科學

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宇宙,以隨時間變動的一系列圓盤狀「切片」表示,時間軸從左到右。

科學(英語:science,詞源為拉丁文「scientia」,意為「知識」)[1]是一種系統性的知識體系,它積累和組織並可檢驗有關於宇宙解釋預測[2][a]。科學強調預測結果的具體性和可證偽性,這有別於空泛的哲學。科學也不等同於尋求絕對無誤的真理,而是在現有基礎上,摸索式地不斷接近真理。故科學的發展史就是一部人類對宇宙的認識偏差的糾正史。

科學的源頭最早可追溯到約公元前3500年至前3000年的古埃及兩河流域[3][4]。這兩個文明在數學天文醫學方面的成就傳入並塑造了古典時代希臘自然哲學,後者正式嘗試以自然原因來解釋物質世界中的事件[3][4]西羅馬帝國傾覆後,在中世紀的頭幾個世紀(約公元400年至1000年)中,有關古希臘人的世界觀念英語History of science in classical antiquity的知識在西歐漸漸被遺忘[5],但卻在伊斯蘭黃金時代穆斯林世界中得以保存下來[6]。10世紀到13世紀,西歐找回了古希臘的著作並吸收了伊斯蘭學者的研究,自然哲學就此復活[5][7],並且接下來在始於16世紀的科學革命[8]中轉型,其間的新觀念和新發現脫離了古希臘觀念和傳統之窠臼[9][10][11][12]科學方法迅速在獲取知識方面起到更大作用,不過科學的制度化和職業化還是要等到19世紀英語19th century in science才開始成型[13][14][15]

科學原僅指對自然現象之規律的探索與總結,但人文學科也越來越多地被冠以「科學」之名。現代科學一般說來可劃分為三大分支形式科學(如邏輯數學理論計算機科學),研究抽象概念;自然科學(如生物學化學物理學地理學),在最寬泛的意義上研究自然;以及社會科學(如經濟學心理學社會學),研究個體與社會。不過,對於形式科學能否確實算作一類科學存在不同意見[16][17],因為其並不依賴經驗證據(empirical evidence)[18]。而運用既有科學知識以達成實用目的的學科,如工程學和醫學,則被歸為應用科學[19][20][21][22]

科學以研究為基礎,而研究通常是在學術英語Academic institution研究機構、以及政府機構公司中進行。科學研究的實際影響使得科學政策英語Science policy被制訂出來,以求施影響於科學界,促使商業產品武器醫療衛生以及環境保護獲得優先發展。

含義[編輯]

「科學」不好以簡短文字加以準確定義。一般說來,科學涵蓋三方面含義:

  1. 觀察:致力於揭示自然真相,而對自然作用由充分的觀察或研究(包括思想實驗),通常指可通過必要的方法進行的,或能通過科學方法——一套用以評價經驗知識的程序而進行的。
  2. 假設:通過這樣的過程假定組織體系知識的系統性。
  3. 檢證:藉此驗證研究目標的信度與效度。

科學包括基礎科學與應用科學。基礎科學僅以通過試驗探究自然原理為目的,其成果一般不容易在短期內得到應用,如物理、化學、生物和地質學;應用科學則兼有探究原理與關注應用這兩個方面的動機,如醫學藥學、應用光學、氣象學科技考古學博弈論。按理來說,科學不同於純技術類學科,後者只涉及運用已有的知識與原理進行發明創造,而只帶來技術變革,不在原理層次挖掘出的新規律,如工程學法醫學農學林學。應用科學與純技術有時候很難界定。因科學與技術經常一起被提及,重要的技術發展有時也會被大眾視為是科學成就,例如袁隆平曾三次未評上中國科學院院士的一大理由就是雜交水稻在科學界常只被認為是工程學成就,而非科學成就。[23]大眾關於愛迪生算不算科學家的爭論也與之類似。一些學科是側重基礎研究還是側重應用研究可能會隨時間發展而變動。如天文學的前身占星學是用於占卜的,屬於應用類學科(當時還不算是科學);天文學目前是以基礎研究為主的科學,但也有發射宇宙衛星等少數可帶來實質性服務(如電台廣播與手機信號)的技術應用;天文學在實現星際移民與太空資源開發的未來可能又會變成以應用為主的學科。

語源[編輯]

說文解字,科,會意字:「從禾從斗,斗者量也」;故「科」學一詞乃取「測量」之學問之義為名。從唐朝到近代以前,「科學」作為「科舉之學」的略語,「科學」一詞雖在漢語典籍中偶有出現,但古中文中「科學」一詞所指涉的概念與近代中文「科學」不同,大多指「科舉之學」[24][25]。 最早使用「科學」一詞之人似可溯及到唐末的羅袞[24][26][27]。「科學」一詞由近代日本學界初用於對譯英文中的「Science」及其它歐洲語言中的相應詞匯,歐洲語言中該詞來源於拉丁文Scientia」,意為「知識」與「學問」,在近代側重關於自然的學問。在日本幕府末期到明治時期,「科學」是專門的「個別學問」,有的在以「分科的學問」的意義被使用著。明治元年,福澤諭吉執筆的日本最初的科學入門書《窮理圖解》出版。同時,明治時代「science」這個語言進入了的時候,啟蒙思想家西周使用「科學」作為譯詞[26]甲午海戰以後,中國掀起了學習近代西方科技的高潮,清末主要通過近代化之路上走在前面的日本學習近代科學技術。樊洪業、吳鳳鳴等認為,中國最早使用「科學」一詞的學者大概是康有為。他出版的《日本書目誌》[28]中就列舉了《科學入門》、《科學之原理》等書目。辛亥革命時期,中國人使用「科學」一詞的頻率逐漸增多,出現了「科學」與「格致」兩詞並存的局面。在中華民國時期,通過中國科學社的科學傳播活動,「科學」一詞才取代「格致」。嚴復首先用「西學格致」翻譯science,後來又借用了science的日語譯名「科學」。而著名思想家、政論家章太炎則明確要求為「科學」正名。他在1903年8月發表《論承用「維新」二字之荒謬》一文,大力批駁責用「格物」之名翻譯「物理學」(physics)很不適當。[29] 中國社會科學院語言研究所1978年出版的《現代漢語詞典》則認為科學是:

  1. 反映自然、社會[b]、思維等的客觀規律的分科的知識體系;
  2. 合乎科學(精神、方法等)的。

不過社會類學科的研究並不容易做到客觀分析。一方面是難以控制變量,另一方面是難以給出準確的適用範圍和嚴格的預測結果。英文中「Science(科學)」一詞的含義有狹義與廣義之分,前者只指自然基礎科學(即數學自然科學;合稱「理科」),這與醫學藥學大地測量學等帶有應用目的的探索性學科相區別;後者泛指各種研究自然機理的應用性科學,但又與純粹研究技術應用、不探究機理的工程學、技術學和計算機信息學相區別。不過目前越來越多的人文學科和計算機學科甚至是文獻學也喜歡加上「科學」的頭銜。

中國古代的稱呼[編輯]

中國傳統上將所有的知識統稱「學問」,古代將關於自然物道理的學問稱為「物理」[c]。因此古代的物理即是自然科學,數學學科獨立於「物理」。

歷史[編輯]

廣義上的科學在近世之前就已經存在於歷史上眾多文明之中[30]現代科學有其特定的方法,並取得成功的結果,因此在當前,科學這個詞的涵義被最嚴格的限定於現代科學[31][d]。然而,科學一詞的原初涵義為某種類型的知識,而並非用以指代對於這類知識的探求過程的一個專用語。具體說來,它的原意是指人們可以交流及共享的那類知識。例如,在有記錄的歷史之前很久,人們就已經在積累關於自然事物之運作的知識,而從中逐漸發展出複雜的抽象思維能力。諸如制訂複雜的曆法,讓有毒植物變得可食的技術,以及國家規模的公共工程揚子江洪泛平原上的水庫[32]、水壩、河堤等水利設施,還有金字塔這樣的建築物,皆為此種能力的體現。這一類知識,其真確性不隨社區的不同而改變;但是,當時並沒有將其與另一類與社區相關的知識,諸如神話和法律體系等等,作一致而自覺的區分。金屬冶煉在史前即已出現,而已知最早製備出青銅類合金的是溫查文明鍊金術據推測是從早期的把物料加熱和混合的實驗漸漸發展而來。

早期文明[編輯]

動物肝臟的粘土模型,年代測定為公元前19世紀至前18世紀,發現於(敘利亞)馬里的王宮

在古代近東的概念圖景中並無「自然」或「科學」的位置[33]兩河流域的古代居民利用他們所掌握的關於各種天然化學物性質的知識來製造陶器釉陶英語faience、玻璃、肥皂、金屬、石灰泥英語lime plaster,以及防水材料[34];出於占卜的需要,他們亦研究了動物的生理學解剖學行為學,並且為了研究占星術而對天體的運行作了大規模的觀測[35]。兩河流域居民對醫學有強烈興趣英語Babylonian medicine[34],最早的處方即出現在烏爾第三王朝(約 2112 BCE – 約 2004 BCE),以蘇美爾語寫成[36]。不過,這些古代居民看起來對於純是為了搜集大自然的信息而搜集信息沒什麼興趣[34],而他們所研究的科學門類也主要限於具有明顯的實際應用或與他們的宗教體系直接相關的那些[34]

古典時代[編輯]

安提基特拉機械的碎片,其為最早的模擬計算機

古典時代的世界中並無真正對應於現代科學家的角色。一些受到過良好教育、通常屬於上流階層、而且幾乎全為男性的人,會對自然界進行各式各樣的探究,只要他們能抽出時間的話[37]。在前蘇格拉底哲學家們發明或發現「自然」(古希臘語 φύσις英語Physis)這個概念之前,人們對於描述一種植物生長的自然「方式」時所用的詞[38],與比如說描述一個部落對某個特定的神祇的崇拜「方式」時所用的詞,會不加區分。正因如此,前蘇格拉底哲學家被視作第一批嚴格意義上的哲學家,也是第一批清楚的將「自然」與「習俗」區分開的人[39]:209自然哲學,即自然科學的前身,也就因此而被定義為有關自然的知識,其真確性放在每一個社區都能成立。而對這樣的知識的專門化的尋求則被稱為哲學,是為最早的哲學-物理學家的領域。他們多為沉思者或理論家,對天文學特別有興趣。與之相反,試圖用關於自然的知識去模擬自然(這稱為技巧或技術,希臘語為τέχνη)則被古典時代的科學家們視為更適合較低階層的工匠們的旨趣[40]

古希臘哲學早期的米利都學派泰勒斯創立,並有阿那克西曼德阿那克西美尼等後繼者。這個學派首次嘗試在解釋自然現象英語List of natural phenomena的時候不訴諸超自然力量[41]畢達哥拉斯學派創立了一種複雜的數字哲學[42]:467–68,並對數學的發展作出重要貢獻[42]:465。古希臘哲學家留基伯和他的學生德謨克利特創立原子論[43][44]。古希臘醫生希波克拉底建立了系統的醫藥科學的傳統[45][46],後世尊其為「醫學之父英語List of persons considered father or mother of a scientific field#Medicine and physiology[47]

早期的哲學式科學歷史上的一個轉折點是蘇格拉底的範例,將哲學應用於研究人文事物,包括人性、政治實體的屬性、以及人類知識本身。蘇格拉底的詰問法見於柏拉圖的《對話錄》,是一種去偽存真的辯證方法:通過紮實的確證及消除那些導致矛盾的假說,便可找到較優的假說。此法為針對智者學派之強調巧言的一種反動。蘇格拉底詰問法尋求一般的、被普遍承認的、能形塑信仰的真理,對信仰做嚴格審視以判斷其與別種信仰有無一致性[48]。蘇格拉底批評舊有的物理學研究形式,認為其過於偏重純空想,缺乏自我批判。據蘇格拉底《自白書》所言,他後來被指控腐蝕雅典的青年人,理由是他「不相信國家所信仰的神,而相信其它新的靈性存在物」。蘇格拉底駁斥了這些聲言[49],卻仍被判處死刑[50]: 30e

亞里士多德,公元前384–前322年,科學方法發展史上的早期人物之一[51]

亞里士多德後來創立了一個體系完整的目的論哲學綱領:運動和變化被刻畫為事物所內稟的潛能之實現,在這裡潛能隨事物之類型而定。在他的物理學中,太陽繞著地球轉,而許多事物的本性中都包含著為人類服務的目的。每一樣東西都有一個形式因,一個目的因,且在一個存在第一推動者英語unmoved mover的宇宙中扮演著自己的角色。蘇格拉底學派還強調哲學應考慮有關一個人的最佳生活方式的實際問題(亞里士多德將這門學問劃分為倫理學政治哲學兩部分)。亞里士多德主張,當一個人「擁有一項以某種確定方式達成的信念,而該信念所賴以建立的那些基本原理對他來說也確切的知曉」的時候,就算他科學的知曉了一樣事物。[52]

古希臘天文學家阿里斯塔克斯(公元前310–前230年)首次提出宇宙的日心說模型,將太陽置於中心,行星皆圍繞太陽運行[53]。阿里斯塔克斯的模型人們大都不接受,認為其違反了物理學定律[53]。發明家和數學家阿基米德微積分學之發端作出了主要貢獻[54],因此有時會被視作微積分的發明者[54],雖然他的原始微積分學缺少若干關鍵特徵[54]。古羅馬的老普林尼是一位作家和博學通才,撰寫了一部開創性的百科全書《自然史[55][56][57],講述了歷史、地理、醫藥、天文、地學、植物學以及動物學[55]。古典時代的其他科學家或者說原科學家還包括泰奧弗拉斯托斯歐幾里得希羅菲盧斯喜帕恰斯托勒密,以及蓋倫

中世紀[編輯]

De potentiis anime sensitive, Gregor Reisch德語Gregor Reisch (1504) Margarita philosophica德語Margarita philosophica. 中世紀科學設想我們的常理(common sense)位於腦中的一個腦室[58]:189,從感覺系統獲得的表相在此匯總。

西羅馬帝國蠻族入侵而覆滅,導致歐洲西部的知識界在5世紀時出現了衰退。與此相反,東羅馬帝國(又稱作拜占庭帝國)抵擋住了蠻族的進攻,保存且改進了古典時代的學問。6世紀的拜占庭學者約翰·菲約波諾斯英語John Philoponus第一位[來源請求]質疑亞里士多德在物理學方面的說教並注意到了其缺陷的學者[59]:pp.307, 311, 363, 402。約翰·菲約波諾斯對亞里士多德物理學原理的批評成為中世紀學者的靈感來源,並啟發了一千年後科學革命時代的伽利略,後者在其著作中舉例說明亞里士多德物理學的缺陷時廣泛援引了菲約波諾斯[59][60]

古典時代晚期中世紀早期,人們考察自然現象時沿用亞里士多德的方法。亞里士多德的四因說指定了四個「為什麼」,作為對一樣事物給出科學的解釋時需要回答的問題[61]。在西羅馬帝國的衰亡及周期性的政治鬥爭過程中,一些古代的學問散佚掉了,或是在某些情形下被秘藏。科學(那時稱為「自然哲學」)的一般領域以及古代世界的許多基本知識在早期的拉丁語百科全書編寫者如聖依西多祿的著作中還是保存了下來[62];但亞里士多德的著述原文在西歐終於散佚,而《蒂邁歐篇》則成了當時唯一廣為人知的柏拉圖著作,是中世紀早期的拉丁文讀者能見到的為數不多的古典自然哲學原著中唯一的柏拉圖對話錄。另一部在這一時期獲得影響力的原著是托勒密的《天文學大成》,其中包含對太陽系的一個地心說描述。

古典時代晚期,許多希臘語古典文獻在拜占庭帝國保存了下來。諸如聶斯脫里派教徒及基督一性論者等團體做了許多敘利亞語翻譯工作[63],並在希臘語古典文獻轉譯至阿拉伯語的過程中發揮作用。於是許多門類的古典學問又在哈里發國家保存下來,其中某些還得到改進[63][e]。此外,相鄰的薩珊帝國建立了Gundeshapur學院英語Academy of Gondishapur,在此希臘的、敘利亞的以及波斯的醫師們建立了公元6世紀到7世紀古代世界最重要的醫學中心[64]

伊拉克巴格達阿拔斯王朝時代建有「智慧之家[65],伊斯蘭世界對亞里士多德主義的研修在此興盛起來。肯迪(801–873)是第一位穆斯林逍遙學派哲學家,以其在將古希臘希臘化時代的哲學英語Hellenistic philosophy介紹到阿拉伯世界方面的努力而聞名[66]伊斯蘭黃金時代從此時進入繁榮,直到13世紀蒙古西征為止。海什木及其前輩Ibn Sahl英語Ibn Sahl (mathematician)熟習托勒密的《光學英語Optics_(Ptolemy)》,並以實驗為手段來獲取知識[f][67][68]:463–65。此外,醫生和鍊金術士如波斯人阿維森納拉齊[g]等人還大大發展了醫學科學,前者撰有《醫典英語The Canon of Medicine》,這是一部醫學百科全書,一直用到18世紀;後者發現了包括酒精在內的多種化合物。阿維森納的《醫典》被認為是醫學史上最重要的著作之一,而且這兩人都對實驗醫學的實踐有重大貢獻,以臨床試驗和實驗來支撐他們的主張[69]

古典時代希臘和羅馬的禁忌使得人體解剖在那時通常是不允許的;然而到了中世紀,情況開始改變:博洛尼亞的醫學教師和學生開始把人類的屍體也打開來看,而Mondino de Luzzi英語Mondino de Luzzi(約1275–1326)編寫了已知第一本基於人體解剖的解剖學教科書[70][71]

夢溪筆談》採用百科全書形式,集文數百篇,作者沈括(1031−1095 年)是宋代科學家、政治家、藝術家及博學之士。所涉領域甚為廣泛,內容包括天文、物理、數學、地質、地理、生物醫學及當時的政經軍事、藝文掌故等,還總結了北宋(960−1127 年)時期的許多科技成就,對於研究北宋社會政治、科技、經濟諸方面有重要參考價值,是中國科技史非常重要的文獻。其中,所記載的畢昇(990−1051 年)發明的泥活字印刷術,是世界上最早的關於活字印刷的可靠史料。[72]

至十一世紀,歐洲大部分地區已皈依基督教;較為強力的君主制政權出現;國界恢復;技術發展與農業方面的革新增加了食物供給和人口。此外,古典希臘文獻開始從希臘語和阿拉伯語翻譯為拉丁語,而讓西歐能有較高水平的科學研討。[73]

至1088年,歐洲第一所大學(博洛尼亞大學)已成立,起初主要是培養書記人員。對拉丁語翻譯的需求增多起來(例如這時出現了托萊多翻譯院);西歐人開始收集各種文獻,不但收集以拉丁文寫成的,還收集從希臘語、阿拉伯語、希伯來語翻譯成拉丁文的。海什木《光學之書英語Book of Optics》的手抄副本至遲到1240年以前也已經傳遍歐洲[74]:Intro. p. xx,這從威特羅的《透視英語Perspectiva》一書將其整合在內即可看出。阿維森納的《醫典英語The Canon of Medicine》也被譯成拉丁語[75]。尤其重要的是,羅馬天主教學者開始覓求保存於智慧之家及拜占庭帝國的亞里士多德、托勒密[h]以及歐幾里得等人的著作[76]。古典文獻的傳入引起了12世紀的文藝復興,以及作為天主教亞里士多德主義的一種綜合體的經院哲學西歐的興盛,西歐自此成為科學的一個新的地理中心。在這一時期,實驗被理解為一個細緻的過程,其中包含觀察、描述和分類[77]羅吉爾·培根是這個時代的著名科學家之一。經院哲學強烈專注於啟示和辯證推理,在接下來的幾百年中漸漸變得不受歡迎;而與此同時,鍊金術對於包含了直接觀察和一絲不苟的記錄的實驗之專注正慢慢變得越來越重要。

文藝復興與近世科學[編輯]

在望遠鏡發明之前,第谷·布拉赫自行設計科學儀器來測量兩個天體之間的角距離,使天文學變得更加精確克卜勒定律即基於布拉赫的觀測英語Tycho_Brahe#Observational_astronomy
伽利略·伽利萊,被視為近代科學之父。[78]: Vol. 24, No. 1, p. 36

海什木否證了托勒密的視覺理論[79],但卻沒有對亞里士多德的形上學作任何相應修改。與科學革命同步的一個過程是亞里士多德形上學中的要素如倫理、目的論以及形式因果論等漸漸失去市場。學者們漸漸意識到宇宙本身很可能既無目的也無倫理需求。從一種注入了目標、倫理以及精神的物理學,發展為這些要素在其中無足輕重的另一種物理學,這個進程歷經數個世紀。而天主教會出台的旨在取締亞里士多德著作的巴黎大學1277年禁單英語Condemnations_of_1210–1277#Condemnation_of_1277則促進了該進程。禁單一出,理論上便有可能討論真空及真空中的運動,而這直接導致了動力學的出現。

光學上的新發展從兩個方面對於開啟文藝復興時代起到一定的作用,一是挑戰了被長期信奉的形上學觀念,另一方面是貢獻了諸如暗箱望遠鏡等技術上的改良和發展。在如今所稱的文藝復興開始以前,羅吉爾·培根威特羅John Peckham英語John Peckham 以一個始於感覺和知覺,最後達於對亞里士多德所說的殊相共相統覺英語Apperception的因果鏈為基礎,各自建構起一種經院式本體論[80]。文藝復興時期的藝術家們運用並研究了英語Perspective_(graphical)#One-point_perspective一種後來稱為透視主義的視覺模型。這種理論只用到亞里士多德四因中的三個:形式因、質料因和目的因。[81]

大明嘉靖三年大統歷》 (黃曆編算天文年曆)) 依據的是元代(1279-1368 年)天文學家郭守敬所創的天文曆法系統。 1384 年,明朝欽天監對該曆法進行了調整。 該書詳細說明了月相,還包括對何時會出現日食月食進行了預測。 鄭和遠航中使用了郭守敬的方法來確定經度緯度[82]

本草綱目》刊印於萬曆年間,是一部百科全書式的大作,此書作者李時珍(約 1518-1593 年),四川人,是中國歷史上最偉大的醫學家、藥理學家和自然學家之一。1552-1578 年間,李時珍精心研究數百種資源,收集了大量資料。他遠涉深山曠野,搜集第一手的草藥和民間藥方,並查閱了當時的各類醫藥書籍,最終完成了這部極具科學、 醫學和歷史意義的巨著。《本草綱目》一共記載了約 1800 種藥材,包含很多前人未知的品種,還附有插圖和大約 11000 則處方。[83]

十六世紀,哥白尼闡述了太陽系的日心說模型,與托勒密天文學大成》裡的地心說模型相異。這項工作的出發點是一條定理,那就是行星離中心天體越遠,其軌道周期就該越長,而托勒密的模型與此不符[84]

克卜勒及其他一些人挑戰知覺是眼睛唯一功能的觀念,將光學研究的中心課題從眼睛轉向光的傳播[81][85]:102。克卜勒以一個灌滿水的玻璃球來模擬眼球,玻璃球前方開孔,模擬瞳孔。他發現,從景觀當中的某一點發出的所有光線都會成像到玻璃球後壁的一個點。光的傳播鏈條終止於眼球後壁的視網膜[i]。不過克卜勒最廣為人知的工作是發現行星運動三定律,從而改進了哥白尼日心說模型。克卜勒並不拒斥亞里士多德的形上學,而是將自己的工作描述為追尋宇宙和諧

伽利略·伽利萊創新的運用了實驗和數學。他在寫作有關哥白尼學說的著作之初曾獲教宗烏爾班八世賜福,寫完了以後卻遭到迫害。伽利略在《兩個主要世界體系的對話》一書中使用了教宗的論點,不過,是借書中一位傻瓜之口說出。這可是對烏爾班八世的大不敬[86]

幾何原本》為古希臘數學家歐幾里得(約公元前365年-公元前300年)所著。此書最早的中文譯本由利瑪竇(1552年-1610年)和徐光啟(1562年-1633年)合譯。他們依據克拉維烏斯(1538年-1612年)校訂增補的十五卷拉丁文本, 但只譯出前六卷。該譯本第一次把歐幾里德幾何學及其嚴密的邏輯體系和推理方法引入中國。幾何的中文名稱,以及幾何學中點、線、平行線、三角形和四邊形等術語的中文翻譯,都是由此譯本定名,沿用至今,並傳播到日、韓等國。此書為明清時期中國士人研習西學的重要書籍。[87]西洋新法曆書》此書原名為《崇禎曆書》本書較有系統地介紹歐洲天文學知識,主要討論曆法,以及作為曆法基礎的天文學理論與計算方法等議題,其中採用丹麥天文學家第谷的宇宙體系,且介紹哥白尼、伽利略與克卜勒等人的天文數據與科學成果。[88]

李之藻(1564年-1630年)協助利瑪竇修訂《坤輿萬國全圖》。除《渾蓋通憲圖說》外,另撰述有《同文算指》、《圜容較義》、《寰有詮》、《名理探》等。[89]

印刷機這一新技術在歐洲北部被廣泛用來發表新論述,其中某些與同時代對自然的一般看法大相逕庭。勒內·笛卡兒弗朗西斯·培根發表論述,從哲學上倡導一種新型的非亞里士多德科學。笛卡兒強調個體思考,並主張在研究自然的時候應使用數學而不是幾何學。培根強調實驗比思辨更重要。培根並進一步質疑亞里士多德的形式因和目的因等概念,而提倡這樣的想法,那就是科學應當研究「簡單」的性質比如熱的規律,而不是假設林林總總的各類物體中都存在各自特殊的本性,或者說「形式因」。這種新型科學開始自視為「自然法」之描述。這種當時最新的自然研究方法論被視作機械唯物論。培根還主張,科學應首先著眼於提供能夠改善所有人生活的實用發明。

啟蒙時代[編輯]

艾薩克·牛頓(此為1689年畫像),在經典力學引力理論和光學等領域作出奠基性貢獻。牛頓與萊布尼茨同為微積分的創立者。

作為啟蒙時代的先導,艾薩克·牛頓戈特弗里德·萊布尼茨成功建立了一種如今稱為經典力學的新型物理學,這門學問可以被實驗驗證,可以用數學解釋。萊布尼茨亦從亞里士多德物理學借用了一些術語,然而是在新的、非目的論的意義上使用,如「能量」和「勢能」(亞里士多德的實現(energeia)與潛能(potentia)英語actuality and potentiality之近代版)。這體現出對客體的觀念之轉變:曾被亞里士多德指出具備特定的、可以實現的內稟目標的客體,如今被認為沒有什麼內稟目標。以弗朗西斯·培根的方式,萊布尼茨假定,所有不同類型的事物皆遵照相同的自然法則運行,而並不擁有個個不同的形式因或目的因[90]。也正是在這個時期,「科學」這個詞被越來越經常的用以指代對某種類型的知識的某種類型的探求,特別是對自然知識的探求,這就與古老的「自然哲學」這個詞的涵義逐漸趨近了。

在這一時期,科學所被宣示的目的轉變為產生財富和發明,以從物質主義英語Economic materialism的取向上來改善人類的生活,也就是擁有更多吃的、穿的、以及其它用品。用培根的話來說,「科學真正的、合法的目標,是饋贈給人類生活以新的發明和財富」。他不鼓勵科學家追求無形的哲學或精神理念,認為這些除了帶來「如一縷輕煙般的或莊嚴或愉悅的沉思」之外,對人的幸福沒什麼助益。[91]

1671年,法王路易十四訪問法國科學院

在啟蒙時代,科學學會及學院支配著科學,在很大程度上取代大學成為科學研究和發展的中心。學會和學院亦是科研職業走向成熟的中樞場所。另一重要發展是科學在不斷增加的有文化人口中的普及啟蒙思想家英語Philosophe們向公眾介紹了許多科學理論,其中最知名的是通過《百科全書》以及伏爾泰沙特萊侯爵夫人(牛頓所著《原理》的法語譯者)對牛頓主義英語Newtonianism的推介。

一些歷史學家覺得在科學史上18世紀是一個乏味的時期[92];然而,18世紀見證了醫學實踐、數學物理學的重要進步;生物分類學的創立;對於的重新理解;以及化學作為一門學科的成熟,為現代化學打下根基。

啟蒙時代的哲學家們在將自然自然法這樣的簡單概念應用於到那時為止的每一個物理科學及社會科學領域時,選取了較為晚近的科學先驅——主要包括伽利略、波義耳和牛頓——作為這樣做法的導師和保證人。如此一來,歷史的教訓以及架構在其上的社會制度在他們看來便都不足法了。[93]:2

19世紀[編輯]

1854年的查爾斯·達爾文,當時正在準備出版《物種起源》。

十九世紀是科學史上一個特別重要的時期,在這個時代,當代科學的許多標誌性特徵開始凸顯,如:物理科學與生命科學的改造,精密儀器的頻繁使用,諸如「生物學家」、「物理學家」、「科學家」等名詞開始浮現;隨著「自然哲學」、「自然史」等古老的標籤漸趨過時,研究自然的人員專業性增強,業餘博物學者減少;科學家在社會生活的多個方面取得文化上的權威,許多國家的經濟擴張及工業化,科普寫作的繁榮,以及科學期刊的出現。[15]

19世紀初,約翰·道爾頓提出了現代原子理論,該理論源自德謨克利特的稱為「原子」的不可分粒子的觀念。

麥可·法拉第研究了燃燒和化學反應,並於1848年在王家研究所英語Royal Institution以一系列演講報告了此項研究:《一支蠟燭的化學史英語The Chemical History of a Candle》,1861年。

約翰·赫歇爾威廉·惠威爾將方法論系統化:後者第一次使用「科學家」這個詞[94]

查爾斯·達爾文發表《物種起源》,使進化論成為生物複雜性的流行解釋。他的自然選擇理論對物種如何起源給出了一個自然的解釋,不過這個理論獲得廣泛接受還要等到一個世紀之後。

能量守恆動量守恆質量守恆這三大定律似乎表明宇宙高度穩定,資源不太會減損。然而,隨著蒸汽機的出現和工業革命,人們越來越清楚的認識到物理學所定義的那些能量形式並非同樣有用:它們的能源品質英語energy quality不同。由這一認識而引出熱力學定律的發現,表明宇宙總的能源品質在持續下降:宇宙的隨著時間的推移而增加。

電磁學亦於19世紀創立,而這一理論又提出了在牛頓力學框架內不易回答的新問題。19世紀的最後十年見證了解構原子的現象的發現:X射線的發現啟發了放射性的發現。而翌年便發現了第一種亞原子粒子——電子

20世紀[編輯]

DNA雙螺旋是一種將控制生物生長和機能的遺傳指令編碼於其中的分子,用於已知所有細胞生物及許多種類的病毒

愛因斯坦相對論,以及量子力學的創立,使得經典力學為一種新物理學所取代,其中包含分別用以描述自然界中不同類型事物的兩部分理論。

20世紀上半葉,抗細菌藥及人造肥料的發展使得全球人口增長成為可能。同一時期,原子結構及原子核被發現,而引至「原子能」(核能)之釋放。此外,20世紀的戰爭刺激了技術革新,其大規模應用引發了運輸(汽車航空器)革命,以及洲際彈道飛彈的研發、太空競賽核軍備競賽

DNA的分子結構於1953年確定。1964年發現宇宙微波背景輻射,這使得穩恆態理論被摒棄,而由喬治·勒梅特所創立的大爆炸宇宙學成為主流理論。

20世紀下半葉發展起來的航天技術讓人們第一次能夠在太空其它物體上或其附近作天文觀測,其中包括載人登月。通過空間望遠鏡,人們取得無數天文學及宇宙學發現。

20世紀的最後25年中,集成電路的廣泛應用,結合通訊衛星,引發了信息技術革命,以及全球網際網路移動計算(包括智慧型手機)的興起。出於對漫長而又錯綜複雜的因果鏈和巨量數據作大規模系統化處理的需要,諸如系統論以及計算機輔助科學建模等學科開始興起,而它們又部分的基於亞里士多德的範式[95]

在這個時期,環境危害問題,如臭氧層空洞、環境的酸化英語Acidification(包括土壤酸化淡水酸化英語Freshwater acidification海洋酸化)、水體富營養化以及氣候變化等等,開始引起公眾關注,環境科學技術自此發端。

21世紀[編輯]

人類基因組計劃於2003年完成,測定了組成人類DNA的核苷酸鹼基對的順序,並確認了人類基因組中的所有基因,繪製了其圖譜[96]誘導性多能幹細胞於2006年取得突破,這項技術能讓成年體細胞轉化為幹細胞,後者可以再轉化為人體內任意其它類型的細胞。這對於再生醫學有巨大的潛在重要性[97]

大型強子對撞機(LHC)緊湊μ子線圈(CMS)探測器中的一個模擬事件,展示希格斯玻色子出現的可能跡象。

隨著希格斯玻色子於2012年被發現,粒子物理標準模型所預言的最後一種基本粒子也找到了。2015年,由廣義相對論在一個世紀前所預言的引力波首次直接觀測到[98][99]

2015年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者屠呦呦,因其在寄生蟲疾病方面的研究獲獎。她發現的全新抗瘧疾藥物青蒿素世界衛生組織推薦將基於青蒿素的複合療法作為一線抗瘧治療方案。[100]

科學分支[編輯]

現代科學通常可劃分為三大分支,即形式科學自然科學社會科學。每一個分支都包括各種專門化而又相互重疊的科學學科,它們常擁有各自的命名法英語Nomenclature及專業技能[101]。自然科學與社會科學皆為經驗科學[102],即它們的知識建立在經驗證據(empirical evidence)的基礎上,能夠由其他研究者在相同條件下檢驗其有效性。[103]還有一些密切相關的學科是運用科學知識以達到實用目的,如工程學醫學等,這些學科也被稱作應用科學。形式科學、自然科學、社會科學、應用科學等四大領域,其分類關係如下表所示。

科學 非科學
形式科學 經驗科學
自然科學 社會科學
基礎 邏輯學數學統計學 物理學化學生物學地球科學太空科學環境科學天文學 經濟學政治學社會學心理學歷史學人類學 儒學儒家哲學宗教神學佛學神秘學玄學超自然研究超心理學陰陽五行
應用 電腦科學 工學農學醫學藥學 工商管理法學教育學會計學金融學管理學市場學 中醫替代醫學風水學前世回溯信仰治療占星術占卜算命通靈巫術

形式科學[編輯]

一隻類人類機械手(見 Shadow Hand英語Shadow Hand 系統)。

形式科學是指主要以抽象形態形式系統為研究對象的科學。它包括數學[104][105]系統論理論計算機科學以及人工智慧[106][107][108]。形式科學與自然科學、社會科學的共同點是它們都仰賴於對某個知識領域的客觀、細緻、系統的研究;形式科學與經驗科學的不同點則在於前者僅關心基於定義和規則之上的形式性質,手段為演繹推理,而並不關心理論在現實世界的觀察中的有效性,無需經驗證據來證實其抽象概念[18][109][110]。所以說形式科學是先驗的學科,也因此,關於它們能否真正算作一類科學存在不同意見[16][17]。但不管怎樣,形式科學的方法手段卻可以應用於構造和測試用來實踐現實觀測的科學模型,從而在經驗科學中扮演了重要角色。比如,微積分最初就是為了理解物理學中的運動而發明的[111]。自然科學與社會科學中,強烈倚賴數學之應用的分支包括數學物理數理化學英語Mathematical chemistry數理生物學數理金融學數理經濟學等。

自然科學[編輯]

展示全球海洋及陸地光合自養生物豐度的偽彩色合成圖像,SeaWiFS英語SeaWiFS傳感器拍攝,美國宇航局/戈達德航天中心GeoEye衛星公司提供。

自然科學致力於通過觀察實驗取得經驗證據,以此來描述、預測和理解自然現象。它可劃分為兩個主要分支:物理科學生命科學(或生物科學)。物理科學又被劃分為一些子分支,其中包括物理學化學天文學地球科學。兩個主要分支還可進一步劃分為更加專門化的學科。現代自然科學的前身是始自古希臘自然哲學伽利略笛卡兒弗朗西斯·培根牛頓皆曾討論過系統性的使用更為數學化且更加倚重實驗的研究方法的益處。至今,哲學式的觀點(perspective)、猜想(conjecture)和前設(presupposition)在自然科學中仍具必要性,雖然常被忽視[112]。出現於16世紀的旨在對植物、動物和礦物等等進行描述和歸類的自然史,在現代為系統性的資料採集所接替,其中包括基於發現的科學英語discovery science[113]。當今,「自然史」這個詞更多時候意味著向普羅大眾所作的觀察性描述[114]

社會科學[編輯]

經濟學中,供給和需求模型描述了價格如何作為產品供應水平和需求之間平衡的結果而變動。

社會科學關切的是社會,以及一個社會中的個體之間的關係。它有許多分支學科,包括但不限於人類學考古學傳播學經濟學歷史學、人文地理法學語言學政治科學心理學公共衛生社會學。社會科學家在研究個體及社會時,所採取的哲學立場英語philosophical theory有可能各不相同。舉例來說,實證主義社會科學家使用與自然科學中相似的方法作為理解社會的手段,從而將科學的定義較為嚴格的限於現代科學。與之相反,解釋主義英語Interpretivism社會科學家會更傾向使用社會批判或象徵性解釋,而非憑實證來構建可證偽理論,於是科學在這裡的意義更為寬泛。在當今的學術實踐中,研究者往往採取折衷主義而運用多種方法論(比如說將定量研究定性研究結合來做)。「社會研究」這個術語亦變得具備一定程度的自治性,其目標和方法對不同學科背景的研究者來說是相似的。

科學研究[編輯]

測量[編輯]

科學中常常使用測量來作出對比並減少分歧。即便是有明顯的區別,也會通過測量提高精度,以便提高可重複性。例如不同的顏色可以通過波長來區分,而不使用「綠」或「藍」等「模糊」的概念。測量常使用國際單位制(SI),其中包括基本單位:千克, , 坎德拉, , 安培, 開爾文摩爾。第一個提出專門用於實驗的國際基本單位的是查爾斯·桑德斯·皮爾士 (1839–1914),[115] 他提出用來定義譜線的波長。[116] 這直接影響到邁克耳孫-莫雷實驗; 邁克耳孫和莫雷參考他的方法並進行了改進。[117]

七個SI系統的基本單位以及它們的定義之間的依存關係:箭頭終點的單位依靠起點的單位定義。

科學的方法[編輯]

任何研究方法要被視為科學方法,則必須是客觀的(科學家們不能對於科學方法下產生的單一結果有不同的解釋且研究時不能故意去改變結果的發生)。另一項基本期待,則是必須有完整的資料文件以供佐證,以及研究方法必須由第三者小心檢視,並且確認該方法能重製(但在量子力學中,製備完全一樣的複雜量子態是難以實現的;另外理論地理學也難以進行重複實驗,但規律無疑也是確定存在的)。一般理解,科學是對自然規律的追求。科學定律,有一個重要的標準,就是不能有反例。任何一個客觀存在的,能夠重複的現象,如果於已有的科學定律矛盾,即宣布此科學定律的終結。這也是反證法在理論分析中的應用依據。科學方法使用可再現的方法解釋自然現象。[118]從預測當中提出思想實驗或假設。預測是在確認實驗或觀察前提出的,用於證明其中沒有受到干預。而對預測的反證則是進步的證明。[119][120]科學研究者提出假說來解釋自然現象,然後設計實驗來檢驗這些假說,這種實驗需要在可控條件(控制變量)下模擬自然現象(在觀測科學,如天文學或地質學,可預測的觀察結果可以替代核對實驗)。整體而言,科學方法可以解決極度創新的問題而又不受主觀偏見的影響(又稱確認偏誤)。[121]

數學的作用[編輯]

除上述原則外,目前多數科學研究大量依賴於數學方法。在制定實驗方案時,會藉助優選法(試驗設計)知識優化不必要的多餘試驗,以達到事半功倍的效果。對於單次試驗成本較高的研究來說,減少不必要的試驗可以極大地節省經費開銷。在處理數據時,會應用SPSSMatLab等軟體便捷地分析和處理數據。偏難或偏繁雜的常見計算都可由軟體執行。主流的商業軟體都會充分考慮用戶的難處,所以界面設計大多簡潔明了,比較容易上手。而專業一些的軟體則需要較多一些的學習時間,如應用廣泛的R語言。許多軟體都會允許人們開發專門的軟體功能擴展包並發布下載,以方便有不同特定需要的研究人群。當研究者提出一個新的計算模型時,就能馬上通過編程在現有軟體的基礎上實現。對於由測量數據而得出的結論,還需要運用數理統計學方法檢測結果的顯著性。研究人員需要根據不同的樣本數量大小(是大樣本還是小樣本)和數據比較類型(是兩組數據比較還是多組間比較等)確定合適的統計模型,然後在軟體中輸入數據並計算結果的顯著性數值。如果顯著性標準不達標,則論文一般不會有通過評審的希望。這樣的行業現狀也有弊端,許多有啟示性的失敗實驗得不到機會發表;很多人會把論文數據的達標當成研究的頭等大事,而忽略了自己從事研究工作的初衷。儘管目前所有理工學科和多數人文學科都不同程度地應用了數學作為論證工具,但數學在各種具體學科中應用時並不能喧賓奪主。一般來說,分析問題需要有所側重,優先考慮對問題影響重要的因素,能作近似處理的就先作近似,而非對每個因素都用同樣嚴格的數學方法處理,即提倡「重點論」的思想。在各個細節都努力追求數學嚴密性而忽略了問題的最主要矛盾是非常錯誤的做法。[122]如果一個問題的影響因素過多,難以分清主次,則可以嘗試利用統計學中主成分分析的方法加以確定。又如利用數學計算分析一個生物學模型時,比起計算結果是否準確或運算技巧是否高明,生物學家會更關心計算的結果是否能明顯地體現出某種生物學意義(如哪些自變量對因變量影響最大?是正相關還是負相關?是幾次方的關係?是否在到達一定數量後會出現飽和效應?)以及能否順利通過大量實驗數據的驗證。另外,雖然科學理論分不同層次。但基礎層面學科中的原理未必可直接適用於複雜層面的學科研究。這也導致了後來系統科學理論的出現。比如物理學是化學的基礎,很多化學現象歸根結底都可分解為一些量子層面的物理原理。雖然理論物理學家推崇還原論,但也承認量子力學中的微分方程求解方法在一般的化學實際研究中根本派不上用場。[123]化學研究中常遇到的多原子系統在物理學中是屬於非常複雜的模型,即使用近似方法計算也是極為繁雜的。所以化學家雖然需要學習和了解基本的物理原理,但會花更多時間掌握僅適用於本學科的特定研究方法。又如變分學和線性泛函分析雖然是現代物理學的重要數學基礎,但物理系學生一般不會像數學系學生一樣系統地學習這兩門課程。又如雖然物理系和電子工程系都會開設專門的複變函數論課程,但一般的實際工作和研究中用到的複數知識並不多,多局限於複數的初等性質、復內積的性質、積分變換共形變換

科學哲學[編輯]

「這是現代科學的關鍵,也是理解自然的起點。這種理念,也即觀察事物,紀錄細節,希望能從中獲取信息,以便為另一個可能的新理論提供線索...下一個問題是——是什麼讓行星們繞著太陽旋轉呢?在克卜勒所處的時代,一些人回答說這是因為有天使在行星後面煽動翅膀,從而推動了行星繞著軌道運動。正如你將明白的一樣,這個答案其實離真相併不遠。唯一的差別只在於天使們是處於不同的方向,並藉助翅膀將行星向軌道內側推擠。」[124]

理查·費曼《科學的價值》
(The Value of Science)

近代的科學,旨在理性、客觀的前提下,用知識(理論)與實驗有力地闡明事物運作的明確規律。由指以培根馬赫等人倡導的實證主義(不過培根低估了數學在科學研究中的重要性),伽利略為實踐先驅的實驗方法為基礎,以獲取關於世界的系統知識的研究。主要是以自然現象為對象的自然科學。有些人也將以社會現象為對象社會科學納入其中,但社會學科的知識多隻局限於人類社會,而且沒有精確度很嚴密的數學公式或易證偽的命題。而藝術哲學宗教文學則完全不屬於科學。現代科學,有時還包括以人類思維存在為對象的思維科學。對於科學的核心特徵或者說所謂科學精神,隨著人類的進步,有不同的觀點,目前一般認為科學具有如下特徵:

  • 理性客觀:從事科學研究不以「孔子儒家」「神」、「鬼」、「上帝」為前提(一些科學家信仰宗教,但是「科學」本身是理性思維的結果),一切以客觀事實的觀察為基礎,通常科學家會設計實驗並控制各種變因來保證實驗的準確性,以及解釋理論的能力。科學理論不排斥「神」或「鬼」存在的可能性,只是反對故意裝神弄鬼的不誠實行為,避開缺乏可靠證據的神學空談。拉普拉斯認為科學是不藉助神怪假設而單憑理性解釋世界的學問。
  • 可否證性:這是來自卡爾·波普爾的觀點,人類其實無法知道一門學問裡的理論是否一定正確,但若這門學問有部份有錯誤時,人們可以嚴謹明確的證明這部分的錯誤,的確是錯的,那這門學問就算是合乎科學的學問。
  • 存在一個適用範圍:也就是說可以不是放之四海皆準的絕對真理。例如:牛頓力學在微觀世界失效。不過科學家們仍然努力尋找與探索是否有某種理論可以囊括所有自然現象(至少在物理界,將相對論與量子力學合併是一至少延續數十年的野心)。
  • 普遍必然性:科學理論來自於實踐,也必須回到實踐,它必須能夠解釋其適用範圍內的已知的所有事實。如果其適用範圍內有任何無法解釋的反例存在,那麼整個理論就都是錯的。
  • 研究過程需嚴格控制變量。對於相互作用不易分離的多個重要變量,可設法利用統計學方法(如方差分析)對來自不同變量的影響加以分離。

科學還可以分為從理論應用等多個層次。其中理論物理學除遵循上述原則外,還推崇還原論,追求用最簡略的假設描述廣泛而深刻的原理。蘇聯物理學家朗道指出「我們已知的大量物理定律可以由為數不多的最一般規律推演出來。」[122]愛因斯坦也指出任何事情都應該以最簡明扼要的方式呈現。[125]而應用科學則與社會發展有直接關係。在與社會進步的相互作用中,應用科學對實踐的指導作用得到不斷加強,科學體系本身也不斷壯大,它對人類歷史的重大影響日趨顯著。

科學文獻[編輯]

在論述非原創觀點或引用他人成果時,需要註明資料來源,以方便考證與查閱。現代學術服務機構普遍使用計算機資料庫儲存與檢索文獻。1665年1月,世界上第一個人文類學術期刊《學者周刊》(Journal des Sçavans)創刊。同年3月,第一個理工類研究雜誌《自然科學會報》創刊。此後,學術類期刊數量逐步增多。1981年時,曾有人估計當時的全球的學術期刊總數已達11500份。[126]僅與生命科學有關的學術雜誌,在美國國家醫學圖書館中就已列舉出5千份。雖涵蓋39種語言,但其中九成是英文雜誌。[127]一般人文學科在需要引用文獻時,一般需多列幾項參考資料。對於理工學科而言,《華盛頓郵報》文章稱,「鑑於中國國內學術抄襲與造假的現象較多[128][129],在引用國內文獻時,一般也需多列幾項參考資料」。少數行業精英有時在發表刊物或專著時,因幾乎均為原創內容,即使不寫參考資料也能順利發表,例如費曼等。目前的學術期刊廣泛採用同行評審的方式來履行學術質量把關。但同行評審機制不能完全防止學術造假的發生。[130]在知名雜誌發表論文時,同行評審會更加嚴格。不過同行評審非常嚴格的《科學》和《自然》等雜誌也有可能出現論文造假事件,21世紀初比較知名的學術造假案例有韓國科學家黃禹錫造假事件與日本科學家小保方晴子造假事件。評價學術期刊影響力的常見參考標準之一是看其影響指數(IF)的大小。影響指數高的期刊會更引人關注。過於強調影響指數的作用則是一種迷信的行為。另外,影響指數評價的是期刊在一段時期內所有論文的平均影響力,而有些人誤把影響指數當作了判斷特定論文及其投稿人的水平標準。[131]在知名期刊發表論文的研究者更易獲得更多的科研經費。由於知名期刊的關注度更高,所以時間有限的人會優先閱覽知名期刊,長此以往,在知名期刊投稿的作者的被引用機率會越來越大,而在不知名期刊投稿的作者的被引用機率會越來越小,造成評價標準越來越不公平的惡性循環。[132]影響指數的提出者尤金·嘎菲德(Eugene Garfield)也指出同一期刊中不同文章的水平是不一樣的,不能一概而論,更不該作為評價個人能力的標準。[133]一種變通的應對方法是在發表論文時先嘗試給比自己預期稍好一些的雜誌投稿。2005年,物理學家喬治·希爾施(Jorge E. Hirsch)提出了用於評價物理學家個人研究能力的H指數

科學共同體[編輯]

約翰·赫維留與妻子伊莉莎白英語Elisabeth Hevelius於1673的觀測。他們是皇家學會的第一批外國成員。

科學界,或稱為科學共同體,指所有能夠互相交流的科學家,以及他們各自所在的學會及研究所。一般其會被按不同工作的領域分成子社群。其中也有很多跨學科,跨機構的活動。

科學家[編輯]

德國出生的科學家阿爾伯特·愛因斯坦(1879–1955)創立了相對論。他並以其在理論物理方面的工作獲1921年諾貝爾物理學獎

科學家是從事科學研究以在某個感興趣的領域增進知識的個人[134][135]。「科學家」(scientist)這個詞系由威廉·惠威爾於1833年第一次使用。在現代,許多職業科學家會在一所學術機構中接受訓練,訓練完成後獲得一個學位,最高學位為博士,如哲學博士(PhD)[136]醫學士(MD)、工程學博士(DEng)。許多科學家在各個國民經濟部門中繼續其職業生涯,如學術界產業界行政機構非營利組織[137][138][139]

科學家顯示出對現實的強烈好奇,部分科學家還謀求運用科學知識以增益於健康、國家、環境、實業;從事科學的其它動機還包括取得同儕承認,以及名望。諾貝爾獎即為一種公認名望很高的獎項[140],每年一次頒授給在醫學物理學化學經濟學方面取得科學進展的人。

自古至今,就基礎科學(不同於應用科學)而言,有一個特點變化不大,即相對寬裕的家境對於專職從事基礎科學研究來說是一個顯著優勢。而應用科學因相對來說較易出成果,且易轉化為可創造財富的生產力,故對專職研究者的家境不會有限制。

科學領域中的女性[編輯]

瑪麗·居禮是首個兩度獲諾貝爾獎的人:1903年的物理學獎及1911年化學獎[141]
一份中世紀的《幾何原本》譯本開頭插畫(約1310年),圖中的婦女在教授幾何學。
穿實驗服的女科學家。

歷史上,科學曾是一個幾乎由男人壟斷的領域,其間只有少數矚目的例外[j]。婦女在科學界曾遭到相當的歧視;在男性主導的社會中,這一點與其它領域的情況很相似。比如婦女在尋找工作機會時經常被忽略過去,而她們的工作成果也常被拒絕承認[k]。舉例來說,Christine Ladd英語Christine Ladd-Franklin (1847–1930) 為了能夠入學博士培養計劃曾使用「C. Ladd」的名義;Christine 「Kitty」 Ladd 1882年即已達到博士要求,卻延宕至1926年才被授予學位,在此期間其學術成就已兼及邏輯代數(見真值表)、色彩視覺以及心理學等領域。她的工作領先諸如路德維希·維根斯坦查爾斯·桑德斯·皮爾士 等著名學者。婦女在科學上的成就一向被歸功於她們不屈就於家庭圈子中的勞力這一傳統上認為其應當扮演的社會角色[142]

20世紀後期,積極的招募婦女並消除成建制的性別歧視使得女科學家的人數大為增加,但是在某些領域中性別比例依然很不平衡;21世紀初期,過半的新晉生物學家為女性,然而有80%的物理學博士學位授予了男性[來源請求]。在21世紀早期,美國的科學與工程領域有50.3%的學士學位、45.6%的碩士學位及40.7%的博士學位授給了女生。她們拿到了過半的心理學學位(約70%)、社會科學學位(約50%)、以及生物學學位(約50-60%),但在物理科學、地球科學、數學以及計算機科學領域拿到的學位少於半數[143]。生活方式的選擇亦為婦女從事科學的主要影響因素之一;有年幼後代的婦女取得終身職位的機會會因工作與生活的平衡問題而下降28%[144],是故女研究生選擇研究職業的意願會在研究生院就讀期間急劇下降,而同期其男性同事的意願則保持不變[145]

特殊科學群體[編輯]

黑人群體由於整體教育水平不高,知名的黑人科學家還很少[146][147][148]

希臘人因面臨經濟不穩定與人才流失問題,在現代科學發展中光輝不再[149][150][151][152][153][154][155]

學會[編輯]

物理學家們在皇家學會樓前(1952年,倫敦)。

旨在交流和促進科學思想與實驗的學會文藝復興時代起便已存在[156]。許多科學家都加入了某個旨在助益各自的科學學科專業或相關學科集群的學會[157]。會員資格可以是向所有人開放的,也可能要求擁有某些科學資格證明,抑或是作為一項通過選舉來頒授的榮譽[158]。大多數科學學會為非營利組織,很多為專業協會。其活動一般包括定期召開學術會議以宣讀和討論新的研究結果,以及發行或主辦本學科的學術期刊。一些學會亦會行使專業團體的職能,從公共利益或本團體的集體利益出發來管理其成員的活動。科學社會學學者[誰?]認為學會具有關鍵的重要性,組建學會有助於新學科或新專業的出現和發展。

科學從19世紀開始職業化,其推動力部分源自一系列國家中權威的科學院英語Academy of sciences之創立,如義大利猞猁之眼國家科學院始創於1603年[159],英國皇家學會1660年,法國科學院1666年[160]美國國家科學院1863年,德國威廉皇帝研究所1911年,以及中國中央研究院1928年。自各國科學院創立以來,國際科學組織如國際科學理事會 (ICSU)等也開始形成,以促進不同國家的科學共同體之間的合作。

科學與社會[編輯]

科學與其他領域的關係[編輯]

科學與宗教[編輯]

科學雖然與宗教有過大衝突,但它與宗教和神秘主義並沒有嚴格的對立關係。尤其是近代社會變革以來,一些宗教也發生了適應社會進步的改革,與科學的矛盾趨於緩和。有布道者也開始用可支持自己宗教觀點的科學原理舉例,雖然解讀得很走樣。歷史有許多著名科學家都有宗教信仰,如歐拉柯西,宗教信仰並未使他們的科學視野有所局限。而知名物理學家恩里科·費米則是一個不可知論者,他對原子彈的研發和量子物理的發展有重要貢獻。費曼認為(在20世紀50年代)有超過半數的科學家無宗教信仰,而且科學不能論證上帝不存在[161](在這裡, 「不能」的具體含義是, 科學理論必須具備可證偽性, 而「上帝存在」這一命題並不具備可證偽性, 因此在科學範疇內無意義)。與科學對立的事物主要是頑固守舊的原教旨主義、排斥理性反智主義以及違反實證精神與客觀原則卻以「科學」自我標榜的偽科學

「如果一個人以所有人都能明白的口氣談論問題,那不難得知這肯定是某種深奧的哲學(意即「反正不是科學」)。但是,我打算講得更明確一些,我想讓大家以一種更誠實而非模稜兩可的方式理解我的意思。」
("A person talks in such generalities that everyone can understand him and it's considered to be some deep philosophy. However, I would like to be very rather more special and I would like to be understood in an honest way, rather than in a vague way.)

理查·費曼《物理定律的本性》
(The Character of Physical Law)

科學與哲學[編輯]

除科學比哲學更腳踏實地關注具體問題外,哲學與科學的區別也在於哲學沒有被廣泛認可的主流理論。而且哲學有很大一類分支,與科學的客觀態度相違背,即唯心主義。哲學雖無數次推動過科學進步,但現在與科學的聯繫越來越疏遠。科學的知識越來越多,越來越細,越來越難,專職的哲學家已很難明白基礎科學的前沿問題。相反,科學新概念的快速發展倒是對傳統哲學衝擊很大,如不可分空間不可定向流形蝴蝶效應、量子化假設、平行宇宙對稱性破缺單電子宇宙。由於科學與哲學(尤其是自然哲學)的淵源,科學的最高學位頭銜直到今天仍被叫作「Ph.D.」,即「自然哲學博士」。

費曼稱,因科學與懷疑論相容,所以以毫不懷疑的態度以無神論回應所有政治問題和道德問題的共產主義與科學精神相左[162]。其他對社會主義理論之科學性的批評主要來自奧地利與英國哲學家卡爾·波普爾

科學與古代傳統醫學[編輯]

一些知識體系或方法論不能納入現代科學體系,例如中醫學。但在中國,中醫受到官方扶持,大多數民眾也都會在某些時候採用與中醫相關的療法。這與世界其它某些地區的情形類似,如印度的傳統醫術阿育吠陀也受到官方扶持及民間的普遍相信。目前對中醫的主要研究是用對比實驗確切地檢驗中醫療法中有哪些能有效醫治病人。2013年,史蒂文·諾維拉(Steven Novella)和大衛·科爾庫洪英語David Colquhoun曾撰文指出有關針灸的現有論文出現了一個奇怪的現象,即有些人的實驗結果表明針灸有療效,而另一些人所做的實驗則無顯著效果。因此兩人推測針灸實驗可能出現假陽性結果。而對於假陽性結果為何比較多,兩人則猜測是安慰劑效應在起作用。[163]

科學與政治[編輯]

科學與大眾文化[編輯]


參看[編輯]

注釋[編輯]

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    • The full title translation is from p. 60 of James R. Voelkel (2001) Johannes Kepler and the New Astronomy Oxford University Press. 克卜勒是在1600年7月10日於格拉茨觀測了日偏食之後想到要做這個實驗的。他使用第谷·布拉赫的觀察手段,也就是把太陽的像通過一個針孔投影到一張紙上,而不是直接對著太陽看。他不同意布拉赫關於日全食不可能發生的結論,因為歷史上有過日全食的記錄;而是根據這次觀測推論,孔的口徑決定成像的銳度(孔越大,像越精確——這個事實如今對光學系統設計來說很基本)。Voelkel, p. 61, 注意到克卜勒的實驗第一次正確的描述了視覺和眼睛,因為克卜勒意識到,若要對天文觀測作精確的著述,就不能對眼睛置之不論。
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  124. ^ 原文為「This is the key of modern science and is the beginning of the true understanding of nature. This idea. That to look at the things, to record the details, and to hope that in the information thus obtained, may lie a clue to one or another of a possible theoretical interpretation...The next question was — what makes planets go around the sun? At the time of Kepler some people answered this problem by saying that there were angels behind them beating their wings and pushing the planets around an orbit. As you will see, the answer is not very far from the truth. The only difference is that the angels sit in a different direction and their wings push inward.」具體出處詳見其英文維基語錄
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