1. 这本书在宏观层面提供了科技领域的全面科学知识介绍
采用系统性和比较性的方法重新审视科学技术的演进过程，从中获得更多相互关联的信息。这部著作充分凸显了科学在推动文明发展中的至关重要作用，引发了社会对科学的更深尊重和更高重视。此外，我们的团队在撰写过程中秉持以下四个显著特点：不受国家、学科、地域或宗教的局限，以整体性和多元融合为原则；通过多角度比较，中立地呈现东方文明在全球科学史上的重要贡献；通过广泛跨越的、多角度的整理方式，对复杂的科学内容进行整体认知和深入分析；大限度地采用图形化表现方式，使这本书更具生动性和吸引力，为与科普馆的未来合作奠定了坚实基础。
2. 本书内容深刻、语言生动。
本书在语言运用上生动有趣，观点深刻透彻，提供了丰富的数据支持，逻辑严密而清晰，呈现出高超的论证技巧，同时具备显著的学术创新，使读者能够深刻了解科学的演进历程。

科学是什么？科学从哪里来，到哪里去？
这本书全面介绍了科学的历史、现在和未来。阅读这本书，你将获得以下三方面的知识和智慧，这些或许可以颠覆你的科学思维。
全面了解科学技术的发展过程，包括近代科学形成之前的时期、典力学时期、现代科学时期、科学高潮时期和科学的未来。
穿越时间与空间的科学历程，深入了解科学的诞生与演变，找到真知的钥匙，认识真正的科学世界。
站在东西方科学的交汇点，见证文明的碰撞与共生。
这本书还是一次全新的科学探索之旅。与过去大多数科学史著作只关注西方科学史不同，两位作者将人类文明作为一个整体系统来考虑，并采用系统思维模式和元科学的分析方法重新梳理人类的科学技术发展过程，弥补了东方科学被忽视的缺陷。
这本书不仅梳理了科学发展的历史脉络，更重要的是揭示了不同理论之间的内在关联，展现了科学发展的连贯性和整体性。书中以图文并茂、通俗易懂的方式揭示了科学的奥秘和价值，会让读者对科学有更深入的认识和理解。


前 言 ///XIII

一篇
科学的概述
1章 走近科学
1.神奇与探寻 ///004
2.问题与挑战 ///005
3.思索与展望 ///007
轨迹的认知 ///008
回顾发展 ///009
学科的扩展 ///010
理论的交汇 ///012
第2章 认识科学
1.释义与概念 ///019
2.思维范式 ///023
科学哲学 ///024
三个基本方向 ///026
思维范式的演变 ///030
典的争论 ///033
3.辨别科学 ///040
技术的不同 ///040
真理的认知 ///045
宗教与信仰 ///047
第3章 科学的科学
1.科学的科学 ///051
释义与概念 ///051
全面解“元” ///053
历史与发展 ///056
五大领域 ///057
2.继承与应用 ///061
信息通信 ///062
医学 ///062
心理学 ///063
物理学 ///063


第二篇
科学的萌芽
第4章 科学的摇篮
1.文明的溯源 ///069
美索不达米亚 ///070
尼罗河畔 ///073
与罗摩相遇 ///076
中华之源 ///079
2.文明的传承 ///083
海洋文明的缩影 ///083
古罗马文明 ///085
第5 章 科学的星星之火
1.两河流域的余晖 ///087
六十进制 ///088
古巴比伦历法 ///089
占星术与天文学 ///090
巫术与医学 ///091
2.古埃及的烈焰 ///092
历法与记录 ///093
计数的逻辑 ///094
药学与医学 ///095
3.印度文明的遗产 ///096
佛教基本理论 ///097
另眼看世界 ///097
4.古代中国的辉煌 ///098
百家争鸣 ///098
寻根探源之《易经》 ///102
中医理论 ///104
四大发明 ///105
第6 章 西方科学的起源
1.科学的思想基础 ///107
还原论的鼻祖 ///107
哲学的先驱 ///108
科学的启蒙 ///114
2.古希腊文明的贡献 ///116
自然科学 ///117
天文学 ///118
医学的短暂兴盛 ///120
3.古罗马文明的光辉 ///120
早期传承者 ///120
科学的雏形 ///125
第7章 东方科学的萌芽
1.从青铜到铁器 ///129
2.物理学萌芽 ///132
3.天文的故事 ///132
第8 章 古代科学的成就
1.古代文明的成果 ///136
文字记录文明 ///136
技术革新文明 ///138
社会推动技术创新 ///139
2.和而不同 ///140
中西哲学 ///140
中医与西医 ///140
3.古代科学的衰落 ///141


第三篇
科学的形成
第9 章 探索与发现
1.从托勒密到哥白尼 ///151
托勒密的体系 ///151
日心说的诞生 ///152
2.第谷·布拉赫的系统 ///155
天堡的遐想 ///155
体系的突破 ///156
3.开普勒与天文学 ///157
4.笛卡儿主义 ///159
10章 近代科学的形成
1. 伽利略的革新 ///162
运动定律的产生 ///162
日心说的发展 ///163
2.牛顿的思索 ///164
不断的探索 ///167
力学的变革 ///168
3.牛顿典力学 ///169
力学初解 ///170
惯性定律 ///171
加速度定律 ///175
作用力与反作用力定律 ///177
11 章 科学学科的形成
1.科学社团的形成 ///181
意大利西芒托学院 ///182
英国皇家学会 ///183
法兰西科学院 ///185
德国柏林科学院 ///186
2.光学的发展 ///188
光与透视 ///188
粒子与波 ///189
3.化学革命 ///191
炼金术的启示 ///191
燃素说的冲破 ///192
氧化学说 ///195
4.生命科学的独立 ///197
命名与分类 ///197
发现新物种 ///198
生物的微观世界 ///198
生物的进化 ///199
5.分支的扩展 ///200
哲学的力量 ///201
数学的飞跃 ///202
12 章 科学革命初现
1.时代背景的孕育 ///206
特权时代的结束 ///206
欧洲教会的衰落 ///207
生产制度的革新 ///208
2. 革命中的科学 ///209
蒸汽机的改良 ///209
惠特尼的轧花机 ///210
平版印刷的流传 ///211
蒸汽轮船的起锚 ///212
蒸汽火车的轰鸣 ///212
电报机与莫尔斯电码 ///213
3.革命的时代影响 ///215
生活与思想的转变 ///215
变革与影响 ///216
13 章 东方科学的发展
1.唐朝之盛 ///218
文化繁荣 ///219
宗教与哲学 ///220
科学技术 ///221
代表人物 ///221
2.宋元突破 ///223
宋元文化与社会 ///224
宋元科技 ///225
代表人物 ///226
3.明清之繁 ///230
明清文化与艺术 ///230
代表人物 ///231
4.其他国家的科学贡献 ///237
14章 近代科学之于文明
1.科学形成与文明推动 ///240
理性主义的古希腊 ///240
西方科学的形成 ///241
2.文明的传承与推动 ///243
莱布尼茨的微积分 ///243
欧拉的定理 ///244
高斯的计算 ///245
3. 李约瑟难题 ///246
难题的提出 ///246
难题的再思考 ///247


第四篇
科学的发展
15章 科学观的发展
1.机械论的复苏 ///251
机械论哲学 ///252
复苏还是倒退 ///254
继承与发展 ///255
2.分析力学的奠基 ///258
拉格朗日 ///258
哈密顿力学 ///261
3.科学与工业的融合 ///262
电学与电器的尝试 ///263
细菌学与医学工业 ///265
化学与纺织工业 ///266
16章 科学学科的发展
1.化学 ///272
物质的构成式 ///272
新的元素 ///276
2.电磁学 ///279
电磁学的起始与发展 ///280
电磁学的成熟 ///284
3.热力学 ///285
能量守恒的奠基 ///286
热力学定律之确立 ///286
4.生物学 ///287
细胞学说 ///287
酶与发酵 ///288
光合作用 ///289
遗传与起源 ///289
环境稳态 ///291
5.微生物学 ///293
细菌分类 ///293
探寻细菌 ///294
酶与抗生素 ///295
走向应用 ///296
6.其他分支 ///296
光学 ///296
天文学 ///297
17章 科学革命的发展
1.工业与技术 ///302
资源的生产与利用 ///302
大型工业的建设 ///305
电气工业的发展 ///307
2.变革中的发明 ///309
3.生产力的进步 ///313
生活的影响 ///313
潮水漫延 ///314
18章 科学发展的波折
1.乌云密布 ///315
乌云下的世界 ///316
乌云的误传 ///316
乌云的破局 ///317
背后的代价 ///322
2.相对论的曙光 ///322
狭义的突破 ///324
广义的延伸 ///327
3.量子的大厦 ///328
量子力学的诞生 ///329
不确定性原理 ///330
薛定谔的猫 ///331
奇妙的量子纠缠 ///332
量子力学的影响 ///333
19章 东方科学的发展
1.科学的进步 ///335
中国近现代科技 ///336
日本近现代科技 ///340
其他国家的科技 ///345
2.思想的发展 ///346
中国的儒释道思想 ///346
东方的工匠精神 ///347
第20章 当代科学之于文明
1.追求真理的道路 ///350
西方哲学思想 ///352
哲学的讨论 ///352
系统的眼光 ///352
2.推动文明的力量 ///353
法拉第的感应 ///353
麦克斯韦的统一 ///354
诺贝尔的炸药 ///355
居里夫人的镭 ///356
爱因斯坦的相对论 ///357
图灵的计算 ///359
3.差异与发展 ///360
起源的不同 ///361
研究方法的区别 ///362
思维的分歧 ///363


第五篇
科学的分化
第21章 分化的危机与发现
1.典力学引发的分化 ///368
体系内部的矛盾 ///368
乌云引发的分化 ///369
2.新兴的危机与机遇 ///370
X射线的揭秘 ///372
天然放射性 ///373
带电的粒子 ///375
微观世界与宇宙空间 ///376
新事物与“复杂性” ///378
3.高新技术中的物理学 ///379
发现新材料 ///380
信息与变革 ///381
寻找能源 ///382
4.探索生命 ///384
细胞学说 ///384
遗传定律 ///386
DNA的载体 ///387
双螺旋的结构 ///388
遗传工程 ///389
人类探月工程 ///391
寻找地外文明 ///395
第22章 分化的学科
1.分类的方法 ///400
古代学科的分类 ///400
形而上学的缺点 ///402
现代科学的分支 ///402
2.形式科学 ///403
数学发展史 ///403
计算机科学发展史 ///409
3.自然科学 ///415
物理学的发展 ///416
化学的发展 ///420
生物学的探索 ///421
蓬勃发展的天文学 ///423
4.社会科学 ///425
社会科学的呼唤 ///426
法学的发展 ///426
第23章 分化的研究观
1.哲学和科学的分化 ///429
归纳与总结 ///430
也谈人文主义 ///430
2.科学的专业化 ///436
工匠精神 ///436
学者见解 ///437
职业科学家 ///440
职业的分化 ///443
3.研究体系的分化 ///447
体系的层次化 ///447
科学共同体 ///448
共同体模式 ///449
4.科学家的传承 ///450
阿里·考夫曼 ///450
尤金·富姆 ///452

第24章 分化之于文明
1.古代文明 ///458
2.澳大利亚文明 ///461
3.欧洲文明 ///463
4.西亚文明 ///464
5.中国文明 ///465


第六篇
科学的融合
第25章 融合的起点
1.发展的瓶颈 ///473
2.局限与对策 ///474
3.广义不确定性 ///480
4.力学的纠偏 ///485
5.量子力学与相对论的修正 ///488
第26章 融合的进展
1.科学与数学 ///494
数学是一种语言 ///494
复杂性数学 ///497
2.科学的结构 ///504
逻辑推理的应用 ///507
陈述的可证伪性 ///513
精确性与正确性 ///525
3.一般系统论 ///526
系统心理学 ///528
系统生态学 ///528
系统生物学 ///529
理论创始人 ///530
4.复杂系统理论 ///533
复杂性理论 ///533
复杂系统论专家 ///537
5.控制论 ///538
控制论的由来 ///538
重要控制论 ///540
控制论师 ///542
6.人工智能 ///544
人工智能诞生 ///544
人工智能理论 ///546
推动者的力量 ///548
第27章 融合的尝试
1.何为万统论？ ///551
2.探索与构建 ///554
3.盘点理论的问题 ///555
波粒二象性 ///555
测量问题 ///558
量子纠缠 ///560
4.万统论的解决方案 ///562

第28章 融合的未来
1.科学是否需要扩展？ ///565
2.未来发展趋势的预测 ///566
华为的研判 ///566
125个前沿问题 ///570
可以永生吗？ ///576
再论意义和目标 ///577
潜能的开发 ///580
未来的预测 ///580
3.科际整合的极形态 ///582
4.元科学的未来 ///582

致谢 ///585
参考文献 ///587

成生辉：
西湖大学研究员。毕业于纽约州立大学石溪分校(计算机科学博士)。曾在美国布鲁克海文国家实验室、哈佛大学医学院进行研究，曾任世界银行（总部）顾问。主要研究方向为可视化、元宇宙、人工智能等。发表论文四十多篇，发明专利十项，专著十多部且多部被译为英文出版。

崔维成，1986年获清华大学固体力学专业学士，1990年获英国布里斯托大学结构可靠性专业博士。1993年被中国船舶科学研究中心聘为高级工程师和硕士生导师，1995年晋升为研究员和博士生导师，1999年获批教 育 部批“长江学者奖励计划特聘教授”并担任上海交通大学船舶与海洋工程学院副院长。2002年被中国船舶重工集团公司党组任命为中国船舶科学研究中心所长，并担任了“蛟龙”号总体与集成项目负责人，一副总设计师。2013年加盟上海海洋大学，在国内高校中创立个深渊科学与技术研究中心，发起“彩虹鱼挑战深渊极限”的项目。2018年受聘为西湖大学深海技术讲席教授。2013年5月17日作为“蛟龙”号研制和海试团队的代表受到党和国家高领导人的接见，并在随后的表彰大会上获颁“载人深潜英雄”勋章和证书。两次受邀登上天安门城楼观看国庆阅兵典礼（60周年和70周年），2016年被《自然》杂志评为“中国十大科学之星”。发表论文400多篇，出版学术专著和科普书籍20多部。

这本书很有趣，因为作者一边回应了“什么是好的科学”，一边带领我们再次踏上了科学求索的小路，向我们展示了科学是如何一步步的走向爆发，化为了今天的方方面面。这是一本重走科学发展历程的好书，从科学的角度分析“科学”，相信一定会给你带来启发。
一一俞敏洪，新东方教育科技集团董事长

“科学是人类生存与前进的引擎，祝愿《科学的起源》一书为大众启蒙，为科学家启迪。”
——刘育𤋮，中央音乐学院教授、著名小提琴家、六氏三杰（刘半农、刘天华、刘北茂）传人

无论对这里的观点赞同与否，《科学的起源》以大的包容性和高的统一性为目标，探索梳理人类科学技术史的努力，令人敬佩！
——陈越光，中国文化书院院长，《科技中国》创刊主编

科学是文明的瑰宝，也是文明交汇的成就，该书从人类文明的发展和进步的宏大视角阐述了科学的起源、现状和未来。
——张双南，中国科学院高能物理研究所粒子天体物理中心主任，“慧眼”天文卫星首席科学家

科学是为了寻求真理。本书采用系统思维模式和元科学的分析方法，梳理了东西方科学的起源、发展、分化和融合，探索科学的本质和规律，展现出中国学者对科学背后的哲学基础的思考。本书语言流畅生动，有很强的科普性，更能引导科研人员特别是青年科研人员，从理论推导和实验设计的具体工作中跳脱出来，从系统的视角审视科学，指导科学研究的方法和思维方式，提高科学研究的效率，产出更多原创性成果。
——稽春艳，江苏科技大学校长，国家杰出青年基金获得者

科学家思考反省科学的本质、科学的源头与发展历程、科学的前沿与应用等问题，具有特别的意义。崔维成、成生辉二位前沿科学家新力作《科学的起源》，视野辽阔、新见叠出，值得期待！
——吴国盛,清华大学科学史系教授

我们对很多科学问题的好奇和深究从不局限于自己的领域，科学的普遍性和本质具吸引力。带着这种好奇心和追求来阅读维成和生辉的新作，收获的不仅仅是对科学起源和发展的新认识，还有一种自我反思、自我意识的感受。或许这就是作者要给大家的元科学的＂元＂。
——李凌，西湖大学工学院环境水文学讲席教授


前 言

时至今日，科学的迅猛发展和物质文明的高度发达，给人们带来了几千年来难以想象的感官享受。科技的进步使得过去人们的种种幻想变成了现实，于是目睹这一切的现代人纷纷拜倒在科学的神坛之下。以西方二元对立哲学为基础的现代科学几乎征服了整个世界。但与此同时，科学与技术的副作用也开始显现。近代科学认识世界的过程是渐进的——世代人类通过摸索、了解、实验、积累、传承，对世界的认识越来越深入、全面和准确。这个过程是永无终结的，也是负重的。按道理来说，随着科学技术的发展、工作效率的提高，人们应有更多的时间来享受生活、充实自己的精神世界。然而，事实恰恰相反，人们的工作更趋繁忙，生活的压力更重了。精神的压力与科学的发展正好形成了鲜明的对比。人类对未知的科技始终抱有敬畏之心，但科技从未高于人类。重新思考人与科技之间的关系，透过表象看本质，让科学技术更好地造福人类，是更高层次的追求。
如何来反思，是人们重新审视科学所要解决的问题。这也形成了一个使用科学方法来研究科学本身的前沿学科。从 2019 年召开一届元科学研讨会起，这一研究领域现在已经有了一个专门的名字，叫元科学。元科学旨在提高科学研究的质量，同时减少无用功。它也被称为“研究中的研究”或“科学中的科学”。元科学涉及有研究领域，被描述为“科学的鸟瞰图”。用元科学创始人约翰·伊奥尼迪斯的话说，“科学是发生在人类身上好的事情……但我们可以做得更好”。
科学与技术是交替发展的，有关科学与技术发展历史的书已经很多了，但它们都有局限性，往往只侧重于某一种文明、某一个国家或某一个领域，没有把地球作为一个整体系统来考虑，而且它们对科学和技术的定义也各不相同。因此，我们尝试将我们新提出的新系统论的一些概念与系统论思维模式和元科学的分析方法相结合，重新梳理人类的科学技术发展过程，从系统的角度来突出科学和技术之间的联系，通过对比找出差别，为未来建立一个真正的统一理论指明发展方向。
鉴于大家对元科学还不太熟悉，我们把书名取为《科学的起源》。本书旨在用科学的方法来重新审视人类科学的发展过程，分析科学背后的哲学基础，梳理科学历史发展脉络，从而更好地帮助读者了解科学的本质。
非常巧合的是，我们在写完初稿时，看到了《自然》杂志荐的由詹姆斯·波斯基特在2022 年出版的一本新书《地平线：现代科学的全球起源》。在接受记者采访时，他说道：“我接受了科学史学家的培训，我对我所学的版本的科学史感到非常沮丧，并有点儿愤怒，因为它是以欧洲为中心的。”波斯基特提出了一个简单（但有力）的推论：我们理解科学进步的方式是不完整的，并且总是从以欧洲为中心的角度来讲述。他清楚地表明了当时的宗教和政治观点是如何（有意或无意）影响欧洲人记录历史的。他这本书的中心主题是，现代科学的发展主要是通过不同文化之间的思想交流推进的，而这一作用没有得到应有的承认。
因此， 我们撰写本书的目的有三个： 一， 系统介绍科学的相关知识； 第二， 用整体系统的、对比的视角来重新审视科学技术的发展过程，得出更多相互联系的信息； 第三，充分显示科学对文明的关键推动作用，以使全社会更加尊重科学、重视科学。为了达到这些目的，我们在写作时坚持以下四个特色：不偏向特定国家、学科、地域、宗教，关注整体、多重融合；通过多种不同的角度来进行比较，在融合比较中，中立地展示东方文明在世界科学史上的贡献；通过大跨度、多视角的整理，帮助读者整体地认识和分析繁杂的科学；尽可能多地图形化表示，让这本书生动起来、鲜活起来。


一篇
科学的概述

1章
走近科学

科学是什么？是牛顿的苹果，是孟德尔的豌豆，还是富兰克林的风筝？元科学又是什么？是科学的本源，是科学的内核，还是科学的表征？
对世人来说，科学是复杂的密钥，是幽深的丛林，而元科学更是深不可探的秘境。实际上，科学与元科学离我们并不遥远，与我们的日常生活息息相关。串联世界的互联网、揽月摘星的航天工程、“下五洋捉鳖”的海洋工程，这些都是科学的成果；而我们所讨论的科学的起源、本质、特征等，都是元科学的冰山一角。
元宇宙是通过虚拟增强的物理现实，呈现收敛性和物理持久性特征，它是基于未来互联网的，具有连接感知和共享特征的 3D（三维）虚拟空间。作为一个数字化虚拟空间，元宇宙消除了物理形态的障碍。只有强大的技术支持，才可以确保形成一个完整的元宇宙世界，其不仅仅是一个存在于小说和电影中的概念。单一领域的技术无法构建出完整的元宇宙形态，诸多先进技术的结合才是构建元宇宙的基石。因此，元宇宙以技术为支撑，整合了数字经济、社会关系、感官体验、安全保障等多种元素，用技术将现实社会映射进了数字空间。[1]
根据现阶段对元宇宙概念的理解，我们认为元宇宙思维的核心内涵是强调宇宙中的万事万物是一种互联网式相互关联的整体系统，各个元素不断演化裂变、相互影响、虚实互动， 终是深度耦合、和谐共生的。这一思维范式也是现代科学技术高度发展的产物。
用元宇宙的思维范式去回看科学发展的历程，或许能够为探索科学发展的未来提供新的方向。纵观历史，你会发现历史书籍和传统文学作品等都是以文字的形式呈现，一说到历史总是枯燥无味；即便是用尽华丽辞藻描述的神话、童话、科幻小说，其中的想象力也是有限的。而元宇宙叙事被赋予了新的形态，其交替运用文字语言、图文影像、数字语言，打造“视、听、触、识”融合的故事情境。你可以了解别人的故事，同时也可以参与到故事之中。这种新的呈现方式会给历史带来全新的生命力。未来可能会如同电影《博物馆奇妙夜》中情节一般，不同时期的历史人物乃至生物可以出现在我们面前，各自诉说那遥远的过去，历史 不再是死板的文字，而是鲜活有趣、可以亲身体验的独特经历。近几年越来越多的文物互动 展览或文创产品，也展现出大众对历史文物与现代科技相结合的兴趣，它们不但为成年人构建了一个充满梦幻趣味的世界，更为孩童学习研究历史提供了别样的方式。这就是驱动我们决定撰写本书的源泉。
科学发展到今天，许多疑问还是没有答案。比如，究竟什么是科学？科学、哲学和宗教的区别在哪里？科学与技术的界限在哪里？我们人类为什么要发展科学和技术？科学和技术是否总能造福人类？这一切都没有标准答案，只能等人类去一步一步探索。因此，我们在以元宇宙视角重新审视科学与技术发展历史之前，把我们对这些基本概念和问题的看法阐述一下，以便读者理解我们的逻辑思路。