冯天魁了不起眼博士5：科学这棵参天大树（上）-了不起眼博士
冯天魁 有了上一期“不要打扰我学习”的第四期做铺垫，今天我和小伙伴们来一起来为博士入学前做一场思想的铺垫。为的就是不要在科研的道路上迷失了方向。如果未来我也感到迷惘了，回顾今天这个系列，可能会帮我跳出大坑。
让我们开始重塑大脑对科学和科学家的认知吧
如果非要把科学比喻成一个看得见摸得着的东西，应该是一棵无比巨大的树。我个人认为最能体现“科学思维”的古代巨著就是古希腊数学家欧几里得写的《几何原本》。全书的思想就是以五条不证自明的基本公理为基础，推导出后续的所有几何定理。
这五条公理是：（智商低的小伙伴请绕过）
从一点向另一点可以引一条直线。
任意线段能无限延伸成一条直线。
给定任意线段，可以以其一个端点作为圆心，该线段作为半径作一个圆。
所有直角都相等。
若两条直线都与第三条直线相交，并且在同一边的内角之和小于两个直角，则这两条直线在这一边必定相交。
细心的小伙伴（智商高的小伙伴）可能发现，第五条公理明显说的啰嗦了很多。第五条应该是一条多余的公理（吧？），然而许多科学家试图给出证明，但是都没有成功。到了19世纪，通过构造“非欧几里得几何”，才说明第五条公理是不能被证明的（没猜到吧）。
总之，包括第五条的几何就是我们常说的“欧几里得几何”，去掉第五条的就是“非欧几里得几何”（即：绝对几何）。我们在中学所学到的内容都是欧几里得几何的范畴。当然也有大神学了几手非欧几里得几何的东西，但都是毛毛雨啦（我就不信你学的时候知道这玩意儿有毛用！）。事实上，非欧几里得几何这一强大的数学工具被用于爱因斯坦的广义相对论当中。（爱因斯坦其实不太喜欢人们把它的理论叫做相对论）
在《几何原本》中，这5条定理是源头，是种子，再通过后面逻辑推导，就可以让这颗种子发芽、生长、长成一棵参天大树。科学也是遵循同样的逻辑过程。甚至，《几何原本》的思想还影响到了美国的建国，在美国宪法里最出名的一句：
“我们认为下面这些真理是不言而喻的：造物者创造了平等的个人，并赋予他们若干不可剥夺的权利，其中包括生命权、自由权和追求幸福的权利。”
其思想就是以几个被认为是不言自明的权利为基础，建设一个新的国家，不再让那些臭哄哄的英国佬妨碍我们这帮臭屌丝来新大陆追求幸福的生活。
科学就是如此，它是慢慢生长出来的，是由无数的科学家用毕生的年华滋养它长成了今天的参天模样。时至今日，科学的大树只有孤此一棵，没有第二棵副本。过去的，现在的，乃至未来的所有科学研究都是这棵大树的一部分。反过来也就是说，只要不是从这棵树上开枝散叶出去的，统统都不是科学。这种话看起来非常绝对，我想通过接下来的几期文章，大家可以慢慢了解了科学体系的概念。
首先，让我们简单回顾一下科学史吧。
咱们的老老老老老祖宗（一般就是采集狩猎时代的人类），他们基本都是“泛灵论”者。意思就是试件的万物都是有灵性的，他们对大自然有敬畏之情，因此在他们看来一切都是神明。那个时代的人均寿命也就20-30来岁（这个值上万年来基本没咋变化太多，1935年，我国平均寿命为35岁左右）。生活之艰苦，人类时时刻刻都面临着死亡。祭祀是最重要的精神活动之一。反正吃饱了肚子，就到了部落长者给小娃娃们的睡前故事时间了。故事内容基本就是神与鬼，英雄与灾难之类的传说。
然后随着时代在发展，人类误打误撞地，又身不由己地进入了农业时代。（具体请参照郑也夫教授的《文明是副产品》，书中介绍了农业是一个偶然发生的事件，但同时又是不可逆的。因此在土地肥沃的河流附近最容易形成早期文明，有尼罗河流域，两河流域，黄河流域等。）有了河流的周期性泛滥作为保障，农业可以给我们带来足够的粮食养活更多的人。人口的增加就会进一步刺激其他除生产粮食以外的社会分工，比如就有了艺术，手工业，技术等。（PS：技术和科学是两码事。）（PS又PS：文章中出现的科学二字默认为现代科学。）
然后，随着社会的分工越来越细，效率越来越高，人们的生活当然越来越好喽。在西方有伟大的希腊文明和罗马文明，东方有印度和中国。但是文明在发展的过程中遇到了个小问题，就是总有一个天花板越不过去。当人们的生活越来越富足，人口也随之增长，当人口膨胀到一定程度，国家的疆域扩大到一定范围，由于统治技术和信息交流技术等因素的限制。国家就会开始转向下坡路。当人们开始吃不饱肚子，饿殍遍地的时候，大概率就会出现流民，出现起义。一旦爆发了战争，那每一个活生生的人立马就变成了冷冰冰的人口。
中国人口变化曲线，引用自维基百科
人类历史的人均GDP基本在工业革命前没有任何实质性变化
在我们熟知的工业革命到来以前，人类的日子过得是非常苦的。所以想穿越回古代的朋友，先想想能不能忍受大半夜饥饿的感觉。嗯？你要穿越当王爷？那你怎么保证穿越回去一定是当四阿哥胤禛(yìnzhēn)，而不是福王朱常洵呢？（这位朱哥最后被李自成的大顺军切成肉块，和皇家园林里的梅花鹿一同下锅煮了，名曰“福禄宴”）。
所以现在我党领导的中国特色社会主义社会是非常好的！
然后我们就进入工业时代了，之后的事我们中学历史课本都告诉我们了。
等等，说好的科学史呢？哦哦哦，给说忘了。
伟大的工业时代当然不是上帝的赏赐。如果非要说是上帝的功劳，那上帝一定也是科学家。那么科学的小火花是怎么点燃的呢？那就要歌颂一下伟大时代——文艺复兴时代；和伟大的时代精神——怀疑精神！其实在文艺复兴之前的几千年里也是有零星的科学出现，熟知的有阿基米德，毕达哥拉斯和亚里士多德等。但他们的工作都是单点突破，没有形成一个体系。然而，他们种下的种子也堪称伟大。
怀疑精神的确是一把开门的钥匙，在“让科学走下神坛”那篇文章中讨论过，迷信权威是宗教化的思想。一旦我们事事以现实为依据，通过严格的推导和证明，那么呈现在我们眼前的就是可以挑战权威的武器。而迈出坚实一步的人就是伽利略·伽利雷。
伽利略用自己亲手制作的望远镜观察天空，发现了月球凹凸不平的表面，看到了木星的卫星，意识到银河不是一条河，而是由很多星组成的星系，甚至观察到了太阳黑子。他通过观察得出了行星围绕着太阳转，有力的证明了哥白尼的“日心说”。
我在文中多次加粗了“观察”和相近的词组。其实这就是一个科学家最初级的素养。科学就是尊重事实。一套理论如果和事实相近，就接受它，直到更好的理论出现。如果一套理论和事实相违背，不管这套理论有多么优美，感人和崇高，科学都会毫不留情将它抛弃。
虽然伽利略及其同时代的科学大师们和教会在对宇宙的解释上斗争了多年。但最后，1757年，教会取消了对哥白尼《天体运行论》的禁令，于1822年承认了太阳是太阳系的中心。伽利略名垂青史，是近代实验科学的奠基人，还近代力学之父。而当初给伽利略定罪的法官，不但无人知晓，而且1983年，罗马教皇承认了“给伽利略定罪的法官犯了错误”，宣布给伽利略平反。
伽利略
（我还想介绍一下同时代的另一位大师——笛卡尔。但是篇幅有限，右后再介绍吧。）
在科学革命之后，自然科学从宗教中解放出来。首先成熟起来的就是经典力学，因为它和数学结合的最紧密。1642年，这一年真的是科学史上不平凡的一年。年初，科学巨星伽利略陨落；然而到了第二年一位科学史上的超红巨星在英国诞生，这就是千年一遇的科学巨人——牛顿。
牛顿年轻的时候就非常有才华，热爱科学，18岁就来到了剑桥大学学习数学，天文学和物理学。然而到了1666年，科学史上的第一个奇迹年（第二个奇迹年是1905，爱因斯坦完成了关于光电效应、布朗运动、狭义相对论和质能等价的具有划时代意义的论文），牛顿为了躲避瘟疫跑到乡下去了，然后就在这穷乡僻壤的田舍中，23岁的牛顿建立了微积分，万有引力定律和牛顿光学。（不是在1666年里全部完成的。）想想现在我24岁了，才发了一篇SCI二作，和一篇再投的SCI一作。普通人和伟人的差距真的是不敢想象。（关于SCI的期刊文章，在中篇会谈到。）
科学发展到牛顿这一环就已经算是迈上了正轨了。观察是一切开始，思考现象的本质，发明一套新的理论，验证它是否尊重事实，然后接受同行的评价，当绝大多数科学家都认可了新的理论，那么这个理论不但要在今后的时间里时刻接受现实的考验，还要作为其他理论的基础。这就是现代科学前进的方法，冷酷，僵硬，严苛，保守，疯狂。
当科学累计当一定程度时，就会对人们的思想造成巨大的冲击，社会也就进步了；当技术不再只是口口相传的经验，而是能够用数学公式来描述的时候，人类的智慧再也不对被时间所遗忘。就像前文展示的世界人均历史GDP的曲线：一旦科学开启了这个过程，它就像核爆炸一样迸发出巨大的能量。
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今天主要内容就是简单地回顾了一下科学史。这已经是阉割地有点过分了。其实历史上有很多科学家的奇闻异事。有兴趣的同学可以去图书馆借几本科学史的书回来看看。比如《上帝掷骰子吗》这本书就是介绍了关于光是粒子性还和波动性的长达400年的科学战争。最后却意外地以“波粒二象性”收场。
好了下期我们继续为武装自己的大脑，为读博做思想准备。拜拜~已经快0点了，回家睡觉了。还是依然老习惯，右上方点击分享到朋友圈——论读者的自我修养。