“如果你每天都讀你看得懂的書，你就只知道已知的世界觀”。不是世界變化太快，可能是你的世界觀還沒來得及刷新。所謂成長，就是用“世界觀”升級認知。這是一本廣受美國大學歡迎的人文通識讀本，科學哲學和科學史的必備入門書。
本書縱論西方科學兩千年，探索科學的起源和思維的本質。這是每一個現代人都需要閱讀、了解的關于科學的歷史和哲理，有助于讀者構建正確的世界觀。
建立新的認知體系，刷新已有的世界觀
確立看待世界、知識學習的“底層邏輯”
掌握科學哲學和科學史的基本脈絡
1.有趣的是，事實和真理的定義往往依賴于彼此。
2.對于一個科學理論來說，不管有多少可以證明其正確性的證據，這個理論是錯誤的可能性始終存在。
3.如果我們信任彼此，那么我們的所作所為就會跟不信任彼此時完全不同。
4.我們的某些觀點可能會以某種無聊的方式影響現實的某些方面。
[美]理查德·德威特
美國費爾菲爾德大學教授，除了研究科學史和科學哲學之外，他研究的領域還包括哲學思想、數學和哲學邏輯。他利用豐富的課堂教學經驗對《世界觀》一書的文稿進行反復打磨，并配以豐富的圖表補充說明。同時，作者具有將復雜的技術概念分解成讀者可理解的語言的獨特能力，讀來令人腦洞大開。
一、認識世界觀
二、世界觀的基礎命題
三、從亞里士多德世界觀到牛頓世界觀的轉變
四、相對論和量子理論
一、認識世界觀
什么叫作“世界觀”？“世界觀”這個概念常常作為“三觀”之一出現，但是很少有人能說清楚它到底是什么。在本書中，作者給出了他的定義：“世界觀”指的是一個觀點體系，其中不同觀點如同拼圖的一塊塊拼板一樣，相互聯結。也就是說，世界觀并不僅僅是一些分離、獨立、不相關的觀點的集合，而是一個不同觀點相互交織、相互關聯、相互聯結的體系。
比如亞里士多德世界觀，它是公元前300年到公元1600年間占統治地位的觀點體系，它并不是亞里士多德個人的觀點，只是在很大程度上以亞里士多德的觀點為基礎。
亞里士多德世界觀拼圖
那么亞里士多德的觀點是怎樣的呢？比如，他認為地球位于宇宙中心，是靜止的；月亮、其他行星和太陽圍繞地球運行，大約每24小時運行一圈；地球和月球之間的區域叫作月下區，由四種元素組成，即土、水、氣和火；月亮以外的區域叫作月上區，該區域的物質由第五種元素“以太”構成，“以太”有一種進行圓周運動的天然趨勢……
亞里士多德世界觀統治了西方世界1900年左右的時間，直到被牛頓世界觀顛覆和取代。牛頓世界觀認為，地球圍繞自身軸線旋轉，大約每24小時旋轉一周；地球和行星沿橢圓形軌道圍繞太陽運轉；宇宙中基本元素的種類略多于100種；一個正在運動的物體趨向于保持運動狀態，這一規律同樣適用于行星和恒星這一類的物體……
牛頓世界觀中的多數觀點到現在依舊適用，不過近代相對論和量子力學的快速發展，正在對牛頓世界觀發起挑戰。世界觀一直處在不斷迭代和更新的發展過程中，現有的世界觀也有可能會像亞里士多德世界觀被顛覆那樣成為過去。我們生活在一個有趣的時代。
二、世界觀的基礎命題
1.真理
每個人可能都信奉著一些所謂的真理，但是很少有人能夠真正地了解什么是真理。關于真理的定義，其實有兩種較為普世的說法。
（1）真理符合論
根據真理符合論，決定一個觀點為真的因素是這個觀點與現實相符合；決定一個觀點為假的因素是這個觀點沒能與現實相符合。這里的現實指的是“真的”現實，這樣的現實是完全客觀的，獨立于人的觀點的。
舉個例子，如果“地球圍繞太陽運轉”這個觀點為真，那么決定其為真的因素一定是這個觀點與事物真實的情況相符合，也就是地球是真的在圍繞太陽運轉。（不過直到現在，我們都沒有地球圍繞太陽運轉的直接證據。）
那么，如何判斷我們眼中看到的事物一定是客觀的呢？作者提出了一個困惑，所有人在觀察世界的時候，其實都無法跳出自己的意識。也就是說，我們根本沒有辦法評估感官給我們提供的表征是否準確，或者換句話說，我們沒有辦法確定真正的現實到底是什么樣子的。
（2）真理融貫論
根據真理融貫論，決定一個觀點為真的因素是這個觀點與其他觀點連貫一致，或緊密結合。那么上述所說的“其他觀點”都是什么觀點呢？根據觀點來源的不同，真理融貫論又分為至少三種類型：個人主義融貫論、團體融貫論和以科學為基礎的融貫論。
a.個人主義融貫論
對于個人來說，如果一個觀點能夠與自己的其他觀點相一致，那么這個觀點對于這個人來說就是真的。比如，假如史蒂夫認為“月球上有人居住”這個觀點是真的，那么在個人主義融貫論的體系里，任何人都無法說服史蒂夫相信月球上無人居住。總之，個人主義融貫論其實是一種“一切皆有可能”的相對主義。
b.團體融貫論
根據團體融貫論，如果一個觀點可以與某一群體整體的觀點集合拼合在一起，那么這個觀點就是真的。但是這種觀點的問題在于，群體秉持的觀點也有可能是錯誤的，并且沒有辦法明確哪些人算是群體的一份子。
c.以科學為基礎的融貫論
如果一個與科學相關的觀點可以與部分科學家這個群體的觀點集合拼合在一起，那么這個觀點就是真的。以科學為基礎的融貫論其實也是一種團體融貫論。
所以，真理融貫論可能會因為不同種類的存在而出現巨大的差異。在過去的幾千年里，人們一直都在對真理進行討論，但始終沒有達成共識。
2.經驗事實和哲學性/概念性事實
（1）經驗事實
以觀察為基礎的事實，通常被稱為經驗事實。假如書桌上有一支鉛筆，那么“在你的面前有一支鉛筆”就是一個明確的經驗事實。
（2）哲學性/概念性事實
依賴于人們對自己所處的世界的一些哲學性/概念性的判斷，這種事實被稱為哲學性/概念性事實。假如你看到上述那支鉛筆被人放進了抽屜里，你會認為“抽屜里有一支鉛筆”，雖然你并沒有直接看到鉛筆在抽屜里。這個判斷就來自于我們看待世界的方式。
經驗事實和哲學性/概念性事實往往是交織在一起的，我們很難將某些觀點簡單地歸為哪一類。舉個例子，在亞里士多德的時代，人們通過觀察得出一些經驗事實，比如某些恒星看起來像是沿著正圓軌道做勻速運動，在這些經驗事實的基礎上，人們得出相應的哲學性/概念性事實——恒星沿著正圓軌道做勻速運動。
雖然現在看到“正圓軌道”和“勻速運動”理論，我們會覺得不可思議，但是這確實是當時比較顯而易見的結論。因此，我們知道“顯而易見”可能是一個思維的陷阱。同時，不要錯誤地認為生活在現在這個有現代科學的時代，我們就已經逃脫了相信哲學性/概念性事實的陷阱。
3.證實推理和不證實推理
大約在100年前，愛因斯坦提出了相對論，這個理論在當時引起了巨大的爭議。愛因斯坦在其理論中曾預言大型物體，如太陽，其引力效應將會使恒星光線彎曲。后來，在1919年5月的日全食中，研究者經過觀測發現光線確實如愛因斯坦所預言的彎曲了。這個觀測結果成為支持愛因斯坦相對論的一個重要證據，這其實就是一種證實推理。
作者給出了一個示意圖來表現證實推理過程：
如果T，那么得出O
O（O是正確的）
所以 T（非常有可能是正確的）
證實推理是一種歸納推理。歸納推理的特點是，在一個歸納推理過程中，即使所有前提條件都是真的，所得到的結論也有可能是錯的。因此，對于一個科學理論來說，不管有多少可以證明其正確性的證據，這個理論是錯誤的這種可能性始終存在。
關于不證實推理，作者同樣給出了一個示意圖：
如果T，那么得出O
O是不正確的
所以 T是不正確的
不證實推理是一種演繹推理。演繹推理的特點是，在一個演繹推理過程中，真的前提條件就保證了真的結論。比如，蘇格拉底有一個著名的三段論：人都會死，蘇格拉底是人，所以蘇格拉會死，這是一個正確的推理。無獨有偶，相傳柏拉圖也曾經說過，無毛的兩腿動物是人。他的學生聽到后，就把一只雞捉來，將毛拔光，根據柏拉圖的定義，那么被拔了毛的雞也是人。顯然，這個推理是錯誤的，因為大前提錯了。
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但是，通常不證實推理會涉及大量輔助假設，因此，通過不證實推理得出的證據只能表明要么是使用的理論不正確，要么就是一個或幾個輔助假設不正確。
關于不證實推理，作者給出了一個更為準確的示意圖：
如果T，且A?,A?,A?…，An，那么O
O是不正確的
所以 T是不正確的，或者A?是不正確的，或者A?是不正確的，或者A?是不正確的…或者An是不正確的。
比如，研究人員將酒精放入燒杯加熱，如果研究人員觀測到樣本在達到酒精沸點時并沒有沸騰，那么我們可以得出結論，要么樣本不是乙醇，要么溫度計壞了，或者樣本受到了污染，或者實驗室里的氣壓不正常等等。
4.證偽主義和可證偽性
卡爾·波普是證偽主義最著名的支持者，他認為證偽是科學的一個關鍵元素，也是區分科學理論與非科學理論的關鍵前提。波普認為，科學強調的應該是嘗試對理論進行反駁，而不是證實理論。如同上述證實推理中探討的那樣，對于任何一個科學理論來說，不管有多少證明其正確性的證據，該理論都有錯誤的可能。
從某個意義上說，對于波普而言，一個理論所冒的風險越大，它的科學性就越強，比如愛因斯坦的相對論。
那么，我們如何知道一個理論是否具備可證偽性呢？作者認為，可證偽性其實是一個非常微妙和復雜的命題，因為我們無法確定什么樣的證據才算是有意義的證據。當你試圖論證一個理論是否具備可證偽性的時候，不可避免地會加入你自己的觀點體系，最后出現的結果可能是這兩個觀點體系誰也說服不了誰。
所以，作者認為，可證偽性是對某個理論所秉持的態度，而不是這個理論本身的一個特點，正是這個態度決定了我們認為該理論是可證偽的還是不可證偽的。
5.工具主義和現實主義
對于工具主義者來說，一個適當的理論可以給出預言和解釋，至于這個理論是否反映或模擬現實世界，并不是一個重要的考量。而對現實主義者來說，事情恰恰相反，一個合理的理論必須不僅可以給出預言和解釋，而且要反映現實事物的真實情況。
托勒密曾用周轉圓研究火星的運動，如下圖。在以地球為中心的宇宙中，火星圍繞點A運行的圓形軌道就稱為周轉圓。
托勒密體系中火星的運動
對于工具主義者來說，周轉圓是否真實存在并不重要，重要的是該理論能夠預言和解釋相關數據；而對于現實主義者來說，如果周轉圓并不是真實存在的，那么托勒密的理論就不能被接受。
有趣的是，對待重力，提出該概念的牛頓本人是持工具主義的態度的。也就是說，他可以用自己的方程式來進行相關的預言，但是對于重力是否是一個“真實”的力，他本人是保持沉默的。
三、從亞里士多德世界觀到牛頓世界觀的轉變
1.亞里士多德世界觀
在西方世界，在大約公元前300年到公元1600年間，亞里士多德世界觀是占主導地位的世界觀。
以下為亞里士多德世界觀中的幾個主要觀點：
（1）“地心說”：地球位于宇宙中心，是球形的。
（2）地月關系：月球離地球最近，月球與地球之間的區域為月下區，月球以上的區域為月上區，由元素以太構成。
（3）星星和太陽的順序：首先是水星，然后是金星，接下來是太陽、火星、木星、土星以及所謂的恒星球面。
（4）宇宙：宇宙邊緣就是恒星所在的球面，所有恒星與地球之間的距離都相等，且都鑲嵌在一個球面上。球面以自身軸線為中心轉動，轉動一圈大約24小時。
（5）目的論和本質論：宇宙是有目的的，而且有本質存在。宇宙中每個基本元素的天然目標都是要到達其在宇宙中的天然位置，天然存在的物體都被認為有本質屬性，而正是因為這些本質屬性，物體才有了它們所表現出來的行為模式。比如土元素的天然趨勢就是要位于宇宙中心，也就是地心說。
在將近2000年的時間里，亞里士多德世界觀被接受為一種普遍觀點，雖然隨著時代的發展，該理論不斷得到修正，但是其理論基礎依舊是一個以地球為中心、有本質存在、有目的的宇宙。
2.天文學數據：經驗事實
（1）恒星運動
被稱為恒星的亮點以一種可預測的模式運動，而這個運動模式早在人類有記錄的歷史開始之前就已經被發現了。恒星運動似乎是以一種規律的模式，將近24小時重復一次。太陽相對地球東升西落，這決定了地球的晝夜變化；同時，它在地球邊緣升起的位置每個季節都發生變化，這決定了地球的春分、夏至、秋分和冬至。
（2）月球的運動
比較明顯的月球運動包括，月球大概每29天多會循環一次；相對恒星，它會向東偏移，但是偏移的速度比太陽快。
（3）行星的運動
在任何一個夜晚，我們稱之為行星的一個亮點，與我們稱之為恒星的一個亮點看起來并沒有顯著的不同，其在空中運行的方式也是相似的。所以，人們很難分辨恒星和行星。
然而我們的前人早就發現了夜空中有5個亮點跟其他上千個亮點都有所不同。這個不同點主要是基于這5個亮點的運動模式，但并不是它們在某一個夜晚的運動，而是經過許多夜晚形成的模式。
順帶提一句，我們通常認為存在9顆行星，但是直到18世紀，我們所能夠看到的也就是金、木、水、火、土這5顆行星。
舉個例子，如果你花上幾個小時來觀測木星，你會發現它隨著恒星運動，而且通?？雌饋砼c恒星沒有任何不同。然而如果你持續幾天或者幾個星期仔細觀察木星，你就會注意到，與月球和太陽相似，木星與恒星的相對位置在不斷地偏移。
同樣值得提出的是，與恒星不同，行星的亮度變化很大。當金星肉眼可見的時候，總是看起來相當明亮，不過有些時候它會比其他時間更明亮，最明亮的時候，金星看起來像一架正在著陸的飛機上的著陸燈。
5顆肉眼可見的行星都會時常出現亮度上的明顯變化，實際情況還要比這更復雜一些。比如，行星會做一種“反方向偏移運動”，也叫作“逆行運動”。所有的行星都有逆行運動，盡管逆行的間隔并不完全相同。木星和土星大約一年有一次逆行，火星大約每兩年有一次逆行，金星大約每一年半有一次，而水星大約一年有三次逆行。
相信很多人可能會對夜空感興趣，尤其是孩子。那么怎么通過肉眼觀測到金星呢？作者在書中提到，根據金星和太陽的位置關系的變化，你可以在太陽快要升起，或剛落下后的幾個小時內看到它。
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3.天文學數據：哲學性/概念性事實
在亞里士多德世界觀體系下，“天空是一個完美的地方”的觀點，為人們提供了一種方法來解釋天體如何保持運動。與該觀點形影不離的是，“天體一定是沿正圓軌道做勻速運動”。久而久之，行星沿正圓軌道進行勻速運動似乎變成了一個常識?，F在我們回過頭發現，正圓事實和勻速運動根本不是一個事實，而是一個哲學性/概念性的事實，并且是錯誤的。
4.托勒密體系
托勒密在公元150年發表了《至大論》，他在書中提出了一整套的運動體系。托勒密體系很明確地尊重了正圓事實，因為托勒密所使用的方法全都是以“天體運動只沿正圓軌道進行”為基礎的。
盡管托勒密體系也并不完美，而且錯誤很多，但是值得強調的是，在托勒密之前或之后的1400年內，沒有其他關于宇宙結構的理論，在進行解釋和預言方面達到與托勒密體系接近的程度。
在托勒密的體系里，火星沿一個點運轉，也就是下圖中的點A。火星運動軌跡形成的圓形，也就是以點A為圓心的一個小圓圈，被稱為周轉圓。
托勒密體系對火星的研究
周轉圓的圓心，也就是點A，沿一個半徑更大、以點B為中心的圓圈運轉。像這樣半徑更大的一個圓圈被稱為均輪或偏心圓。
在上圖中，位于中心位置的并不是地球，而是點B，但是請注意，地球確實是托勒密體系的中心。當點B剛好與地球中心重合的時候，那么這個以點B為中心的半徑更大的圓圈就將被稱為均輪。在另一種情況中，如果點B不是位于系統中心，那么這個更大的圓圈就將被稱為偏心圓。
簡言之，均輪和偏心圓的相同之處在于它們都是由周轉圓運轉軌道形成的半徑更大的圓圈?？梢哉J為偏心圓是圓心發生偏移的均輪。在這個周轉圓里，可以經過計算找到一個點，如果火星周轉圓圓心相對于這個點做勻速運動，那么這個點就被稱為等距點。
周轉圓-均輪系統非常靈活，因為只需要改變一下其中各組成部分的大小、運動速度和運動方向，就可以產生大量不同的運動。由于有高度的靈活性，所以周轉圓-均輪系統非常有用。
5.哥白尼體系
托勒密理論大概延續了1400多年，接下來登場的是尼古拉·哥白尼。
哥白尼在16世紀初提出太陽是宇宙的中心，哥白尼體系跟托勒密體系在很多方面其實是相似的，但是其中地球和太陽的位置發生了對調。哥白尼認為所有恒星與宇宙中心的距離是相等的，也都鑲嵌在所謂的恒星球面上。
與在托勒密體系中一樣，這個恒星球面就是宇宙最遠的邊界。哥白尼的宇宙比托勒密的宇宙要大。哥白尼體系也運用了周轉圓、均輪和偏心圓，并且同樣地，哥白尼也尊重正圓軌道和勻速運動的事實。
哥白尼繞過了托勒密體系里的等距點的概念，直接明確地尊重了勻速運動事實，而且對逆行運動、多顆行星的不同亮度與它們逆行運動時間點之間的相關關聯，以及金星、水星總是出現在距離太陽不遠處的事實，作出了更加直接明確的解釋。
哥白尼為什么會提出日心說呢？據說，和一個叫作新柏拉圖主義的哲學流派有關。新柏拉圖主義認為，太陽是至善的，太陽變成了“上帝”的代表。那么，對于相信新柏拉圖主義觀點的哥白尼來說，太陽理應位于宇宙的中心。
6.第谷體系
第谷·布拉赫是16世紀下半葉備受尊敬的一位天文學家，他的主要貢獻是發展出了現在被稱為第谷體系的天文學體系，并且在幾十年間給出了非常精確的經驗性觀察結果。
第谷憑借自己的能力發展出了一個體系，其中既包括了大多數哥白尼體系的優勢，又保留了“地球是宇宙中心”的觀點。根據第谷體系，地球是宇宙的中心，恒星球面同樣被定義為宇宙的邊界。月球和太陽繞著地球運轉，但行星圍繞太陽轉動。
7.開普勒體系
第谷去世后，開普勒獲得了第谷積累的部分關鍵數據，在此基礎上，他經過異常努力的研究，終于做出了兩大關鍵性創新——橢圓軌道和變速運動。
根據開普勒體系，行星圍繞太陽沿橢圓形軌道運轉，太陽占據橢圓軌道兩個焦點之一的位置，這個理論通常被稱為開普勒行星運動第一定律。
開普勒的另一個主要創新是讓行星在沿其軌道圍繞太陽運動的過程中進行變速運動。更具體地說，如果以行星為起點畫一條直線，和太陽連起來，這條直線在相等的時間內掃過的面積相同。這個對行星運動速度的描述被稱為開普勒運動第二定律。
終于，在17世紀中期，關于勻速、沿正圓軌道運動的哲學性/概念性“事實”不再被當作事實了。
8.伽利略體系
在從地心說觀點向日心說觀點轉變的過程中，另一個發揮了核心作用的人物就是伽利略。
伽利略是第一批將望遠鏡用于天文學觀察的人之一，通過使用望遠鏡，他發現了有趣的新數據，這些數據對地心說和日心說支持者之間的爭論產生了極大的影響。以下是伽利略的一些發現：
（1）月球上的山峰
伽利略所觀察到的月球地表特征包括山峰、平原以及我們現在所說的月坑。這與亞里士多德世界觀中的“天空中的物體都由以太組成”的觀點矛盾。但是這并不足以撼動亞里士多德世界觀的地位，畢竟，關于月球的觀點并不是亞里士多德世界觀中的核心觀點。
（2）太陽黑子
伽利略同樣是第一批用望遠鏡觀察太陽黑子的人之一。利用觀察所得的結果，伽利略令人相信，太陽黑子一定是太陽表面本身就有的區域，而不是其他什么圖像。因此，月上區肯定不像亞里士多德世界觀所認為的那樣，是一個完美區域。于是，亞里士多德世界觀又多了一個小瑕疵。
（3）土星的光環或耳朵
伽利略是第一個觀察到土星有時會有邊緣凸出現象的人，這個凸出的邊緣看起來就像把手或耳朵。這個數據再次挑戰了亞里士多德世界觀，因為由所謂的“以太”組成的行星并不一定是正球體，月亮和太陽也不是。
（4）木星的衛星
伽利略觀察到有四個小亮點圍繞在木星周圍運轉，他正確地推斷出這四個小亮點是圍繞木星運轉的衛星。根據亞里士多德世界觀，特別是在托勒密體系中，地球是宇宙中所有圓周運動唯一的中心。顯然，木星衛星的發現，再次讓亞里士多德世界觀蒙上了一層陰影。
（5）金星相位
所謂金星相位，意思是金星不僅會經歷周期性的相位變化，而且它的大小也會根據所處的相位發生變化。這也是伽利略通過望遠鏡觀測到的結果。
而且伽利略還發現，除了肉眼可見的恒星，還存在其他無數恒星。這至少意味著，宇宙很可能比之前猜想的大得多，甚至有可能是無限大的，其中包括無限多的恒星。
1632年，伽利略出版了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》一書，這本書內容豐富，對支持和反對地心說體系和日心說體系的論據都分別進行了討論。這本書并沒有得到教會的接受，因為在當時，僅對日心說體系進行討論并沒有被教會禁止，被禁止的只是支持這個觀點就是現實的做法。伽利略恰恰觸犯了教會的禁忌。
最后伽利略被裁定為有持異教思想的嫌疑，被判終身監禁，同時還被要求正式宣布“日心說”的觀點是假的。最后，伽利略在家中度過了余生，于1642年逝世。
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9.牛頓世界觀
仿佛是某種“輪回”，在伽利略逝世后的第一年，牛頓就出生了。17世紀是個充滿變革的時代，新科學開始出現并快速發展，這是很多研究人員共同努力的結果。然而集大成者是牛頓，他在1687年發表了《自然哲學的數學原理》，簡稱《原理》?！对怼氛故玖艘环N新的物理學，建立了一個新的觀點拼圖，一個代替了亞里士多德世界觀的觀點拼圖——牛頓世界觀。
在牛頓世界觀中，宇宙被認為是廣闊的，甚至可能是無限大的，太陽只是太陽系的中心，行星圍繞太陽運動；物體運轉模式的形成原因不再是其內在本質，相反，物體是在外力的影響下而形成其運轉模式；宇宙一天天保持運轉，就像鐘表每天滴答滴答不停地走。
（1）牛頓三大定律
牛頓第一定律，也就是我們常說的慣性定律：任何物體在不受任何外力的作用下，總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，直到外力迫使它改變這種狀態。
牛頓第二定律：物體運動的改變與其所受作用力成正比，而且與其所受作用力的方向成一條直線。這條定律通常被歸納為F=ma，即物體所受作用力等于質量乘以加速度。
牛頓第三定律：對任何作用力，總會存在一個方向相反、大小相等的反作用力。
（2）萬有引力定律
萬有引力通常被表述為任意兩個物體之間的相互吸引力，兩個物體之間的萬有引力作用與物體的質量成正比。物體質量越大，萬有引力作用越強。牛頓還在《原理》第三卷中提出，重力普遍存在于一切物體中。不過，牛頓通常聲稱自己是用工具主義的態度來看待重力的。
與亞里士多德世界觀一樣，牛頓世界觀也不是一系列靜止的觀點。在17世紀以后的幾個世紀里，牛頓世界觀得到了發展和修正，但盡管如此，這個世界觀的核心元素依舊保持不變。
在化學領域，安東尼·拉瓦錫運用定量研究方法進行化學研究，很快這種研究方法成為當時學界的主流。同樣運用此方法，約翰·道爾頓構建了他的原子理論，這是一個基本都在牛頓科學體系內的理論。在整個19世紀以及20世紀初，通過運用牛頓方法，化學研究取得了卓越成果。
在生物學領域，人們發現有關神經的一些現象其實是一種電學現象，引起這種現象的物理、化學過程與生物學之外的物理、化學過程都是相同種類的。生物學的這個領域可以與牛頓世界觀對物理、化學過程中的機械論拼合在一起。
同樣地，牛頓的基礎數學定量方法也被用于電磁學研究上，法拉第和麥克斯韋的研究成果都一定程度上得益于牛頓的基礎數學定量方法。
以上只是牛頓體系下諸多科學領域的其中三個，許多其他科學領域都出現了令人印象深刻的成果和發現，牛頓世界觀的影響普遍又深遠。
（3）幾朵小烏云
英國著名物理學家開爾文爵士在1900年發表了一段談話，他指出，在現代科學本應晴朗的天空里，現在只剩下幾朵“小烏云”了。其中有兩朵最為重要，分別是邁克爾遜-莫雷實驗和黑體輻射。
①邁克爾遜-莫雷實驗
邁克爾遜和莫雷從一個定點發射出兩道光，發出時的夾角是直角，這兩道光分別通過與光源距離相等的兩面鏡子反射回來。如果牛頓體系內關于光傳播的機械論觀點是正確的，也就是光通過介質以太來傳播，那么光源和鏡子應該在以太中運動。
盡管相對于光源，兩道光傳播的距離相等，但是由于光源和鏡子同時在以太中運動，那么對于以太，兩道光傳播的距離是不相等的，因此我們預計可以看到兩道光回到光源處會有微小的時間差。然而與預期的相反，兩道光總是在相同的時間點回到光源處。
由于牛頓科學體系非常成功，因此科學家認為如果因為這個實驗結果而放棄牛頓科學體系的觀點，將是非常不明智的，所以把它當作了無足輕重的小烏云。
②黑體輻射
黑體指的是一個理想化的物體，可以吸收所有指向它的電磁輻射。舉個例子，光是電磁輻射的一種形式，所以，如果我們向一個黑體投射光線，黑體將吸收所有的光線，因而表現出黑暗的性質，所以才叫作黑體。
根據牛頓科學體系，一個受熱的黑體，預計將以某種特定模式對外進行輻射。然而實際觀察到的輻射模式，與根據牛頓科學體系預言的輻射模式有顯著差異。
簡單地說，當僅觀察波長較長的輻射時，所觀察到的輻射模式與預言的模式十分相近。但是到了短波時，觀察到的輻射模式則與預言模式大相徑庭。這個問題有時被稱為“紫外災難”。
與邁克爾遜-莫雷實驗一樣，黑體輻射問題后來被證明并不只是一朵小烏云。直到量子理論的出現，黑體輻射問題才被成功解釋。
四、相對論和量子理論
1.狹義相對論和廣義相對論
除了上述幾朵小烏云之外，在大多數人的世界觀里，空間和時間都是絕對的。這一切，在相對論中都有了不同的解釋。阿爾伯特·愛因斯坦于1905年發表了狹義相對論，于1916年發表了廣義相對論。下面是一些相對論常見的觀點：
狹義相對論的基礎是光速恒定原則和相對性原則，對于運動中的物體來說，空間和時間會發生一些讓人驚訝的變化，如時間膨脹、長度收縮、同時性的相對性等等。
廣義相對論的基礎是廣義協變性原理和等效原理。根據廣義相對論，大質量物體的存在導致了時空曲率。不受任何力的作用的物體也會沿最短路線運動等等。這部分詳見《愛因斯坦傳》。
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2.量子理論
量子理論實際上是一種“波”數學，應與“粒子”數學相區別。一種是涉及離散式物體（粒子）時所用到的，另一種是涉及波的情形的時候所用到的。舉個例子，如果你把一個保齡球扔出去，保齡球這個物體會受到多重力的影響，這個情形的數學就是粒子數學。但是水波、光波、聲波等各種涉及波的情形，就要用到量子數學。
那么，為什么說量子理論是很不尋常的理論呢？值得一提的是，量子理論數學給出的通常是概率性的預言，而不是確定的預言。舉個例子，如果我們用量子理論數學來預言一個電子的位置，數學計算將會告訴我們在不同位置探測到這個電子的可能性。相比之下，如果是針對屋頂掉落的保齡球，數學計算將給我們一個確定的預言。這正是量子理論數學與其他理論的不同之處。
為了更好地理解量子理論，我們可以了解一下薛定諤的貓，薛定諤的貓是關于量子理論的一個思想實驗。假設在一個密封的盒子里有一只貓，同時還有一個微弱的放射源。
具體來說，這個放射源在一小時內，釋放出一粒放射性粒子的概率是50％。如果放射源釋放了一粒放射性粒子，這個粒子將會觸發一個探測器，而這個探測器在觸發之后會打開一小瓶毒藥，這種毒藥可以毒死盒子里的貓。
量子力學告訴我們，存在一個中間態，貓既不死也不活，直到進行觀察看看發生了什么。除非進行觀測，否則一切都不是確定的，可這使微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理，客觀規律不以人的意志為轉移，貓既活又死違背了邏輯思維。
關于進一步對薛定諤的貓的詮釋，學界出現了很多觀點，但是至今都沒有達成共識。唯一有共識的是，人類才剛剛邁入量子理論的大門。
通過對本書的學習，我們大致了解了自己生活在一個怎樣的世界當中。從亞里士多德世界觀到牛頓世界觀，再到相對論和量子理論的發展，我們的世界觀一直處于更新迭代的過程中。
過去秉持的觀點，并不一定現在就是真的，現在的世界觀也有可能會被未來的發現所顛覆。但是我們能夠確定的是，我們生活在有趣的時代。
生命如是之觀，何等壯麗恢宏，請繼續做一株會思考的蘆葦。
