通过观察证伪了他的理论，他必须放弃他的理论，如果一个科学家试图用特设例外来挽救它，就会破坏该理论的科学价值。

波普尔发展了你在大多数教科书中发现的现代科学方法：一个公式化的食谱，你提出一个可检验的假设，你进行一个实验，要么证实假设，要么反驳假设，然后你报告你的结果。在这段时间里，科学写作转向了一种非常结构化的格式——介绍你的假设，描述你的实验方法，报告你的结果，并讨论你的结论。波普尔还发展了一个科学想法的等级制度；最低的是假设，它们是未经验证的可检验想法，在假设之上是理论，它们通过许多实验得到验证，最后是原则，它们已被验证到如此程度，以至于从未观察到任何例外情况。这并不意味着原则是真理，但它们得到了所有观察和证伪尝试的支持。

波普尔划清了一条界线，将他对科学和伪科学的区分开来。科学是**可证伪的**，而伪科学是**不可证伪的**。一旦一个假设被证明是错误的，它应该被拒绝，但这并不意味着它应该被放弃。

例如，一个假设可能是“大脚怪存在于犹他州的山区”。测试可能是“有没有人捕捉到过大脚怪？”，结果是“没有”，那么“大脚怪不存在”。然而，这并不意味着我们停止寻找大脚怪，而是这个假设不太可能得到支持。然而，如果有人继续维护大脚怪存在于犹他州山区的想法，**尽管没有证据**，那么这个想法就进入了伪科学的领域，而“大脚怪不存在”则进入了科学的领域。有人会找到大脚怪并证明它是错误的风险更大，但如果你执着于大脚怪存在的想法而没有证据，那么它就不是科学，而是伪科学，因为它现在是不可证伪的。

政府如何唤醒科学发现

1945 年 8 月 6 日和 9 日，美国在日本广岛和长崎投下了原子弹，结束了第二次世界大战。它发出了一个强烈的信号，表明科学进步是强大的。在战争戏剧性结束的两周前，范内瓦尔·布什写信给总统富兰克林·罗斯福，称“科学进步是我们国家安全、改善健康状况、创造更多就业机会、提高生活水平和文化进步的关键”。

布什的提议是，应该为纯粹的科学追求拨款，这将培养美国科学研究，他起草了他的著名报告，名为《科学：无尽的前沿》。根据该报告中的建议，五年后的 1950 年，美国政府成立了国家科学基金会，以促进科学发展。与机构或军队科学家（他们是全职雇员）不同，国家科学基金会为科学家提供了研究科学问题的资助。它允许为公民提供资金，让他们进行科学实验、旅行收集观察结果以及进行自己的科学调查。

最初的希望是，这些补助金能够培养科学家，特别是在学术界，以便在危机时期可以依靠他们。资金的分配由科学界的同行评审来决定，而不是由法律界对权威的诉讼来决定。然而，美国国家科学基金会自成立以来就一直受到法律倾向的政治家们的抨击，他们认为只有国会或总统应该决定哪些科学问题值得资助。大多数政府科学资金支持军事应用，这些资金直接由政治家提供，而不是由独立的科学家小组提供，正如大多数政府的财务状况所表明的那样。

如何在信息泛滥的世界中批判性思考

从战后至今，错误的观念不仅是由掌权者散布的，而且还由广告的迅速崛起所散布——旨在推销商品的宣传。

在20世纪后期甚至今天的大众传媒中，科学探究的方法在打击谬误方面变得越来越重要，不仅在那些从事科学的人群中，而且在普通公众中也是如此。遵循现代科学方法，怀疑主义成为科学、批判性思维和知识追求的重要工具。怀疑主义假设每个人都在欺骗你，但人们在向你推销东西时尤其容易欺骗你。20世纪中期流行的短语“每个分钟都诞生一个傻瓜”歌颂了为了利益而欺骗人们的行为，为了保护自己免受骗局和谬误的侵害，人们需要变得怀疑。

为了将这一点概括为现代科学框架，卡尔·萨根在他的著作被妖魔化的世界：科学如黑暗中的烛光中提出了他的“胡说八道检测工具”。作为纽约康奈尔大学的著名教授，萨根以其电视节目宇宙而闻名，在他着手写他的最后一部作品时被诊断出患有癌症。萨根担心，就像黑暗中的一支点燃的蜡烛，如果科学不付诸实践，就会被扑灭。

他惊恐地发现，公众普遍相信巫术、魔法石、鬼魂、占星术、水晶疗法、整体医学、UFO、大脚怪和雪人、神圣几何以及反对接种疫苗和接种治愈疾病。他担心，随着一阵风吹过，科学思想会被普遍存在的迷信信仰所扑灭。为了防止这种情况发生，他在1996年去世前，留下了这个“胡说八道检测工具”，这是一种怀疑思维方法，可以帮助评估想法。

只要有可能，就必须对“事实”进行独立的确认。
鼓励对所有观点的知识渊博的支持者进行实质性的证据辩论。
权威论据几乎没有分量——“权威”过去犯过错误。他们将来还会犯错误。也许更好的说法是，在科学领域，没有权威；最多只有专家。
提出多个假设。如果有东西需要解释，想想所有可能解释它的不同方式。然后想想你可以用来系统地反驳每个备选方案的测试。
不要过分执着于某个假设，仅仅因为它是你自己的。它只是在追求知识过程中的一个中转站。问问自己为什么你喜欢这个想法。把它与其他备选方案进行公平的比较。看看你是否能找到反驳它的理由。如果你不能，其他人会找到。
量化。如果你要解释的东西具有一定程度的衡量，或者附带一些数值，你就能更好地区分不同的假设。模糊和定性的东西很容易找到多种解释。当然，我们必须面对许多定性问题，这些问题中也蕴藏着真理，但发现它们更具挑战性。
如果有一系列论点，链条中的每一环都必须有效（包括前提）——而不仅仅是大多数环。
奥卡姆剃刀。这条方便的经验法则告诫我们，当面对两个同样解释数据的假设时，应该选择更简单的那个。
始终询问假设是否可以，至少在原则上，被证伪。那些不可检验、不可证伪的主张并不值钱。你必须能够核实断言。顽固的怀疑者必须有机会跟踪你的推理，复制你的实验，并查看他们是否得到相同的结果。

胡说八道检测工具是一种通过怀疑的视角来评估想法的因果方式。这个工具大量借鉴了科学方法，但在批判性思维中，它在科学以外也得到了更广泛的应用。

卡尔·萨根从未亲眼见证过大众传媒在世纪之交通过互联网的发展而取得的惊人增长，以及信息如何能在全球范围内即时共享的速度之快，这已经成为科学发展和宣传兴起的强大工具。

获取科学信息

21世纪初最新的科学革命是关于获取科学信息和打破自由探究的障碍。在互联网出现之前的几年里，科学学会依靠传统的出版商来印刷期刊文章。学会成员会免费、自愿地撰写新作品并审阅其他投稿。学会或出版商拥有科学文章的版权，并以盈利的方式出售给图书馆和机构。成员会收到一份作为其会员费的一部分。然而，这些专业出版物因读者群有限，印刷成本高昂，导致图书馆订阅这些出版物十分昂贵。

随着互联网在20世纪90年代的出现，传统出版商开始将他们庞大的版权内容库扫描并归档到互联网上，允许用户通过付费墙进行访问。拥有机构订阅账户的大学图书馆将允许学生通过大学图书馆访问文章，同时将档案文章的内容锁定在付费墙之外，无法让公众访问。

学术科学家被锁定在这个系统中，因为在大学和学院的终身教职和晋升取决于他们的出版记录。传统的出版物享有更高的声望，尽管读者群有限。

出版商对谁可以访问科学同行评审文章拥有巨大的控制权，大学里的学生和有抱负的科学家经常被锁定在这些信息来源之外。需要对同行评审的传统模式进行修订。

开放获取与科学

科学知识传播新模式最重要的发起者之一是亚伦·斯沃茨。2008年，斯沃茨发表了一篇著名的名为游击队开放获取宣言的文章，并一直致力于为在线获取科学信息而奋斗。斯沃茨对在线协作出版物（如维基百科）着迷。维基百科通过从志愿者那里收集信息来组建，志愿者贡献有关各个主题的文章。这些信息由平台上的众多用户进行验证和修改，他们不断更新网站。维基百科从一个庞大的用户社区发展而来，类似于科学学会，但更容易参与贡献新信息和编辑页面。维基百科很快就成为互联网上访问事实信息最受欢迎的网站之一。斯沃茨倡导开放获取，认为所有科学知识都应该让任何人都能访问。他呼吁使用知识共享许可证，并强烈鼓励科学家在网上发布他们的知识，而不加任何版权或限制，以便共享这些信息。

开放获取也遇到了反对者，包括执法部门、政客和具有民族主义或保护主义倾向的政府，以及从知识产权中获得巨额收入的私人公司。这些反对开放获取的人认为，科学信息可能被用来制造非法药物、新型武器、黑客计算机网络、加密通信以及共享国家机密和私人知识产权。但最担心开放获取运动的是那些拥有大量知识产权的私人公司，他们游说政客制定更严格的法律，禁止在网上共享版权信息。

2010年，亚伦·斯沃茨使用位于麻省理工学院开放校园的一台计算机，从出版商JSTOR下载科学文章，使用的是麻省理工学院的计算机账户。在JSTOR注意到麻省理工学院的在线请求激增后，他们联系了校园警察。校园警察逮捕了斯沃茨，他被指控犯有35项罪名，面临着35年的监禁和100万美元的罚款。面对刑事指控，斯沃茨于2013年自杀。

亚伦·斯沃茨事件的后果促使科学家寻找替代方法将科学信息传播给公众，而不是依赖于营利性公司出版商。开放获取运动被激化和激进化，但即使在今天，各科学家团体仍在努力解决细节问题。

十个主要的科学信息来源

您会遇到十个主要的科学信息来源，每个来源都应该持怀疑态度。这些信息来源可以根据其提供信息的可靠性进行排名。确定原始来源可能很困难，但通过将这些来源归类到这十个类别中，您可以区分所呈现信息的相对真实性。所有这些来源都报道了一定程度的虚假信息，但是，排名越高，材料中包含的虚假信息就越少，并更接近于真实的陈述。

1. 广告和赞助内容

任何旨在向您出售商品并以赚钱为目的的内容。例如，广播、电视、印刷小册子上的广告、Facebook 和 Twitter 上的付费帖子、YouTube 赞助视频、网页广告以及垃圾邮件和电话。这些来源是最不可靠的真实性来源。

2. 个人博客或网站

任何由个人撰写，没有任何编辑控制或任何其他人验证的内容。其中包括个人网站、YouTube 视频、博客文章、Facebook、Twitter、Reddit 帖子和其他在线论坛以及个人撰写的评论文章。这些来源并不是很好的真实性来源，但在某些情况下可能具有洞察力。

3. 新闻来源

任何由记者制作的以保持受众兴趣和观看率为目的的内容。新闻是关于近期事件的报道的制作和分发，虽然它受到更高标准的事实核查（由编辑或制片人进行），但它们受到需要保持对受众的兴趣的限制，受众将收听或阅读其内容。新闻报道往往是耸人听闻的、丑闻的、以名人为特色，并讨论热门话题或有争议性的想法。它们是由非专家撰写的，他们依赖于他们采访的专家的意见。许多新闻来源在报道内容方面具有政治倾向。新闻来源的例子包括有线电视新闻频道、地方和全国报纸、在线新闻网站、聚合的新闻提要以及广播或电视广播的新闻。这些往往是真实的，但通常在所涵盖的主题、事实错误和错误方面有很强的偏见，以及相当多的耸人听闻。

4. 贸易杂志或媒体

任何由熟悉其所写主题的自由撰稿人制作的关于特定主题的内容。例如，涵盖特定主题的杂志、由该领域的专家主持的播客以及由专家撰写的章节组成的编辑卷。这些往往具有更高的真实性水平，因为创建内容的写作人员更熟悉所涵盖的专业主题，并且对内容进行了一定的编辑控制。

5. 书籍

书籍是关于某个主题的冗长的书面论述，它要求作者熟悉特定的兴趣主题。书籍是令人难以置信的信息来源，对于希望了解更多主题的读者来说很有见地。它们还传达了可以激励人的信息。书籍是作者或作者团队长期奉献的结果，他们是该主题的专家，或者通过编写书籍的研究成为专家。书籍鼓励进一步学习某个主题，并且比其他信息来源具有更深层次的内容。如果书籍的内容以传统方式出版，则需要编辑监督。应该意识到，作者可以带着特定的议程或观点写作，这可能会表达虚假信息。

6. 合作出版物或百科全书

这些是由专家团队制作的科学信息来源，其目的是就某个主题达成共识。由于所呈现的材料必须经过辩论，因此它们往往具有更高的权威性，因为它们必须满足多个主题贡献者对该主题的怀疑。这些示例包括维基百科、政府机构报告、美国国家科学院和联合国的报告。

7. 预印本、新闻稿和会议摘要

预印本: 预印本是提交同行评审的手稿，但可以在线提供，以便征求同行科学家的更多评论和建议。在地球研究中，最常见的预印本服务是 eartharxiv.org。预印本经常被记者采纳并作为新闻报道。预印本是科学家将信息传达给公众的一种方式，比完整的同行评审过程更快，并且它们帮助作者在科学发现方面确立先例。它们是科学领域中一种相当新的现象，最早在 1991 年发展起来，当时 arxiv.org（发音为 archive）是一个受监管的网络服务，它托管科学领域的论文。
新闻稿: 当一项重要的研究将发表在同行评审论文中时，新闻稿由大学、学院和政府机构的工作人员撰写。记者经常根据新闻稿撰写报道，因为新闻稿是为普通受众撰写的，避免了科学术语和技术细节。大多数新闻稿都会链接到已发表的同行评审科学论文，因此您也应该阅读参考论文。
会议摘要: 会议摘要是关于在科学会议或研讨会上发表的研究的简短摘要。这些通常由参加会议的记者报道。一些会议摘要是受邀的，或者在科学家被允许在会议上发表他们的研究之前经过同行评审，而其他一些则没有。摘要代表正在进行的研究，这些研究正在被提交给科学评估。并非所有预印本和会议摘要都能通过同行评审过程，虽然许多想法是以这些形式提出的，但并非所有想法都会在后续论文中发表。在科学会议上，科学家可以以演讲或海报的形式展示他们的研究。演讲的录音有时会发布在互联网上，而海报的副本有时会被上传为预印本。会议摘要通常是攻读研究生或高级本科生的学生在特定主题上的学生研究成果。

8. 赞助的学术同行评审文章，提供开放获取: 赞助的学术同行评审文章，提供开放获取，是经过编辑选择和同行评审的出版物，但作者需要付费才能在期刊上发表文章（如果被接受）。从技术上讲，这些是广告或赞助内容，因为从材料的作者或创作者到期刊之间存在资金交换，期刊允许文章在期刊网站上供公众访问，然而，他们的目的不是出售产品。随着开放获取运动的兴起，许多期刊以这种方式发表学术文章，因为发表的文章可供公众免费阅读。然而，存在滥用行为。Beall's List 是为了列出积极招募科学家和学者的掠夺性或欺诈性学术期刊而创建的，但这些期刊没有提供高质量的同行评审和托管作为交换出版资金的回报。并非所有赞助的学术同行评审文章，提供开放获取都是有问题的，许多文章都受到高度尊重，因为许多传统出版物提供了允许公众访问文章的选项，作为从作者那里获得资金的交换。这些期刊的出版率在不同的出版商之间差异很大，从几百美元到一辆新车的价格不等。大型政府和资金充足的实验室倾向于发表在更昂贵的开放获取期刊上，这些期刊通常会提供新闻稿并帮助在社交媒体上宣传他们的工作。
9. 传统的学术同行评审文章，位于付费墙后面: 大多数学术科学同行评审文章都是发表在传统期刊上的。这些期刊的收入仅来自读者的订阅，而不是作者付费发表他们的作品。作者和审稿人没有获得任何报酬，并且在这些期刊上发表文章不存在资金交换。它们由 3 到 5 名专家审稿人审阅，这些审稿人由编辑联系以审阅手稿，然后才能考虑发表。版权由期刊拥有，个别文章可以在线购买。许多大学和学院图书馆将拥有特定期刊的机构在线和印刷订阅，因此，如果您想阅读出版物，可以从图书馆借阅期刊的实体副本。当版权到期时，较旧的往期问题通常可以在线免费获得。大多数科学文章都是以这种形式发表的。
10. 传统的学术同行评审文章，提供开放获取: 这些期刊由志愿者运营，允许作者提交作品以供同行评审，并且如果文章被接受发表，则不需要向期刊支付任何费用。编辑和审稿人都是自愿工作的，网络托管服务由捐赠和捐款提供。文章可以在线免费下载供公众使用，无需订阅期刊，并且可以开放访问。版权可以由作者或期刊保留，也可以根据知识共享许可进行分发。这些期刊比较少见，因为它们由志愿者科学家团队运营。

研究某个主题的研究人员通常会将自己限制在第 5 到第 10 来源作为可接受的信息来源，而其他人可能更严格，只参考第 8 到第 10 来源，或仅参考经过全面同行评审的来源。任何信息来源都可能包含虚假信息，任何来源都可能触及真相，但在这个方案中排名越高，该来源为了发表而必须经过的验证就越多。

想象一下，您心爱的人被诊断出患有癌症，您想了解更多关于该主题的信息。大多数人会参考第 1 到第 3 来源，或者第 1 到第 5 来源，但如果您想了解医疗专业人员在阅读什么，第 5 来源以上是不错的阅读来源，因为它们比排名较低的信息来源更有可能得到专家的验证。排名越高，写作越技术性，信息越具体。请记住，重要的是要参考许多信息来源，以验证您消费的信息是否正确。

为什么我们追求科学发现

霍普·雅伦在她 2016 年的著作《实验室女孩》中写道：“科学教会我，一切事物都比我们最初假设的要复杂，而能够从发现中获得快乐是一种美好人生的秘诀。” 在一个似乎一切都被发现和探索，所有已知事物都被某人记录下来的现代世界中，知道仍然存在科学谜团等待发现，令人耳目一新。

对于一个初出茅庐的科学家来说，当你学习科学时，它可能会令人难以置信地令人沮丧。你对一个科学主题了解得越多，你就越会被它的复杂性所压倒。此外，你做出的任何新的科学贡献，往往会遭到科学专家的极度批评。科学家被教导要对新想法过度批判和怀疑，他们很少轻易接受新的贡献，尤其是来自该领域的新手。年轻的科学家经常被专家告知研究什么以及如何研究，但科学仍然是一个实验、观察和探索的领域。记住，科学应该是有趣的。最小的科学发现往往会导致最大的发现。

霍普·雅伦发现，朴树的种子是由碳酸钙（文石）构成的，虽然这本身就是一个有趣的事实，但它为更好地理解过去的气候变化打开了大门，因为文石晶体中的氧元素可以用来确定产生它们的树木的年生长温度。这一发现使科学家能够确定朴树掉落种子的任何时间的气候，即使是在数百万年前的岩层中，也建立了延伸到地球过去数百万年的生长温度的长期记录。

这些发现引出了一个比喻，那就是科学家们制作微小的钥匙，用来打开巨大的房间，只有当门被打开时，人们，甚至其他科学家，才会意识到用来制作微小钥匙的多年研究的意义。因此，重要的是从你做出的每一个科学发现中获得快乐，无论它看起来多么微不足道或多么微不足道。科学以及积极寻求新知识和新体验将是你人生中最有意义的追求。

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