作者：[美]苏珊·怀斯·鲍尔
出版社：中信出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
极简科学史：人类探索世界和自我的2500年试读：
致谢
感谢茱莉亚·卡泽维茨（Julia Kaziewicz）不知疲倦地解决所有有关授权的问题，同时感谢里奇·古恩（Richie Gunn）为本书插图所作的颇具个人风格的作品。
感谢格雷格·史密斯（Greg Smith）和贾斯廷·摩尔（Justin Moore）审校我的草稿并在谨慎缜密地思考后提出意见（但有些意见我没有采纳，因此书中的任何错误都应归咎于我一人）。
感谢因奎尔德（Inkwellde）的迈克尔·卡莱尔（Michael Carlisle）以及他的得力助理汉纳·施瓦茨（Hannah Schwartz），感谢他们的专业管理。
感谢我的朋友们，他们会耐心地听我谈论自己的新兴趣，尽管有时我的长篇大论超乎他们的想象。他们是：莉兹·巴恩斯（Liz Barnes）、梅尔·摩尔（Mel Moore）和鲍里斯·费时曼（Boris Fishman）。我希望美酒帮你们减轻了痛苦。
最后，如同以往，感谢诺顿出版社的斯塔林·劳伦斯（Starling Lawrence），他谨慎的赞誉比多数人给予我的奉承更有价值。感谢拥有杰出工作能力的瑞安·哈林顿（Ryan Harrington）以及诺顿出版社的其他工作人员，自1999年，他们就一直帮助我完成项目——其中包括（当然还有其他更多的人）弗朗辛·卡斯（Francine Kass）、迈克尔·莱文蒂诺（Michael Levantino）、史蒂芬·金（Stephen King）、唐·瑞弗金（Don Rifkin）、南希·帕尔姆奎斯特（Nancy Palmquist）、尤金伲亚·帕卡丽（Eugenia Pakalik）、果尔达·雷德马赫（Golda Rademacher）、伊丽莎白·赖里（Elizabeth Riley）、诺米·维克多（Nomi Victor）和乔·洛普斯（Joe Lops）。我还要感谢特雷西·维嘉（Tracy Vega）、梅格·舍曼（Meg Sherman）、克里斯汀·基斯（Kristin Keith）以及其他所有诺顿出版社的销售人员。感谢你们所做的一切。序言怎样使用本书
一切知识，一旦人类忘记了它出现的条件、回答的问题以及起到的作用，都会丧失其科学特性。——本杰明·法伦丁（Benjamin Farrington），《希腊科学对我们的意义》（Greek Science: Its Meaning for Us）
本书严格来说不是一部科学史。
至今，已经有许多人写下了大量的（篇幅冗长的）科学史，此类书可谓汗牛充栋：希腊科学研究、文艺复兴科学史、启蒙运动科学史、维多利亚时代科学史、现代科学史、科学与社会、科学与哲学、科学与宗教以及科学与“人”等等。
它们固然都有其价值，但是，一味关注细节似乎导致了科学本质的丧失。对大多数“人”——也就是没有接受过专业科学教育的普通公民——而言，他们仍旧不清楚科学有什么用，或者说，科学是什么。
我们大多数人都是通过新闻报道、交互图片和采访录音获得科学知识的。它们也许会给我们一些模糊且不完整的科学事实，但是，21世纪正在进行的科学之战告诉我们，这些科学事实是不够的。对干细胞、全球变暖的研究以及给小学生提供进化论方面的教育产生影响的决定都是由投票人（或者是他们各自的代表）做出的。而这些人根本不理解生物学家为何认为干细胞很重要，不理解环境科学家是怎样得知地球正在变暖的，不理解宇宙“大爆炸”究竟是什么（它既不“大”，也不是一场“爆炸”。参见本书第27章）。
鉴于此，本书与那些科学史略有不同。本书追溯了伟大科学著述的发展，这些文章和书籍几乎都直接影响或改变了科学研究的轨迹。本书针对的是那些对科学有兴趣、有悟性的外行人。在本书中，科学只是一种单纯的人类追求：它不是通往真理的绝对可靠的指引，而是一种理解世界的方式，这种方式极其私人化，有时会出错，常常会把人引入歧途，但绝大多数情况下还是正确的。
本书是按照时间顺序来呈现这些科学“著述”的，从希波克拉底（Hippocrates）、亚里士多德（Aristotle）和柏拉图（Plato）的古代科学著作到理查德·道金斯（Richard Dawkins）、斯蒂芬·杰伊·古尔德（Stephen Jay Gould）、詹姆斯·格雷克（James Gleick）和沃尔特·阿尔瓦雷茨（Walter Alvarez）的现代科学著作。本书为读者理解这些著作提供了所需的相关历史、传记以及专业知识，并在各章节最后为读者提供了推荐阅读的图书版本。早期的著述不必全文阅读，本书的网站为读者进行了摘录；网站链接可在书中找到。（网站上也提供了许多电子书资源，这些都是20世纪前的书，其中许多已经很难找到了。）
但这并不意味着这份清单囊括了所有的重要科学著述，读者也可能会对我的选择感到不满意。的确，许多值得一读的科学著作并没有出现在我的书单上。（如果你搜索“伟大科学著作”的书单，你会找到几百本书。）这是因为我择取的书不仅要突出科学史上的重要发现，还要揭示我们思考科学的方式。这份书单旨在让人理解科学，不求详尽无遗。
第一部分“发端”讲述了科学的起源。第二部分“方法的诞生”阐述了我们已经习以为常的科学研究方法为何，又是怎样诞生的。本书的余下部分介绍了三个不同领域的主要科学著作：地球科学、生命科学以及宇宙科学。这一安排是作者有意为之的。地质学将指引我们关注现代生物学所研究的那段时期，而对那段时期的研究又会引发我们对整个宇宙的全新思考。
在第三到第五部分，细心的读者可能会发现（“经典”书目择取方面出现了）一个转变：20世纪40年代之后的“经典”书目列出的大多是那些将新理论或新发现公之于众的作品，而不再是那些首次引起科学界对之产生关注的期刊文章和会议报告。因此，要了解地质灾变论，你最好去读沃尔特·阿尔瓦雷茨1997年创作的《雷克斯和末日火山口》（T.rex and the Crater of Doom），而不是阿尔瓦雷茨和其他三位作者于1980年一同撰写的文章《外来之灾——白垩纪和第三纪灭绝》（“Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction”）；要了解宇宙大爆炸，你就要读史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）的畅销书《宇宙最初三分钟》（The First Three Minutes），而非这本书创作之前就发表的（大量的）有关宇宙辐射的科学论文。[1]
第二次世界大战后，科学研究日益专业化。科学家们得到了学术上的认可、同事的支持，他们（偶尔）还会因为对某一问题的细致研究而获得经济奖励，不必非要试图勾勒出整个科学世界。科学理论的形成、发展、支持或反对囿于一个科学小团体之内，他们日益深闭固拒——说的行话令外人难以理解。同样都是生物学方面的“伟大作品”，《双螺旋》（The Double Helix）和《自私的基因》（The Selfish Gene）两本书与威廉·哈维（William Harvey）的《心血运动论》（De motu cordis）的“伟大”之处是不同的；哈维的书不仅能让他的同行了解他的发现，普通民众也能读懂，但是，学术界外的人是读不懂詹姆斯·沃森和理查德·道金斯的原创性论文的。［道金斯的专业论文《寄生虫、必要清单和机体悖论》（“Parasites, Desiderata Lists and the Paradox of the Organism”）的读者就很少。］但是，他们必须使这些作品大众化：通过综合、简化和解释来普及他们的作品。
尽管如此，《双螺旋》、《自私的基因》和《心血运动论》三本书所起的作用是相同的：为我们思考自然世界提供了一个全新的方式。
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大家不必把我所谈到的文献全部读完，而是可以从你感兴趣的著作开始。如果大家对生物学或宇宙论最感兴趣，那么不必一定要读完本书第一、第二部分的所有推荐书目才去读本书第四和第五部分的推荐书目。
但至少要阅读相关章节中对这些书及其观点的介绍。这是因为，即使是今天，柏拉图唯心主义仍旧在影响着那些试图解决生物起源问题的科学家；19世纪查尔斯·赖尔（Charles Lyell）的地质学理论仍旧影响着我们对人类进化的理解；量子理论与弗朗西斯·培根（Francis Bacon）的科学方法仍旧难分高低。
要理解科学，我们就必须理解它的过去。我们必须不断地提问，不仅要问“我们发现了什么”，还要问“我们为什么要做这样的发现”。只有这样，我们才能开始理解为何我们要重视或无视科学知识；只有这样，我们才能分辨哪些承诺是可以通过科学来兑现的，哪些又应该小心谨慎，带着怀疑的态度来对待。
只有这样，我们才能开始理解科学。
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请注意我的措辞：自始至终，我都在交替使用“理论”（theory）和“假设”（hypothesis）这两个词。21世纪的科学家也许会指出“理论”要比“假设”更详尽，或更经得住时间的考验，或有更可靠的数学计算的支持。但二者都表示同一个理论体系，这一理论体系能对证据自圆其说。既然我们不知道“假设”何时会成为“理论”，且不同时代、不同领域的科学家们用这两个词的情况也各不相同，我在此就不过分纠结于区分二者了。
[1] 专业化的形成有多重原因，其中，西方实业家们对可能带来经济效益的科研项目进行巨额投资，以及大学在科学家的培养（和聘用）方面日益凸显其作用，这两者可能是主要原因，但其他因素也不可忽视。这一现象超越了本书的讨论范围，感兴趣的读者可参考约翰·J.比尔（John J.Beer）和W.戴维·路易斯（W.David Lewis）的《论科学专业化》（“Aspects of the Professionalization of Science”）一文，《戴达罗斯》（Daedalus）92，no.4（Fall 1963）： 764–784；或I.伯纳德·柯恩（I.Bernard Cohen）的《科学中的革命》（Revolution in Science，哈佛大学出版社，1985年）第8章。第一部分发端希波克拉底（Hippocrates），《格言集》（Aphorisms，约公元前420年）柏拉图（Plato），《蒂迈欧篇》（Timaeus，约公元前360年）亚里士多德（Aristotle），《物理学》（Physics，约公元前330年）亚里士多德（Aristotle），《动物志》（History of Animals，约公元前330年）阿基米德（Archimedes），《数沙者》（“The Sand-Reckoner”，约公元前250年）卢克莱修（Lucretius），《物性论》（On the Nature of Things，约公元前60年）托勒密（Ptolemy），《天文学大成》（Almagest，约公元150年）尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus），《纲要》（Commentariolus，1514年） 01最早的科学文献用文字解释物质世界的首次尝试
生命短暂，医术长久；危象稍纵即逝；经验危险，诊断不易。——希波克拉底（Hippocrates），《格言集》（Aphorisms，约公元前420年）
希腊医生希波克拉底居住在一个由固体物质和神灵构成的世界中。
他周边的一切都是固体物质。橄榄树灰绿色的叶子，他双脚下的土壤，病人的大脑和膀胱，甚至他喝的酒（他总是饮酒有度），所有的这一切都是绝对的，纯粹的，简单的。它们是如何变成今天这种形态？在未来又将如何变化？这些问题曾久久萦绕在希腊学者的心头。这些物质是由什么组成的？在这些物质表面之下的组成部分又是怎样的错综复杂？又该如何解释它们？但在当时，这些疑问根本就不可能得到解答。
23个世纪后，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）和物理学家利奥波德·因菲尔德（Leopold Infeld）就此希腊困境做出了一个比喻。他们认为，古希腊自然世界的探索者们就像：
某人非常想了解手表的机械结构（机制），他却只能盯着表盘和不停转动的指针，听着手表嘀嘀嗒嗒的声音，因为表盖无论如何也打不开。如果他还算机灵，他可以绘制一幅机芯图，为他所观察到的一切做出解释。但是他……可能永远都不能用真正的机芯与自己绘制出的图纸两相对照。他觉得这样的对照不仅是不可能的，也是毫无意义的。1
于是希腊人不再寻求什么机制，他们要的是神灵。
神灵存在于自然世界的固体物质中，他们在橄榄树林中漫步，在圣殿或神庙里居住。他们始终对人类的一举一动予以关注，对人世间的善恶美丑做出评判，对人类的错误行为予以警示。色诺芬（Xenophon）《会饮篇》（Symposium）中的一个人物曾说：“我一切所作所为都逃不过神灵的眼睛，因为他们知道所有事情将会如何发展，他们给我预兆，也许是通过语言，也许是通过梦境，也许是用其他的征兆来指引我该做什么。”神存在于自然之中，并掌控着一切自然法则。在希波克拉底之前150年时，数学家泰勒斯（Thales）就曾说过“神灵存在于万物之中”：他们不仅存在于万物之中，且无处不在。2
古希腊人曾经研究并试图从哲学的角度来思考神灵的存在和物质世界的属性。他们好奇却不盲从。我们的世界被截然分成了理论和物质两个部分，但他们的世界并不同。在那里，神灵和自然是相交相融的。
在这一点上，古希腊人很像同时代的埃及人。埃及人不仅在天文观测方面堪称精密，他们还创建历法，计算出了尼罗河泛滥的时间。埃及人可以预测出天狼星出现在拂晓前天空（偕日升）的时间，因为他们知道，天狼星升起就意味着洪水要来了。但是，尽管他们能够精确地计算出尼罗河泛滥的时间，这并不妨碍他们相信是冥王奥西里斯神（Osiris）掌管着尼罗河的泛滥。3
另一个例子是，雅典东部的波斯天文学家有了一个新的发现：沙罗周期，即日食和月食出现的规律性周期，约为6585.32天。有了这个发现之后，波斯天文学家就开始追踪日食和月食的出现了。根据算式，他们可以通过数学的方法精确预测出下一次日食的时间，而这就可以为神庙的祭司争取足够的时间，去准备仪式以抵御日食出现时释放的恶灵。（据公元前550年的一份波斯文献记载，抵御措施包括在城门上敲击铜鼓，并大喊“日食！”或“月食！”）4
在古希腊人看来，超自然和自然是并存的。事实上，正是信仰神灵的数学家泰勒斯得出了也许是第一个科学性理论：尽管以固体的形式存在，整个宇宙实际上是由水构成的。尽管泰勒斯关于此理论的著述早已无处可寻，但这一论断在300年之后，由亚里士多德记录在了《形而上学》（Metaphysics）一书中。
泰勒斯……称（组成宇宙的基础物质）是水。（这就可以解释他为何认为大地漂浮在水上。）他之所以能得出这一观点，也许是因为他注意到，滋养万物的东西都是多水的……种子本身也有许多水分；此外，水是大多数物质性质的主要构成。5
然而，这一关于水的论断其实是错误的。但是，泰勒斯做出了我们已知最早的尝试：不仅试着观察宇宙的表壳内部，还去关注其他的东西——那些独立于神灵力量之外的也许会引起手表转动的东西。
泰勒斯在发现宇宙本质的时候试着跳出神灵的角度［生物学家路易斯·沃伯特（Lewis Wolpert）称此为“泰勒斯的飞跃”（Thales’s Leap）］。相似理论可能曾在希腊出现过，且泰勒斯的著述都已经消失了，但泰勒斯的理论是首个被后人记录下名称的理论。“泰勒斯的飞跃”可能是已知最早的科学理论，但是希波克拉底的《文集》（The Corpus）——汇集了60篇医学文稿，这些文稿在对疾病做出解释时并没有将其归咎于神灵——是现存第一部科学书籍。
人们一度认为这一整部文集都出自神秘的希波克拉底一人之手。（希波克拉底是公元前5世纪时的一位医生。他在狭小的希腊科斯岛上长大，科斯岛就在小亚细亚沿岸。）据柏拉图说，希波克拉底给很多有雄心壮志的医生上课，收取学费。现在人们普遍认为，收录了他课程的《文集》是由他的学生和追随者们共同完成的。6
在希波克拉底生活的那个时代有很多祭司医师，他们都是医神埃斯科拉庇俄斯（Aesculapius，康复之神阿波罗之子）的信徒。若想请埃斯科拉庇俄斯把自己的病治好，病人就要到医神庙中的abaton（神庙内神圣的密室）里度过一夜。伤口会在夜里愈合。密室里满是自由爬行的蛇，它们是埃斯科拉庇俄斯神的化身。有时，这些蛇会舔舐病人的伤口，使其愈合；有时，埃斯科拉庇俄斯会托梦告诉病人该接受何种治疗。有时，埃斯科拉庇俄斯会现身，亲自为病人治病。希腊编年史家保萨尼亚斯（Pausanius）曾写道：
赫拉克利亚的高尔吉亚（Gorgias of Heraclea）一叶肺受了箭伤。还不到一年半的时间，伤口流出的脓血就足以盛满67个杯子。他在神庙的密室里睡了一夜。梦中，他仿佛看到了医神取出了留在他肺中的箭的倒刺。早上醒来时，他已经痊愈了。他便拿着取出的倒刺离开了。7
希波克拉底并不质疑埃斯科拉庇俄斯神的存在，但真的是这位神治愈了病人吗？他对此有所怀疑，并试图从现实的世界，这个秩序井然的宇宙中寻找答案。在他看来，疾病并不是由愤怒的神灵带来的，也不是被仁慈的神灵治愈的。即便是癫痫病，这个长期以来都被认为是由恶魔或神灵附身而带来的“神圣”的疾病，也“不再神圣，不再比其他疾病神圣多少了，不过是自然原因导致的而已”。把疾病归咎于神的意志只是无知的表现。希波克拉底尖锐地指出：“把疾病和神联系在一起，这种观点之所以存在，就是因为人们还无法理解疾病。”8
希波克拉底将胃部不适、发烧、癫痫、瘟疫等所有疾病都归咎于人体失衡——四种液体（胆汁、黑胆汁、黏液和血液），即流经人体的“体液”，分泌过多或过少导致的。当这四种液体正常分泌时，人体就是健康的。但是，任何细微的自然因素都会导致体液失衡。希波克拉底认为，风（比如热风会导致人体分泌过多的黏液）和水（饮用污水会导致黑胆汁分泌过多）是导致体液失衡的主要原因。他建议的治疗方法是恢复身体的平衡。通便和放血是常用疗法，以排出多余的体液。草药（芸香、芥末、茴香和大荨麻）也有助于排出多余的体液，激活分泌较少的体液。病人们通常会被送到另一个地方，那里的气候与他们原居住地的完全不同，以远离导致他们机体失衡的风和水。9
与泰勒斯的理论一样，希波克拉底的观点也是错误的。但是在大多数情况下，他的方法都碰巧奏效了。不喝沼泽水和污水真的让人们健康了不少。从人群密集、流行病肆虐的城市搬到一个微风吹拂的海岸城镇也的确能让病人痊愈。营养、清淡的饮食有助于退烧——这可比让病人长途跋涉到最近的医神庙中的abaton，然后与蛇共度难熬的一夜有用多了。
但埃斯科拉庇俄斯神庙并没有因此而立刻失去市场，希波克拉底的治疗方法却也逐渐风靡起来——以至于到18世纪时，医生们仍旧通过通便、放血，以及把病人送到海边的方式来进行治疗。至今仍然有人同意希波克拉底的世界观，比如我。尽管我很清楚感冒是病毒引起的，但当我儿子只穿着T恤和短裤就一头扎进冬天凛冽的晨风中时，我还是忍不住呵斥他：“出门穿外套！要不你会感冒的！”
因此，可以说，《希波克拉底文集》不仅仅是现存最早的科学文献，也是有记载的自然疗法对非自然疗法的第一次胜利。
要了解《希波克拉底文集》相关选段，
请登录http://susanwisebauer.com/story-of-science
希波克拉底《关于空气、水源和地域的研究》（约公元前460—前370年）
19世纪时弗朗西斯·亚当斯（Francis Adams）的译本是首部为讲英语的大众而做的译本。该译本至今仍旧具有很强的可读性，纸质版本和电子书也不难找到。亚当斯翻译的作品包括《关于空气、水源和地域的研究》（On Airs, Waters, and Places）以及希波克拉底的《格言集》、《希波克拉底誓言》（The Oath of Hippocrates）等，这些作品后来被编入《希波克拉底文集》（The Corpus）中。《希波克拉底文集》有以下几个版本：
The Corpus, Kessinger Legacy Reprint (paperback, 2004, ISBN 978- 1419107290).《希波克拉底文集》，辛格遗产重印（平装，2004年，ISBN 978- 1419107290）。
The Corpus, Library of Alexandria (e-book).《希波克拉底文集》，亚历山大图书馆（电子书）。
The Corpus, with foreword by Conrad Fischer, Kaplan Classics of Medicine (e-book and paperback).《希波克拉底文集》，序言由康拉德·菲舍尔撰写，卡普兰医学经典（电子书，平装）。
由亚当斯翻译的《关于空气、水源和地域的研究》在互联网上可以找到。
企鹅经典系列丛书包括了较现代的译本《希波克拉底著作》（Hippocratic Writings），由约翰·查德威克（John Chadwick）和W.N.曼恩（W.N.Mann）合译，导言部分由G.E.R.劳埃德（G.E.R.Lloyd）撰写（平装，1983年，ISBN 978-0140444513）。该版本句子结构比较容易理解，但两个翻译版本极为相似。 02人类所不可及对宇宙全局的首次描绘
万物皆由原子构成……此外并无他物。——普卢塔克（Plutarch），《论德谟克利特》（“On Democritus”）
苏格拉底：人要是稍有一点头脑的话，在开始做每一件事时，不管大小，都先求助于神。——柏拉图（Plato），《蒂迈欧篇》（Timaeus，约公元前360年）
希波克拉底和他的追随者们当时所做的，无疑是科学研究。他们解释自然世界的时候会去寻求自然的因素，他们的诉求更需要研究而非虔诚，知识而非信仰。
即便如此，他们还是缺乏一窥自然界机制的奥秘的能力。
人们从没见过那四种体液，水和风对体液的影响也从来没有得到过证实。对于研究者来说，人体仍然有一个无法看透的表面；尽管古希腊医师可以比较准确地描述出人体构造，但始终无法了解人体内部[1]的运作。因此，希波克拉底和他的追随者们不再试图进一步研究，转而试图通过理性分析加以了解。他们最喜欢的分析方法是：
类比法：眼睛就像灯笼，所以眼睛里一定有火焰。内脏器官就像装满了体液的铜质容器，因此一定要有一个导管系统将它们相连，体液经这个系统由一个器官进入另一个器官。1
这种科学研究法与观察几乎毫不沾边。没有科学的方法，也没有共同的科学术语，并且缺乏对宇宙根本原理的基本共识。古希腊人创造了一套套精致的假想结构，然后细心地将征候填充进去。胃部不适？你内脏器官之间的导管一定是被堵塞了，导致体液在胃部淤积膨胀。
治疗方法：用泻剂清通导管，就像管道工清通堵塞的管道一样。
希波克拉底医派的医生的典型特征是目光短浅，他们的视野囿于人体直接接触的小环境——如今许多医生仍旧如此。但希波克拉底去世几个世纪之后，古希腊思想家开始以相似的方式（在类比法影响下产生的自然主义的方式）谈论和写作“phusis”，即有序的宇宙，整个自然界。“Phusis”，通常简单地译作“自然”，实际上囊括的却比我们现在所考虑的自然界多得多。有序的宇宙包括地球和人类。要研究phusis，既要研究政治，又要研究植物；既要研究灵魂，又要研究恒星。古希腊人的智力王国无边无际，不受拘束；他们对大海和天空的成分的思考与对政治哲学的思考可以完美统一，天衣无缝。2
古希腊思想家们没有细致观察的传统，也没有科学的研究工具，因而无法对某种现象进行剖析，他们只能试图将phusis作为整体来进行解释，从它的起源到它的现状，进行通盘考虑。他们是端坐于家中的时间旅行者，为解释整个宇宙精心编造了一系列故事。一元论者认为宇宙肇始于一种最基本的元素，这是一个东西，它自身就包含了其发生转变的原理。“他们说，这就是那个元素以及所有物质的法则。”很久之后，亚里士多德曾这样描写这些一元论者，“某种元素……万物都从中而来。”最早的一元论者泰勒斯提出这一元素是水；16世纪的两位哲学家阿那克西米尼（Anaximenes）和赫拉克利特（Heraclitus）则分别认为这一元素是气和火；约公元前575年，阿那克西曼德（Anaximander）则提出一种被称为“不确定物”的东西，它自身并无任何特征，但包含了一些彼此独立又完全相反并能产生变化的属性。而多元论者则倾向于认为基础元素有许多种；约公元前460年，恩培多克勒（Empedocles）提出有四种基础元素——土、气、火和水——这一观点得到了其他思想家的广泛认同。3
此外，还有原子论者，其中最有名的是神秘莫测的留基伯（Leucippus）和比他更有名的学生德谟克利特（Democritus），他们二人在公元5世纪的最后25年里都曾任教并著书立说。哲学家辛普利修斯（Simplicius）曾说过：“留基伯……认定那个无限的、永恒运动的元素就是原子。”德谟克利特扩展了他老师的理论，说这些原子“太小了，因此我们无法感知到它们……它们，或者说这些元素……可见、可感知的物质”得以形成。4
事实证明，这一观点大体上是正确的。
原子论者常常得到夸赞，说他们拥有惊人的远见和洞察力。但事实上，他们并不比一元论者和多元论者更有天赋；只不过，像希波克拉底那样，他们碰巧撞上了一部分事实而已。“这些早期的原子论者看似相当超前，”物理学家（诺贝尔奖获得者）史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）说道，“但是（一元论者们）‘错了’，德谟克利特和留基伯的原子理论在某种意义上‘对了’，这种对错之分对我来说并不重要……如果我们不知道如何计算物质的密度、硬度或导电性，即使泰勒斯或德谟克利特告诉我们石头是由水或原子构成的，我们又能在理解自然的路上走多远呢？”5
换句话说，钟表的外壳依旧紧闭；这些早期涉足科学的作家只是在总结一些无法证明的理论而已，而且我们也读不到他们的原稿了，因为这些文章，比如泰勒斯的，早已散佚了。他们的推断只能从他人在很久之后所写的总结或研究文字中找到。塞克斯都·恩披里柯（Sextus Empiricus）在《反对数学家》（Against the Mathematicians）一书中对德谟克利特的思想予以了详细的总结，他生活在德谟克利特600年后；千年之后，辛普利修斯——为数不多的在文章中直接引用留基伯观点的人——才出生。[2]
但是，一元论者、多元论者和原子论者共同迈出了关键性的一步。他们都认同一条原则：Phusis，如同人类疾病一样，是可以依靠物质世界本身来进行解释的。如果说原子论者在其中略处于突出位置，这只是因为德谟克利特要比他的同行们更坚信构成宇宙的仅仅是原子和他所谓的“the empty”（“空”间）——原子在其中快速地四处移动，相互碰撞，偶尔会彼此缠连，随后又碰巧分离。德谟克利特的世界也有神灵，只不过他们也是由原子构成的，也要遵循自然法则；他们不参与造物，最终也会烟消云散。没有事先的计划，没有设计，只有原子在“空”间里不规律地运动。
德谟克利特否认了神灵创造宇宙。他对宇宙存在的解释是唯物主义的；这跟自那之后其他的唯物主义解释一样，都激起了强烈的反对。6
最强烈也最有影响力的反对之声源自德谟克利特两代之后的雅典长寿哲学家柏拉图。柏拉图反驳道，如果没有神灵，道德伦理将万劫不复。如果没有神之起源，国家就会分崩离析。如果不是超自然神灵创造万物，人类的道德就会湮灭。因此，人们也许可以通过感官去理解phusis（自然），但要解释它的起源，一定要涉及神灵。7
所以，在他晚年写的《蒂迈欧篇》中，柏拉图勾勒了他自己认识中的宇宙及其运转方式——这是第一部参照自我意识对宇宙全局进行勾勒的新科学性专著，是已知的提出万物至理（适用于万物的普遍法则）的首次尝试。这是一部杂糅之作，开篇将宇宙发端归于神灵造物主之手——一股神力，一位神秘的巧匠——后来又从宇宙发端转而解释宇宙目前的运转，完全没有提这与神灵有何关系。在他生活的那个时代，人们不可能再把河水的泛滥或月球的运行归因于神灵的意志。然而，宇宙自始至终与神灵无关，或者说宇宙发端并非借助神力，这对柏拉图而言是难以想象的。
环顾这有序的世界，柏拉图看到的是设计和美；他坚信，这些一定是来自有思想的东西，一定来自某种智慧的东西。所以他便开始描绘出一个巨匠造物主（Demiurge，物质世界的创造者，用已有的物质创造了我们今天看到的一切），描绘了无序、不规则的物质形成一个有序的球形宇宙的过程。这个有序的宇宙起初存在于造物主的头脑中，完美无缺；宇宙成形之后，离造物主最初的理想状态有一点差距，形成了一个可见却稍显逊色的复制品，是造物主头脑中最初真实宇宙的一个物化影子而已。
物化的宇宙包括四个基本元素——土和火是最基本的元素，连接二者的纽带则是气和水。人类居住在这个物化的宇宙中，人体在某些方面反映了宇宙的结构（正如水在地球表面循环，血液在人体内循环），人类可以通过自己的感官——触觉、嗅觉、视觉和听觉——来理解这个宇宙。
在这方面，巧匠（造物主）就无从参与了。8
当然，这只是《蒂迈欧篇》中说法的简化版而已。“在柏拉图的所有作品中，《蒂迈欧篇》堪称最晦涩也最令现代读者生厌的一篇了。”本杰明·乔伊特（Benjamin Jowett）在他的经典译作《柏拉图对话集》（Dialogues）的导言开头这样写道。对于《蒂迈欧篇》里的“对话”的复杂性，他并未夸大其词。柏拉图惯用诗歌和哲学作品的语言，要用这种语言去描述一个物化现象非常吃力，因此他的文章极其晦涩，以至于要理解某句话的大意都很困难，更别说是理解整部作品的主旨了。他描述了我们是如何感知与领会的，穿插其中的还有大篇幅的哲学上的思辨（比如说，物有常势，则有定形；物不息演，则不可辨），还阐释了为何宇宙没有双脚而我们却有，此外还讲到了失落的亚特兰蒂斯（Atlantis）文明的故事。《蒂迈欧篇》影响了随后两千多年的西方科学研究。柏拉图在研究宇宙起源时脱离了观察法，在研究万物创造时脱离了对常见现象的解释。他承认感官在研究我们周边世界时的重要作用——而且，如同希波克拉底，他打开了一个不断扩张的空间，在这个空间里，可以进行科学研究而无须依靠超自然因素。
这对于新生的科学领域而言是个很棒的礼物。但是，柏拉图的这一馈赠也伴随着致命的伤害。是的，人类可以通过感官来理解物质世界。但是，由于物质现实不过是理想的一个影子，自然科学也就总是从属于形而上学了。哲学总是试图去理解那个理想中的宇宙，现实的世界是理想宇宙堕落之后的样子。科学则只是通过观察来理解这个堕落的影子本身。所以科学永远都不会引领我们找到真相，它总是要匍匐在哲学的脚下，心甘情愿地接受指正。
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柏拉图《蒂迈欧篇》（约公元前360年）
本杰明·乔伊特19世纪的译本至今仍旧被广泛重印，这一译本清晰易懂，适合现代读者阅读。尽管并不是所有版本的《柏拉图对话集》都收录了这一译本，但这一译本可在以下系列中找到：
The Dialogues of Plato in Four Volumes, vol.2, Charles Scribner’s Sons (e-book, 1892).《柏拉图对话集四卷本》第二卷，查尔斯·斯柯利布纳之子公司（电子书，1892年）。
Dialogues of Plato: Translated into English with Analyses and Introduction, Cambridge University Press (paperback, 2010, ISBN 978-1108012102).《柏拉图对话集：含分析与导言的英译本》，剑桥大学出版社（平装，2010年，ISBN 978-1108012102）。
现代译本有：
Peter Kalkavage, trans., Plato’s Timaeus, Focus Publishing (paperback, 2001, ISBN 978-1585100071).
彼得·卡尔卡瓦格译，《柏拉图的〈蒂迈欧篇〉》，焦点出版社（平装，2001年，ISBN 978-1585100071）。
虽同为希腊人，但希波克拉底时代研究的是物质（水、黏液、泻剂、腹部），而柏拉图时代的希腊人则主要关注抽象事物，这些事物的名字甚至很难用几个词简单翻译出来。柏拉图关注的是存在，而非诊断或处方；他惯用晦涩陈旧的词语；此外，他还特别喜欢玩文字游戏，巧妙地使用笑话和双关语。所以，柏拉图作品的各个译本迥异。以下是乔伊特对《蒂迈欧篇》第一部分某一节的翻译：
造物主为何要创造世界？他很完美，并渴望万物能像他一样（完美）。因此，当他发现这个世界无序混乱时，他使它变得秩序井然了。9
以下是彼得·卡尔卡瓦格对同一节的翻译：
现在我们来聊聊是什么让建筑师建造了这一切。他是如此完美，如此完美的人容不得半点的不完美，因此，像他这样一个没有半点不完美的人，希望万物都能尽量像他一样完美。而这就是关于创生和宇宙的至高无上的原理，任何一个谨慎的人都应该且必须接受它。因为他希望万物都能完美，不得有一丝粗制滥造，神因此把他的力量发挥到极致，接管了一切可见的事物；因为当时宇宙还不安宁，运转不和谐，杂乱无章，神就把这无序的宇宙变得有序了，在他看来，有序比无序要更好。10
卡尔卡瓦格的翻译是字斟句酌的直译，他仔细剖析希腊语的每个表达法的结构，极力避免进行阐释；而乔伊特的译本融翻译与柏拉图的解释于一体，因此也就更容易为非专业人士理解。
如果你想全面了解哲学问题，你就去读卡尔卡瓦格的译作。如果你只想简单地了解柏拉图理想主义的大意，因为你知道随后几千年的科学研究都受到了柏拉图理想主义的影响，你最好去读乔伊特的译作。
[1] 当时，解剖术尚未广泛采用，这很可能是因为古希腊人相信，体面的下葬是通往圆满来世之门。在《希腊理性医学——从阿尔克迈翁时期到亚历山大时期的哲学和医学》（Greek Rational Medicine: Philosophy and Medicine from Alcmaeon to the Alexandrians，Routledge，1993年）一书中（p.184ff），詹姆斯·朗瑞格（James Longrigg）对于古希腊人对待尸体的态度，为我们提供了可资借鉴的概述。
[2] 他们被共同称为“前苏格拉底哲学家”。这是一个误导性的称呼，因为这个说法不仅包括了苏格拉底（约公元前469—前399年）之前的哲学家，也包括了苏格拉底之后的那些反对柏拉图观点的哲学家。 03变化第一个关于进化的理论
改变万物的都是我们可感知的。——亚里士多德（Aristotle），《物理学》第七卷（Physics, Book VII，约公元前330年）
自然界从无生命体时期渐进到生命体时期的过程极其缓慢，以至于它们之间的界限模糊不清。——亚里士多德（Aristotle），《动物志》第八卷（History of Animals，Book VIII）
同老师柏拉图一样，亚里士多德也注意到了周边世界的美与秩序。不同的是，柏拉图将美视为“巧匠”（造物主）从一开始就存在的证据，而亚里士多德则将美视作一个指向标，指向了最终的圆满。
这改变了万物——尤其是改变了变化本身。
在柏拉图看来，变化并不意味着进步，衰败才是。柏拉图眼中的自然世界只不过是“巧匠”原本思维中那个世界的残次复制品，这意味着世界本身就是一件有缺陷的艺术品——这就好比一个完美的剧本，当被搬到舞台上，由真正的演员身着戏服在现实的舞台上演出来的时候，这部戏就难免会出现越来越多的缺陷了。物质世界总是比不上造物主原来想象中的那个，任何改变只会不可避免地把现实世界向着与理想相反的方向越推越远。
但亚里士多德注意到了其他的东西，比如新芽会长成大树，幼崽会长成雄狮，婴儿会长大成人，等等。
首先，他想知道该如何解释这一过程：这些变化是如何发生的？一个实体或一个存在在哪些阶段会出现不止一种形态？是什么促成了变化？又是什么决定了终点？
其次，他还想知道为什么。为什么小猫崽会长成成猫，而一颗种子会变成一朵花？是什么促使它们开始这漫长的转变之路的？为什么小猫不能永远是小猫，而种子不能永远停留在种子那个阶段？
在今天，以上的这些问题似乎是多余的。因为细胞的生长变化已经是常识了，就连幼儿园的课堂上也会教孩子们在潮湿的棉花上让豆子发芽。但天才亚里士多德（尽管他的结论经常是错得离谱）必须要问这些问题。他不因生长和改变是自然进程就简单地接受它们。正因为它们是自然进程，他才想问为什么；正因为它们是自然界循环的一部分，他才想要去理解它们。
这就是科学。
因此，亚里士多德影响最大的那本科学专著《物理学》就是关于变化的。各种意义上的变化包括：幼小的生物成长时发生的自然变化；一个物体从一处移动到另一处时发生的变化；移动后的物体是否还同移动前的那个一样；如何解释这些运动的发生。
柏拉图认为最后一个问题的答案是衰败，而亚里士多德并不认同。他认为，这是因为自然界的一切物体和存在都必须运动，才能改变现状，在未来达到一种更完满的状态。在种子、小猫和婴儿的体内存在着变化的潜质，即“运动的原理”，正是这一因素不断使机体趋于更高的圆满。亚里士多德眼里的自然世界，即他周遭的phusis，并不是一出演砸了的戏剧，它是一部纪录片，不断推进至一个令人满意的结局。
他的这一观点给科学研究带来了巨大的影响。
一方面，只有亚里士多德的观点使实证研究——对物质世界的观察和理解——成为通往真正的、有价值的知识的正确途径。而柏拉图式的观点总是将物质世界置于理想中的世界之下，因而不可避免地贬低科学研究的价值，使其处于一个低等的、二级的位置。［化学家兼历史学家乔治·萨顿（George Sarton）创立了科学史这一学科，他在这一领域成绩斐然，他称《蒂迈欧篇》对后世科学思想的影响是“巨大的，且在本质上是有害的”。］但亚里士多德的哲学观是，科学导向真理。1
此外，只有依据亚里士多德的观点，进化才有可能发生。
柏拉图认为改变就是衰败，运动总是会偏离理想，偏向一个更加低效、更不完美的状态。但在亚里士多德学派的科学观中，自然不可阻挡地日渐趋向一个更完满的结果。
这和我们今天所说的进化并不完全一致。生物进化并没有预先设定的目标，没有整体的设计。而亚里士多德的科学具有目的论性质，即坚信自然的发展是有目的的，朝着完满的方向发展。
目的论表达了对造物主的信仰，这个造物主将世界置于一个确定的、不可避免的道路上。但是亚里士多德不认为自然是造物主设计师的创造。亚里士多德并没有完全背离老师的观点，否认本因的存在；他推测，一切运动之始一定是有一股原始力量，其他的因素都无法带来这些运动，这股原始力量就是那个永恒的推动者。但这个永恒的推动者并不是从外部开始塑造自然界的。它不是陶工，世界也不是黏土。嫩芽长成大树是因为其内部固然就存在的“树性”（treeness）。在亚里士多德看来，目的论并不是一种外部的引导力，而是一种内部潜力。决定自然界最后形态的关键就在其中。
可见，达尔文后来创立的理论的哲学基础在这个时候就已经出现了。
亚里士多德认为世界的运动总是向前的，有目的的（正如德谟克利特和原子论者所认为的那样，它从来都不是随意的），这一观点就是他所谓的scala naturae的基础。Scala naturae，即“自然梯度”：从最简单到最复杂，分等级、渐进连续地排列所有自然有机体。植物在最低端，而人类则接近最顶端。在中世纪哲学家的手里，亚里士多德的“自然梯度”就成了“物种进化链”，即将所有自然元素和生物顺序连接起来的链条。岩石在链条最低端，造物主位于最顶端。2
要在“自然梯度”上找到生命体的位置，自然科学家们就得先了解它们。亚里士多德的其他科学专著，比如他的自然史汇编［《动物志》、《动物之生殖》（Generation of Animals）、《动物之构造》（Parts of Animals）］对生物进行了描述、组织和归类，他在庞大而难以控制的自然界内部发现了那些有目的的变化的法则，并抽象地呈现在《物理学》中。
由于古希腊人没有一套专门的术语，这使得他的这一努力复杂化了。科学的语言尚未建立，要从事科学研究，亚里士多德只能创立一套自己的科学词汇、术语、名称和分类法。于是，他建立了生物分类学：将有机体按照它们共有的特征进行分组的科学。他创立的最重要的分类——有血动物和无血动物——至今仍存在，只不过重新表述为脊椎动物和无脊椎动物。3
但他也给后代的科学造成了许多巨大的错误：自然发生；球状的宇宙是由旋转的晶状甲壳组成的；后天性状（甚至包括了后天的伤痕）的遗传。但是，尽管这些是错的——有些甚至错得离谱——他的理论至少总是以他对自然界变化的观察为基础的。他将“变化”从柏拉图眼中的“尘堆”中解救出来，并上升为自然界的核心法则：一台将驱动科学研究不可阻挡地向前发展的引擎。
阅读《动物志》和《物理学》相关节选，
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亚里士多德（公元前384—前322年）《动物志》
理查德·克雷斯韦尔（Richard Cresswell）19世纪的译本至今仍具可读性，读者可以找到免费的电子书。
Johann Gottlob Schneider, ed., Aristotle’s History of Animals in Ten Books, trans.Richard Cresswell, Henry G.Bohn (e-book, 1862).
约翰·戈特洛布·施耐德主编，《亚里士多德的〈动物志〉十卷本》，译者理查德·克雷斯韦尔和亨利 ·G.博恩（电子书，1862年）。
最好的印刷本是洛布古典丛书（Loeb Classical Library）系列的三卷本，该版本售价较高。
Aristotle and A.L.Peck, Aristotle: History of Animals, Books I–III (Loeb Classical Library no.437), Harvard University Press (hardcover, 1965, ISBN 978-0674994812).
亚里士多德和A.L.派克，《亚里士多德〈动物志〉第一卷到第三卷》（洛布古典丛书系列，第437期），哈佛大学出版社（精装，1965年，ISBN 978-0674994812）。
Aristotle and A.L.Peck, Aristotle: History of Animals, Books IV–VI (Loeb Classical Library no.438), Harvard University Press (hardcover, 1970, ISBN 978-0674994829).
亚里士多德和A.L.派克，《亚里士多德〈动物志〉第四卷到第六卷》（洛布古典丛书系列，第438期），哈佛大学出版社（精装，1970年，ISBN 978-0674994829）。
Aristotle, Allan Gotthelf, and D.M.Balme, Aristotle: History of Animals, Books VII–X (Loeb Classical Library no.439), Harvard University Press (hardcover, 1991, ISBN 978-0674994836).
亚里士多德，艾伦·戈特赫尔夫和D.M.巴姆，《亚里士多德〈动物志〉第七卷到第十卷》（洛布古典丛书系列，第439期），哈佛大学出版社（精装，1991年，ISBN 978-0674994836）。
亚里士多德（公元前384—前322年）《物理学》
R.P.哈迪（R.P.Hardie）和R.K.盖伊（R.K.Gaye）40年致力于将亚里士多德的作品译成标准英语版本（即牛津译本系列），《物理学》译本是其中之一，目前读者可以找到该译本的免费电子书以及重印平装书。
Aristotle, Physics, trans.R.P.Hardie and R.K.Gaye, Clarendon Press (1930, e-book at“The Internet Classics Archive” online, paperback reprint by Digireads, ISBN 978-1420927467).
亚里士多德，《物理学》，译者R.P.哈迪和R.K.盖伊，克拉伦登出版社（1930年，电子书可在“互联网经典藏书”中找到，重印平装书由Digireads出版，ISBN 978-1420927467）。
罗宾·沃德菲尔德（Robin Waterfield）的新译本可读性很强，如果你想阅读《物理学》全部八卷，那么这些译本值得一读。
Aristotle, Physics, trans.Robin Waterfield, Oxford World’s Classics, Oxford University Press (paperback, 1999, ISBN 978-0192835864).
亚里士多德，《物理学》，译者罗宾·沃德菲尔德，牛津世界经典丛书，牛津大学出版社（平装，1999年，ISBN 978-0192835864）。 04沙粒数学首次被用于测量宇宙
大多数人都没有学过数学，他们将会觉得这一切不可思议，但是……对于精通数学的人而言……这一证据只会让他们对此深信不疑。——阿基米德（Archimedes），《数沙者》（“The Sand-Reckoner”，约公元前250年）
直至此时，在科学这一崭新领域中，数学还几乎没发挥过什么作用。古希腊数学沿着独立有时又不免有些曲折的道路发展，这条路始终没有与自然研究有过重要的交叉。
信仰上帝的数学家泰勒斯建立了第一个抽象的、关于宇宙的数学法则，并因此广受赞誉。希腊人并不是唯一懂得几何的古代人——印度河河谷的数学家们早在他们之前就掌握几何知识了——但据记载，我们认为泰勒斯之前的思想家都没能超越具体的几何观测（“任何一条直径都将圆分割成两等份”），而进一步证明这些观点是永远正确的，比如说，上述法则适用于所有圆，而且在宇宙的任何地方都适用。1
泰勒斯之后，几何——这一研究角和线，以及它们构成的图形及其面积的学科——就发展成了希腊数学的根基和主干。算术（数学的一个研究数字的分支）就是从几何学中衍生出来的。数字是用于衡量面积、长度等几何学属性的最重要的工具。然而，衡量结果往往不会单纯用数字来表示，而是用比率。
换句话说，测量一个长方形时，我们通常会这样做：
把长标记为3英寸，宽标记为1.5英寸。但是古希腊的数学家们则会用两边长度之比来表示：
2 : 1
因为长与宽之比恰好等于数字2与数字1之比。
希腊人可以用比率进行加、乘以及大家在算术课上学到的所有运算。因此，数学会探讨到“有理数”。有理数表示的是任何两个整数[1]之间的比率关系。
在泰勒斯之后到柏拉图之前的这段时间里，在数学方面最为活跃的是毕达哥拉斯学派，构成这一学派的人都是毕达哥拉斯（Pythagoras）的追随者；毕达哥拉斯是公元前6世纪的希腊神秘主义者，人们对他的身世一无所知。有关他生前的一些细节全部是通过后世的追随者们才得以流传下来，其中包括扬布里柯（Iamblichus）。扬布里柯生活在毕达哥拉斯之后的800多年，他耗费毕生心血撰写了一部长达10卷的百科全书式的毕达哥拉斯教义。扬布里柯说，毕达哥拉斯的父母都是宙斯的后裔，有谣言说，毕达哥拉斯是阿波罗之子，当毕达哥拉斯的父亲外出时，阿波罗造访了他的母亲。（关于这一点，扬布里柯表示“无法”证实，但是“没人会否认毕达哥拉斯的灵魂是从阿波罗的领地中被送给人类的”。）2
毕达哥拉斯被尊为神灵的喉舌，他的数学法则主要作用并非是充当理解自然世界的工具，而是理解真理本身的一种方法。毕达哥拉斯教导说，数学是通向知识的唯一途径：不借助数字就不可能对事物有真正的理解。数字拥有神谕的力量——尤其是1、2、3和4，它们组合起来可以创造出现存的所有维度。这四个数字之和“10”则是一个神圣的数字，被称为“圣十”（tetractys）。3
毕达哥拉斯学派崇尚素食，滴酒不沾。他们相信灵魂转世；他们进行一项神秘的黑暗仪式；他们的教义称音符间隔揭示了宇宙深奥的真理（很久之后，这一理论被发展成为中世纪的天体和谐说）。但其奥秘教义与真实的、严谨的数学相交织。大多数七年级学生接触到的第一个几何学定理——毕达哥拉斯定理——早就为古代数学家所知（古埃及人肯定也知道），但却是毕达哥拉斯学派首次将这一定理定义为一条普遍定律，一条适用于所有直角三角形的真理。4
这一定理似乎使得毕达哥拉斯学派意识到无理数的存在，显然，这还是有史以来第一次。
后来许多人在书中都把这一发现归功于公元前400年之前的毕达哥拉斯学派哲学家希帕索斯（Hippasus）。希帕索斯在研究三角形时发现，c和a之比是无法用一个个位数来表示的。这两边是不能通约的，因为它们没有公约数。换句话说，我们是不可能通过毕达哥拉斯学派的那种方法用数字来表示它们之间的关系的；比如说，我们不可能说a比c等于1/3或1/4。从几何学中发现了不可通约数，并在随后不久带来了算术方面的相应发现：无理数——无法以整数之比来表示的数。
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