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宇宙起源于大爆炸吗？光究竟是波还是粒子，抑或两种性质兼而有之？人类是全球变暖的主要原因吗？是否存在能够解释一切的万有理论？科学犹如一盏明灯，在它的指引下，我们不断开创先进的技术，拓展新的知识领域，了解我们所在的世界，同时探索理论上存在的多元宇宙。 DK《科学百科（全彩）》一书语言通俗易懂，解释简练精辟，更重要的是，鲜有晦涩难懂的科学术语。书中采用图表的形式将复杂理论一一拆解，引用的经典语录让你将科学发现印刻于脑海，而妙趣横生的插图会增进你对科学的深入理解。不管你对科学的了解是深是浅，不论你是求知若渴的学生，还是醉心研究的学者，本书都会带给你意想不到的启发。

10 前言

科学的开端：公元前600年—公元1400年
20 日食是可以预测的
米利都的泰勒斯
21 万物的四根
恩培多克勒
22 测量地球的周长
厄拉多塞
23 人类与低等生物的关系
图西
24 浮体排出液体的体积等于其自身的体积
阿基米德
26 日譬犹火，月譬犹水
张衡
28 光沿直线射入我们的眼睛
阿尔哈曾

科学革命：1400年—1700年
34 太阳是万物的中心
尼古拉哥白尼
40 行星沿椭圆轨道运行
约翰尼斯开普勒
42 自由落体运动的加速度相同
伽利略伽利雷
44 地球是一块巨大的磁石
威廉吉尔伯特
45 争论不如实验
弗朗西斯培根
46 感受空气的弹性
罗伯特玻意耳
50 光是粒子还是波？
克里斯蒂安惠更斯
52 首次观测金星凌日
杰雷米亚霍罗克斯
53 生物体经历的不同生长发育阶段
简施旺麦丹
54 一切生物都由细胞组成
罗伯特胡克
55 层层堆叠的岩层
尼古拉斯斯丹诺
56 显微镜下的微生物
安东尼范列文虎克
58 测量光速
奥勒罗默
60 一个物种不可能起源于另一物种
约翰雷
62 万有引力影响着宇宙间的一切物体
艾萨克牛顿

开拓领域：1700年—1800年
74 大自然不会快速向前发展
卡尔林奈
76 水汽化吸收的热量并没有消失
约瑟夫布莱克
78 可燃气体
亨利卡文迪许
80 赤道附近风向偏东
乔治哈得来
81 佛罗里达湾强大的洋流
本杰明富兰克林
82 脱燃素空气
约瑟夫普里斯特利
84 自然界中，物质不会凭空产生或消失，而会相互转化
安托万拉瓦锡
85 植物的重量来自空气
扬英根豪斯
86 新行星的发现
威廉赫歇尔
88 光速变慢
约翰米歇尔
90 流动的电流体
亚历山德罗伏打
96 看不到开始，也望不到终点
詹姆斯赫顿
102 高山的引力
内维尔马斯基林
104 自然之谜：花的结构和受精
克里斯蒂安施普伦格尔
105 元素总是以一定比例化合
约瑟夫普鲁斯特

百年进步：1800年—1900年
110 阳光下极易操作的实验
托马斯杨
112 确定基本粒子的相对质量
约翰道尔顿
114 电流的化学效应
汉弗莱戴维
115 绘制国家地质图
威廉史密斯
116 她知道骨化石属于哪一族
玛丽安宁
118 获得性状的遗传
让-巴普蒂斯特拉马克
119 每种化合物都由两部分构成
约恩斯雅各布贝尔塞柳斯
120 电流的作用并不限于导线内
汉斯克里斯蒂安奥斯特
121 有一天，你会对此征税的
迈克尔法拉第
122 热量能够穿透宇宙中的一切物质
约瑟夫傅里叶
124 无机物人工合成有机物
弗里德里希维勒
126 风从不直着吹
古斯塔夫加斯帕尔科里奥利
127 论双星的颜色
克里斯蒂安多普勒
128 冰川是上帝的伟大工具
路易斯阿加西斯
130 自然界是一个统一的整体
亚历山大冯洪堡
136 光在水中的速度小于在空气中的速度
莱昂傅科
138 生命力也许可以转化为热量
詹姆斯焦耳
139 分子运动的统计分析
路德维希玻尔兹曼
140 发明塑料并非我的本意
列奥贝克兰
142 自然选择
查尔斯达尔文
150 天气预报
罗伯特菲茨罗伊
156 一切生命均来自生命
路易巴斯德
160 蛇咬住了自己的尾巴
奥古斯特凯库勒
166 3:1的性状分离比
格雷戈尔孟德尔
172 鸟与恐龙的进化关系
托马斯亨利赫胥黎
174 元素性质的周期性变化
德米特里门捷列夫
180 光和磁是同一种物质的不同表现
詹姆斯克拉克麦克斯韦
186 管中射出了射线
威廉伦琴
188 窥探地球的内部
理查德狄克逊奥尔德姆
190 放射性是元素的一种原子性质
玛丽居里
196 传染活液
马丁努斯拜耶林克

巨大的转变：1900年—1945年
202 量子是不连续的能量包
马克斯普朗克
206 原子的结构
欧内斯特卢瑟福
214 引力场就是弯曲的时空
阿尔伯特爱因斯坦
222 漂移的大陆就是一幅不断变化的地球拼图
阿尔弗雷德魏格纳
224 染色体的遗传作用
托马斯亨特摩尔根
226 粒子具有波的性质
埃尔温薛定谔
234 不可避免的不确定性
维尔纳海森堡
236 不断膨胀的宇宙
埃德温哈勃
242 宇宙的半径从零开始
乔治勒梅特
246 每种粒子都有相应的反粒子
保罗狄拉克
248 恒星塌缩的极限
苏布拉马尼扬钱德拉塞卡
249 生命本身就是一个获取知识的过程
康拉德劳伦兹
250 95%的宇宙不见了
弗里茨兹威基
252 通用图灵机
阿兰图灵
254 化学键的本质
莱纳斯鲍林
260 原子核中隐藏的巨大能量
J. 罗伯特奥本海默

重要的基石：1945年—
270 人体由星尘组成
弗雷德霍伊尔
271 跳跃基因
芭芭拉麦克林托克
272 光和物质的奇妙理论
理查德费曼
274 生命并非奇迹
哈罗德尤里
斯坦利米勒
276 脱氧核糖核酸（DNA）的结构
詹姆斯沃森
弗朗西斯克里克
284 能发生的一切都会发生
休艾弗雷特三世
286 玩画圈打叉游戏的高手
唐纳德米基
292 基本力的统一
谢尔顿格拉肖
294 全球变暖的主因
查尔斯基林
296 蝴蝶效应
爱德华洛伦兹
298 真空并非空无一物
彼得希格斯
300 共生现象无处不在
琳马古利斯
302 三个一组的夸克
默里盖尔曼
308 万有理论
加布里埃莱韦内齐亚诺
314 黑洞蒸发
斯蒂芬霍金
315 盖亚假说：地球是一个有机体
詹姆斯洛夫洛克
316 层层叠叠的云
本华曼德博
317 量子计算模型
尤里马宁
318 基因可以在物种间转移
迈克尔叙韦宁
320 抗压能力很强的“足球分子”
哈里克罗托
322 在人体中插入基因来治愈疾病
威廉弗伦奇安德森
324 用计算机设计新生命
克雷格文特尔
326 一条新的自然法则
伊恩维尔穆特
327 太阳系外的世界
杰弗里马西

328 人名录
340 术语表
344 索引
352 致谢

科学是一个寻找真理的持续过程，一次发现宇宙运行方式的永恒之旅。而人们对宇宙的探索可以追溯到文明伊始。在人类好奇心的驱使下，科学一直依靠的都是人们的推理、观察和实验。古希腊最著名的哲学家亚里士多德著作颇丰，涵盖科学领域的诸多学科，为后来的很多科学成就奠定了基础。虽然他也非常善于观察自然，但依靠的却是思考和辩论，从不做任何实验；因此，他做出了很多错误结论。例如，他曾断言，重的物体比轻的物体下落速度快；如果一个物体比另一个物体重一倍，下落速度也将快一倍。虽然这些结论是错误的，但当时并没有人提出质疑，直到1590年才被伽利略伽利雷推翻。我们现在清楚地知道，一位合格的科学家必须依靠实验证据，但当时还未有人意识到。
    科学方法
    17世纪初，英国哲学家弗朗西斯培根率先提出了一个有关科学的逻辑体系。他的科学方法建立在早他600年的阿拉伯科学家阿尔哈曾及之后的法国哲学家勒内笛卡儿的研究基础上。该方法要求科学家先进行观察，然后形成理论，以解释观察到的现象，最后再通过实验验证理论正确与否。如果理论看似正确，则将实验结果交给同行评审。这时，会邀请相同或相近领域的人士前来，或指出漏洞，进而证明理论有误，或重复实验，以确保实验结果正确。
    做出可以验证的假设或预测总是不无裨益。1682年，英国天文学家埃德蒙多哈雷观测到了一颗彗星。他发现，这颗彗星与1531年和1607年观测到的彗星很像，并提出这三次出现的彗星其实是同一颗。他预言，这颗彗星将于1758年再次出现，结果证明他的预言是正确的。现在，我们称这颗彗星为“哈雷彗星”。因为天文学家几乎无法做实验，所以证据只能源自观察。
    实验可以用来检验一条理论，也可以完全是推测性的。有一次，物理学家欧内斯特卢瑟福的学生正在用α粒子轰击金箔，以期观察到轻微的偏转。卢瑟福观察学生的实验时，建议他们把探测器放在α粒子放射源旁边，结果竟然发现有些α粒子从薄如纸张的金箔上弹了回来。卢瑟福表示，这就仿佛是炮弹从薄纸上弹了回来，由此激发了他对原子结构的猜想。
    如果科学家在提出新的原理或理论的同时，能够预测结果，那么实验将会更加引人入胜。如果实验与预测结果一样，科学家就有了支撑该理论的证据。但即便如此，科学永远无法证明一条理论是正确的。正如20世纪的科学哲学家卡尔波普尔所言，科学只能证明理论是错误的。能够得出预期结果的每项实验都将成为一个支持性证据，但只要有一项实验失败，就足以摧毁整个理论。
    数百年来，地心说、四体液说、燃素说以及神奇介质“以太”等人们长期以来一直认为正确的概念都被证明是错误的，并被新的理论取代。但是，这些新理论也仅仅是理论而已，有朝一日也有被推翻的可能。不过，这些理论毕竟有证据支撑，所以大多数情况下被推翻的概率较小。
    思想的进程
    科学很少会按照简单、有逻辑的步伐前进。独立工作的多位科学家可能会同时发现同一科学奥秘，但从某种程度上说，几乎每一次科学进步都建立在前人的研究和理论基础上。建造大型强子对撞机的一个原因是为了寻找希格斯粒子。在此之前的40年，也就是1964年，物理学家曾预言希格斯粒子的存在。这一预言则建立在对原子结构数十年的理论研究基础上，可以追溯到卢瑟福以及20世纪20年代丹麦物理学家尼尔斯玻尔的研究。而他们的研究则取决于1897年电子的发现，而电子的发现又取决于1869年阴极射线的发现。但是，如果没有真空泵的发明，没有1799年电池的面世，这一切也只能是泡影。如果继续追忆，这一链条还可以再回溯几十年，甚至上百年。英国伟大的物理学家艾萨克牛顿有这样一句名言：“如果说我比别人看得更远，那是因为我站在了巨人的肩膀上。”
    第一批科学家
    公元前6世纪到5世纪，古希腊活跃着史上最早一批拥有科学观的哲学家。公元前585年，米利都的泰勒斯成功预言日食的出现。50年后，毕达哥拉斯在现为意大利南部的地方建立了一所数学学校。色诺芬尼在山上发现贝壳后，推论整个地球可能曾经被大海覆盖。
    观星人
    与此同时，印度、中国和地中海的人们正试图弄清楚天体的运动。他们绘制了星象图，有时也将其用于航海，还给星星和星群命名。他们发现，对比那些“位置不动”的星星，有些星星的运行轨迹是不规则的。希腊人将这些游动的星星称为“行星”。中国人在公元前240年观测到了哈雷彗星，1054年观测到了超新星，也就是我们今天所说的蟹状星云。
    智慧宫
    公元8世纪末，阿巴斯王国在新的都城巴格达建立了智慧宫，这是一座宏伟的图书馆，促进了伊斯兰科技的快速发展。当时发明了很多精巧的机械装置，包括利用星位的航海装置——星盘。炼金术空前繁荣，蒸馏等技术纷纷出现。图书馆的学者从希腊和印度收集了所有最重要的书籍，并将之翻译成阿拉伯语。后来，西方国家再次发现了古人的著作，并学习源自印度包括0在内的阿拉伯数字。
    现代科学的诞生
    随着西方国家基督教会与科学真理的对立开始减弱，1543年出现了两本开创性的图书。比利时解剖学家安德烈亚斯维萨留斯的《人体的构造》一书用精致绘图描述了人体解剖。同年，波兰物理学家尼古拉哥白尼撰写了《天体运行论》一书，宣称太阳是宇宙的中心，从而推翻了托勒密一千多年前在亚历山大城提出的地心说。
    1600年，英国医生威廉吉尔伯特撰写了《论磁》一书，解释说罗盘的指针之所以指向北，是因为地球本身就是一块巨大的磁石。他甚至认为，地核是由铁构成的。1623年，另一位英国医生威廉哈维首次指出心脏像泵一样工作，驱动血液在体内循环，从而推翻了可以追溯到1400年前希腊医生盖伦的理论。17世纪60年代，英裔爱尔兰化学家罗伯特玻意耳出版了多本著作，《怀疑派化学家》就是其中一本。他在此书中确定了一种化学元素，这标志着化学的诞生。化学虽然源自神秘的炼金术，但作为一门科学自此与之区分开来。
    1665年，曾做过玻意耳助手的罗伯特胡克出版了史上第一本科学畅销书《显微术》。书中精美的折叠式插图上画有跳蚤、苍蝇眼睛等物体，为人们打开了一个闻所未闻的微观世界。之后，在1687年，一本被很多人视为世上最重要的科学书籍横空出世，那就是牛顿的《自然哲学的数学原理》，通常简称为《原理》。他提出的运动定律和万有引力定律为经典物理学奠定了基础。
    元素、原子和进化论
    18世纪，法国化学家安托万拉瓦锡发现了氧气在燃烧中的作用，推翻了之前的燃素说。随后，很多气体及其特性得到了研究。正是受到大气中气体的启发，英国气象学家约翰道尔顿提出每种元素都由不同的原子组成，并得出了原子量的概念。后来，德国化学家奥古斯特凯库勒建立了分子结构的基础，而俄国发明家德米特里门捷列夫列出了第一个人们广为接受的元素周期表。
    1799年，亚历山德罗伏打在意大利发明了电池，为科学开辟了新的领域。在这些领域，丹麦物理学家汉斯克里斯蒂安奥斯特以及同一时代的英国人迈克尔法拉第发现了新的元素和电磁学，从而发明了电动机。与此同时，人们用经典物理学原理研究大气、星体、光速以及热的本质，最后建立了热力学这门学科。
    研究岩层的地质学家开始重现地球的过去；因为灭绝生物化石的发现，古生物学流行起来；英国一位未受过教育的女孩玛丽安宁成为闻名世界的化石收集者。恐龙的发现激发了人们关于进化的想法，生命起源和生态的新理论也随之出现，其中最著名的当属英国自然学家查尔斯达尔文的进化论。
    不确定性和无限性
    19世纪和20世纪之交，一位名叫阿尔伯特爱因斯坦的德国年轻人提出了相对论，撼动了经典物理学，结束了绝对时空观的时代。新的原子模型出现，人们证明光既是一种粒子，也是一种波。另一位德国人维尔纳海森堡证明了宇宙的不确定性。
    然而，20世纪最受瞩目的却是技术进步促进科学以史无前例的速度向前发展，并且精准度越来越高。更强大的粒子对撞机发现了更为基础的物质组成单元；更强大的望远镜告诉我们宇宙在不断膨胀，且源于大爆炸；黑洞的概念开始根深蒂固；无论暗物质和暗能量为何物，宇宙似乎都被它们所充满。天文学家开始探索新的世界——围绕遥远恒星运动的行星中，或许哪一颗上就有生命存在。英国数学家阿兰图灵提出了图灵机的概念，50年后我们就有了个人计算机、万维网和智能手机。
    生命的奥秘
    在生物学领域，染色体被证明是遗传的基础，DNA的化学结构也被成功解码。仅仅40年之后，人类基因组计划就正式启动，这项计划看起来任重道远，但在计算机的辅助下，进展越来越快。现在，DNA测序基本上已属于一项常规的实验室操作；基因治疗已从希望变为现实；第一只哺乳动物也已成功克隆。
    随着科学家在各种研究成果的基础上不断前进，对真理的探寻也将永不止步。虽然问题似乎永远都多于答案，但未来的发现肯定会继续让人惊叹不已。

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