地球/1a. 科学：我们如何知道我们所知道的一切？

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1a. 科学：我们如何知道我们所知道的一切？

科学思想的出现

“科学”一词源于拉丁语中的“知识”scientia，尽管科学的现代定义只出现在过去 200 年间。在 1347 年至 1351 年之间，一场致命瘟疫席卷欧亚大陆，导致近 60% 的人口死亡。这场被称为“黑死病”的瘟疫过后，一个独特的重建时期出现了，科学领域第一次诞生了。科学成为追求学习知识和获得智慧的活动；它与更广泛使用的术语哲学同义。它诞生于人们意识到在治愈疾病和结束饥荒方面，实践理性与学术的重要性，以及理性与实验思想的重要性。瘟疫让人们深刻地认识到知识和学术对维系文明的重要性。早期的科学家与学者难以区分。

这段时期最著名的两位学者是弗朗切斯科“彼特拉克”佩特拉克和他亲密的朋友乔瓦尼·薄伽丘；他们都热衷于拉丁语和早期的意大利语写作，他们的诗歌、歌曲、游记、书信和哲学作品受到广泛的读者欢迎。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，西塞罗比他早了一千多年。这种对知识的追求是全新的，彼特拉克和薄伽丘都提出了科学理想的萌芽思想，这种思想延续到现代，即对知识和学习的追求并不与宗教教义相冲突，因为智力和创造力的能力本身就是神圣的。基于真理的世俗知识追求补充了基于信仰和信念的信仰和宗教教义。这一思想在启蒙运动时期以及后来的美国革命时期表现为对明确分离教会和国家的一种渴望。这种不受宗教教义束缚地追求知识和艺术的自由感，导致了 15 世纪初的意大利文艺复兴。

意大利文艺复兴的动力来自这种对知识追求的新自由，也来自全球和经济的转变，为意大利北部以及后来的欧洲北部和英国带来了财富和繁荣。这是由于拜占庭帝国的衰落，以及意大利北部城邦的新兴商人阶层，他们接管了整个地中海及以外地区的废弃贸易路线。这段时期出现了对有才华的艺术家和学者的资助，富裕的个人不仅资助艺术家，也资助科学和技术的追求。意大利北部城邦的富裕领导人为了支持自己的宫廷，第一次开始建立大学，即在修道院和女修道院之外的学习场所。像列奥纳多·达·芬奇、拉斐尔和米开朗基罗这样的艺术家从富裕的赞助人那里获得了委托，包括教会和城邦，要求他们根据对自然世界的仔细观察创作逼真的艺术作品。科学起源于艺术，对自然世界的直接观察导致了对创作逼真绘画和雕塑的更深刻见解。文艺复兴艺术中强调观察的重要性，延续到现代科学中对观察的重视。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

文艺复兴时期的科学和知识追求在很大程度上得到了活字印刷术的推动，活字印刷术使信息能够以印刷书籍的形式广泛传播。虽然用墨水在手工雕刻的木块或金属块上进行的版画和凹版印刷早于这一时期，但可移动的活字印刷术使书面文字能够更快地印刷和复制到页面上。《古腾堡圣经》于 1455 年首次印刷，仅用几周时间就制作了 800 本。这种廉价且高效的复制书面文字的方法对社会产生了戏剧性的影响，因为人口的识字率提高了。拥有书籍和书面作品的成本比历史上任何时候都低廉得多。只要有一点财富，普通个人就可以通过购买书籍和文学作品来追求知识。对于科学而言，重要的是信息传播的便捷性。印刷术带来了第一次信息时代，并在 15 世纪后半叶的文艺复兴中期对科学思想产生了重大影响。许多早期作品是用母语出版的，即在家中使用的语言，而不是父语，即在当时的宫廷和教堂中使用的语言，主要是拉丁语。这些书籍催生了今天我们拥有的意大利语、法语、西班牙语、英语和其他欧洲语言的早期经典文学作品，这些语言在欧洲和世界各地使用。

这个时期的一个关键人物是尼古拉·哥白尼，他在 1543 年发表了他的地球绕太阳运行的数学理论。这本用学术性的父语拉丁语写成的印刷书籍名为De revolutionibus orbium coelestium（天体运行论），开启了历史学家们称之为科学革命的时代。这本书之所以有影响力，是因为它在整个欧洲被天文学家广泛阅读。每个人都可以通过自己进行观察来验证书中得出的结论。科学革命并非尼古拉·哥白尼发现和报告的内容（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问题感兴趣的其他人复制。这本单一的书籍带来了现代科学中最重要的一项原则，即任何想法或提议都必须通过复制来验证。科学的本质是任何对研究主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的可重复性，这一原则开启了实验时代。

在此期间，对观测和实验的验证过程十分漫长。书籍的印刷成本高昂，知识的传播速度缓慢，而且经常受到审查。这同时也是宗教改革的时代，由马丁·路德领导，他反对天主教内部的腐败，最终导致了16世纪初新教运动的兴起。这种思想和信仰的分裂主要由新宗教思想和论述著作的印刷所引发，也催生了宗教裁判所。宗教裁判所是天主教会建立的一套反动法院体系，用来审判那些表现出与教会教义相悖的个人。任何暗示自由思想和探索的印刷作品都会被销毁，作者也会被囚禁或处决。科学在宗教裁判所时代之前的世纪里曾蓬勃发展，但在宗教裁判所的年代里却遭受了重创。然而，这段时期也见证了科学史上最重大的事件之一，其中一位最著名的科学家，伽利略·伽利雷，扮演了重要的角色。

法律和科学探究体系之间的差异

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。格拉西在1619年出版了一本书，名为《1618年三颗彗星》，论述了他从罗马观察到的三颗彗星的性质。这本书激怒了伽利略，他认为彗星是大气现象，而不是真正的天体。尽管伽利略发明了早期的望远镜来观察月球、行星和彗星，但他并没有观察到格拉西所观测的三颗彗星。为了反驳格拉西的观点，伽利略出版了名为《测度者》的回应书籍，并将其献给当时在罗马的教皇。献书是为了诉诸权威，伽利略希望教皇能站在他这边。

伽利略遵循的是科学的法律程序，即向法官或陪审团（在本例中是教皇）展示证据，由他们根据提供的证据做出裁决。这种诉诸权威的做法在宗教裁判所时代十分普遍，在今天的法律界依然存在。伽利略在他的《测度者》一书中提出了数学是科学语言的观点。换句话说，数字不会说谎。尽管伽利略的观点是错误的，教皇还是站在了他这边，这使得伽利略更加大胆地研究他感兴趣的，但被教会认为极其有争议的主题——哥白尼提出的地球绕太阳旋转的观点。伽利略想要用自己的数学知识来证明这一观点。

在伽利略进入大学任教之前，他曾担任洛林的克里斯蒂娜，托斯卡纳大公夫人儿子的数学导师。克里斯蒂娜富有，受过良好教育，对太阳中心说更为开放。在写给克里斯蒂娜的一封信中，伽利略提出了一种进行被禁止的科学探究的理由，他主张科学与宗教是分开的，圣经写作是寓言性的。真理可以通过数学发现，即使它与教会的宗教教义相矛盾。

1632年，伽利略用意大利语出版了《关于两种主要世界体系的对话》，并将它献给克里斯蒂娜的孙子。这本书是秘密写成的，目的是绕过当时的审查制度，这些审查制度可能会因为发现这本书与教会的教义相冲突而禁止其出版。这本书以三个人（西普里奥、萨尔维亚蒂和萨格雷多）之间的对话形式写成，他们在四天的时间里辩论和讨论了两种世界体系。西普里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，他作为独立的观察者倾听并回应这两种理论。这本书最初被允许出版，但引起了教士们的警觉，伽利略在出版后被指控异端邪说。这本书被禁，伽利略之前的所有著作也被禁。教皇，曾经支持过伽利略，认为自己就是书中那个简单的人——西普里奥。此外，在审判中发现了一封写给克里斯蒂娜的信。伽利略被认定犯有异端邪说，被开除教籍，并被软禁在家中度过余生。伽利略之前对权威的诉求似乎被撤销了，因为他面临着新的指控。伽利略的遭遇导致了其他科学家认为他被冤枉了，无论是宗教权威还是政府权威都不应该成为科学探究中真理的决定者。

伽利略的遭遇确立了科学在确定科学真理方面独立于权威的重要原则。诉诸权威人物不应该成为科学探究的原则。与法律实践不同的是，科学不受法官或陪审团（他们可能是错误的）的约束，也不受公众舆论甚至投票的影响。

这引发了科学思想上的存在主义危机。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？

科学演绎和如何成为科学专家

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，一生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，这源自他著名的前言《方法论》，该书于1637年以法语和拉丁语出版。这篇文章探讨了如何确定真理，它是一次非常私人的探索，关于他本人如何确定什么是真理或非真理。勒内·笛卡尔认为，在寻求真理时，有两个原则非常重要。

第一个原则是，这需要大量的阅读，参加和通过课程，同时还要探索周围的世界——旅行，学习新文化，结识新朋友。他建议加入军队，不仅沉浸在书籍和大学课堂中，还要在现实世界中体验生活，从所有经历中学习。真理是基于常识，但只有经过仔细研究和实践之后才能获得。笛卡尔主张，对某一主题的专业知识不仅来自多年的学习和研究，还来自在现实世界环境中的实践。一个从不实践也从未读过任何医学书籍的医生，与一个上过多年课程，并始终关注书籍和期刊中最新发现，并在医疗机构实践多年的医生相比，是更糟糕的医生。经验丰富的医生比新手更容易识别出疾病。有了专业知识和学习，人们就能更接近真理。

第二个原则是，只要努力，任何人都能获得这种专业知识。勒内·笛卡尔基本上声称他是一个普通的学生，但通过他的经验和对学习的热情，他能够在多年后变得足够专业，能够从虚假中辨别出真理，因此他能宣称“我思故我在”。

勒内·笛卡尔主张，如果你不得不诉诸权威，就在你探究的领域内寻找专家。科学的这两个原则应该提醒我们，在当今这个每个人都可以进行大规模传播（推特、脸书、Instagram）的时代，许多谎言是被不知情的门外汉传播的，为了对抗这些谎言或谬论，人们必须通过探索书面知识、教育机构和现实世界的生活经验来接受教育，了解情况，如果做不到这些，那就寻求专家的帮助。

勒内·笛卡尔的哲学对科学产生了深远的影响，尽管他本人也会引用这个想法来指代“常识”。

笛卡尔的哲学进一步回答了如果专家错了怎么办？如果两个经验丰富的专家意见不一致，如果我们没有可以求助的权威来决定谁对谁错，我们怎么知道谁是对的？如何通过自己的探究来揭示真理？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。一个想法是正确的，直到被证明是错误的。

心智的偶像和科学消除式归纳

这个想法被一个天才人物颠覆了，坊间传言是他利用业余时间写了威廉·莎士比亚的作品。虽然没有证据证明这些传言的真实性，但它们反映了人们对他的普遍认可，即使在今天也是如此。这个人名叫弗朗西斯·培根，他推动了科学探究方法，我们今天称之为培根方法。

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，成为第一位女王御用大律师。这个职位使弗朗西斯·培根听审了许多案件，并在女王统治下积极参与法律解释。因此，他不得不每天想办法确定真相。1620年，他出版了最有影响力的著作《新工具》（《新工具》）。这是一本强有力的书。

弗朗西斯·培根将他的新科学方法与勒内·笛卡尔倡导的方法区分开来，他指出即使是专家也可能出错，大多数想法是错误的而不是正确的。培根认为，专家中的谬误来自四个主要来源，或者用他的话说，是“心智的偶像”。

第一个是个人渴望正确——一种常见的观念，即你认为自己比任何人都聪明，他称之为“部族偶像”。它扩展到对自己的印象，即你可能走在正确的轨道上，或者有一些绝妙的见解，即使你的结论是错误的。人们会坚持自己的想法，并比其他人更重视它们，即使它们是错误的。这也可能来自一个错误的观念，即你的母亲、父亲或祖父母告诉你的真实，而你比其他人更坚持这个观念，因为它来自你尊敬的人。

专家中谬误的第二个来源来自“洞穴偶像”。培根用洞穴的隐喻来比喻你储存所有学习到的东西的地方，但我们可以使用更现代的隐喻，比如观看 YouTube 视频或关注社交媒体上的群体。如果你只消费带有特定世界观的视频或关注特定世界观的作者，那么你就会成为一个专家，而这个专家可能是错误的。如果你只读宣称世界是平坦的书籍，那么你会得出错误的结论，即世界是平坦的。培根意识到，当你吸收有关周围世界的知识时，你会容易受到错误信念的影响，这是因为你所学到的知识的随机性以及你从哪里学到这些知识的随机性。

专家中谬误的第三个来源来自他所称的“市场偶像”。培根说，谬误来自对语言和术语的误解。他说，科学如果寻求真理，就应该清楚地定义它所使用的词语，否则即使是专家也会因为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，并且应该清楚明确地定义它所使用的所有术语。语言会说谎，如果使用得当，可以将谬误掩盖为真理。

专家中谬误的最后一个来源来自“剧场偶像”的奇观。即使这个想法编造了一个很棒的故事，它也可能不真实。谬误出现在流行观点或广泛传播的公众舆论的奇观中，这些观点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，或者从现代意义上来说，在互联网上走红，并不意味着它是真的。科学和真理不是人气竞赛，也不取决于多少人去剧院观看，也不取决于你昨晚看的科学纪录片中的电脑特效有多么华丽，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“剧场偶像”的奇观中，报道一些引起恐惧和焦虑的故事，以提高收视率和愤怒情绪，而这些故事通常是不真实的。

这四个心智偶像使培根得出结论，认识真理是不可能的，在科学中我们可以更接近真理，但我们永远无法真正知道我们所知道的。我们都无法实现真理。培根警告说，真理是由我们感知的局限性形成的人为结构，它很容易被掩盖或隐藏在谬误中，主要是由“心智的偶像”造成的。

那么，如果我们不能知道绝对真理，我们怎样才能更接近真理呢？培根提出了一些哲学家称之为“消去归纳”的东西。从观察和实验开始，利用这些知识寻找规律，消除那些不受这些观察支持的想法。这种以观察和实验开始的科学风格，导致了科学思维的深刻转变。

培根认为科学专注于探索和记录所有自然现象。对所有可观察事物、所有未进行的实验的详细目录编制，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，然后寻求对这些理论的证实，但培根建议首先进行观察，然后得出最符合所做观察的理论。

弗朗西斯·培根意识到这种方法很有力，他提出了“知识就是力量”的想法。他亲眼目睹了 16 世纪中期，阿兹特克人等北美和南美帝国是如何被西班牙人征服的，以及对船只、火药、大炮、冶金和战争的知识是如何导致美洲整个文明的衰落和崩溃的。荷兰人利用火枪技术对抗北美部落，重点是暗杀其领导人。他们还生产了大量的贝壳珠，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摧毁国家和征服人民的技术。

他预见到了探索和科学发现的重要性，如果一个国家要在现代世界中保持重要地位，就必须重视探索和科学发现。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，设想在一个新世界建立一个乌托邦社会。他在未完成的科幻小说《新大西洋》中称这个乌托邦社会为“本萨兰”。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，并从这些观察结果中，可以得出大规模的模式和理论，从而导致新技术的出现。

弗朗西斯·培根的乌托邦理想在他的祖国英国盛行，尤其是在上议院的英国议会中，他们对国王的权威的尊重程度比英国历史上任何时期都低。英国内战和 1649 年国王查理一世的处决，使英格兰陷入混乱，许多人逃往弗吉尼亚的美国殖民地，当时托马斯·克伦威尔的独裁统治正在崛起。

但是，随着 1660 年君主制的重新建立，弗朗西斯·培根提出的想法终于实现了，成立了伦敦皇家学会，简称皇家学会。它是第一个真正意义上的现代科学学会，至今仍然存在。

科学学会

科学学会致力于研究和在会员之间分享发现。它们被认为是“隐形学院”，因为科学学会是科学领域专家们互相学习、展示新发现和发表他们进行的实验的新结果的地方。作为最早的科学学会之一，英国皇家学会不仅欢迎重要的实验，也欢迎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和君主查理二世的支持，他将该学会视为一个新的技术来源，在那里新想法将在国家战争和商业中得到重要的应用。它的成员包括当时英国最著名的科学家，包括艾萨克·牛顿、罗伯特·胡克、查尔斯·巴贝奇，甚至美国殖民者本杰明·富兰克林。会员资格仅限于拥有英国国籍的上层阶级男性，他们能够为自己的研究和实验提供资金。

如今，大多数科学学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共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学会，但化学、物理、生物和地质等领域还存在数百个其他科学学会。这些学会通常会举行会议，会上，其成员会发表演讲，与科学家分享新发现，学会也会出版自己的期刊，发表研究成果，并将这些期刊分发到图书馆和学会成员手中。这些期刊通常以会议论文的形式出版，那些无法亲自参加会议的人可以阅读这些论文。

科学学会的兴起，使各个研究领域的精英专家能够直接分享信息，并建立强大的社区意识。它还将当今科学的重要方面——同行评审的概念付诸实践。在科学学会出现之前，各种理论和观点都以书籍的形式出版，其中大多数观点都是虚构的，以至于即使是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远不如口头文字接近真相。今天，我们面临着类似的网络上表达的错误观点和意见的泛滥。任何人都可以轻松地发布网页或表达对某个主题的看法，只需要一台电脑和互联网连接。

同行评审

为了对抗虚假知识的广泛传播，科学学会的出版物经历了一套成员之间的评审制度。在将一个想法或观察结果放到学会的会议论文集中的印刷版之前，它必须经过一个由同行成员组成的委员会的批准，通常是 3 到 5 名成员同意它具有价值。这演变成了我们今天所说的同行评审。经过这一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，因为一名或多名专家评审员可能会发现它缺乏证据并予以拒绝。然而，读者发现同行评审的文章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这一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的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来专门搜索同行评审文章，例如谷歌的 scholar.google.com，美国地质科学学会出版的 GeoRef，通过图书馆订阅获取，以及汤姆森路透公司出版的 Web of Science，也仅通过图书馆订阅获取。如果你不是科学学会的成员，可以购买在线检索的文章，许多文章现在可以免费供非会员在线访问，具体取决于科学学会和其会议论文集的出版商。大多数主要大学和学院都订阅这些学术期刊，要阅读文章可能需要到图书馆进行实地访问。

虽然同行评审出版物在专家中比公共媒体出版的新闻文章和杂志更有分量，但它们也可能受到滥用。那些突破性的，推动科学进步和发现超越当前同行认为真实的想法，往往被拒绝发表，因为它可能会证明他们是错误的。此外，符合同行评审员当前理解的想法，往往被批准发表。因此，同行评审倾向于更保守的想法。当作者的密友是评审员时，同行评审可能会偏向作者，而科学学会中的新手可能会遇到更多困难，才能发表他们的新想法并获得认可。这个过程可能很漫长，有些评审需要数年时间才能发表并接受一篇论文。科学学会成员之间可能因有争议的主题或想法而产生争端，导致成员之间互相争斗。著名的德国物理学家马克斯·普朗克感叹道：“新的科学真理不是靠说服反对者，让他们看到光明而取得胜利，而是因为反对者最终会死去，而新一代人成长起来，熟悉了它。”换句话说，科学的进步是一场场葬礼。

同行评审的另一个局限性是，这些文章往往不会在学会成员之外阅读。大多数地方公共图书馆都没有订阅这些专业学术期刊。这些学术文章的获取仅限于大型大学和学院的学生以及科学学会的成员。在科学学会存在的早期几个世纪里，它们被认为是特权的、富有的、高级别的男人的专属领域，这些文章中包含的知识对公众是封闭的。公众对科学学会的看法，尤其是在 17 世纪末和 18 世纪初，认为它们是秘密的，并且经常与炼金术、魔法和巫术联系在一起，其成员所做的实验和观察很少得到公众参与。

在 18 世纪末和 19 世纪初的启蒙运动时期，这种秘密程度迅速改变，出现了广泛阅读的报纸，向公众报道科学发现。美国革命、法国革命和海地革命很可能是由对思想和出版自由的渴望所引发的，就像它们是由科学知识的开放和对公众日常生活进行的调查所驱动的。美国大多数创始成员在科学研究方面都是业余爱好者或专业人士，他们直接受到弗朗西斯·培根的科学哲学的影响，特别是托马斯·杰斐逊。

科学中的主要范式转变

1788 年，伦敦林奈学会成立，成为第一个致力于研究生物学和所有形式生命的重大学会。这个学会以瑞典生物学家卡尔·林奈的名字命名，他雄心勃勃地提出一个目标，在 1735 年首次出版的一系列更新后的书籍中，为所有生命物种命名。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。启蒙运动时期对世界的大规模探索，提升了学会的地位，因为人们对奇怪动物和植物的新报告进行了研究和记录。

在这个发现时期，伟大的自然历史博物馆诞生了，它们收藏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，紧随法国革命之后。它是第一个建立用于储存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在 19 世纪中叶之前一直在为获得资金而挣扎，19 世纪 30 年代建立了永久性的英国自然历史博物馆（现称为伦敦自然历史博物馆），以及美国自然历史博物馆和史密森学会，紧随 19 世纪 70 年代的美国内战之后。

对新生命形式的广泛搜索，导致查尔斯·达尔文和阿尔弗雷德·华莱士发现了通过自然选择的过程，生命形式可以进化并起源为新的物种。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，科学从此发生了改变。关于接受查尔斯·达尔文提出的这种新范式的争论，导致当时科学家之间发生分裂，并形成了一个新的非正式学会，即他的支持者组成的 X 俱乐部，由托马斯·亨利·赫胥黎领导，他被称为达尔文的斗犬。支持达尔文理论的文章在当时已建立的科学期刊中被系统地拒绝，X 俱乐部的成员创办了《自然》杂志，这本杂志如今被认为是最负盛名的科学期刊之一。新的主要科学范式转变往往会导致新的科学学会的出现。

科学的工业化

18 世纪末和 19 世纪初，公众对自然历史和地球研究的兴趣大大增加，出现了对乡村进行首次地质测绘和对岩石层进行命名的现象。随着 19 世纪中叶恐龙和其他灭绝生物的发现，人们第一次提出了关于地球古老的年龄和悠久历史的建议。

对地球的研究导致了对煤炭、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，这最终导致了工业革命。

所有这些都归功于弗朗西斯·培根倡导的消去归纳法，但这种方法正在达到其极限。查尔斯·达尔文写到他纯粹对自然科学的热爱，这种热爱完全基于观察和收集事实，并伴随强烈的理解或解释所观察事物的愿望。他还愿意放弃任何假设，无论对他来说多么珍贵。达尔文不信任演绎推理，即通过寻找其确认来检验一个想法，他强烈建议科学仍然基于对自然世界的盲目观察，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证实。

达尔文也反对活体解剖的做法，这种残酷的做法是在活体动物或人身上进行实验和解剖，导致动物或人遭受痛苦或死亡。当谈到对活人或动物进行无道德监督的实验时，弗朗西斯·培根不受约束的观察存在着黑暗的一面。玛丽·雪莱于1818年出版的小说《科学怪人》是疯狂科学家和不道德地追求知识通过活体解剖实践以及对人与动物进行普遍残酷实验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仍然难以解决的道德问题。

在美国内战之后，一直到第一次世界大战期间，政府比以往任何时候都更加参与科学的追求，成立了联邦科学研究机构，包括维护工业生产的食物和药物的安全。世界工业化使公民依赖政府监督从家中购买而不是在家中种植的食品的安全。政府科学家在出售新药之前对具有成瘾性或有毒的新药进行了测试。政府通过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。科学被整合到战争和飞机、坦克和枪支的开发中。科学被纳入政府，政府为其追求提供资金，因为科学已成为各国政治野心的重要工具。

然而，随着极权主义和民族认同的兴起，自由探究和通过观察追求科学受到了限制。法西斯主义在20世纪30年代兴起，通过传播虚假信息，在欧洲和其他地区的民众中激起了仇恨和恐惧。利用广播和后来的电视等新媒体进行的宣传的兴起几乎摧毁了20世纪40年代的世界，纯粹的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家乡奥地利的兴起，开始着手对科学的新哲学进行编纂。他对阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论进行的一个著名实验印象深刻。1915年，爱因斯坦基于对太阳系中行星轨道的预测提出，大质量物体不仅相互吸引，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理论，科学家计划研究日食期间天空中的恒星位置。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出现新的明显位置，如果他错了，恒星将保持在相同的位置。1919年，亚瑟·爱丁顿带领一支队伍前往巴西观察日全食，使用望远镜，他证实恒星的位置在日食期间确实发生了变化，这是由于广义相对论造成的。爱因斯坦是对的！这个实验登上了所有报纸的头版，阿尔伯特·爱因斯坦从一位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，将余生都致力于研究科学方法。波普尔对爱因斯坦的理论和爱丁顿的实验是什么让它们具有“科学性”进行了编纂。它冒着证明他想法错误的风险。波普尔写道，总的来说，让某件事具有科学性的能力是通过实验证伪一个想法。科学不仅仅是收集观察结果，因为如果你通过提议的想法的视角来观察它，你很可能会在任何地方都看到确认和验证。波普尔在他的1963年著作《猜想与反驳》中写道：“一个理论的科学地位标准是其可证伪性、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，那么它就破坏了该理论的科学价值。

波普尔发展了您在大多数教科书中都能找到的现代科学方法：一个公式化的配方，您需要提出一个可检验的假设，您需要进行一个要么证实要么证伪该假设的实验，然后您需要报告您的结果。在此期间，科学写作转变为一种非常结构化的格式——介绍您的假设、描述您的实验方法、报告您的结果，并讨论您的结论。波普尔还发展了一个科学思想的等级制度；最低的是假设，它们是未经验证的可检验的想法，高于它的是理论，它们通过许多实验得到验证，最后是原理，它们已被验证到这种程度，以至于从未观察到任何例外。这并不意味着这些原则是真理，但它们得到了所有观察和证伪尝试的支持。

波普尔划了一条界线来区分他所谓的科学和伪科学。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，它就应该被拒绝，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“有人曾经捕获过大脚怪吗？”，结果是“没有”，然后“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，如果有人继续坚持大脚怪存在于犹他州山区的观点，尽管缺乏证据，这个观点就会进入伪科学的范畴，而“大脚怪不存在”则进入科学的范畴。有人可能会发现大脚怪并证明它是错误的，风险更大，但如果你坚持认为大脚怪存在，却没有证据，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。这发出了一个强烈的信号，即科学进步是强大的。在战争戏剧性结束的两周前，瓦内瓦尔·布什写信给总统富兰克林·罗斯福，说“科学进步是我们国家安全的关键要素之一，是改善健康、创造更多就业机会、提高生活水平和促进文化进步的关键”。

布什建议拨出资金用于纯粹的科学追求，这将培养美国科学研究，他起草了他的著名报告《科学，无止境的边界》。根据报告中的建议，五年后的1950年，美国政府创建了美国国家科学基金会，以促进科学发展。与机构或军事科学家不同，他们都是全职雇员，国家科学基金会为科学家提供研究科学问题的资助。它允许为公民提供资金来进行科学实验、旅行收集观察结果，并进行他们自己的科学调查。

这些拨款的初衷是培养科学家，尤其是学术界科学家，以便他们在危机时期能够被调用。资金的分配是通过同行评审的科学程序，而不是依靠权威的法律程序来决定。然而，自成立以来，美国国家科学基金会一直受到法律背景的政客们的攻击，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。大多数政府的科学资金都用于支持军事应用，这些资金是由政客直接拨款，而不是由独立科学家组成的专家小组分配的，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

从战后时期至今，错误的观念不仅被那些掌权者传播，也随着广告业的迅速崛起而传播——旨在推销商品的宣传。

随着20世纪末和今天的大众媒体的兴起，科学探究的方法在打击谬误方面变得越来越重要，不仅对于从事科学研究的人，也对于公众。遵循现代科学方法，怀疑主义成为科学、批判性思维和一般知识追求中不可或缺的工具。怀疑主义假设每个人都在欺骗你，但当人们向你推销东西时，他们特别容易欺骗你。20世纪中叶流行的短语“每个时代都有人上当” 宣扬了为利润欺骗人的做法，为了保护自己免受诈骗和谎言，一个人需要变得怀疑。

为了在现代科学框架中将此编码化，卡尔·萨根在他的著作被妖魔化世界：科学如黑暗中的烛光中提出了他的“胡说八道检测工具”。萨根是纽约康奈尔大学的一位知名教授，以他的电视节目宇宙而闻名。当他着手写他的最后一部书时，他被诊断出患有癌症。萨根担心，如果科学没有付诸实践，它就像黑暗中的烛光一样，可能会被熄灭。

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、不明飞行物、大脚怪和雪人、神圣几何以及反对疫苗接种和治愈疾病的接种。他担心，随着一阵风吹过，科学思想会被人们对迷信的普遍信念所熄灭。为了防止这种情况发生，他在 1996 年去世之前，留给了我们这个“胡说八道检测工具”，一种批判性思维的方法来帮助评估想法。

在可能的情况下，必须对“事实”进行独立确认。
鼓励对所有观点的知识渊博的倡导者进行关于证据的实质性辩论。
来自权威的论点没有多少分量——“权威”在过去犯过错误。他们将来还会犯错。也许更准确地说，在科学中，没有权威；最多，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法。然后想想你可以通过哪些测试系统地驳斥每个备选方案。
尽量不要过分执着于某个假设，仅仅因为它是你自己的。它仅仅是追求知识过程中的一个驿站。问问你自己为什么你喜欢这个想法。把它与其他选择公平地比较。看看你是否能找到拒绝它的理由。如果你没有，其他人会找到的。
量化。如果你要解释的东西有一些度量，一些与之相关的数值，你将能够更好地区分竞争的假设。模糊和定性的东西可以有多种解释。当然，我们在不得不面对的许多定性问题中要寻求真理，但找到它们更具挑战性。
如果有一个论证链，链中的每个环节都必须有效（包括前提）——而不是大多数环节。
奥卡姆剃刀。这条方便的经验法则敦促我们，当面对两个同样能解释数据的假设时，选择更简单的那个。
始终询问假设是否至少在原则上可以被证伪。不可测试、不可证伪的命题没有多大价值。你必须能够核实断言。顽固的怀疑者必须有机会遵循你的推理，复制你的实验，看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评估想法的因果方法。这个工具借鉴了科学方法，但在批判性思维中，它在科学之外得到了更广泛的应用。

卡尔·萨根从未见证过上世纪之交互联网的发展以及信息在全球范围内瞬时传播的迅速发展，这些都成为一种强大的工具，既促进了科学的发展，也促进了宣传的传播。

获取科学信息

21 世纪初的最新科学革命涉及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，科学协会依赖于传统的出版商来印刷期刊文章。协会成员会免费自愿地撰写新作品，以及审查其他投稿。协会或出版商拥有科学文章的版权，这些文章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，这些专业出版物的低阅读率和高印刷成本导致这些出版物的图书馆订阅费用昂贵。

随着 20 世纪 90 年代互联网的出现，传统的出版商开始将他们庞大的版权内容库扫描并存档到互联网上，允许通过付费墙访问。拥有机构订阅账户的大学图书馆会允许学生通过大学图书馆连接访问文章，同时将档案文章的内容锁定在付费墙之外，不向公众开放。

学术科学家被困在这个系统中，因为大学和学院的终身职位和晋升依赖于他们的出版记录。传统的出版物享有更高的声望，尽管阅读率较低。

出版商对谁能够访问经过同行评审的科学文章拥有巨大的控制权，大学的学生和有抱负的科学家经常被锁在这些信息来源之外。需要重新审视同行评审的传统模式。

开放获取与科学

新科学知识传播模式最重要的起源者之一是亚伦·斯沃茨。2008 年，斯沃茨发表了一篇名为游击队开放获取宣言 的著名文章，并且作为一名活动家，为在线免费获取科学信息而奋斗。斯沃茨对维基百科等在线协作出版物着迷。维基百科是通过从为主题贡献文章的志愿者那里收集信息而汇集起来的。这些信息由平台上大量用户验证和修改，他们不断更新网站。维基百科的发展源于庞大的用户社区，与科学协会非常相似，但贡献新信息和编辑页面的入门门槛很低。维基百科很快成为互联网上访问事实信息访问量最大的网站之一。斯沃茨倡导开放获取，即所有科学知识都应该对所有人开放。他呼吁使用知识共享许可，并强烈鼓励科学家在没有版权或限制的情况下在线发布他们的知识，以便共享这些信息。

开放获取有其反对者，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营公司。这些开放获取的反对者认为，科学信息可以用来制造非法药物、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拥有大量知识产权的私营公司，他们游说政客制定更严格的法律，禁止在线共享版权信息。

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，使用麻省理工学院的计算机账户。在JSTOR 发现麻省理工学院的在线请求激增后，它联系了校园警察。校园警察逮捕了斯沃茨，他被指控犯有 35 年监禁和 100 万美元罚款的罪行。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的方式将科学信息传播给公众，而不是依赖于以营利为目的的企业出版商。开放获取运动被点燃并激进化，但即使在今天，各种科学家群体之间仍在努力制定细节。

十个主要的科学信息来源

你会遇到十个主要的科学信息来源，每个来源都应该带着怀疑的眼光来看待。这些信息来源可以根据它们呈现的信息的可靠性进行排名。知道原始来源可能很难确定，但通过将来源归类到这十类，你可以区分所呈现信息的相对真实程度。所有这些来源都包含一定程度的虚假信息，然而，排名越高，材料包含的虚假信息就越少，越接近真实陈述。

1. 广告和赞助内容

任何旨在向您推销商品并以赚钱为目的的内容。例如，广播、电视上的广告，印刷小册子，Facebook 和 Twitter 上的付费帖子，YouTube 上的赞助视频，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，没有编辑控制或他人验证的内容。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。这些来源不是很好的真实性来源，但在特定情况下可能很有见地。

3. 新闻来源

任何由记者制作，旨在维护受众兴趣和收视率的内容。新闻是关于近期事件的报道的制作和传播，尽管受到更高的事实核查标准（由编辑或制片人进行）的约束，但它们受到保持受众兴趣的需求的限制，这些受众将收看或阅读其内容。新闻报道往往耸人听闻、丑闻、以名人为特色，并探讨热门或有争议的想法。它们由非专家撰写，依靠他们采访的专家的意见。许多新闻来源在报道内容上具有政治倾向。新闻来源的例子包括有线新闻频道、地方和全国报纸、在线新闻网站、汇总新闻提要以及在广播或电视上报道的新闻。这些往往是真实的，但往往对所涵盖的主题有强烈的偏见，事实错误和错误，以及相当多的耸人听闻。

4. 贸易杂志或媒体

任何由自由撰稿人制作的关于专门主题的内容，这些撰稿人熟悉他们正在撰写的主题。例如，涵盖专门主题的杂志，由该领域专家主持的播客以及由专家撰写的章节汇编。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门主题，并且对内容有一定的编辑控制权。

5. 图书

书籍是对某个主题的长篇文字处理，要求作者熟悉某个特定的兴趣主题。书籍是信息的重要来源，对希望了解更多有关某个主题的读者很有见地。它们还传达了可以鼓舞人心的信息。书籍是作者或作者团队长期奉献的结果，他们在该主题上是专家，或者通过写作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的内容。书籍如果传统出版，需要编辑监督。应该注意的是，作者可以带着特定的议程或观点写作，这可能会表达谬误。

6. 协作出版物或百科全书

这些是专家团队制作的科学信息来源，其目的是在特定主题上达成共识。由于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，因为它们必须满足来自多个主题贡献者的怀疑。这些例子包括维基百科、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稿件，但可在线提供，以征求同行科学家额外的评论和建议。在地球研究中，最常见的预印本服务是eartharxiv.org。预印本通常被记者报道为新闻故事。预印本是科学家让信息比通过完整同行评审更快地传达给公众的一种方式，并且它们帮助作者在科学发现上建立先例。它们是科学中一种相当新的现象，首次发展于 1991 年，当时arxiv.org（发音为 archive）是一个受监管的网络服务，托管科学领域的论文。
新闻稿: 新闻稿是由大学、学院和政府机构的员工撰写，当一项重要的研究将发表在同行评审论文中时。记者通常会根据新闻稿写一篇故事，因为新闻稿是为一般受众撰写的，避免使用科学术语和技术细节。大多数新闻稿都链接到已发表的科学同行评审论文，因此您也应该阅读参考论文。
会议摘要: 会议摘要是在科学会议或会议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，而其他则没有。摘要代表正在进行的研究，正在提交科学评估。并非所有预印本和会议摘要都能通过同行评审流程，尽管许多想法是在这些格式中提出的，但并非所有想法都会发表后续论文。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成果。演讲的录音有时会发布在互联网上，而海报的副本有时会作为预印本上传。会议摘要通常是研究生或高级本科生的工作，他们正在针对某个主题进行学生研究。

8. 具有开放获取的赞助学术同行评审文章: 具有开放获取的赞助学术同行评审文章是经过编辑选择和同行评审的出版物，但作者支付给期刊，如果被接受，就会发表文章。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建者到期刊存在资金交换，期刊允许文章在期刊的网站上供公众访问，但是，它们的意图不是销售产品。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，存在滥用现象。 Beall 列表旨在列出掠夺性或欺诈性学术期刊，这些期刊积极招揽科学家和学者，但并未提供质量同行评审和托管，作为换取出版费用的回报。并非所有具有开放获取的赞助学术同行评审文章都存在问题，许多文章都受到高度尊重，因为许多传统出版物提供选项，允许公众访问文章，作为作者支付资金的回报。这些期刊的出版费率因出版商而异，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: 大多数学术科学同行评审文章发表在传统期刊上。这些期刊仅通过读者订阅获得收入，而不是作者付费发表作品。作者和审稿人不会获得任何报酬，并且在这些期刊上发表文章时不会进行任何资金交换。它们由 3 到 5 位专家审稿人进行评审，这些审稿人由编辑联系，在考虑发表之前审查稿件。版权归期刊所有，可以单独在线购买文章。许多大学和学院图书馆都与特定期刊有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。版权到期后，较旧的旧版通常可以免费在线获得。大多数科学文章都以这种格式发表。
10. 具有开放获取的传统学术同行评审文章: 这些期刊由志愿者运营，允许作者提交作品供同行评审考虑，如果文章被接受发表，则无需向期刊支付任何费用。编辑和审稿人自愿工作，网络托管服务由捐赠和捐款提供。文章可供公众免费在线下载，无需订阅期刊，并且是开放获取的。版权可以由作者或期刊保留，或者根据知识共享许可分发。这些期刊比较罕见，因为它们是由志愿者科学家团队运营的。

研究某个主题的研究人员通常会将自己限制在 5 到 10 号来源作为可接受的信息来源，而其他人可能更严格，只咨询 8 到 10 号来源或仅咨询经过完全同行评审的来源。任何信息来源都可能呈现谬误，任何信息来源都可能触及真相，但此方案中的等级越高，该来源要经过的验证过程就越多，才能发表。

想象一下，你心爱的人被诊断出患有癌症，你想了解更多关于这个主题的信息。大多数人会咨询 1 到 3 号来源，或者 1 到 5 号来源，但如果你想知道医务人员在读什么，那么 5 号以上的来源是不错的阅读来源，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。等级越高，写作越技术化，信息越具体。请记住，咨询多个信息来源以验证您消费的信息是否正确非常重要。

为什么我们追求科学发现

霍普·雅伦在她 2016 年的书《实验室女孩》中写道：“科学教会我，一切比我们最初假设的要复杂，能够从发现中获得快乐是一种美好生活的秘诀。”在一个看起来一切都被发现和探索，一切已知的东西都被某人写下来的现代世界里，知道仍然存在科学奥秘等待发现是令人耳目一新的。

对于一个初出茅庐的科学家来说，学习科学可能令人望而生畏。你对某个科学主题了解越多，你就会越被它的复杂性所淹没。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。科学家被教导要过度批判和怀疑新想法，他们很少轻易接受新的贡献，尤其是来自该领域的新人。年轻的科学家经常被专家告知要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）组成的，虽然这是一个有趣的事实，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候的气候，即使是在数百万年前的岩层中，也建立了数百万年以来地球过去生长温度的长期记录。

这样的发现引出了一个比喻：**科学家制作微小的钥匙，打开巨大的房间**。直到门被打开，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，重要的是要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小或多么微不足道。科学和积极寻求新知识和新体验将是你一生中最有意义的追求。

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