为什么？原因是什么？为什么会这样？怎么造成的？如果你是那种总是在寻找答案的人，也许你在不知不觉中就成了某种科学家?

 

为什么？原因是什么？为什么会这样？怎么造成的？如果你是那种总是在寻找答案的人，也许你在不知不觉中就成了某种科学家? 事实上，知道就是科学的全部内容:"science" （“科学”）一词与拉丁语单词scire (“知道”) 和scientia (“知识”) 联系在一起，所以它是寻找世界如何以及为什么这样运行的答案的过程。

从为什么天空是蓝的到你的鼻子闻起来是什么味道，从为什么船漂浮在水面上到什么让我们快乐或悲伤，你可以用各种方式寻求答案和启示:你可以问你的朋友他们的意见，向神祈祷，画画，写歌，或者在山上冥想，挠头是什么让科学与其他思考事物的方式如此不同? 为什么科学如此重要?。

什么是科学 ?科学的不同之处在于，它是一种非常系统的积累知识的方式它运用逻辑思维，根据观察和实验收集的证据来解释事物为什么工作或事情是如何发生的科学缓慢而肯定地提出了连贯的解释，称为理论，这些理论与更大的理论相结合，对我们周围发生的事情做出了更全面的解释。

例如，艾萨克·牛顿的全面的“通用”引力理论是建立在较小的理论基础上的，比如伽利略对下落物体如何冲向地球的观察，以及约翰内斯·开普勒关于行星横扫太空的想法，这些理论本身都是基于可以追溯到古代的早期科学牛顿的理论反过来又成为阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)在20世纪初提出的广义相对论(general theory of relativity)对引力的更广泛解释的一部分。

科学是一个拼图游戏，理论是一块块的，随着不同的理论逐渐结合在一起，它们为我们提供了一个不断扩展的世界是如何运作的画面科学的方法“重要的是不要停止质疑”——阿尔伯特·爱因斯坦为什么天空是蓝色的? 如果你不知道实际的解释，你可能会猜测各种各样的答案——其他人也一样。

如果我们只是问人们的想法，我们很容易得到50或500个可能的答案我们怎么知道哪个是正确的呢?科学家使用一种叫做科学方法的方法首先，他们非常仔细和系统地观察或测量某些东西(例如，天空是蓝色的)，这被称为收集数据。

（什么时候是蓝色的? 到底是什么深浅的蓝色? 还有其他颜色吗? 什么时候?) 由此，他们提出了一个试探性的、合乎逻辑的解释，即假设(它可以是这样的:天空是蓝色的，因为空气中有水) 假设应该提出可以检验它的方法，也就是我们所说的实验。

(天空中水分明显较多的阴天是蓝色的吗?晴天是蓝色的吗?) 通过进行实验，科学家可以测试一个假设，看看它是否是一个能解释所有证据的好解释虽然实验可以是快速和简单的，但它们也可以是错综复杂的大多数实验将我们故意改变某些事情 (比如，做更多的运动来看看我们是否感觉更好) 的情况与我们没有这样做的情况进行比较。

这被称为对照实验，它让我们看到我们改变的东西是否会产生影响(我们可以做其他的实验来改变其他的东西，一次一个，看看会有什么不同) 得出数学结果的实验也必须证明这些结果不可能纯粹是偶然发生的有很多方法可以用数学来检验实验数据，如果数据比随机结果更好，我们就说它具有统计显著性。

如果一个假设不能被实验验证，它通常从一开始就被认为是糟糕的科学所以，如果你认为天空是蓝色的，是因为火星人在你不注意的时候拿出了他们的油漆罐，这基本上是不可检验的:没有证据，也没有明显的方法得到任何证据，所以这个假设是不可能的。

这并不意味着一个假设必须立即得到验证:有时需要相当长的时间来设计正确的实验阿尔伯特·爱因斯坦于1915年首次提出了他的广义相对论但他不得不等了四年，才有另一位物理学家阿瑟·爱丁顿在一次著名的日食的帮助下证实了这一点。

为什么证据对科学如此重要? 医学可能是最好的例子如果你生病了，你想要一种有效的治疗方法，让你好转;如果你快死了，你会想要治愈方法庸医有时完全有可能帮助人们好转，要么是纯粹的偶然，要么是非常有趣 (也非常真实) 的安慰剂效应。

但要想出持续改善人们生活的医学治疗方法，我们需要进行实验并建立证据，证明这些治疗方法确实有效，持续有效，并且适用于所有可能尝试它们的不同人群;我们还需要确保它们不会弊大于利科学阻止我们落入轻信的陷阱——相信似是而非的想法 (听起来正确的事情实际上是错误的) 。

正如宝丽来(Polaroid)相机的发明者、物理学家埃德温·兰德(Edwin Land)曾经说过的那样:“科学是一种防止你欺骗自己的方法”什么是理论?如果有充分的证据，一个试试性的、非常不确定的假设就会开始固化为一个更正式的、被普遍接受的解释，这就被称为理论。

换句话说，理论是由实验证据或其他观察证实的假设证据越多越好，理论就越强——一个理论能解释的东西越多，它就越好重要的是，一个理论的证据必须来自不止一个人或团体:换句话说，一个团队的工作结果必须被其他团队复制 (重复)。

理论还必须在更广泛的科学界发表和讨论 (通常在著名的科学期刊上)，这一过程被称为同行评审，这给了其他人发现你的理论或你用来检验它的方法中的缺陷的机会如果任何证据与一个理论相矛盾，这个理论要么是错误的，要么是不完整的，这意味着需要一个更好的理论。

有时错误的理论来自错误的实验，这些实验提供了不正确的数据或其他种类的误导性证据重要的是要试图反驳理论 (“如果我们看到这个发生，这个理论一定是错的”)，而不仅仅是证实它们(“如果我们看到这个发生，它与我们的理论一致”)，尽管这是一个好理论的标志，如果它能适当地抵御批评。

一个好的理论也会做出预测，超越科学家已经看到或观察到的东西一个很好的例子就是元素周期表，门捷列夫解释了不同原子之间的关系当他绘制周期表时，他的图表中有各种各样的空白，这些空白预测了尚未发现的元素(如镓和锗)的存在。

当这些元素后来被发现时，它有助于证实门捷列夫的想法(同样重要的是，门捷列夫的理论预测了从未被发现的元素，所以它不是一个完美的理论)有些科学是非常复杂的，严格检验理论的过程可能比最初设计理论的过程更具挑战性。

对于为什么某些人，在特定的时间、特定的地点，突然患上某种疾病，可能有各种各样的解释是附近工厂的空气污染吗? 水里有东西……地下的放射性岩石……或者只是统计上的侥幸? 当有很多因素可能起作用时，很难分离出一个最重要的变量。

最好的理论——比如进化论——已经“进化”了几十年或几百年 (请原谅我用了这个双关语)，得到了许多不同种类的证据的支持，这些证据涉及来自各个领域的许多不同科学家进行的数千次实验和研究像这样优秀的理论可能需要很长时间才能被接受。

同样，错误的理论有时需要很长时间才能消失例如，最初人们认为地球是宇宙的中心，太阳和行星围绕着它旋转众所周知的地心说 (字面意思是“以地球为中心”的理论)，在古代被广泛接受，但证据慢慢地显示它是错误的为了解决这个问题，早期的科学家可以简单地抛弃这个理论，提出一个全新的理论。

相反，他们所做的是想出越来越曲折的借口来解释这些差异最终，像开普勒、伽利略和哥白尼这样的科学家提出了一种与之竞争的日心说，认为太阳位于事物的中心，这就是今天人们所相信的另一个长期以来被普遍相信的解释是瘴气理论——疾病是通过糟糕的空气传播的。

从古代到19世纪晚期，它一直是一种合理的疾病解释，当时越来越多的证据导致了一种更好的解释，即细菌理论 (细菌和病毒导致疾病的观点)重要的是要意识到，称某些东西为“理论”并不意味着它是不可靠的、推测性的或仅仅是一种观点。

进化论得到了大量不同证据的支持，尽管我们对其工作原理的理解仍有差距，但它被普遍认为是现代人类和其他生物如何来到地球的最佳解释换句话说，这是对我们所有事实的最好解释爱因斯坦最初的“特殊”相对论也得到了证据的支持，但有很多事情它无法解释。

这就是为什么爱因斯坦很快就提出了一个更深刻、更全面的解释，即他的“广义”相对论这个理论也有缺陷，也绝不是一个完美的理论 (例如，将爱因斯坦的思想与量子理论相调和是一个持续的挑战，量子理论是目前最受欢迎的原子世界如何运作的解释) 。

至关重要的是，任何科学理论都不可能被证明是完全正确的:总有人明天就会提出新的证据来推翻它但这并不意味着每个理论都必然是可疑的如果一个理论已经存在了很长时间，并且得到了大量不同证据的支持(比如进化论)，我们就可以有理由相信它是正确的。

即便如此，正如日心说所表明的，我们永远不能自满:作为科学家，我们的思想应该永远是开放的关键是科学是一项正在进行的工作;这就像一个巨大的拼图，永远不会完成科学的类型如果科学是一种方法——一种建立关于世界的知识的方法——那就表明它是一种我们可以应用于各种事物的工具。

从物理和化学到医学和社会学，科学的方法被用来研究我们世界的各个方面不同的科学彼此之间有很大的不同，范围从理论物理学的高度抽象的数学概念到医学科学的非常具体的概念，这些概念都牢固地建立在对我们身体如何运作的生物学观察的基础上。

科学有时分为纯科学和应用科学纯科学(如理论物理学)主要关注的是研究事物以找到答案，无论这是否明显或立即有用应用科学(如材料科学)面向更实际的日常问题，与技术(开发实用的东西，如发明，使生活更美好)密切相关。

然而，在纯科学和应用科学之间并没有明显的区别一项科学发现最初可能看起来相当抽象和“纯粹”——就像两种不同的金属可以使青蛙的腿抽搐一样那有什么用呢? 然而，这样的发现迟早会带来一项非常实用的科学成果 (一种随时随地为实验室实验发电的方法) ——也就是电池的发明。

反过来，这可能会导致各种有趣的技术应用同样，旨在发展非常实用的发明的应用科学工作往往会导致新的、“纯粹的”科学发现通常，纯科学和应用科学相互交织海因里希·赫兹(Heinrich Hertz)在他的实验室里对波的演示导致了无线电的非常实用的科学，但它也导致了对电离层 (地球大气层的一部分，有助于在我们的星球周围反射无线电信号) 等事物的纯粹研究。

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