作者：(美)威尔逊,赖君睿
出版社：新华出版社
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给青年科学家的20封信试读：
爱德华·O·威尔逊获得的部分奖项与荣誉
●美国国家科学院成员，1969
●美国国家科学奖章，1976
●《论人的本性》一书获普利策奖，1979
●克拉福德奖，1990，该奖项由瑞典皇家科学院设立，授奖范围是诺贝尔奖没有涵盖的科学领域，因而被视为生态学领域的最高奖项。
●《蚂蚁》（与贝尔特·荷尔多布勒合著）一书获普利策奖，1991
●国际生物学奖，1993
●国家奥杜邦协会奥杜邦奖，1995
●美国《时代》杂志评选的“美国最具影响力25人”，1995
●美国哲学学会颁发的科学杰出成就本杰明·富兰克林奖，1998
●TED奖，2007，奖励每年至多三位以某种方式为地球带来积极影响的个人
浮游性有孔虫，是一种单细胞海洋生物。此图改自加利福尼亚大学戴维斯分校霍华德·J·斯佩罗提供的图片。前言你的选择是正确的亲爱的朋友：
在给研究科学的学生和青年专家授课的五十年里，我非常荣幸能为许多有天赋和志向的青年提出我的一些忠告。因此，我深深地知道，要想在科学领域有所建树，你到底需要了解哪些东西，这实际上也是一种哲学。我希望你能够从下面一系列信件所讲述的思想和故事中受到一点启发。
首先，我强烈建议你坚定自己所选择的道路，并坚持不懈地走下去，因为，这个世界非常需要你。如今，人类正身处科技时代，毫无退路可走。尽管科学知识的增长速度因不同学科而异，但其数量每15—20年基本都会翻一倍。因此，自17世纪以来，科学知识已经增长到了惊人的程度。如同所有毫无限制的指数增长一样，只要给予足够的时间，以十年为单位来看，它几乎是以垂直的方式在迅速增长。与此同时，高科技也在以相当的速度并肩前行。以紧密的共生形式存在的科学和技术遍及我们生活的每一个角落。它们并不会隐藏什么长久的秘密，在任何地方，对任何人都是完全开放的。互联网以及所有其他形式的数字技术设备给交流赋予了全球性和即时性。只需要敲几下键盘，所有有关自然科学和人文科学的出版物便会立刻呈现在你眼前。
为避免让我的这一判断显得有点狂热（尽管我个人认为并非如此，说真的），我将会给大家举一个重大突破的例子，在其中，我有幸发挥了一些作用。这个重大突破发生在分类学，即生物分类，直到现在依然是一个古老而发展缓慢的学科。1735年，与艾萨克·牛顿一起被世人视为18世纪最著名的科学家之一的瑞典博物学家卡尔·林奈（Carl Linnaeus）发起了一个有史以来最大胆的研究项目。他提议找到地球上的每一种植物和动物，并将它们进行分类。1759年，为提高这一过程的效率，他开始为每一个物种取一个双拉丁字的名字，例如，将家犬取名为Canis familiaris，美国红枫取名为Acer rubrum。
林奈完全想不到这个为自己分配的任务到底有多么巨大，甚至会不到10的n次幂（即无论是10,000、100,000还是1000,000）。他猜想，他所研究的植物种类大概只有10,000种左右。他对热带地区物种的丰富程度毫无所知。如今，已为我们人类所知并经过分类的植物物种大概有310,000种，并且预计会达到350,000种。如果算上动物和菌类，那么目前我们所知的物种总数量将超过190万种，并且最终预计会达到1000万种甚至更多。对于细菌这种种类繁多的“黑暗物质”而言，目前已知的仅有大约10,000种（截止到2013年），但这一数量还在不断上升，很可能会在全世界范围内再增加数百万种。因此，就在250年前的林奈那个时代，地球上的大多数生物还不为人知。
不仅专家对生物多样性缺乏了解，普通人更是如此。如果我们对这颗星球所知如此之少，那么我们将如何能够管理它，让它永续存在呢？
直到最近，我们似乎还没有找到解决办法。孜孜不倦的科学家们每年只能发现大约1,8000个新物种。按照这个速度计算，我们需要两个世纪甚至更长的时间才能搞清楚地球上的所有物种，这相当于从林奈开始这项研究到现在这么久。造成这一瓶颈的原因是什么呢？直到最近，这依然是一个技术问题，似乎完全没有解决的方法。就历史原因而言，数量庞大的参考样本和书籍存放在少数几个博物馆中，而这些博物馆位于西欧和北美的少数几座城市。要对分类学进行基本研究，常常需要长途跋涉前往这些城市。唯一的替代办法就是将这些样本和书籍邮寄过去，然而，这种方式往往非常耗时，并且有一定的风险。
进入21世纪之后，生物学家一直在寻找能够在某种程度上解决这一问题的技术。2003年，我曾提出了一种现在回想起来似乎很明显的解决办法：创建在线生命大百科全书，内容包括参考样本的高分辨率数字照片，附带每一个物种的详细信息，并持续更新。这将会是一个向所有人开放的资源，新增条目会由每个种群的“管理”专家进行分门别类，如唇足类、小蠹类及松柏类。这一项目发起于2005年，同时，伴随着国际海洋生物普查计划的进行，它加速了分类学以及那些依赖于精确分类的生物学分支学科的发展。在我写这本书的时候，地球上已经有超过一半的已知物种被纳入其中。只需要敲击一下键盘进入EOL.com，任何人都可以随时随地免费获取这些知识。
生物多样性研究的进展如此之迅速，每一个学科的曲折变化如此令人惊奇，以至于我们无法提前10年预测任何学科日后的科技革新。当然，终会有一天，新发现和累积知识的指数增长必定会达到峰值，然后趋于稳定。不过，这对你来说并不重要。这种革新至少会在21世纪的大部分时间里持续下去，并在这期间使人类社会发生与今天迥异的变化。传统的研究学科将会演变成以现在的标准几乎无法辨认的形式。在这一过程中，它们将会衍生出新的研究领域——基于科学的技术、基于技术的科学以及基于科学和技术的行业等。最终，所有科学都将融合成一个集描述和解释的连续体，基于这些描述和解释，任何受过教育的人都能在原理和规律的指引下畅行无阻。
这一系列信件中对科学以及科学生涯的介绍并未采用传统的形式和腔调，而是想尽量写得个人化一些，意在通过我在研究和教学方面的经历，为你描述一幅在你的科学生涯中将会遇到的一些挑战和收获的真实图景。第一章必经之路1940年动物学勋章。美国童子军《童子军手册》，第4版（1940年）。第1封兴趣第一，训练第二
我认为，在这封信的开头，有必要先向你介绍一下我自己。那么，请跟我一起把时间拨回到1943年夏天吧，当时正值第二次世界大战战火纷飞的年代。那一年，我刚满14岁，而我的家乡——亚拉巴马州的一座小城莫比尔市，大部分被战时造船业的设施和空军基地占据。虽然我曾无数次骑着自行车穿梭于莫比尔市的大街小巷为可能的紧急情况充当信使，但我却对发生在这座城市、这个世界上的重大事件一点兴趣都没有，而是把大量的闲暇时间（在这期间，不需要在学校上课）都花在争取获得足够多的童子军荣誉勋章，以求晋升至美国童子军的最高级别——鹰级。不过，我主要在附近的沼泽和丛林中探索，捕捉一些蚂蚁和蝴蝶。在家的时候，我需要照看我的蛇和黑寡妇蜘蛛。
世界大战意味着很难找到年轻人在普什马塔哈童子军夏令营中担任顾问。所以，在听说我的课外活动之后，招募人员便极力邀请我担任自然课顾问。毫无疑问，我非常期待能有这样一次免费的夏令营经历，而且是做一些自己最想做的事情。然而，当抵达普什马塔哈后才恍然发现，我年纪太小，而且除了蚂蚁和蝴蝶之外，我对其他东西几乎都没有什么准备。当时，我感觉非常紧张。我担心，其他年纪比我略大的童子军会不会嘲笑我给他们展示的东西？于是，我便想到了蛇。大多数人对蛇既害怕，又着迷，而且本能地对蛇感兴趣。这是基因决定的，但当时我并没有认识到这一点。不过墨西哥海湾岸区中南部是北美地区蛇的种类最多的地方，多达40余种。因此，到了之后，我便请其他的露营者帮助我利用木板条箱和纱窗制作一些笼子。然后，我要求所有露营成员在正常作息允许的前提下，跟我一起满夏天地捕蛇。
从那以后，丛林中每天都会传来一些尖叫声：有蛇！有蛇！听到叫声之后，我们便立马冲过去，同时还召集其他人，而我，作为一个头号爱好者，自然也少不了。
如果不是毒蛇，我一般都会直接抓住它，而若是毒蛇，则会先用一根棍子压住蛇的颈部，接着将棍子慢慢向前滚动，直至其头部无法动弹，然后捏住它的颈部并将其提起来。然后，我向围坐成一圈的童子军们讲解，告诉他们这是一条什么蛇，以及我对这个物种仅有的一点点认识（我一般了解甚少，不过他们知道的比我还少）。最后，我们步行回到营地，将蛇放在笼子中关上大约一个星期的时间。我经常会在我们的动物园中做一些简短的演讲，介绍我对当地昆虫和其他动物的最新了解。（我的植物课曾得过零分）对于我和我的小“军队”而言，那个夏天过得非常愉快。
当然，唯一能让我停止这份快乐工作的东西还是蛇。我曾听说，所有的蛇类专家、科学家和业余爱好者都至少被毒蛇咬过一次，而我也不例外。夏天刚过半的时候，有一次，我正在打扫一个装有几条小响尾蛇的笼子，这种蛇有毒但还不至于致命。当时，其中一条蛇盘曲着向我的手靠近，当我意识到时，它已经展开了身体，狠狠地咬在了我的左手食指上。我到营地附近的一个医务室接受急救，由于去得太晚而没有什么效果。因此我被送回了家，休养我肿胀的左手和臂膀。在一个星期之后回到普什马塔哈，我便被夏令营的负责人告知，以后不允许再捕捉毒蛇，而在此之前，我父母也对我说了同样的话。
在那个夏天即将结束的时候，当我们都准备离开时，负责人做了一个人气调查。所有露营者，其中大部分都是捕蛇助手，都认为我是第二受欢迎的，紧随主顾问之后。此时，我找到了我的梦想所在。虽然这个目标在我那年少的心中还不是很明确，但是我想成为一名科学家，一名教授。
上高中的时候，我几乎没怎么听课。不过庆幸的是，由于南亚拉巴马州的教育制度在战时相对宽松，同时老师们的工作也非常繁忙和凌乱，所以我侥幸逃脱了惩罚。在莫比尔市的墨菲高中，有一天非常令人难忘。那天，我徒手捕捉并打死了二十只苍蝇，然后将它们摆在我的课桌上，留给下一节课的同学。结果，第二天，一位相当淡定的年轻女老师，向我表示祝贺，不过从那以后便对我盯得更紧。惭愧的是，这就是我对高中一年级的所有记忆。
过完17岁生日后不久，我便考入了亚拉巴马大学，我是父亲以及母亲的家族中第一个上大学的人。此时，我的注意力已经从蛇和苍蝇转移到了蚂蚁身上。由于已经立志成为一名昆虫学家并尽量在野外工作，我尽量努力得到A。我发现，实现这个目标并不算太困难（现在据说非常困难），完全能吸收学到的所有初级和中级化学与生物知识。
1951年，当我考上哈佛大学博士的时候，我发现这里也同样宽松。在这里，我被认为是田野生物学和昆虫学领域的天才，并获允将在亚拉巴马的快乐时光中落下的普通生物学知识补起来。凭借在南方孩提时代培养起来并贯穿哈佛大学时期的动力，我被聘任为哈佛大学的助理教授。在这所伟大的学府，我收获了60余年的丰硕成果。
我之所以讲述从普什马塔哈到哈佛大学的故事，并不是为了推销我的怪癖（尽管在合适的情况下，它可能存在有利之处）。我并不赞同我在早期正规教育中表现出的随意性。我成长于一个不同的年代，而你则生活在另一个机会更多但要求更高的时代。
相反，我的故事是要告诉你一个在许多成功科学家的职业生涯中都展现出来的重要原则。简单地说就是：兴趣第一，训练第二。用一切办法弄清楚你在科学、技术或其他与科学相关的职业中最想做的事情。坚持不懈地跟从这种兴趣，然后用这方面的知识武装你的头脑。选修一些其他学科，接受科学通识教育，以便你能够在一个让你更加热爱的学科出现时转向它。不过，千万不要仅仅是在这些科学课程中漫不经心地随意穿行，指望着爱好会主动找上门来。或许，有这种可能性，但切不可心怀侥幸。如同你生命中的其他重大选择一样，决策带来的后果影响太大。基于持久兴趣的决定和努力永远都不会让你失望。特洛伊小行星2010TK在过去165年间的重构轨道，从地球轨道之外观测。此图改自素描画。©保罗·维格特，西安大略大学。第2封关于数学
在讲述剩下的故事之前，请容许我先迅速转移到对你的生涯来说既是重要财富又是潜在障碍的一个话题：数学。对于许多想成为科学家的人来说，它就是一个噩梦。我这么说不是要让你烦恼，而是要鼓励和帮助你。在这封信中，我打算让你轻松一点。倘若你已经准备好了——比如说，你已经开始学习微积分和分析几何——如果你喜欢解题，并且你认为对数是在数量级上表达变量的一种简单方式，那么恭喜你。你的能力对我来说是一种安慰。我并不太为你担心，至少现在不会。但是，请牢记：扎实的数学基础并不能，我再重复一次，并不能，保证科学上的成功。在后文中，我会再次告诫这一点，但现在我会集中在这一封信的主题上。事实上，我还有许多话尤其想对数学爱好者说。
另一方面，如果你在数学训练方面有所欠缺，甚至非常欠缺，请淡定。在科学家这个群体里面，你并不孤单，我这里还有一个专门的秘密可以给你打气：现在世界上最成功的科学家中，有许多人的数学能力其实处于半文盲状态。有一个比喻可以很好地解释这句话中的矛盾之处。当精英数学家通常在不断扩大的科学领域从事理论建筑师工作时，剩下的大部分基础和应用科学家都在绘制地形图、镇守边境、修路以及沿途修建高楼大厦。他们定义那些数学有时可以帮助解决的问题，主要通过图像和事实来思考问题，使用数学的情况非常少。
你可能认为我这么说有些武断，但这的确就是我在对想成为科学家的人讲话时用来消除他们对数学的恐惧的习惯。在哈佛大学教生物学的几十年间，我看到一些优秀的本科生因为担心在可能要求必修的数学课中失败，而离开他们本可以从事的科学生涯，甚至放弃选修科学课程。对此，我感到非常悲哀。我为什么要关心这个呢？因为，这种数学恐惧症会导致科学领域丧失不计其数的迫切需要的人才，导致某些科学学科丧失最具创造性的年轻人。这是一种人才大出血，我们需要及时制止。
现在，我要告诉你如何克服你的焦虑。首先你得了解，数学也是一种语言，就像文字语言一样，也有一套自身的语法和逻辑体系。任何智商正常、具有读写初级数学的人在理解数学语言上几乎没有什么困难。
让我给你举一个有关视觉影像和简单数学表述之间相互影响的例子。在此，我要揭示生物学中两个相对先进的学科——群体遗传学和群体生态学——的基础。
让我们看看这样一个有趣的事实。假如你现在有（或曾经有）2位父母，4位祖父母，8位曾祖父母以及16位高祖父母。换句话说，由于每个人都有2位父母，那么你的直系祖先数量每一代都会翻番。x用数学来表述就是：N=2。参数N等于一个人的祖先的数量x代人的代数（按逆时间轴顺序）之积。那么10代之前，你有多少位祖先呢？x10我们无须依次写出每一代，只需要使用N=2=2，或者写成另一种形10式，即2=N。所以，答案便是：当x=10代时，N=1,024位祖先。现在，将时间轴改为顺时间，计算从现在往后10代，你将会有多少位后人。计算后人数量的时候，情况变得更加复杂，因为我们根本不知道我们会生几个孩子，不过，为了表明基本思路，我们可以按照数学家常用的方法，规定每对夫妻将会有2个健在的孩子，且相邻两代之间的时代长度是恒定的。（一对夫妻平均生2个孩子与美国现在的实际情况相差不大，实际情况接近2.1，或每100对夫妻有21个孩子，这是维持恒定的本地出生人口数量所必需的。）那么，10代以后，你将会有1,024位后人。
我们如何理解这一点呢？首先，这是一幅有关一个人基因起源和命运的简单画面。事实上，有性生殖将决定每个人特点的基因组合打乱，然后将其中一半与另外一个人的基因重新组合，从而形成下一代。经过数代之后，每位父母的基因组合都将被溶解在整个群体的基因池中。假设你有一位参加过美国独立战争的杰出祖先，在此期间，你有大约250位其他直系祖先生活着，其中可能包括一个、两个或三个盗马贼。（我的8位高祖父母中，有1位是南北战争时期的南部邦联老兵，虽然不完全是一个盗马贼，但他是狡猾得出了名的马贩子。）
数学家们喜欢将指数增长测量从一代到下一代的跳跃计数运用到更加普遍的状态，从而适用于特定时刻（小时、分钟甚至更短的间隔）的庞大种群数量。利用微积分可以实现这一目的，以dN/dt=rN的形式表示种群增长。根据这个公式，在任何一段非常短的时间（dt）内，种群都会增长一定的数量（dN），那么增长率等于微分（dN/dt）。就指数增长而言，种群中的瞬时个体数量N乘以r，其中r是一个取决于种群性质与其生活环境的常数。
你可以选择你感兴趣的任何N和r值，然后利用这两个参数运算任意时间。如果微分dN/dt大于0且在理论上允许种群（比如，细菌、老鼠或人类种群）以相同的速度无限增长，那么在区区数年之后，该种群的重量将会比地球、太阳系还大，最终还将超过目前已知的整个宇宙。
利用从数学角度来说正确的理论，可以很轻易地得出奇妙的结论。有大量符合现实情况并能产生事实影响的模型，它们能将我们带进一种全新的思考方式。以下这个著名的模型就是从我刚才所描述的指数增长中总结出来的。假设有一个池塘，在里面放进一片睡莲叶子。这第一片叶子翻倍变成两片，然后每一片又翻倍。在30天之后，整个池塘都会布满睡莲叶片，到那时这些叶子便无法再翻倍了。池塘是在什么时候达到半满的呢？答案是第29天。这种依据常识思维就能得出明显结论的初级数学题是强调种群数量过度增长的方式之一。在两个世纪的时间里，全球人口数量每隔几代便会翻一番。大多数人口统计学家和经济学家都一致认为，人口数量如果超过100亿，那么这个星球将很难持续下去。现在，我们刚刚突破70亿大关。那么，地球是什么时候达到半满的呢？专家的答案是，几十年前。人类正在向人口极限接近。
你在数学半文盲状态中等待的时间越久，就越难以掌握数学语言，与在文字语言中的情况一样。不过，在任何年龄都还来得及。在这一点上，我有权威的发言权，因为我自己就是一个极端的例子。由于大学之前的时光都是在条件比较差的南方学校度过的，所以我直到在亚拉巴马大学读大一的时候才开始学习代数。我上学的时候正值大萧条末期，所以学校并没有开设代数这门课。直到32岁在哈佛大学被授予终身教授荣誉时，我才有时间学习微积分。当时，与年纪只有我一半多点的本科生坐在同一个教室，我感到浑身不自在。其中有些学生还在修我当时教的进化生物学课程。我放下自尊心，老老实实地学习微积分。
必须承认，在恶补这些课程的时候，我最多也只拿到过C，不过，当我发现获得超强的数学能力如同掌握一门流利的外语时，我获得了些许安慰。如果更加用功，上更多课来与以那种语言为母语的人交谈，我就可以把那种语言说得很流利。但是，由于身负大量的实地和实验室研究任务，我的数学进步非常有限。
数学上真正的天赋很可能部分来自遗传。也就是说，一个群体内能力上的差异在一定程度上是由于该群体成员之间的基因差异造成的，而不是完全仅仅取决于他们所成长的环境。对于遗传差异，你和我都无能为力，但是可以通过教育和练习来提高我们的能力，从而在很大程度上降低因环境因素造成的差异。数学的方便之处在于，我们可以通过自学的方式来提升数学能力。
说了这么多，我觉得应该再说得深入一点，解释一下如何才能达到你希望达到的数学上的熟练程度。勤加练习可以让基本运算（例如，“如果y=x+2，那么x=y-2”）在我们的记忆中毫不费力地被检索到，这与学习词汇和短语的道理很像（例如，“在记忆中毫不费力地检索到”这句短语）。那么，按照动词短语几乎毫无意识地被放在一起构成句子，句子构成段落的方式，数学运算也可以以更加复杂的顺序和结构放在一起。当然，里面还涉及很多数学推理。例如，定理的假设和证明、数列探索以及发明新的几何模式等。然而，即使缺乏学习这些高等纯数学的经历，也可以把数学家的语言学得足够好，能看明白科学刊物上的大部分数学表达。
只有少数几个学科需要特别优秀的数学水平，我能想到的有粒子物理学、天体物理学以及信息理论。然后，在其他的科学学科及其应用中，更重要的是形成概念的能力。在这个过程中，研究者凭直觉以视觉影像的方式想象出图像和过程。我们每个人或多或少都有这样的经历。
在你的脑海里，把自己想象成18世纪伟大的物理学家艾萨克·牛顿。想象一个物体从空间里面落下。（传说中，从树上掉落到地上的苹果吸引住了他的目光）将它放在高处，像从飞机上坠落的包裹一样。物体加速至大约120英里/小时，然后保持此速度直至落到地面。你如何解释此物体为何加速至终极速度但没有超过终极速度？利用牛顿的运动定律可以解释这一问题，加上还存在空气压力，类似于驱动帆船的空气压力。
你还需要当一会儿牛顿。像他一样注意观察，穿过曲面玻璃的光有时候会产生彩色的彩虹，而且颜色顺序始终是红黄绿蓝紫。牛顿认为，白光实际上就是彩色光线的一种混合体。通过三棱镜将同一组光线反向折射之后，这些彩色光线又合成了白光，从而证明了他的想法。根据其他的试验和数学计算，科学家后来才明白，颜色的本质其实是波长不同的光线。我们肉眼可以看见的波长最长的光线形成了红光的视觉，波长最短的形成了蓝光的视觉。
你可能早已知道这些。无论你是否知道，让我们接着讲达尔文。19世纪30年代，那时他还年轻，就搭乘一艘英国政府船舶“HMS小猎犬号”，沿着南美洲海岸进行了历时五年的航行。他利用这段长时间的旅行广泛而深入地探索和思考了整个自然世界。例如，他发现了许多化石，其中有些是已经灭绝的大型动物的化石，这些大型动物类似于马、老虎、犀牛等现代物种，不过在许多重要方面与这些现代物种有很大的差异。难道它们就是圣经中所说的未被诺亚方舟挽救成功而被洪水吞没的受害者吗？但是，这不可能，达尔文肯定认识到了这一点，因为诺亚方舟挽救了所有动物。显然，南美洲的物种不在其中。
当这位年轻的博物学家在大陆上四处探索的时候，他注意到了一些其他的东西：在一个地方发现的某些鸟类和其他动物被另一个地方非常相似但又截然不同的种类取代了。他肯定想过，这里到底发生了什么？现在，我们都知道这就是进化的结果，但是这位年轻人当时还不知道答案。在他的家乡英格兰，任何公然与《圣经》相悖的观点都会被视为异端邪说，而且达尔文还在剑桥大学参加过牧师培训。
当他最终接受进化论之后，在返程的旅途中，他很快便开始为进化的原因而冥思苦想。这难道是神的旨意？不太可能。难道如同法国动物学家让·巴蒂斯特·拉马克（JeanBaptiste Lamarck）早前所提出的那样，是环境直接造成了变异遗传？其他人早已抛弃了这一理论。是不是因为生物体遗传中存在固有渐进变异，它们从一代到下一代的遗传中显现出来了？这个非常难以想象，而且无论如何，达尔文很快想到了另外一个过程——自然选择。在此过程中，一个物种内的变种——寿命更长、繁殖能力更强或两者兼具的变种，会取代同一个物种中进化不太成功的其他变种。
当达尔文在乡村的家附近散步时，坐在马车中时，或在一种重要情况下，坐在自家花园中目不转睛地盯着蚂蚁窝时，这种想法以及支撑这一想法的逻辑一点一点地浮现在达尔文脑海当中。他后来承认，如果他无法解释没有生育能力的工蚁是如何将其身体构造和习性传递给后代的，那么他可能不得不放弃他的进化论。于是，他设想出了以下这种方法：工蚁通过蚁后遗传自己的特征；工蚁具有与蚁后相同的遗传特征，只不过生活在另一个单调的环境中。有一天，当他正在冥思苦想时，一位女佣看到他在花园里面对着蚂蚁窝发呆，于是说道（据说），“达尔文先生竟然不知道如何打发时间，真是可惜，就像萨克雷先生一样。”她说的萨克雷先生是住在附近的一位著名的著作颇丰的小说家。
我们每个人都会或多或少地像科学家一样偶尔做做无边无际的想象。让思维发散开，然后加以整理，那么想象就是所有创造性思考的源泉。牛顿想象过，达尔文也想象过，你也需要想象。想象最初是模糊的，它们可能不断变换着形式，若隐若现。当在纸上将它们勾勒出来时，它们会变得清晰一些。当找到真实的例子时，它们便鲜活起来。
科学先驱们极少通过从纯数学中获得灵感而有所发现。那些显示科学家们正对着黑板上写着的一行行公式而冥思苦想的刻板图片，实际上大多是老师们在讲解已有的发现。真正的进展来自现场做笔记、堆满草稿的办公室、在走道上向朋友努力解释什么、在独自用餐的午餐时间或在花园中漫步时。一瞬间的灵感需要辛勤的汗水和专注。曾经，一位杰出的学者告诉我，真正的科学家能在和他的另一半谈论另一件事情时，思考一个问题。
当世界的某个部分因其本身而被研究时，科学思想最容易出现。它们来源于对已知事物的充分和清晰的认识，或者可以从零碎的存在范围内的真实存在和过程中想象到。当我们遇到新鲜事物时，后续步骤往往需要使用数学和统计方法来推进其分析过程。如果这一步在技术上证明对于发现者来说太困难，那么可以增加数学家或统计学家来参与协作。作为一名曾与一些数学家和统计学家共同发表过许多论文的学者，我可以自信地提出以下原则，让我们称之为“原则一”：
科学家从数学家和统计学家那里获得所需要的协作，比数学家和统计学家发现科学家能够利用他们的方程要容易得多。
例如，20世纪70年代末，当我和数学理论家乔治·奥斯特（George Oster）坐在一起研究社会性昆虫的等级原则和劳动分工时，我告诉他一些我在大自然和实验室中发现的细节。然后，奥斯特便运用从他的丰富的工具箱中找出的方法来建立关于摆在他面前的这个真实世界的定理和假设。倘若没有我给他的这些信息，奥斯特可能会发展出一种抽象的、涵盖宇宙中所有可能的等级排列和劳动分工的通用理论，但是这样一来便无法推导出在这些数不胜数的选项中哪些在这个世界上真实存在。
观察与数学的作用的这种不平衡在生物学中尤其显著。在生物学中，真实生活中的现象中的因素常常要么被误解，要么没有首先被注意到。理论生物学年鉴中遍布可以被放心忽略或者经测试无用的数学模型，可能只有不超过10%的模型具备一定的持久价值。只有那些与关于现实生命系统的知识紧密相关的模型才有可能被利用到。
如果你的数学能力比较差，那么请想办法提高它吧，但同时你得明白，你可以利用自己拥有的一切完成出色的工作。对于那些主要依赖收集积累数据的领域，比如分类学、生态学、生态地理学、地质学以及考古学，尤为如此。与此同时，如果你想专攻那些需要在实验和量化分析之间来回忙碌的领域，请先慎重考虑一下。这些领域包括物理学和化学的大部分，以及一些分子生物学专业。慢慢学习一些能提高你数学素养的基本知识，但是，如果你任由你的数学能力依然这么差下去，那么还是请到其他的科学领域去找乐子吧。相反，如果忙碌和数学分析能给你带来快乐，而收集积累数据这件事本身无法让你快乐，那么请远离分类学以及其他刚刚列出的那些更具描述性的学科。
例如，牛顿为了将自己的设想更加具体化，发明了微积分。达尔文自己承认，他几乎不懂数学，但却可以利用自己积累的大量信息构思出一种过程，而后来数学被运用到这一过程当中。对于你来说，非常重要的一步是寻找到一门与你的数学水平相匹配并让你充满兴趣的学科，然后集中精力去研究它。在这个过程中，请记住“原则二”：
对于每一位科学家，无论是研究者、技术专家还是教师，无论他们的数学能力高低，始终存在一门凭借他们自身数学水平就足以取得卓越成就的学科。当气体和恒星落入黑洞时，便形成相对论性喷流。此图为效果图，改自空间望远镜研究所丹纳·巴里的油画。第3封必经之路
写这封信的目的是帮助你在同伴当中找到自己的方向。
当我十六岁读高四的时候，我便决定是时候该选择一群动物，以便在即将来临的夏天进入大学之后开始专心研究。我想到了长足蝇科中的尖翅苍蝇。在阳光的照耀下，其微小的身体就像跳动的宝石。不过，我找不到研究它们的合适设备和文献，因此便把目光转到了蚂蚁身上。所幸的是，这是一个非常正确的选择。
踏入位于塔斯卡卢萨的亚拉巴马大学时，带着我准备已久且得到认可的新手蚂蚁收藏，我到生物学系报到，开始了我大学一年级的研究。或许是因为我的天真，抑或他们认为我有从事学术的潜质，抑或两者都有，生物学系欢迎我的加入并为我提供了一台台式显微镜和一间个人实验室。他们提供的这种支持，再加上早年在普什马塔哈童子军夏令营中担任自然课顾问的成功经历，极大地鼓舞了我，使我越发相信自己选择了正确的学科和正确的大学。
然而，我的好运完全是一个特例。首先，我选择了蚂蚁作为研究对象。这些微小的六足勇士是所有昆虫中数量最为庞大的，它们在全世界陆地环境中发挥了举足轻重的作用。对于科学来说同样重要的是，与白蚁和蜜蜂一样，蚂蚁在所有动物中具有最先进的社会体系。然而，令人意想不到的是，在我刚刚踏入大学之时，全世界仅仅只有十几位科学家在专职从事蚂蚁研究。我在淘金热潮开始到来之前就找到了金子。自那以后我开始的几乎每一个研究项目，无论多么简单（其实它们都很简单），最后都产生了可以在科学期刊上发表的成果。
那么，我的这个案例对你有什么意义呢？意义非常重大。我相信，其他经验丰富的科学家会同意我这种想法，即当你还在选择进行原创性研究的知识领域时，比较明智的做法是选择一个比较冷门的领域，通过比较各个领域中学生和学者的数量孰多孰少来判断机会大小。这并不是否认广泛涉猎这一基本要求，也并非否认拜师学艺与高质量研究项目的价值所在。而且，这还有助于你在科学领域认识一些年龄相仿的朋友和同行，彼此之间可以互相支持。
不过，尽管如此，我建议你寻找一个具有开创性的机会，找到一个属于你自己的研究科目。按照每个研究者每年所做出的发现成果来计算，只有在这样的领域，才可能出现最快的进展。在这种情况下，你才具有成为先驱者的最佳机会，而且随着时间的推移，也最有可能获得越来越大的自由来设置你自己的研究进程。
如果某个学科已经是一个热门学科，身负迷人的光环，其研究者是获得大笔研究经费的获奖者，那么请远离它。学会聆听这个当前热门学科的消息，了解这个学科变得如此突出的过程和原因，但是，你在制定自己的长期计划时要明白，这里已经是人才拥挤。你将会是一个菜鸟，一个身处一群荣誉满身的军士长和将军中的小士兵。所以，还是选择一个你感兴趣而且有前途的学科吧。在这里，已有的专家之间不存在激烈的竞争，获奖者和学会会员比较少（如果有的话），并且研究年鉴也不会充斥太多的数据和数学模型。刚开始的时候，你或许会感到孤单和不安，但是，所有其他事情都是如此。只有在这里，你才会有出人头地、体验发现带来的快感的最佳机会。
或许，你已经听说过将军队召集到战场的军事法则：“迎着枪声向前冲”。而在科学领域，正好相反，正如“原则三”所说：
远离充满枪声的地方，站在远处静静地观察战阵。当你加入其中，要考虑建立自己的阵地。
一旦你选定了自己感兴趣的学科，而且为成为一名世界级专家而足够努力地进行研究工作，那么，你成功的可能性便会大大提高。这个目标并非看起来那么困难，即使对于一个研究生来说也是如此。这并不是痴人说梦。在科学领域有成千上万个学科，从物理学到化学，从生物学到社会科学，在这些学科中，在短时间内获得权威地位还是有可能的。如果此学科仍然比较冷门，那么通过勤奋和努力，你甚至可以在年轻的时候树立自己的世界权威地位。社会需要这种专业水平，并且会给那些愿意获得它的人以回报。
已有的信息以及你将亲身发现的事物刚开始可能很少，并且难以与其他知识体系联系起来。如果情况的确如此，那么非常好。通往科学前沿的道路为何总是那么艰难呢？答案可以在“原则四”中找到：
在科学发现的探索过程中，每一个问题都是一个机会。问题越困难，其解决办法可能越重要。
这个指导原则所蕴含的真实性可以在一些极端的案例中清楚地看到。人类基因组测序、在火星上寻找生命以及发现希格斯玻色子分别对医学、生物学以及物理学具有深远意义。每一项发现都需要成百上千人的努力，花费数十亿的资金，但是所有这些人力和财力都是值得的。然而，从一个小得多的范围来看，在那些不太先进的领域和学科中，一个研究小组，甚至就一个研究员，只要努力，便可以以相对较低的成本设计出一个重要的实验。
这使我想到了发现科学问题以及做出发现的方式。科学家和数学家们都会遵循两种途径中的一种。首先，在研究初期，先是明确一个问题，然后是寻求解决方案。问题或许相对较小（例如，尼罗鳄的平均寿命是多少？）或者较大（例如，宇宙中的暗物质有什么作用？）。当一个答案浮现出来时，其他的现象通常也被发现了，同时也会提出新的问题。第二种策略是，广泛地研究一个学科，同时寻找其中任何此前未知甚至未曾想象到的现象。原创科学研究的这两种策略可以表述为“原则五”：
对于某一科学学科中的每一个问题，都存在一个通往解决方案的理想物种或其他实体或现象。（例如：海兔这种软体动物被证明是用于研究记忆的细胞基础的理想对象。）
相反，对于每种物种或其他实体或现象，在寻找真正合适的解决方案过程中也存在重要的问题。（例如：蝙蝠对于声呐的发现起到了逻辑指导作用。）
显然，这两种策略都可以同时或者依次遵循，但总的来说，使用第一种策略的科学家都是天生的问题解决者。从兴趣和天赋上来说，他们倾向于选择一种特殊的生物体，或化合物，或基本粒子，或物理过程，从本质上解答关于其特性和作用的问题。这就是物理学和分子生物学领域的主流研究活动。
下面这个例子是关于第一种策略的一个虚构场景，但是我保证，它与实验室中的真实情况非常接近：
想象在实验室中，有这么一群穿白大褂的男女研究人员，在午后不久，比如，观察数字监视器上的读数。那天早晨，在设置这个实验之前，他们在附近的一个会议室中讨论问题，并不时轮流在黑板上写上自己的论点。在经过茶歇、午餐以及一番玩笑之后，他们决定做实验。如果读数中的数据与预期的一样，那将非常有趣。团队领导会说：“这正是我们正在苦苦寻找的东西。”而结果确实如此！研究的课题是一种新的激素在哺乳动物体内的作用。团队领导说：“让我们喝点香槟庆祝一下吧。今晚我们去一家好点的餐馆聚餐，并且探讨一下接下来的事情。”
在生物学中，第一个以问题为导向的策略（对于每一个问题而言，一个理想生物体）已经使重点放在了许多“模式物种”上。当你研究遗传的分子基础时，你将会从寄生于人体肠道上的一种细菌——大肠杆菌（完整学名是“大肠埃希氏菌”）身上学习到很多知识。对于神经系统中的细胞组织而言，你将会从秀丽隐杆线虫身上找到灵感。对遗传学和胚胎发育来说，你将会了解果蝇科中的果蝇。当然，这也是理所当然的。建议你能精通一个专业，而不是做一个万金油。
仍然需要牢记的是，在接下来的几十年里，在接近两百万物种中，至多只有大约几百种模式物种会被科学家仅仅以简单的判断和拉丁名所知。尽管如此众多的生物会拥有在模式物种中发现的大多数相同的基本过程，但是它们却更进一步展示了一系列的解剖学、生理学以及行为学特征。你在大脑里面首先想象一下天花病毒，然后想一想你对它了解有多少。然后，依次在变形虫、枫树、蓝鲸、黑脉金斑蝶、虎鲸以及人类上执行这一过程。需要指出的是，这里每个物种本身就是一个世界，在生态系统都有独一无二的生物学特征和地位，尤其是，它们还有长达成千上万年的悠久进化史。
当某个生物学家研究一群物种时，比如说，从只有3个现存种类的大象到多达14000个种类的蚂蚁，他的研究目的通常是尽量了解覆盖广泛生物现象的一切知识。大多数以这种方式工作并遵循第二种研究策略的学者被确切地称为“博物学家”。他们热爱自己所研究的生物体，享受在自然条件下进行野外研究所带来的快乐。他们会正确地告诉你，即使是那些人们最初发现最没有吸引力的物种，例如，黏液菌、屎壳郎、蜘蛛以及响尾蛇等，都存在无限的神秘和美丽之处。他们的乐趣在于发现新鲜事物，越出人意料越好。他们就是生态学家、分类学家以及生物地理学家。下面是一个我个人亲身经历过多次的场景：
设想有两名生态学家在雨林中探险，身负沉重的采集装备，营地配有在线野外指南，家里的实验室还有DNA分析装置。突然，其中一个人指着一个躲在棕榈叶下面的体型娇小、形状怪异、颜色鲜艳的动物喊道：“我的上帝，那是什么啊？”他的同伴回答说：“我认为这是一只杂交青蛙。”“不，不是，等等，我还从没见过这种青蛙呢，它肯定是一个新物种。
到底是什么呢？听着，靠近点，当心点，不要让它给跑了。好的，抓到它了！我们还不能把它制成标本，它说不定是一个濒危物种呢。让我们把它活着带回到营地，然后在生命百科网站上查一下。我知道，康奈尔大学有个人非常了解这种两栖动物。我们可以让他看看。不过，我们首先得寻找更多这种动物，尽量获得我们能获得的所有信息。这两个人返回到营地之后便开始查找资料。他们有了惊人的发现。这个青蛙看上去像一个新的属，与之前所知的任何其他属都没有关系。令人不敢相信的是，他们两位将这一发现发布到互联网上，让全世界所有专家都能知道。
在科学生涯中，在你面前有很多条路可走。你的选择或许会将你带到我所描述的其中一个场景当中，或者不会。与任何真爱一样，你所选择的领域是你的兴趣所在，它会激发你的热情，并且一定会在一辈子的追求中带给你快乐。第二章创造性过程31岁时的查尔斯·达尔文。改自乔治·瑞奇蒙（George Richmond）的油画。第4封什么是科学？
解释宇宙万物并给予人类力量的被称作“科学”的这项宏伟事业到底是什么呢？答案是：科学是反映现实世界、我们身边的一切事物以及我们自身的系统性的、可检验的知识体系，它与神话和迷信中为人们坚持的不断变化的信念截然不同。科学是一系列逐渐成为受教育者习惯的身体和精神行为的结合，是一种探究的文化，是迄今为止我们设想出来致力于获取事实性知识的最有效方式。
在科学研究中，你会经常听到“事实”、“假设”以及“理论”这几个常用词。当与经验分离而以抽象的概念表达出来时，它们很容易被误解和误用。只有在其他人以及不久以后的你所进行的研究的档案中，这些词的含义才会变得清晰可见。
我给你举一个我自己的例子来解释我想要表达的意思。刚开始，我做了一个简单的观察：蚂蚁会将死去的同伴从巢穴中清除掉。有些种类的蚂蚁会把这些尸体随意丢弃在外，而有些种类则将它们放置在可以被称为“墓地”的垃圾堆中。在这个行为中，我观察到了非常简单但又非常有趣的问题：蚂蚁是如何知道同伴死了的呢？我认为，这种认知显然不是靠眼睛，因为蚂蚁甚至可以在一片漆黑的地下巢穴中识别尸体。而且，当一只蚂蚁身体很鲜活并位于亮处时，甚至四脚朝天躺在地上时，其他蚂蚁都会视而不见。仅当经过一天或两天的腐烂之后，其他蚂蚁才会认为它是尸体。我当时猜想（做了一个假设），送葬的蚂蚁应该是通过腐烂的气味来确认死活。我进一步猜想，有可能是（第二个假设）只有从尸体中散发出的少数物质才能触发蚂蚁的反应。第二个假设的灵感其实是一条已经被证明的进化原则：脑袋小小的动物——地球上绝大多数动物都是如此——都会利用一系列其能够获得的最简单的信号来指导它们的生活。尸体能提供几十上百种化学信号供它们选择。人类可以区分这些成分，但对于脑袋大小只有人类百万分之一的蚂蚁来说，它们没法做到这一点。
因此，如果这两个假设成立，那么哪一种物种可能会触发送葬者的反应呢？是所有的，一部分，还是根本就没有？我从化学品供应商那里获得了各种腐烂物质的纯净合成样本，包括粪臭素、粪便精华、三甲胺、腐烂鱼身上的主要气味以及在死亡昆虫身上找到的各种脂肪酸和酯类。结果，我的实验室一度充满了停尸房和下水道的味道。我在用纸制作而成的假蚂蚁尸体上放了一点样本，然后将其放到蚁群当中。经过多次尝试和失误之后，我最终发现，是油酸和一种油酸盐触发了蚂蚁的反应，而其他物质则要么被忽略了，要么起到了警报作用。
为了用另一种方式来重复这个试验（不可否认的是，这样做的另外一个目的是出于消遣），我在活工蚁身上涂抹了微量的油酸。它们会变成活死蚁吗？果不其然，它们立马变成了僵尸，至少从广义定义来说是这样的。尽管它们的腿还在动，却还是被巢穴中的同伴们抬起来运送到墓地，丢弃在那里。当它们后来将自己清理干净之后，又被允许重新加入蚁群。
于是，我有了一种新的想法：所有以腐食为食的昆虫，如绿头苍蝇和圣甲虫，都会根据气味找到死亡的动物或粪便。而且，它们利用微量的腐烂化学物质做到这一点。这样的一个归纳，经过广泛的运用，借助一些起码的分散的事实和一点逻辑推理作为支撑，就成为了一种理论。还需要对其他物种进行更多试验才能满怀信心地将理论转变为事实。
那么，从最广泛的角度来说，什么是科学方法呢？科学方法是以发现现象为开端的，例如神秘的蚂蚁行为，或此前未知的有机化合物类别，或新发现的植物种类，抑或大海深处的神奇水流。科学家会问：这种现象的本质是什么？它的成因、起源以及后果是什么？这每一个疑问都提出了一个科学范畴内的问题。那么，科学家是如何找到答案的呢？线索始终存在，然后顺着这些线索很快便形成了一些有关答案的观点。这些观点，或者通常只是一些逻辑猜想，就是所谓的假设。明智的做法是，首先尽量思考出许多不同的答案，然后对它们挨个或者成批进行检验，通过排除法得到最终答案。这种方法叫作多重竞争性假设法。如果假设没有产生类似这种分析的东西，坦白说，通常都没有，那么科学家便会将视线转移到另一个假设，如果他们是假设的提出者，那么尤其如此。毕竟，科学家也是人。
仅仅在极少数情况下，初步研究会描绘出所有可能的竞争性假设的清晰轮廓。在生物学中，情况尤其如此，因为在生物学中，存在多个因素是很正常的事情。有些因素仍然未被发现，而那些已经被发现的因素则往往与彼此相互重叠和作用，同时还存在一些在此环境中难以探测和测量的力量。医学上的经典案例是癌症，而生态学上的经典案例则是生态系统的稳定。
所以，科学家们竭尽全力地向前迈着艰难的步伐，凭直觉、猜想以及忙碌一路获得更多信息。在找到可靠的解释之前，他们会一直坚持，然后达成共识，有时候很快，而有时候则经历很长一段时间。
仅当某种现象在明确定义的条件下表现出恒定的特性时，才能将科学解释宣布为科学事实。认为氢是一种元素，无法再被分割成其他物质，这就是一个事实。食物中含有过量水银会导致某种疾病，在经过充分的临床研究之后才能宣布成为事实。人们或许普遍认为，由于人体细胞中的一种或两种已知化学反应，水银会导致一系列的类似疾病。如果没有对被认为是因此而造成的疾病进行进一步研究，这一观点就不能得到确认。而且，当研究还不够充分时，这种观点仅仅只是一个理论。如果此理论被证明是错误的，那么并不能就此认为它完全就是一个很差的理论。至少，它会激发新的研究，这有助于增长我们的知识。这就是为什么很多理论，即使最终行不通也被认为具有启发性的原因，因为它们有助于推动发现的进程。
顺便说一下，“eureka”（我找到了！）这个词来源于希腊科学家阿基米德的故事。当阿基米德坐在一个公共浴池中时，他设想如何测量一个任何形状物体的密度。将此物体置入水中，然后通过水面上升高度来测量物体的体积，通过物体沉入水中的速度来测量其重量。最后，将重量除以体积便得到了密度。据说，阿基米德后来很可能穿着浴袍离开浴池，并在大街上大喊：我找到了！特别是，他还找到了如何确定皇冠是否为纯金的方法。纯金的密度大于混杂有银子的金子，因为银的密度比金要小。然而，更重要的是，阿基米德发现了如何测量所有固体密度的方法，无论其形状或成分如何。
现在，关于科学方法，我举一个更加伟大的例子。这要追溯到查尔斯·达尔文于1859年发表《物种起源》（On the Origin of Species）的时候。人们普遍认为，生物的进化仅仅是一个理论，而非事实。然而，根据达尔文时代的证据，我们能说的是，进化是一个事实，至少在某些生物体身上发生了这一现象。如今，我们可以在许多植物、真菌、动物以及微生物，以及它们的一系列遗传性状中找到如此确凿的进化证据，这些证据来自生物学中的每个学科，在原因解释上互相联系且无一例外地都被发现，以至于我们自信地将进化称为一种事实。在达尔文那个时代，人类起源于早期的灵长类祖先这一观点是一个假设。当发现大量化石和基因证据之后，它现在也可以被称为事实。仍然是一个理论的是，进化通过自然选择、差别生存以及某些遗传性状组合在生育和种群方面因胜过其他性状而成功繁殖的方式在整个宇宙中发生。这一命题已被以多种方式进行过许多次检验，现在接近被理所当然地认为是一个既定事实。在整个生物学中，它一直，也将继续具有重要意义。
当一个定义明确且精确一致的过程被观察到时，如离子在磁场中流动、物体在没有空气的空间中移动以及气体体积随着温度的变化而变化，其行为可以被精确测量并从数学的角度定义成一种规律。物理学和化学中比较容易找到规律，而且可以通过数学推理的方式轻易地被扩展和深化。那么，生物学中也存在规律吗？
近年来，我一直在大胆地提议，是的，生物学中有两条规律。第一，所有生命实体和过程都遵循物理与化学规律。尽管生物学家们几乎不会以这种方式谈及这种联系，但是从事分子和细胞研究的人却承认了它的正确性。我所认识的科学家中，没有任何人认为值得去寻找曾经被称为“生命力”的东西，这是一种只有生物体独有的体力或能量。
生物学中的第二条规律比第一条更具试探性，即因竞争性基因的高突变率和随机性数量波动造成的轻微随机扰动之外的所有进化都是自然选择的结果。
科学力量不仅来自物理学、化学以及生物学内部多方面的联系，而且还来自这些主要学科之间多方面的联系。科学和哲学中仍存在这样一个很大的问题：这种一致性，即广泛分散的知识体系之间的联系，可以延伸到社会科学和人文科学（甚至包括创意艺术）吗？我认为可以，而且我还相信，创造这种联系的努力将是21世纪的岁月中知识生活的重要部分。
为什么我以及其他人要以这种充满争议的方式思考问题呢？因为，科学是现代文明的源泉。这不仅仅是与宗教或超验冥想等同的“另一种认知方式”。它并没有削弱包括创意艺术在内的人文科学的创造力，相反增添了丰富其内涵的方法。在解释人类的起源和意义方面，科学方法的效果一如既往地胜过宗教信念。有组织的宗教的创世学说，与科学一样，试图解释世界的起源、天体的内容，甚至时间和空间的性质。这些神秘的解释大多建立在古代先知的想象和顿悟之上，在不同宗教信仰之间差别迥异。虽然它们丰富多彩，能给信徒们带来心灵的慰藉，但是却相互之间彼此矛盾。当被放在现实世界中予以检验时，它们迄今还没有正确过，始终都是错误的。
创世学说的失败进一步证明，无法仅凭直觉来解释宇宙与人类心灵的神秘之处。科学方法已凭借一己之力将人类从我们的祖先遗留下来的狭窄感官世界中解放出来了。人类曾经认为，光可以让他们看见一切。现在我们都知道，激活大脑视觉皮层的可见光谱仅仅只是电磁波谱中极小的一个区域。电磁波谱的频率范围跨越多个不同的数量级，从一端的极高频伽马射线到另一端的极低频辐射。对电磁波谱的分析使我们认识到了光的本质。所有这些知识使得科学和技术上的无数进步成为可能。
人们曾经以为，地球处于宇宙中心，地表是一个平面且静止不动，而太阳则围绕地球旋转。现在我们都明白，太阳仅仅只是银河系中大约两亿颗恒星中的一颗而已。大多数恒星因为引力作用而被数颗行星包围，其中有许多行星几乎与地球类似。那么，这些与地球类似的行星上也有生命存在吗？在我看来，很有可能，而且，借助科学方法以及经过改进的光学和光谱分析，我们不久之后将会知道答案。
人们曾一度认为，人类是以一种超自然的方式以现在这种成熟的形态出现在地球之上的。现在我们知道，完全相反，我们人类起源于600多万年前的非洲类人猿，而它们同时也是现代黑猩猩的祖先。
正如弗洛伊德曾经所说，哥白尼证明了地球并非宇宙中心，达尔文则证明了人类亦非生命的中心，而他自己则证明了人类甚至没有主宰自己的思想。当然，这位伟大的精神分析学家必须与达尔文等人共享荣誉，但有一点是正确的：意识仅仅只是思维过程的一部分而已。
总的来说，通过科学，我们已经开始以一种更加一致和更具说服力的方式来回答宗教和哲学中这两个重大而又简单的问题：我们人类来自何方？以及，我们是什么？当然，有组织的宗教声称已在很久以前就利用超自然的创世学说回答了这些问题。那么，你或许会问，一个接受这种学说的宗教信徒能做好科学研究吗？当然能。但是，他必须将自己的世界观分割成两个部分，一个世俗的，一个超自然的，而且还必须停留在他所生活的世俗世界观里面。对他来说，发现科学研究中的努力与神学并无直接关系这一点并非难事。这个建议无意嘲讽宗教，也并非暗示要封闭科学的头脑。
假如能找到可以证明存在一种影响现实世界的超自然实体或力量（亦即所有有组织的宗教的主张）的证据，那么它将颠覆一切。从本质上来说，科学并没有反对这一可能性。实际上，如果存在这种实体或力量，研究人员有充分的理由来做出这样的发现。做到这一点的科学家将被人们尊为新时代的牛顿、达尔文以及爱因斯坦。事实上，纵观整个科学史，有无数的报告声称找到了超自然存在的证据。然而，所有这些都是以试图证明一个否命题为基础的。常常有人这样说：“我们一直没能找到这种或那种现象的解释，因此，它一定是由上帝创造的。”如今仍然在流传的版本中有这样一个观点：由于科学目前尚不能为宇宙起源和通用物理恒量的设定提供一个令人信服的解释，那么肯定存在一位神圣的创造者。另外一个观点是，因为细胞中的某些分子结构和反应似乎太过复杂（至少对于提出这种观点的人来说是这样的），以至于无法通过自然选择进行组合，因此它们一定是由一个更高的智慧设计出来的。此外，还有一个观点是，由于人类心灵，尤其是作为其关键部分的自由意志，似乎超出了物质性因果关系的解释，因此它们肯定是由上帝赋予的。
之所以难以依靠否定性假设来支持基于信仰的科学，是因为，如果它们错了，那么它们也非常容易被确定地反证。仅仅一个具有真实存在的原因的可验证证据便可以推翻基于超自然原因的论点。准确来说，这实际上在科学史中一直占据了很大一部分，因为它已通过一个个现象逐渐呈现开来。地球围绕着太阳旋转，太阳只是银河系中大约两亿颗恒星中的一颗，银河系只是数千亿个星系中的一个，人类起源于非洲类人猿，基因通过随机突变的方式发生变化，以及思想是身体器官中的一个物理过程，等等。由于我们逐渐接受自然主义和现实的认知，那只神圣的手也从几乎所有时空当中一点一点收回。剩下的那些发现超自然证据的机会之门正在迅速关闭。
作为一名科学家，你需要保持你的心灵向巨大未知世界中的任何可能现象开放。不过，别忘了，你的职业是探索现实世界，不带任何思想上的成见，探索可验证的真理。2004年年美国总统大选期间的政治博客（图中的点）阐明了当代人际关系（图中的线）中的潜在接触群落。这一原理同样适用于各个科学学科。此图改自“政治博客圈和2004年年美国大选：博客划分阵营，”作者：拉达·A·阿达密克和娜塔莉·葛朗斯，第3届国际联系发现研讨会论文集。
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