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序
“自然如不能被目证那就不能被征服”
最初，人们尝试用魔咒
来使大地丰产，
来使家禽牲畜不受摧残，
来使幼小者降生时平平安安。
接着，他们又祈求反复无常的天神，
不要降下大火与洪水的灾难；
他们的烟火缭绕的祭品，
在鲜血染红的祭坛上焚燃。
后来又有大胆的哲人和圣贤，
制订了一套固定不变的方案，
想用思维或神圣的书卷
来证明大自然应该如此这般。
但是大自然在微笑——史芬克斯式的笑脸。
注视着好景不常的哲人和圣贤，
她耐心地等了一会——
他们的方案就烟消云散。
接着就来了一批热心人，地位比较卑贱，
他们并没有什么完整的方案，
满足于扮演跑龙套的角色，
只是观察。幻想和检验。
从此，在混沌一团中，
字谜画的碎片就渐次展现；
人们摸清了大自然的脾气，
服从大自然，又能控制大自然。
变化不已的图案在远方闪光；
但它的景象不断变幻，
却没有揭示出碎片的底细，
更没有揭示出字谜画的意义。
大自然在微笑——
仍然没有供出她内心的秘密；
她不可思议地保护着
猜不透的史芬克斯之谜。
1929年9月于多塞特郡希尔费尔德
原序
现代科学的巨大宏伟的大厦，或许是人类心灵的最伟大的胜利。但是，它的起源、发展和成就的故事却是历史当中人们知道得最少的部分之一，而且我们也很难在一般文献中找到它的踪迹。历史学家所讲的不外是战争、政治和经济；揭露原子秘密，在我们眼前揭开空间深度等活动，虽然使哲学思想起了革命并使我们有可能把物质生活提高到历代梦想不到的水平，但是关于这些活动的发展情况，大部分历史学家却没有讲到，或很少讲到。
在希腊人看来，哲学和科学是一个东西，在中世纪，两者又和神学合为一体。文艺复兴以后，采用实验方法研究自然，哲学和科学才分道扬镳；因为自然哲学开始建立在牛顿动力学的基础上，而康德和黑格尔的追随者则引导唯心主义的哲学离开了当代的科学，同时，当代的科学也很快地就对形而上学不加理会了。不过，进化论的生物学以及现代数学和物理学，却一方面使科学思想臻于深邃，另一方面又迫使哲学家对科学不得不加以重视，因为科学现在对哲学，对神学，对宗教，又有了意义。与此同时，物理学本来有很长时间就一直在寻找，并且找到了所观察到的现象的机械模型，这时却似乎终于接触到一些新概念，在这些概念里，机械模型是不中用的，同时也似乎终于接触到一些根本的东西，这些东西，用牛顿的话来说，“肯定不是机械的”。
大多数科学家一向朴素地认为他们所处理的就是终极的实在，现在，科学家们开始更清楚地看出他们的工作的真正性质了。科学方法主要是分析性的，要尽可能地用数学的方式并按照物理学的概念，来对现象作出解释。但是，现在我们晓得，物理科学的根本概念都是我们的心灵所形成的一些抽象概念，目的在于给表面上一团混乱的现象带来秩序和简单性。因此，通过科学走向实在，就只能得到实在的几个不同方面，就只能得到用简单化了的线条绘成的图画，而不能得到实在自身。不过，话虽这样说，就连哲学家现在也开始明白，在用形而上学的方法研究实在的时候，科学的方法和成果是现有的最好不过的证据，而一种新的实在论，如果可能的话，就必须利用这些科学的方法和成果来建立。
就在这时候，人们对于科学以及科学同其他思想形式的相互作用的历史，也重新产生了兴趣。1913年在比利时开始发行期刊《爱西斯》（Isis），后来又成立了一个总部设在美国的国际性组织科学史学会。这些都标志着这个问题的一个新的发展时期。哲学的复兴和历史研究的复兴大概是有着联系的，因为数学家或实验家在解决某一具体问题的时候，只需要了解他的直接前辈的工作，研究一般科学的比较深刻的意义以及科学同其他思想领域的关系的人们，却不能不了解科学所以有今天的来龙去脉。
自从惠威尔（Whewell）写出关于归纳科学的历史和哲学的著作以来，迄今差不多一百年了。他的谨慎周详的判断至今仍有其用处和价值。在惠威尔的时代以后，不但科学知识有极大的进步，就是过去的历史也因为有许多专门的研究而弄得更清楚了。效法惠威尔重新写作一部普通科学史的时候已经来到了。它需要的不是关于某一时期或某一问题的详细研究，而是科学思想发展的完备的轮廓。我相信，这样一部科学史在科学本身的内在意义和科学与哲学及宗教的关系问题上，都可以给人很多教益。
文艺复兴时期的人文主义者重新去研究希腊文，不但是为了语言和文学的缘故，而且也是因为在希腊哲学家的著作中可以找到关于自然界的最好不过的知识。因此，当时的古典教育就包含了一切自然知识。到现在，情况早已不是这样了，因此，如果有一种文化建立在两千年前的语言的基础上，它就不能很充分地代表真正的希腊精神，除非它同时研究以往的科学的方法和成就以及目前的科学的方法和成就，而对自然知识在未来的不断增进，抱着乐观的瞻望。
这本书的总的纲目是以我和我的妻子所写的一份关于这个问题的纲要为基础的。那份纲要在1912年由朗曼斯公司（Messrs Longmans）出版，题目是《科学与人的心灵》（Science and the Human Mind）。我还利用和发挥了我在其他几部著作中提出的见解，特别是下列几种著作：《物理科学的发展近况》（The Recent Development of Physical Science，莫雷公司出版，共五版，1904年至1924年）；《剑桥现代史》（Cambridge Modern History，1910年）第十二卷中论述《科学时代》（The Scientific Age）的一章；IX《大英百科全书》（1911）第十一版中的《科学》（Science）一文；《剑桥科学文献选》（Cambridge Readings in the Literature of Science）1924年至1929年的一卷中收集的科学经典文章；1927年德文郡学会（Devonshire Association）会长关于牛顿时代的演说；以及哈姆斯华思公司（Harmsworth）出版的《世界史》（Universal History，1928）中论述《现代科学的诞生》（The Birth of Modern Science）的一章。对于以上各著作的发行人，我都应致以谢意。
我当然无法一一指出本书各章的材料来源。但是，我必须指出，我得力于萨尔顿博士（Dr George Sarton）的历史著作和好友怀德海博士（Dr A．N．Whitehead）及爱丁顿教授（Professor Eddington）的科学和哲学著作的地方很多。萨尔顿博士的不朽著作《科学史导论》（Introduction to the History of Science）第一卷在1927年出版，因此，在叙述古代和中古时代早期的情况的时候，我得以利用他所搜集的宝贵材料。我们怀着莫大的兴趣期待着他这部著作其他各卷的出版。
许多朋友对本书原稿或清样的各部分提出批评，我对他们给予我个人的莫大帮助，深表感谢。罗伯逊教授（Professor D．S．Robertson）审阅了讨论《古代世界的科学》的第一章；斯特沃特博士（Dr H．F．Stewart）审阅了讨论《中世纪》的一章；卢瑟福爵士（Sir Ernest Rutherford）（后来成为勋爵）审阅了讨论《物理学的新时代》的一章；爱丁顿教授审阅了讨论相对论和天体物理学的几节及讨论《科学的哲学及其观点》的最后一章，而我的女儿玛格丽特（Margaret），即安德森（Bruce Anderson）夫人审阅了讨论生物学的部分和给论部分。埃利奥特（Christine Elliott）小姐做了大部分文书工作；她反复抄录手稿平均达五次之多，并且提出了许多批评和意见。我的妹妹和我的女儿伊迪丝（Edith）分担了编制索引的繁重工作。我诚恳地感谢他们；这本书如果有任何价值的话，在很大程度上应归功于他们的帮助。
我开始研究的时候，是想把我自己对于本书所讨论的极其重要的问题的见解清理出一个头绪来，结果就写成这本书。我写这本书主要是为了自己的兴趣和乐趣，但是我也希望一部分读者会觉得我的劳动对他们自己也是有用的。
丹皮尔－惠商
1929年8月于剑桥
第二版序
本书出版以后不到几个月就需要再版，很可以说明它所讨论的问题不但是科学家感到兴趣的，也是比较广大的一般读者感到兴趣的。
再没有什么故事能比科学思想发展的故事更有魅力了——这是人类世世代代努力了解他们所居住的世界的故事。不但这样，这个故事在目下还特别富于兴趣，因为我们可以看见富于历史意义的知识的大综合之一正在我们的眼底下进行，我们可以感觉到我们正处在重大事件的前夕。我坚信科学是历史的适当题材，也是文学的基础。如果我能帮助把这个信念灌注到别人的心中，我就心满意足了。
许多书评作家和记者对第一版中的具体问题，提出了有教益的批评。我愿意向他们表示感谢。如果我没有采纳他们的全部意见的话，我也至少对他们的意见作过仔细的考虑。我特别要感谢我的朋友秦斯爵士（Sir James Jeans）