科学是很有意思的一门学科，它包罗万象，对人类社会的发展起着至关重要的作用。要了解科学，就要从了解科学的发展过程开始。科学是永无止境的，科学家们在探索的道路上朝着真理不断前进，并把在沿途中获得的无论是好还是不好的知识充分运用到实践中。
本书像足球赛事集锦一样聚焦主要事件，同时运用有趣的图画和解说将其编织在一起，将人类500年来科学方面的灵感和心血压缩成了27个短片，把一些著名科学家、他们在各自领域取得的突破，以及他们那些改变我们对这个世界的运行方式的理解的伟大发现生动活泼地呈现在了我们面前。

　　杰克•查洛纳（Jack Challo n er），物理学家和教育学家，曾在伦敦科学博物馆工作。作为顾问，他经常为科学类书籍、杂志的出版和电视节目的制作提供建议。同时他也是一位训练有素的老师，在博物馆、学校和图书馆现场讲解科学知识。他热衷于“解释科学”且著述颇丰，出版了三十多部科学和技术方面的书籍，读者范围包括儿童、青少年和成人。

★ 英国权威科普出版社优秀少儿科普图书
★ 为小小科学爱好者们启迪心智，开拓视野
★ 浓缩人类科学发展的精彩时刻，呈现精彩纷呈的科学故事
★ 妙趣横生的文字，生动活泼的图片，知识性和趣味性相结合

生物如何生长与繁殖？
宇宙存在了多少年？山为什么存在？
某些物体为什么比其他物体热？
人为什么会生病？
诸如此类的问题都是科学探讨的核心问题。好奇心——对周围世界感到困惑并试图解释——是人类本性的一部分。那么，你也许会认为科学与人类一样古老。但是，科学所涉及的并不只是人们所好奇的事物，它还包含了通过实验来验证人们关于世界运行方式的观点，丢弃被实验证明是错误的假说。人类仅仅是在几百年前才开始这样做的。

在我们开始之前……
本书中提到的科学家大多是白人男子，但这并不是因为白人男子比女子或其他种族的人更聪明、更重要，而是因为，社会不断发展的欧洲和美国是大部分故事发生的地方。今天，更多的女性及非白人科学家发现了世界各地令人叹为观止的事情。毕竟，科学是面对所有人的。带有数字标记的“世纪”指在此数字之前的100年。例如，当读到某事发生“在16世纪”，这意味着它发生在1501年至1600年之间。

在远古文化中出现过很多伟大的思想家，他们思索出许多深奥的问题并对此作出了解释，但他们并没有进行验证，因此我们的科学旅程没有从那时开始。那些古代人，尤其是古希腊人的观点，经过世世代代流传，已被大多数人作为真理而接受。但是，在16世纪至17世纪的欧洲，人们开始怀疑那些陈旧的观点，并将其运用到实验中进行检验。
仅在400年后，我们不仅对于上述的问题获得了较完善的、行之有效的答案，还解答了更多的疑惑。当然，每一个答案的背后都有更多的问题接踵而至，但那正是乐趣所在。科学是永无止境的，科学家在探索的道路上朝着真理不断前进，并把在沿途中获得的无论是好还是不好的知识充分运用到实践中。
科学的旅程如此之长，我们永远也不可能将其容纳在像这样规模的书中。本书像足球赛事集锦——聚焦主要事件——一样，同时运用解说将其编织在一起。足球赛事集锦只是将90分钟的比赛压缩成短短几分钟的视频，而这本书是将人类500年来的灵感和心血压缩成27个短片。

第一幕┋地球在运动! （16世纪40年代至17世纪30年代）
和以下科学家一起探索地球在宇宙中的位置：
尼古拉•哥白尼——发现了地球围绕太阳旋转（不存在其他运行方式）
约翰尼斯•开普勒——发现了行星的运行轨道
伽利略•伽利雷——发明了天文望远镜

每天，太阳、月亮、星星划过天空，起起落落。在地球表面上看，它们似乎在一个大圆圈上围绕地球旋转，而地球静止不动。科学最早的成就之一就是证明此观点是错误的，并提出常识并不总是值得信赖。
观看夜空数年，你会看到相同的星象。星星仿佛是固定在巨大的玻璃球上一般，每天围绕地球旋转一次。但是，只要仔细地观察几个晚上，你就会注意到，相对于固定的星星，有一些点点亮光会改变位置，那就是行星（来自于希腊词“wanderers”）。
托勒密体系
古人知道五大行星：水星、金星、火星、木星和土星。古希腊的哲学家们认为，行星、月球以及太阳分别固定在不同的透明水晶球内，以地球为中心，并以不同的速度围绕地球旋转。但是，行星的运动并不是直线运动，古代的哲学家们对此无法描述清楚。行星以不同的速度横越天际，有时甚至会在几周内改变方向。古希腊人提出了一个复杂的体系来解释行星的运动，但同时也保留了地球是宇宙的中心并静止不动的观点。公元2世纪，天文学家托勒密在他的《天文学大成》一书中对这一体系作出了说明。托勒密体系合理、准确地预言了太阳、月球及行星所在的位置。在中世纪的欧洲，天主教会宣扬托勒密体系是绝对正确的，毕竟，《圣经》中都提到太阳是运动的，而地球是静止的。
宇宙日心说
16世纪早期，很多学者开始对古典理念产生怀疑，波兰天文学家尼古拉•哥白尼提出了替代托勒密体系的新学说。他指出地球只是众多行星中的一颗，像陀螺一样围绕太阳旋转。换句话说，地球并不是宇宙的中心。
其实在此之前，甚至在古希腊时期，人们已提出过日心说的观点，但这种想法在当时未被接受。哥白尼在他的《天体运行论》（《论革命的天球体》）中对此观点作出了说明。
考虑到此书会引起社会争议，哥白尼没有出版自己的著作，而是直到1543年，他才出版了这部本该在20年前就出版的著作。据说哥白尼在他去世的那一天才见到了这部著作的印刷本。
行星运行轨迹
天主教会批判了哥白尼的著作并禁止其发行，但是很多思想开明的欧洲人阅读了此书，认为哥白尼的日心说体系比托勒密的地心说体系更正确。其中有一位来自德国的读者——数学家及天文学家约翰尼斯•开普勒——非常支持此观点。
1600年，开普勒在丹麦的天文学家第谷•布拉厄手下工作，获得了第谷保存的关于研究行星运动的详细记录。在17世纪早期，由于天文望远镜的发明，天文学家们获益颇多。1600年，荷兰眼镜制造商发现，如果将两个透镜叠放在一起，所看到的事物要比肉眼看到的大3倍，于是他们制造了第一架望远镜。1609年，意大利数学家伽利略•伽利雷在了解了这项新发明后，创制了他的“荷兰望远镜”，这种望远镜将放大倍率增加到了20倍。
在此之前，哥白尼已提出日心说——行星在一个巨大的圆形轨道上围绕太阳旋转。所以，开普勒试图用行星运行的详细记录来证实哥白尼的观点。尽管四年来他做出了巨大的努力，进行了精密、复杂的计算，但最终还是失败了。
然而，1605年，开普勒无意中有了一个新想法，一个前无古人的新观点——行星的运行轨道也许不是一个正圆。的确，开普勒的观测使人想到行星的运行轨道或许是另一种截然不同的形状：长圆形或椭圆形。当他对此想法进行验证时，一切都一目了然、清清楚楚了。开普勒证明了行星的运行遵循椭圆形轨道后，对于任何时间、任何位置的行星，天文学家们都能够作出令人难以置信的精确预测。
其他学说
1609年，意大利数学家伽利略•伽利雷首次用望远镜观测夜空，他对月球上的山脉和陨石坑惊奇不已。他还发现了支持宇宙日心说，而不是宇宙地心说的大量依据，例如，金星和水星的盈亏现象、木星的四颗卫星等。这解决了很多人对日心说感到迷惑的相关问题。
但是，很多学者仍然坚持陈旧的地心说观点，关键是罗马天主教会也强烈反对新的理论。整个17世纪20年代，伽利略都在努力劝说天主教的教主们改变他们的想法并接受新的理论。伽利略的某些观点似乎打破了封建传统思维的禁锢并对此加以讥讽，这彻底激怒了教会。1663年，教会当局对伽利略进行裁决，判定他犯有异端邪说罪，将其终身监禁并禁止出版其著作。但是，渐渐地，越来越多的人开始接受地球围绕太阳旋转的观点，认为地球不再是宇宙的中心。

第二幕┋稀薄的大气（17世纪40年代至50年代）
证明真空存在，并介绍以下人物：
埃万杰利斯塔•托里拆利——发明了气压计
奥托•冯•居里克——探索真空实验
罗伯特•玻意耳和罗伯特•胡克——改进了真空泵

探索太空的新思想激发了很多学者的灵感，德国的科学家、政治学家奥托•冯•居里克对此颇感兴趣，他尤其热衷于研究行星与恒星之间的存在物。如果在行星与恒星之间存在气体，那么气体会延缓行星的运行速度吗？或者太空中是真空的？本着调查研究的精神，居里克开始着手研究真空。
居里克早在学生时代时就已学习过古希腊哲学家亚里士多德关于“真空不可能存在”的学说。亚里士多德认为大自然不会让真空存在，一旦出现真空，水和空气就会立刻补充进来，他把此作为其学说的依据。但是，1643年，意大利科学家托里拆利所做的一项实验结果暗示亚里士多德的学说可能是错误的。
创造真空
为了研究大气压力，托里拆利将水银注入一个底部密封的玻璃管，并把玻璃管倒置于一个水银槽中，管中的水银则慢慢流入水银槽。管上端这一部分空间没有空气——这就是真空。
1647年，在托里拆利的启示下，居里克利用手持泵将气体从容器中吸出，制造出（部分）真空。对泵经过多次改进后，居里克开始把它运用到其他真空实验中，这些实验包括证明声音不能在真空里传播，而光和磁力则可以的实验等。
力量展现
1654年，居里克在他的家乡马德堡举行了一次大型公众实验表演。他把两个黄铜的半球结合在一起，形成一个直径为60厘米的球体，然后用橡皮圈和石蜡把球体密封，同时用抽气泵将球体内的气体抽出。抽去里面的空气后，里面就没有气压了，而球外是正常的大气压，球内没有向外的大气压力，其结果是球外的气压紧紧地压住了这两个半球。事实上，两个半球如此紧密地被挤压在一起，以至于两排马都不能将它们拉开。但是，当居里克打开阀门，让气体重新进入球我们完全生活在广阔的空气底层。
第二年，出生于爱尔兰的科学家罗伯特•玻意耳在读了居里克的研究后，便开始着手设计和改进真空泵。在他的助手——英国科学家罗伯特•胡克——的帮助下，他们一同设计并研制出一种更有效的手动活塞真空泵。从那以后，真空泵在很多重要的科学发明中，比如灯泡和电视机的发明，都起到了至关重要的作用。

埃万杰利斯塔•托里拆利发明了气压计很多学者曾注意到，利用抽水机和虹吸管抽水只能将水抽到离水面上方10米左右的地方。托里拆利经过对气压的研究，发现了造成这一结果的原因。他认为正是空气重量对它下面的水体产生压力才迫使水面抬高， 1 0米高的水柱是大气压力能够支撑的最大量。后来， 托里拆利将密度更大的液体—— 水银汞—— 用到实验中， 他发现大气压强可以支撑7 6厘米高的水银柱，并总结出管中水银柱的高度会因天气、气温和压强的变化而变化。托里拆利发明了第一支气压计——一种用来测量大气压强的工具。

第三幕┋微生物（17世纪60年代至70年代）
发现由以下科学家揭开的一个前所未见的领域：
马尔切洛•马尔皮吉利——用显微镜首次发现毛细血管
罗伯特•胡克——制出“显微制图”
安东尼•范•列文虎克——发现微生物

罗伯特•胡克曾协助罗伯特•玻意耳创制了第一台机械真空泵，同时他也是显微镜学的先驱——制造和使用显微镜。显微镜为人们提供了一种观察事物的新手段。利用显微镜，人们可以向陈旧的理念提出质疑，可以进一步研究前所未见的微生物。在显微镜学研究领域里，17世纪后半期是一个激动人心的时代。例如，1661年，意大利科学家马尔切洛•马尔皮吉利用显微镜首次发现了毛细血管，这是一个开天辟地的发现。40年前，英国物理学家威廉•哈维就已经向古老的观点提出过挑战，他提出血液循环这一概念。他明确指出，动脉把从心脏输出的血液输送到全身，而同时静脉把血液又输入心脏。1628年，马尔皮吉利通过实验证实了这一观点。但是，直到马尔皮吉利发现了毛细血管，人们才找到了动脉和静脉之间的联系。

窥探另一个世界
“ 显微镜” 这个词源于希腊词汇“mi c r o n”（微小）和“s k o p e i n”（观察）。16世纪90年代，荷兰眼镜制造商把两个透镜叠放在一起以增大倍率，这种透镜的叠放方式可以使原物放大好几倍。由此，复显微镜——结合两片或更多的透镜——问世了。到17世纪50年代，科学家们仍然用显微镜观察事物，但其放大倍率仅局限在10倍以内。17世纪50年代晚期，胡克对显微镜进行了改良，将镜筒焦距变短，并把放大倍率增加到了30倍。

1665年，胡克出版了举世闻名的书籍《显微制图》。在此书中，胡克用一幅幅令人惊讶的图片将他在显微镜下看到的情景描绘了出来。其中有一幅是对软木塞结缔组织的描绘——千疮百孔，犹如蜂巢，他用“细胞”来描述此组织。1668年，荷兰显微镜学家杨•斯瓦默丹在显微镜下观察到了血液中的“血球”，因此成为发现红细胞的第一人。
水滴里的世界
17世纪70年代，另一位荷兰学者利用显微镜获得了更惊人的发现。荷兰布商安东尼•范•列文虎克经常使用高倍放大镜来检查布的质量，因此他对高倍放大镜非常熟悉。在胡克的著作《显微制图》的启发下，他着手创制高倍显微镜。和大多数有两个透镜的显微镜不同的是，列文虎克的显微镜只有一个单透镜——一个安装在手持式透镜支架上、自己磨制的玻璃微珠。他制出的显微镜能把物体放大近300倍，是胡克研制出的显微镜放大倍率的10倍。
1674年，列文虎克也在显微镜下看到了红细胞，并估算出红细胞的直径约是一颗沙粒直径的1/2500。1675年，列文虎克将水池中的水作为样本用显微镜观察，看到了用肉眼根本无法看到的微小生物。这样，他成了世界上第一个微生物世界的发现者。他还在水滴、唾液以及从牙齿上提取的噬菌斑中发现了大量的微生物，并估算出一滴水含有数百万的微生物。
亲自求证
列文虎克曾多次致函当时英国伦敦最有声望的科研机构皇家学会，告知其已发现的微生物和所观察到的事物。像欧洲的大多数科学家一样，英国皇家学会的成员最初对此深感怀疑，因为当时除了胡克外，没人拥有如此高倍的显微镜。对于科学的追随者们来说，最重要的是要通过验证来证实他们探索世界时的新发现。因此，皇家学会要求胡克去证实列文虎克的断言。经过一个月的努力，胡克对他的显微镜进行多次改进后，也观察到了同样的事物。
接下来的几十年里，显微镜在放大率和清晰度方面有了很大的改善，生物领域中令人难以置信的新发现纷至沓来。然而，150年之后，科学家们才发现胡克、斯瓦默丹、列文虎克观察到的细胞是生物的基本单位。