《科学的故事 The Story of Science》：人类的探索永远在路上
小智雅汇 2018-09-06 22:46:08
人类区别于动物，在于其思考力、制造和使用工具的能力。人类使用的工具由简单到复杂，且慢慢有了语言、有了分工、合作，生存的能力逐步得到提高。
好奇心与想像力是人类的天性之一，生活之外会仰望天空、扪心自问，思考生命和宇宙的奥秘。
对生老病死的迷惑，会进一步追寻生命的意义，生活不再只有物质方面生存的需求，精神需求越来越强烈，于是有了神话、宗教、哲学，构建人们心中的精神力量与精神信仰。
地球是宇宙的中心吗？是上帝创世吗？人类是上帝创造的特殊物种吗？
从占星术士到天文学家，从炼金术士到化学家、物理学家，从神学家到创建演化论的博物学家。从石器到青铜器到铁器、从望远镜到显微镜、从电动机到发电机、从计算器到电子计算机，人类在进步。
随着人类对物质世界认识的深入，人类也不再满足于仅仅停留在适应环境的水平，有了改造环境的欲望和动力。人类研究什么力量将宇宙聚在一起，研究机械力、电磁力、物质的力量……
对于生命、微观和宏观世界，人类的探索将永远没有尽头。
Michael Mosley为探究科学认识的发展与社会历史的进程的密切关系，进行了一趟增长见识和雄心勃勃的旅程。
第1集：宇宙是什么 What is out there
人类是如何认识到地球不是宇宙的中心的。
How we came to understand our planet was not at the centre of everything in the cosmos.
「宇宙是什么」自人类诞生便经常唤起我们的好奇与想象。宇宙观经历无数次的巨变，即使过程艰辛，但凭借无穷的想象力、知识的累积以及科技的发展，探索真理的科学道路上仍能愈走愈远。究竟哪些人在科学史上扮演重要推手?他们面临哪些压力与困难?解决了什么问题?又面临哪些新的问题呢?
第2集：世界由什么构成 What is the world made of
原子理论和量子物理是如何支撑现代技术的。
How atomic theories and concepts of quantum physics underpin modern technology.
物质的基本元素是什么?这个问题是化学的基础，古代炼金术师、化学家、量子物理学家都在思考这个问题。每揭开一层面纱，看到的都不是最后的谜底，却能彻底改变人类的生活。人造染料、真空管、晶体管都源自对这个问题的探求。究竟有那些人，在探讨物质的基本元素上，担任重要推手?还有哪些问题，等待我们探索的呢?
第3集：生物起源 How did we get here?
科学家是如何解释地球生物的多样性的。
How scientists came to explain the diversity of life on earth.
我们从何而来，是人类最切身的科学问题。人原本相信自己独一无二，是上帝创造的完美杰作。但后来到底有什么历史力量、有哪些学问、有哪些科学家打破人类的迷思?让人惊觉上帝创造的宇宙并不永恒，惊觉人不过是地球漫长历史中最后的幸存者，从一片死寂中诞生。让我们看看人类如何探索自己的起源，预测自己的未来。
第4集：人类有无穷的力量吗? Can we have unlimited power?
人类利用风能、水蒸汽能和原子能的故事。
The story of how power has been harnessed from wind, steam and from inside the atom.
人类自古以来的渴望─寻找无尽的能源。我们是最渴求能源的一代，能源的用途、什么是能源等问题，构成现代世界的基础。人类是怎么一路从瓦特蒸汽机、伏特电池、居礼夫人的镭元素，发展到爱因斯坦的能量质量换算公式。能量研究究竟如何影响人类的生活?宇宙的能量究竟有没有极限呢?
第5集：生命秘密 What is the secret of life?
从人体的多样性研究生命秘密的故事。
The story of how the secret of life has been examined through the prism of the human body.
盖伦、哈维、现代实验室、虎克、人工染料、显微镜、物理学家，都参与过生命探索之旅。意想不到的人事物，总意外帮了大忙，让生命科学往前推进一步。但科学的本质，似乎是永远解决不完的问题，生命的奥秘更是如此，让我们一起走过无穷无尽的生命探索旅程吧!
第6集：我们是谁? Who we are?
脑解剖学及心理学为“我们是谁?”这个问题提供了新观点。
The sciences of brain anatomy and psychology have offered different visions of who we are.
有时候我们会停下来，扪心自问我们是谁。长久以来，人类在不同时代，以不同角度思考这个问题。我们以为自己超越其它动物，人类的思想、感觉、欲望是独一无二，唯一理性的存在。这种自我的完美认知，已受到历史上许多研究的挑战。请跟随心理史的脚步，看看有那些重要发现，影响了我们看待自己的眼光。
官方网站：http://www.bbc.co.uk/programmes/b00s9mms
英语发音，中文字幕
https://www.bilibili.com/bangumi/play/ep118825/
(咪咕视频APP上也可以搜索到。)
字幕下载：
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Michael Mosley为探究科学认识的发展与社会历史的进程的密切关系，进行了一趟增长见识和雄心勃勃的旅程。
第1集：宇宙是什么 What is out there
人类是如何认识到地球不是宇宙的中心的。
How we came to understand our planet was not at the centre of everything in the cosmos.
「宇宙是什么」自人类诞生便经常唤起我们的好奇与想象。宇宙观经历无数次的巨变，即使过程艰辛，但凭借无穷的想象力、知识的累积以及科技的发展，探索真理的科学道路上仍能愈走愈远。究竟哪些人在科学史上扮演重要推手?他们面临哪些压力与困难?解决了什么问题?又面临哪些新的问题呢?
第2集：世界由什么构成 What is the world made of
原子理论和量子物理是如何支撑现代技术的。
How atomic theories and concepts of quantum physics underpin modern technology.
物质的基本元素是什么?这个问题是化学的基础，古代炼金术师、化学家、量子物理学家都在思考这个问题。每揭开一层面纱，看到的都不是最后的谜底，却能彻底改变人类的生活。人造染料、真空管、晶体管都源自对这个问题的探求。究竟有那些人，在探讨物质的基本元素上，担任重要推手?还有哪些问题，等待我们探索的呢?
第3集：生物起源 How did we get here?
科学家是如何解释地球生物的多样性的。
How scientists came to explain the diversity of life on earth.
我们从何而来，是人类最切身的科学问题。人原本相信自己独一无二，是上帝创造的完美杰作。但后来到底有什么历史力量、有哪些学问、有哪些科学家打破人类的迷思?让人惊觉上帝创造的宇宙并不永恒，惊觉人不过是地球漫长历史中最后的幸存者，从一片死寂中诞生。让我们看看人类如何探索自己的起源，预测自己的未来。
第4集：人类有无穷的力量吗? Can we have unlimited power?
人类利用风能、水蒸汽能和原子能的故事。
The story of how power has been harnessed from wind, steam and from inside the atom.
人类自古以来的渴望─寻找无尽的能源。我们是最渴求能源的一代，能源的用途、什么是能源等问题，构成现代世界的基础。人类是怎么一路从瓦特蒸汽机、伏特电池、居礼夫人的镭元素，发展到爱因斯坦的能量质量换算公式。能量研究究竟如何影响人类的生活?宇宙的能量究竟有没有极限呢?
第5集：生命秘密 What is the secret of life?
从人体的多样性研究生命秘密的故事。
The story of how the secret of life has been examined through the prism of the human body.
盖伦、哈维、现代实验室、虎克、人工染料、显微镜、物理学家，都参与过生命探索之旅。意想不到的人事物，总意外帮了大忙，让生命科学往前推进一步。但科学的本质，似乎是永远解决不完的问题，生命的奥秘更是如此，让我们一起走过无穷无尽的生命探索旅程吧!
第6集：我们是谁? Who we are?
脑解剖学及心理学为“我们是谁?”这个问题提供了新观点。
The sciences of brain anatomy and psychology have offered different visions of who we are.
有时候我们会停下来，扪心自问我们是谁。长久以来，人类在不同时代，以不同角度思考这个问题。我们以为自己超越其它动物，人类的思想、感觉、欲望是独一无二，唯一理性的存在。这种自我的完美认知，已受到历史上许多研究的挑战。请跟随心理史的脚步，看看有那些重要发现，影响了我们看待自己的眼光。
官方网站：http://www.bbc.co.uk/programmes/b00s9mms
英语发音，中文字幕
https://www.bilibili.com/bangumi/play/ep118825/
BBC 6集记录片The Story of Science观后随笔
Johnzy
2016.09.25
这是一个关于科学史的记录片系列。讲述了我们人类是怎么一步一步认识这个世界和我们自身，以及我们是怎么样走上“科学”这条道路的。了解了历史进程之后，我们自然就能明白，我们每天挂在嘴边的“科学”、“科学方法”、“科学精神”究竟是什么。并且，我们也会从中窥见，“科学”与“技术”之间的联结。
一切都起源于我们——人类的思想。有一个极端一点的说法：我们现今达到的成就，归根到底，是从第一只抬起头来仰望星空的猴子开始的。
是的，就是好奇心。当我们远古的祖先不再满足于吃饱穿暖，不再满足于简单的生存，开始向这个世界、向自身发出疑问时，征程就此开始。（其实，到这里为止，说得还是哲学，自然科学还没有分化出来。）
这部记录片The Story of Science以人类对世界和自身所提出的6个偏底层的问题为主线。人类在尝试解答这些问题的漫长历史进程中，形成了一种非常可靠的方法——“科学方法”(scientific method)。在从古至今所有的活动中，科学赋予了人类最大的改变。我们现今几乎所有的成就，都是科学这种方法的产物。
这6个问题分别是：
(1) What is out there?
(2) What is the world made of?
(3) How did we get here?
(4) Can we have unlimited power?
(5) What is the secret of life?
(6) Who we are?
这篇观后随笔，目的是在输入大量的信息后，尝试做一些整合和输出的工作。只有必要的输出才能使输入的信息内化成头脑中可靠的经验。
虽然是6个问题，但那也只是作者想突出强调所作出的安排。其实我认为，整个人类的求索历史，都可以归类到下面二者之一。所以我们分别来说。
1. 我们是怎么认识外部世界的——科学方法的诞生
从很早期人类就开始探索外部世界，但一直到近代（16、17世纪？）才开始有了实质性的突破。在这之前，人们一直在进行着头脑中较纯粹的思辨，而没有与自然世界进行必要的互动。亚里士多德等人的观点从公元前开始影响了人类两千年。这其中也有自古以来宗教的力量。直到16、17世纪开始，人们终于开始怀疑宗教的权威，开始学会质疑，也开始使用证据进行推理(reasoning)。与此同时，人们意识到，既然宗教权威都可以被质疑，那么人类一直以来关于这个世界的看法，当然也可以得到质疑！与此同时，人们终于开始走出纯粹的头脑中的思辨，开始对自然界进行观察和记录，而且使用数学（数字，几何形状）等进行记录观察的结果（这便是测量的开始）。通过观察和记录，人们便得到了关于这个世界的一些信息，并且人们认为这些信息是“客观的”(objective)，也就是说不同于以前纯粹的头脑中思辨不同人有不同观点并且谁也说服不也谁，不同的人进行同一个“客观的”观察所得到的结果是相同的，所以这样的观察和结果是可以依靠的——这便是“客观”的含义，不因观察主体人的改变而改变。为了观察，人们按照经验制造更好用的工具（仪器），从而得到更好更有用的观察结果。而制造更好用的工具，就是“技术”。当然，这里面还少不了金钱、权利、地位、名声等利益对人做事动机的影响。从现在开始，我们可以把观察得到的结果，称为“数据”，因为数学很自然地可以用来描述观察的结果（结合自己之前对数学和现实世界的理解，很好解释），也就是说，多数时候，可以把观察结果数字化、数学化。从这些数据出发，结合逻辑推理（构成人类思维的基本工具），人们可以尝试进行归纳、猜想、瞎蒙等思维活动，对外部世界发生的现象做出合理的描述和解释。一个典型的例子，行星的运动轨道，在很长时间内教会都说是完美的圆，人们也都无法反驳。但通过Tycho等人观测到的数据，计算发现，无论如何也无法将数据与圆吻合，而是与椭圆吻合得最好。通过观测得到的客观数据，加上逻辑推理，形成证据，证明行星轨道不是圆而是椭圆。（当然，这里意思是说“轨道就是椭圆”吗？当然不是。意思是，数据与理论上的椭圆契合度非常高，误差很小，比圆小得多得多得多，差了很多数量级，并且通过数据我们也对理论和实际的误差有了一些经验上的了解。另外，椭圆也只是一个简化且足够准确的模型，当需要更高准确度的场合，可以再次通过数据，发展出更复杂而准确的模型，比如椭圆的基础上加一些修正之类的。）后来，人们不仅开始观察，还开始针对不同的目标，人为地设计不同的场景，在这些人为场景中有目的地进行观测。这便是“实验” (experiment)。
好了，现在我们以行星轨道为例子，再次明确地阐述一下，什么是“科学方法”(scientific method)：
step 1. 提出一个问题 （行星的轨道是什么样的？）
step 2. (设计实验场景），观察（观测），并了解结果（定性的趋势、定量的数据）
step 3. 通过归纳、猜想等，提出理论假说（定量情况下是数学模型），然后用数据进行验证，看契合度和误差是否满意（满足描述要求，满足应用要求等），调整修改模型，直到得出满意的、大多数人接受的方案（模型），形成暂时的理论。（暂时的理论就是，太阳系的行星，围绕太阳按椭圆轨道运动，并且迄今为止观测到的数据提供了大体上的误差信息，大多数场景中，按椭圆轨道得出的进一步信息，其误差可以满足需要。)
step 4. 后续的时间中，出于不同的目的，不同的时间、地点、人物进行相同的观测，得到数据，不断对理论进行检验。只要发现一例数据与理论不吻合的（当然前提是要可靠，具体什么是可靠，貌似也只能具体问题具体分析了），理论就被判失效，将回到step 3重新发展新的理论。这便是科学理论的“可证伪性”——也正是这种可证伪性，使得科学理论能够不断地自我修正，不断地发展，越来越准确、深入和有用。
附上科学哲学专家XXX的一句话，对科学是什么的精确表述：
Science is an objective, self-correcting method for gathering and organizing information about the natural world through repeated observation and experimentation.
--XXX
换言之，“科学理论”（简称“理论”），就是人类试图回答那些像“关于这个世界是什么样的”问题的过程中，使用上面阐述的“科学方法”，搜集和整理出的，关于这个世界的一些比较可靠的信息，也可以叫做规律，叫做事实。并且，运用逻辑，可以对这些理论给出一定层面上的解释。同时，理论往往具备预测的功能。
总之，人类文明历经了几千年，终于诞生出了科学这一认识世界的强有力的工具。
使用科学方法，再结合数学的发展（比如微积分），技术的发展（比如测量仪器，交通工具，印刷技术等），使人类关于自然界的理论越来越准确丰富，人类也越来越掌握了自然的规律（尽管很多还不知道为什么，但先知道是什么怎么样也是好的），人类已经可以预测越来越多的事情，也可以对这些事情进行越来越深入的解释。（关于解释和预测，其实界限是模糊的，要防止思维停留在字面意思上玩文字游戏的风险。要理解理论的解释和预测功能，还是要具体到每一种理论中去理解，不能抽象理解。）
科学理论的发展，也促进了技术的进步。这是因为，理论随着其发展可以解释和预测更多事情，我们就可以更自由地根据理论去人为设计、制造，去实现人类想实现的目的。
反过来，技术肯定又促进了科学的发展。因为技术更先进，能做得更多，能发现更多。
所以，真的应该看科学技术史，而不应该只看科学史…
2. 我们是怎么认识自身的
地球，地理，地质，生物，生理，进化，人体…
感觉，情绪，心理…
附：对于技术的理解
技术，常常与科学联系在一起。研究人员正在做的事情，就叫“学术”（科学与技术？）。
那么什么是技术？
个人的理解，技术，是实现某一种目标和功能所使用的方法。以及包括最终的成品。技术有明确的功能导向，一般是人类为了自身的利益所为。粗略地理解，技术就是一个个功能模块，一个个黑盒子。
技术的实现依靠三个关键因素：科学理论、已有技术和不系统的实践经验。
科学理论上文已阐明。已有技术是指那些在人类历史上已经比较成熟经过检验的技术，他们可以做为功能模块被调用。不系统的实践经验是指研究探索活动中尚未形成成熟理论和技术的研究经验，又分为直接经验和间接经验。直接经验是研究者身体力行亲自尝试过后得到的经验，间接经验是其他研究者（历史上的和现在的）所提供和分享的研究经验，比如学术论文、专利、会议交流、日常交流等等形式。以研究者个体角度来讲，所能接触到的间接经验远远多于直接经验。
所以可以说，科学认识世界，技术改造世界。
少关心怎么来的（因为历史路径可以不唯一），多关心是什么（因为本质往往趋同）。
好了，最后再总结一下吧，算是这段时间思考成果的一个小结：
人类在基本生存需求和活动之外，会对这个世界和自身产生一些疑问，也会有改造事物使之向利已方向发展的需求。所以除去基本生存需求，人类的其它需求大体可分为两类：认识世界和改造世界。（暂不讨论过于“哲学”的问题。）
（科学）理论是指人类使用科学方法(scientific method)所得到的一些关于客观世界的信息和规律。理论的得出和验证必须由实验来完成。理论往往以数学语言给出。理论具备一定的预测和解释功能。理论的得出依赖于已有理论、已有技术和尚未成熟的直接经验和间接经验。理论本身只能在一定程度上回答“是什么(What)”、“为什么(Why)”的问题，但形成理论的过程中，需要技术的功能。
技术是人类为达到某种对自身有利的目的所提出的方法。技术的实现也依赖于已有理论、已有技术和尚未成熟的直接经验和间接经验。技术本身只回答“怎么做(How)”的问题，而不回答What和Why，但形成技术的过程中，需要理论的指导。
科学认识世界，技术改造世界。
注：关于客观世界的含义，作者认为，技术已经创造的成品，自动归属于客观世界。比如人类制造出光纤以后，便开始使用科学方法，形成关于光纤的规律，这些规律也应该属于理论。
所以自己当前的研究方向其实是：应用物理与工程实践的中间层。其实质是，使用了一些理论（如电磁学、光学、天文学和一些基本的物理知识，还有光电子的理论，光纤中的理论），再加上一些成熟的技术（光纤通信、信号处理、光电子等等），提出和解决一些有价值的问题。