科学（science）是由可观察和测量的事实（科学家将其称之为数据）推理得出可供检验的解释。科学家的工作是以系统的方式发现、观察和收集事实并解释数据之间的关系。为了确定解释是否合理，科学家们会构想出假设并进行验证。在本章的“科学方法”一节中，我们将了解更多科学家使用的方法。
现代科学对人们的生活有着深远的影响。因为科学在我们的文化中无处不在，以至于人们倾向于认为科学是一种获取各种知识的自然方法。在本节中，我们将学习现代科学的发展历程和一些科学假设。
科学革命
在17世纪以前的西欧，基督教教义尤其是天主教教义被认为是真理的最终来源。波兰天文学家尼古拉斯·哥白尼（1473—1543）断言，宇宙的中心是太阳而不是地球，从而掀起了一场科学革命。然而，大多数历史学家都将英国哲学家和政治家弗朗西斯·培根爵士（1561—1626）视为现代科学之父，因为他对科学方法进行了系统阐述。在他的著作《新工具论》（1620）中，培根提出采用直接观察法来发现世界真相。培根的科学方法非常成功地丰富了人们对世界的认识，提高了人们操控自然的能力。使用这种方法时，我们首先要对世界进行系统的观察，并通过检测和实验的手段得出相关推论。
哥白尼发现地球绕太阳转而非太阳绕地球转，这一发现推动了科学革命。
科学假设
科学是感知和解释现实的主要方法，事实上，西方文化通常将科学视为感知和解释现实的自然方法。然而，人们必须时刻谨记，科学是人类创造的一个体系，就其本身而论，其基础是某一特定世界观或者一系列假设。
经验主义经验主义（empiricism）是最基本的科学假设之一，该假设认为知识的主要来源是人们的身体感受。科学家们将经验主义视为获取知识的惟一可靠的方法。因此，随着一代又一代的科学家们积累了越来越多的观察资料和数据，他们正确解释自然规律的科学能力也越来越强。
客观性 现代科学的一项相关假设是客观性（objectivity），是指人们可以将自身之外的物理世界当做一种客体进行观察和研究，而不受科学家或观察者的主观影响。因为这个世界是独立于个体观察者之外的客观存在，而系统的观察将使科学家们最终达成一致意见。但这个假设最近受到了量子物理的小小冲击，量子物理学发现，仅仅是观察量子活动的行为也会使其发生改变。
虽然早期的经验主义者（包括培根）认为客观性是可以实现的，但当今的大多数科学家都承认，以往的社会经验以及天生的认知和感知误差都会对人们感知世界的过程产生影响，即使是受到严格训练的科学家也不例外。例如本书第4章中曾经提到，人们倾向于将随机现象进行有秩序的解释。其中最著名的例子之一便是火星运河的存在。很多天文学家一直相信火星上有运河，直到1965年“水手4号”航天探测器飞抵火星并拍下了火星表面的照片。照片上清晰地显示，火星上并没有运河。原来这些所谓的“运河”不过是一些光学假象，人们的大脑倾向于赋予这些随机数据意义，并且就科学家而言，他们对火星上存在运河也抱有一定的期望。
虽然无法保证完全客观，但仍然可以作为一种理想状态。科学家会在研究过程中尽力摒除偏见，保持观察过程的客观性和语言的缜密性。
唯物主义 经验主义的进一步发展，便是唯物主义（materialism）学说。科学唯物主义者认为，宇宙中的一切事物都是客观的物质。（唯物主义中的“物”与痴迷于金钱、消费品和其他“物质产品”没有任何关系。）虽然也有一些科学家认为存在独立的非物质领域或精神领域——在哲学中这种观点被称为二元论（dualism），但唯物主义仍是大多数科学家所信奉的假设。根据科学唯物主义的理论，感知、想法和感情都可以还原为对物理系统的描述，例如脑电波、刺激和反应等。对于非物质概念，例如有意识的智能生命，则没有必要进行科学描述和无关解释。由于科学的基础是唯物主义，因而在解释物质为什么拥有意识以及如何获取意识方面几乎毫无所获。
可预测性 传统上，科学家一直假设物质世界是有序的，并且是可以预测的。宇宙是由相互关联的因果关系组成的，人们可以认识这些联系，可以通过系统的观察和归纳推理发现这些联系。与客观性一样，这一假设也受到了量子理论和海森堡测不准原理的冲击。在量子理论中，即使处于最理想的测量环境下，要同时预测量子的位置和动量也是不可能的。
一致性 与传统的可预测性假设联系在一起，假设宇宙拥有潜在的一致性，或者说，所有现象都存在统一的动态结构。这些统一的结构可以转化为科学定律，并得到广泛应用。实际上，科学家艾尔伯特·爱因斯坦为研究大统一原则呕心沥血，但这一研究至今仍然没有取得任何成果。
科学的局限性
科学的明显优势在于使人们得以建立关于自然世界的知识体系，但它仍然存在一定的局限性。局限之一，至少从一个哲学家的视角来看，它将物质世界的存在性作为研究的起点。但是正如17世纪法国哲学家勒奈·笛卡尔所说，外在世界只是我们大脑中的一个观念，没有直接的证据证明“外在”世界的确存在。换句话说，科学的起点，也就是物质世界的存在性，无法得到经验的证明！
磁场能量是人类感官无法感知的。
经验主义以及将感官体验作为科学的基础，都将科学限制在了可观测到的共享现象之内。然而，物质世界中还存在很多其他东西，例如暗能量和暗物质、某些电磁波以及亚原子粒子等都是人们的感官所感觉不到的，甚至连为扩展人类感官而设计的科研仪器也检测不到。此外，在弦理论的研究中，物理学家利用数学推理得到结论，人类的大脑至少可以感知和处理九个维度，而不是人们一直所认为的三维。
此外，认为宇宙是有秩序且可预测的假设也遭到了量子力学的质疑。诸如大卫·休谟和伊曼努尔·康德等一些哲学家认为，即使人们多次观察到某一事件紧随另一事件发生，单纯的观察都不能从逻辑上确定这两个事件之间存在一种必然的因果联系。康德特别指出，因果不是外部世界的一种属性，而是人类头脑的一种产物。此外，单纯的观察并不足以揭示自然界中存在的潜在一致性或结构。换句话说，人们如何体验现实取决于大脑的结构，是大脑组织并赋予了感官信息意义。
量子力学对可预测性、决定论和物质现实提出了质疑，指出在宇宙中，除了严格的物理因果定律之外，还有其他力量在发挥作用。因此，加利福尼亚大学伯克利分校的物理学家和视觉科学教师斯坦利·克莱因提出，量子力学为科学和宗教提供了对话的桥梁。
分析图片
火星上的运河
讨论问题
1. 讨论在类似火星“运河”事件中，语言的表达方式如何影响人们对自然现象的预期和观察。举例说明你的答案。
2. 回忆自己是否曾经仅以观察为基础而得出错误的结论。你如何意识到是观察误导了自己？科学知识在纠正你的错误知觉时发挥了什么作用？
科学与宗教
关于科学与宗教的关系，有四种基本立场：（1）出现冲突时，科学总是凌驾于宗教之上；（2）出现冲突时，宗教总是凌驾于科学之上；（3）科学和宗教分别是两个相互独立、相互排斥的领域；（4）科学和宗教涉及同一领域，相容且互为补充。
大多数科学家和西方哲学家的立场是，当科学与宗教发生冲突时，科学总是凌驾于宗教之上。这种态度引起了科学与宗教之间的对抗，尤其是原教旨主义宗教。例如很多保守的基督教徒，一贯认为《圣经》是上帝意志的文字表现，永远不会出错，不仅是在宗教领域，在科学领域同样有效。实际上，自1982年以来开展的所有盖洛普民意调查中，美国公众相信进化论的人数比例从未超过51%，只有14%的美国人相信不受上帝控制的科学进化论。换句话说，大多数美国人认为，达尔文的进化论是错误的。很多美国人接受各种版本的神创论学说，即使他们不是大多数。
持有第三种立场的人，例如约翰·普里斯大法官（参见“批判性思维之问：当进化论遇上智能设计理论”）否认两者之间存在冲突。相反，他们认为科学和宗教是互相独立、互相排斥的两个领域。科学负责处理客观和经验中的现实；宗教则关注价值观、主观和精神领域的现实。科学解决“是什么”和“如何做”的问题；而宗教则解决“为什么”的问题。根据这一观点，人们可以接受进化论，而不必抛弃“人类是上帝按照自己的形象创造出来的”这一宗教信仰，因为赋予灵魂是一个单纯发生在精神领域的过程。这种观点在教皇若望·保禄二世于1996年《给教廷科学院的信》中得到充分展现。
这种取向也会面临一些问题，其中之一便是，在某些情况下，科学和宗教就同一种现象得出不同的论断，比如关于人类生命的起源、祈祷治病的效果以及圣经中的大洪水现象是否真的发生等问题。从逻辑上来讲，当两者的论断出现冲突时，它们不可能同时正确。
米开朗琪罗描绘《创世记》中的故事“创造亚当”。
根据第四种观点，科学和宗教处理相同领域的问题，并且两者是可以和谐共存的。这种观点在犹太教、印度教和伊斯兰教以及一些主流新教徒的教派中可以找到。如果宗教经文与科学论断发生冲突，那么经文应当被重新解释。例如《创世记》中关于创造天地的故事应当是一种隐喻，而不应该单纯按照字面的意思去理解。英国圣公会牧师、生物化学家亚瑟·皮考克对这种方法表示支持。他提出，宗教和科学解决的应当是同一领域的问题。然而，他们却致力于同一领域的不同方面。但从本质上讲，两者必须总是“最终趋于一致……在现实中，科学和神学活动应当是相互作用、相互启发的两种方法”。因此，科学和宗教应当互相吸收对方的信息，以拓宽自身研究现实的视角。
虽然科学家经常拒绝接受对于自然现象的宗教解释，但科学界与宗教信仰确实存在千丝万缕的联系。犹太教和基督教有一个共同的观点，那就是为了人类的利益，上帝赋予了人类使用科学控制和改变自然的权力。此外，人类中心说假设人类是宇宙中的主要存在，与其他动物有本质的不同，因而科学家可以关押和利用其他动物开展研究和实验，以此改善人类的生活。某些科学家对人类中心作了更进一步的解释，提出宇宙之所以存在是为了让有意识的人类生命拥有发展的空间，即所谓的人择原理。
虽然科学立足于一系列未经证实的假设，但这并不意味着科学是无效的，或者这些假设是错误的。实际上，人们需要对科学保持清醒的认识，科学不仅有强大的优势，也存在自身局限性。并且人们也看到，在揭开宇宙神秘面纱的过程中，科学已经取得了极大的成功，科学创造的新技术极大地改善了人类的生活。
