本书以西方科学为主轴，以荷马与赫西奥德的世界为始，讲述由众神主宰的狂暴天地与酒红大海，神话中所揭示的万物之始——或说自此遭到混淆的视听。跟随这些航海家，借助他们历经艰辛赢得的智慧之光，来照亮我们的前路。

本书要告诉你35个划时代的科学发现的故事，这些故事不但迷人而且激动人心。从人类第一次精确预测日蚀，到成功克隆出多利羊，作者以清晰的文笔、动人的叙述，描述出这些发现的重要性以及它们产生的背景和对科学进步的巨大推动作用。阅读本书，读者就像跟着这些伟大的学家首度瞥见新世界一样，既惊奇又感动。

在人类历史上，有许多人出于强烈的好奇心与过人的聪明才智，努力探索未知的领域，要为宇宙运作的方式寻找新的解释。但其中只有少之又少的天之骄子能够第一个窥见新的观念、创造新的局面，并获得前所未有的发现——有许多还改变了历史的轨迹。

前言：永不丧失的好奇心

泰勒斯与自然因果关系

阿那克西曼德建立宇宙秩序

毕达哥拉斯化宇宙为数字

原子与空无

亚里士多德与生物学的诞生

阿里斯塔克：哥白尼的先驱

阿基米德的物理学

海桑阐明视觉

哥白尼移动地球

伽利略发现天空

开普勒破解行星之谜

列文虎克探索小宇宙

牛顿：引力与光

普里斯特利：呼吸一口新鲜空气

着迷于发现的戴维

电脑梦想者

达尔文的伟大真理

花园里的天才——孟德尔

门捷列夫为元素排序

放射性之域

普朗克的量子跳跃

连线无线

卢瑟福解剖原子

爱因斯坦：物质、能量、空间与时间

魏格纳和大陆漂移说

哈勃的膨胀宇宙

来自非洲

费米与众神之火

麦克林托克的染色体

位元天才

DNA的活跃双重奏

创世的回音

眼见不为真

行星先锋

让生命改观的多利羊

1 泰勒斯与自然因果关系

一切都始于一个问题。在2600年前，希腊殖民地米利都(Miletus)的市民泰勒斯(Thales，约公元前624年至公元前547年)问道：“世界是由什么构成的?”在提出这个问题后，泰勒斯坚持不想以神的故事来回答它，从而播下了西方科学的种子。如同他的弟子阿那克西曼德(Anaximander)旋即指出的，泰勒斯提供的答案并不能令人满意。然而他是根据观察和推理来进行推测，而不是靠神的提示，他还邀请别人批评他的构想并提供自己的论据和答案。阿那克西曼德是第一个接受这一邀请的人。他们之间开始进行对话，相互竞争的构想互相激荡，而且最终他们是诉诸自然与理性，而不是众神一时的心血来潮。科学就此诞生。

我们对泰勒斯所知甚少。历史学家根据他一生中发生的事件来推测他的出生与死亡日期。他生于米利都——现今土耳其南部海岸一个繁忙的区域中心。泰勒斯的父亲是卡里亚人(carian)，名叫伊克山耶斯(Examyes)，他母亲名叫克莉奥布琳(Cleobuline)，可能是希腊人。米利都的文化根源于希腊本土，但是靠小亚细亚和中东的贸易而繁荣。泰勒斯似乎是实务家，曾到许多地方旅行，被誉为第一个将几何学与天文学从古埃及引入希腊的人。据说他当过工程师，能够把一条河改道，好让军队通过。后来希腊人将泰勒斯列为希腊七贤之一，如同另外六位同样受人尊崇的贤人，泰勒斯的专长也包括政治。他以先见之明警告爱奥尼亚人，指出他们必须统一，共同对抗波斯，但爱奥尼亚人仍四分五裂，最后在泰勒斯去世后50年被波斯人征服。

柏拉图和亚里士多德对泰勒斯的描述截然不同。柏拉图的描述仔细得令人怀疑，他写道：“据说泰勒斯在观察星星时跌进水井里，被机智迷人的女仆狄奥多萝丝嘲笑。”这使泰勒斯成为第一位哲学家，而且是第一位心不在焉的哲学家。然而，亚里土多德告诉我们的，却是泰勒斯能根据他的天文学知识，预测橄榄的丰收，同时利用这个预测控制该区域的榨油业，从而获得了财富，这也使泰勒斯成为世上第一位科学企业家。

我们无法确定泰勒斯究竟是心不在焉还是个精明的人物，但他绝对是第一个提出有关自然的基本问题，并完全以自然词汇回答的人。早在任何人想到原子，而且在物质、科学，甚至哲学等词汇创造出来以前，泰勒斯就已努力想找出世界的构成要素。他拒绝接受事物的表象，坚信山峦、海洋、动植物和风雨等我们察觉得到的万物，都有一个共同的来源。更重要的是，他不愿接受任何与众神有关或与自然无关的答案。愤怒的天神宙斯不是闪电与雷鸣的来源，“辽阔的大地”也不是自混沌中诞生的。泰勒斯也是政治家和工程师。在他务实的心灵中，万物必定是从某种看得到又触碰得到的实物发展或分化而来的。

两个半世纪后，亚里士多德重述泰勒斯伟大的见解：“必定有某种或多种自然物质是其他物体的来源，而该物质本身则保持不变。”泰勒斯认为这个本原物质是水，但我们不知道他为何选择水。亚里士多德推测泰勒斯可能是从生物角度来看天地万物，并且观察到所有生物都含水，播种与营养过程也都与潮湿有关。但是如同稍后会看到的，亚里士多德对生物很着迷，但目前没有证据显示泰勒斯也对生物着迷。因此泰勒斯也有可能是观察到水不同的物理状态(固态、液态、水雾或蒸汽)，才推论这种变化万千的物质可以解释世上多姿多彩的万物。

尽管大胆，但泰勒斯仍无法完全脱离古代传统。他发现风和水的移动、天然磁石和生物，都很难仅根据物质来解释，但他也拒绝从自然以外的事物来探寻自然变迁的来源，相反地，他赋予万物一种生命力。后来的哲学家把泰勒斯及其弟子称为万物有生论者(hylozoistS)，亦即相信万物都是有牛命的学派。

泰勒斯接着建立宇宙的模型，这是世上首见严谨的物理宇宙学。他认为地球是自原始水域中形成的，如同埃及的三角洲是自尼罗河产生的。他猜测地球是一个平盘，像木头一样浮在水面，而地震则显然是由周围水域的波浪所引起的。天空由一条巨河环绕，而太阳、月亮、行星与恒星则是由水循环引起的风吹过天空。

泰勒斯杰出的弟子阿那克西曼德，很快就发展出一个复杂得多的宇宙图，但他处理的问题跟泰勒斯一样：世界是由什么构成的？它如何发展？地球为何能停在原来的位置？后来阿那克西曼德的学生阿那克西米尼(Anaximenes)对他这两位前辈都提出批评，并发展出自己的模型与解释。然而无论这些哲学先驱的看法有哪些差异，他们都有两个共同的信念：在了解自然时不能诉诸超自然原因，以及人类能通过观察与推理找出自然的真理。

仿佛率先进行科学探索还不够似的，泰勒斯也被誉为天文学家。在他的成就中，受到最多讨论的是据说由他预测到的日食终结了吕底亚人和米底亚人之间的长期战争。古代和现代的作家都理所当然地视此为卓越的成就，因为一直到数世纪后，其他的天文学家才有能力预测日食。罗马历史学家希罗多德(Herodotus)在整理更早期的史料后，重述这个故事。那次的日食必定是在古代第49届或第50届奥林匹克运动会期间(公元前585年至公元前577年)发生的。19世纪时，天文学家计算出在公元前585年5月28日，有一场曰全食使爱奥尼亚的天空完全陷入黑暗，并认为那就是泰勒斯所预测的日食。

一直到前不久，大多数的历史学家都接受这个说法。他们假设泰勒斯从埃及人习得的天文知识，足以让他预测日食发生的时间和地点。例如学者知道在公元2世纪时，伟大的天文学家托勒密(PtoIemy)曾经研究巴比伦人可追溯至公元前747年的日食记录。然而今日，在对古天文学有更多的了解后，科学家和历史学家认为巴比伦人或埃及人顶多只能确认日食有可能在哪一段时期出现在地球某处。无论他们的记录有多准确，都无法精确地预测日食一定会发生，更不用说要预测它们发生的地点。

有鉴于这个故事牵涉到的沉重后果，我们不难想象泰勒斯可能是冒险预测日食的发生，即使他一点也不确定自己是否是对的。然而今目的学者建议我们从相反的角度来看这个故事：泰勒斯不是因为预言日食而出名的，相反地，是因为他的名气，那次预言才会被归功于他。这件事可以说是一个神话，就像乔治·华盛顿把银币丢过波多马克河的故事一样。

即使没有这些故事，泰勒斯仍是一个英雄人物，一个真正对文化有贡献的人。就算他只是从我们察知的芸芸世界中，看清了一些令人迷惑的事物，并且提出万物是由什么构成的问题，就已值得赞誉。但是正由于他坚持答案必须在自然中，而不是在自然以外的事物中寻找，因此他给予了我们第一批科学工具。古典学者罗伊德(G.E.R.Lloyd)至少将“自然的发现”归功于泰勒斯。

比任何故事都更能显现泰勒斯不同凡响的事实在于，尽管21世纪的物理学家拥有史上最强大的实验工具，但他们正努力完成的，仍是泰勒斯于2600年前就已开始的事业。他们利用强大的能量把原子融合，借此重新创造出创世后瞬间的情况，那是当自然界的所有力量统一、物质简化至基本组成的时候。亚里士多德在描述泰勒斯及其所有追随者寻找的目标时说：

它为万物本原，万物源于斯，最终亦毁于斯，在此期间，物质持续存在，但性质已变——据其所言，此为万物之元素与基本原理。

P1-5

永不丧失的好奇心

神秘感，爱因斯坦拥有这种特质，亚里士多德、阿里斯塔克、居里夫人、达特、马古利斯、麦克林托克也都有。对于宇宙，他们从未丧失那种孩童般的惊奇，或如乔姆斯基所说的，“一种为简单事物所迷惑的能力”。回顾历史，有些人将这种不歇的好奇心与其心智及个陛特质结合，最终引领他们踏入未知的领域，激发他们提出探求究竟的问题；少数人更因此有幸独创新局，发现了新世界，或瞥见人们闻所未闻的境界。

这当中的佼佼者，像泰勒斯、牛顿、达尔文和爱因斯坦等人，更让我们以崭新的方式来了解宇宙，以及人类在其中的定位。就像6000万年前使恐龙时代戛然而止的大撞击，他们的发现也为历史设下分隔点，终结了旧时代，为即将出现的新系统开疆辟土。本书就是在叙述这些资质过人、为使命所驱、繁复错综的开拓者，以及他们率先踏入的新世界。

《他们创造了科学》中的故事始于2600年前的希腊。由于泰勒斯、阿那克西曼德、留基伯等爱奥尼亚哲学家强烈的好奇心，使他们提出许多关于自然界的基本问题：世界是怎样创造出来的？它由什么组成，又是如何运作？同样重要的是，他们也是坚持答案必须取自自然的第一人，也就是说，他们不愿依赖神鬼之说来解释自然现象。400年后到了阿基米德时代，希腊人便建立了科学的基础。不过，古代世界旋即崩毁，希腊的科学与教堂庙宇面临同样的命运，在往后的1000年中惨遭湮没遗忘——起码在西方世界。幸而，这些知识在伊斯兰世界受到了学者的保存，有些甚至获得进一步改进；后来，它们被人重新发现，也因此促成了文艺复兴，诞生了哥白尼、伽利略、开普勒等现代科学的英雄先驱。尽管我们必须跨越千年鸿沟，但现代科学的确能够回溯至泰勒斯。

然而，这并不表示科学只在西方世界获得发展，许多科学前兆可远溯至新石器时代，诸如对大自然的精微观察、分类、记数、记忆、发现等技巧。6万年前抵达澳洲大陆的人们，以及3万年前画下栩栩如生的穴熊与巫医的法国人和西班牙人，同样留下了用来数算月份，追踪月相、季节变化及研究天象的秘密记号；今日的人类植物学家对于原住族群高度发展的植物学知识，无不惊愕赞叹，这些先民通过不断探索，以辨识药草与药物。我们的祖先能够存活下来，说明他们对环境研究的热切。由李约瑟领军的学者也发现，科技、数学与科学早已在中国生根；许多重要的发明在西方出现前数百年乃至数千年，就已经存在于中国了。同样地，印度也有其悠久的历史和重要的贡献，特别是在物理、数学与医学领域。此外，数百年来许多不知名的埃及与巴比伦学者在天文学、数学及医学上的著作，也使希腊人受益无穷。

但《他们创造了科学》仍将以西方科学为主轴，以荷马与赫西奥德的世界为始，讲述由众神主宰的狂暴天地与酒红大海，神话中所揭示的万物之始——或说自此遭到混淆的视听。从此以后，我们所获得的任何知识与了解，都是因为有人勇于向黑暗的无知挺进，破除了桎梏，首度清晰地瞥见真理。可以想见，这些步伐必定多半细碎渺小，不为人知，许多甚至无功而返，但其中有些却异常精彩美丽。正如福楼拜所写的：“在众多出海人当中，有些是航海家，他们发现新世界，为地球增添新大陆，为天堂增添新星球——这些便是大师，伟人，亘古风流的人物。”我们要跟随的，就是这些航海家，希望借助他们历经艰辛赢得的智慧之光，来照亮我们的前路。