我国虽然是一个具有5000年历史的文明古国，其光辉灿烂的文化确实可以使人感到骄傲和自豪。虽然在我国的历史上曾经出现过对世界文明史上产生过重大影响的思想家和科学家，但是在近代史上，我们的先人和现代人却干过许多令世界文明社会不可理解的、令人耻笑的蠢事。并且，做这些蠢事的因素至今仍然存在。科学精神还远远没有进入到我们的文化中。科学，还远没有成为我们中华民族文化中的组成部分。没有全体国民科学素养的整体提高，下个世纪中华民族的腾飞是不可能的。正在科学传播领域中工作的科学家、工程师、学者和传播媒介的工作者应该清醒地认识到：全体国民科学素养和其它素养提高之日，就是中华民族腾飞，中国人受到世界尊重之时。而我们，任重而道远。
在本书的翻译过程中，得到了许多科学界和科普界人士的关心和支持。由于本书所涉及的内容庞杂，涉猎科学的门类较多，在翻译的过程中，我不得不经常请教各个领域的学者。他们给予了我极大的帮助。在此，我要特别感谢郭正谊教授和李元教授，我还要感谢北京大学的刘华杰博士、潘涛博士、邹锐硕士、王珉硕士、任信荣硕士和苗永华民怎，清华大学的郭兵博士、赵浮硕士和吉林大学的吴跃平博士，他们对译稿提出了十分具体的修改意见。没有他们的帮助，这本书不会顺利译出。
有时，时间和质量是一对矛盾。由于在翻译过程中出现的一些问题，使得时间非常紧张，再加上水平有限，译文中的错误肯定是存在的，请读者批评指正。
李大光
1998年7月2日
原版序 我的老师
那是1939年秋季的一个狂风怒吼的日子。公寓楼外面的街道上，落叶随风旋转，每一片树叶都像是有生命一样在舞动。我很舒适地待在温暖安全的卧室里，母亲在另一间屋里忙碌着准备晚餐。在我们公寓里没有那些经常无需借口找你麻烦的大坏孩子。只是在一个星期以前，我刚刚打了一场架——这么多年过去了，我已经忘记了是与谁打的架了，可能是第三楼层的斯奴尼·阿格塔，我狠命地向他抡出一拳以后，发现自己的拳头打穿了斯奇彻特先生药房的大玻璃窗。
斯奇彻特先生对我的伤势非常关心：“很快就会好的，我保证。”他边安慰我，边往我手腕上敷一些令人痛苦难耐的消毒剂。我母亲把我带到设在本公寓的一个医生的诊所里。他用一把小钳子取出了玻璃碎片，并用针和线给我缝了两针。
“两针！”当天晚上父亲不断地唠叨。他知道针的意义，他是一家制衣厂的裁衣工。他的工作就是用非常锋利的锯将大厚堆的布料裁剪成服装初样，接着这些初样被传给一大排坐在缝纫机边的女工。他对我能够克服天生的羞怯而发怒感到高兴。
奋起反击有时是一件好事。我从来没有打算使用暴力。这件事是偶然发生的。桑尼先推了我，而我是随后用拳头击穿了斯奇彻特先生的玻璃窗的。我伤了自己的手腕，花费了一笔不该花的医疗费用，打坏了一块平板玻璃，然而却没有人对我发火。就连桑尼对我也比以前友好多了。
我对事情的结果为什么会是这样而百思不得其解。但是待在温暖的公寓里，边透过卧室的窗户凝视纽约湾，边考虑这个问题，比起到下面街头再去冒险要舒适得多。
像往常一样，我母亲换了衣服，化了妆，等待着我父亲回来。太阳快要落山了，我们一起眺望着波涛汹涌的水面。
她用手粗略地指了指大西洋的对面，说：“那边的人正在打仗，彼此残杀。”我聚精会神地向那面瞭望。
“我知道，”我答道，“我能看见他们。”
“不对，你不可能看见，”她反驳说，口气几乎是严厉的，她说，“他们太遥远了。”然后返回厨房。
她怎么知道我是否能看到他们？我不明白。我眯着眼睛眺望着，我认为我确实看到了地平线上那一小条土地，在那上面有很小的人影，他们相互推打，用刀剑决斗，就像我的漫画书上画的一样。但也许她是对的。或许这只是我的想象，有点像是午夜时分偶尔将我从沉睡中惊醒的怪物，我的睡衣被冷汗浸透，心砰砰直跳。
当一个人在想象的时候，你怎么能知道呢？我凝望着灰暗的海水，直到母亲招呼我洗手吃晚饭。让我高兴的是父亲用双手一下子把我举了起来。我可以从他一天内长出的胡茬上感觉到外面世界的寒冷。
就在那年的一个星期天，父亲耐心地向我解释0是算术中的一个占位符号，教我读那些发音古怪的大数字的名字，还告诉我为什么没有最大的数字。（他说：“你可以永远在一个数字上再加1。）”我忽然被要求进行儿童必须接受的写出从1到1000的所有整数的必修课程。我们没有成叠的纸张，但父亲给了我一叠灰色的硬纸片，那都是他将自己的衬衫送到洗衣房时积攒下来的。我兴致勃勃地开始了这项训练，但是使我感到惊讶的是，进展非常缓慢。当我刚刚写到几百的时候，母亲告诉我已经到我洗澡的时候了。我很不情愿，我决心写到1000。就像他一生中常扮的调停者的角色一样，父亲介入了：如果我能很高兴地去洗澡的话，他将帮我继续写下去。我非常高兴。当我重新接手时，他已经写到将近900了，于是当我达到1000时只不过是比平常上床的时间晚了一点点。这些大数字的重要性在我一生中都没有忘记过。
同样也是在1939年，我的父母带我参观了纽约世界博览会。博览会在我眼前展现了科学和高技术可能带来的美好前景。萌芽时代已经结束，这里展示着我们这个时代能为未来的人们带来利益的各类产品。但很有可能令人感到惊讶的是，未来人对1939年的人并不很了解。“未来世界”将人人身强体壮、干净整洁，工作效率很高，就我所知，看不到任何穷人。
“看声”是一个令人困惑的但却吸引人的展品。确实如此，当用小锤敲击音叉时，在示波器的屏幕上出现了美丽的正弦曲线。另一张海报上告诉人们：“听光”。确实如此，当光线射到光电管的时候，我可以听到类似在频道之间调频的时候，静电在摩托罗拉收音机中产生的那种声音。世界清晰地向我展现了我从未想象过的奇妙。声音是如何变成图像，而光线又是如何变成声音的呢？
我的父母不是科学家，他们几乎对科学一无所知。但是他们通过让我了解既要具有怀疑精神，又要保持求知欲望的这种方法，教给了我这两种难以结合在一起的东西，而这却是科学方法的核心所在。他们的生活几乎可以说是贫穷的，但当我宣称要成为一位天文学家时，我得到了毫无保留的支持，尽管他们（像我一样）对什么是天文学并不了解。他们从未劝我考虑周全一些，提出成为一名医生或是律师也许会更好的建议。
我真希望能够讲一下在我小学、初中、高中阶段里激励我从事科学事业的老师，但当我认真回想时，这样的老师竟然没有一位。能够回忆起来的只有元素周期表、杠杆和斜面、绿色植物的光合作用、无烟煤与有烟煤之间的差别等呆板的记忆。全然没有不断增长的对新事物的新奇感，没有接触到任何进化的历史演变过程，也没有任何人给我们讲过每个人所曾信奉过的错误思想。在高中的实验课上，我们得到的都是由猜测所得的结果。假如得不出结果，我们就得不到及格的分数。那时，我们根本就得不到追求个人兴趣的鼓励，也没有人让我们去探究那些知觉的或概念性的错误。在课本的后面，才有可说是令人感兴趣的材料。学校的时光通常都是在你尚未真正体会到的时候就已经结束了。你可以在图书馆里，而不是在教室里找到有关天文学的美妙的书籍。教师将多位除法像教烹调书上的配方一样灌输给你，却不解释单位除法、乘法、减法是怎样组合起来以得出正确答案的。在高中时，教师恭敬虔诚地传授求平方根的方法，似乎这种计算方法是西奈山亲手所授。我们的学习仅仅是记住自己被要求做什么，并得到正确的答案，而你不明白自己在做什么并不重要。在二年级时，我遇到了一位非常称职的代数老师，从他那里我学会了很多数学知识。但他也非常严厉，常常使得一些女孩子哭鼻子。在上学这些年中，我对科学的兴趣是通过读科学和科幻的书以及杂志而保持下来的。
大学是我实现梦想的地方：我发现大学的老师不仅懂得科学，而且还确实能够对科学作出解释。非常幸运的是，我进入了对于学习的时代来说非常好的学校——芝加哥大学。我成了以恩里科，费米为宗师的物理系的一名学生。我从撒布拉曼扬·昌得拉基卡的理论中领略到了数学的真正优雅迷人之处；我有幸可以与哈罗德·尤里讨论化学；在夏季，我又成了印第安纳大学H·J·马勒的生物学徒弟；我跟G·P·柯伊伯学习行星天文学，他是当时唯一的全蚀研究者。
在跟柯伊伯学习时，我第一次知道了什么叫做信封背面的计算：一个可能解决某个问题的想法突然涌现在脑海里，你立即找出一个旧信封，用你的基础物理学知识，在信封上写下几个粗略的公式，填上可能的数值，检验一下你的答案是否能够解决你的问题。如果不成功，你再寻求另外的解决方法。这样寻找错误，就像刀切奶油一样容易。
在芝加哥大学我还非常幸运地修完了罗伯特·M·胡钦斯开设的一门普通教育课。他的课程将科学作为人类知识灿烂辉煌的织锦中的一个组成部分展现在你的面前。难以想象一个有抱负的物理学家会不去了解柏拉图、亚里士多德、巴哈、莎士比亚、吉本、马林诺夫斯基和弗洛伊德以及其他的著名学者们。在一堂科学概论课上，他将托勒密关于太阳围绕地球旋转的学说讲得生动感人、引人入胜，使得一些学生对哥白尼学说的研究有了更新的认识。在胡钦斯的课程中，老师的地位与他们的研究几乎毫无关系。与今天美国大学的标准不同，那时对老师的评价却是根据他们的教学水平，以及他们是否具有向下一代传授知识和启发学生的能力。
这种活跃的学术气氛使我得以填补上了我过去所接受的教育中的许多空白。许多以前非常神秘（不仅是在科学方面）的东西在我的头脑中变得清晰明了起来。我同时也亲眼目睹了那些能够发现一些宇宙规律的人所享受到的荣幸。
我一直对50年代的那些辅导我的教师非常感激，而且一直在试图知道他们中的每一个人是否都知道我的感激之情。但是，当我回首往事时，我似乎清楚地感到，我所学的最重要的东西，不是来自中学和小学的老师，也不是来自大学教授们，而是来自我那对科学几乎一无所知的父母，他们对我的教育早在1939年那年就开始了。
第一章 最宝贵的东西
我们对客观现实所进行的所有科学研究都很原始和幼稚，但是，这正是我们所拥育的最宝贵的东西。
阿尔伯特·爱因斯坦（1879－1955）
当我走下飞机的时候，他已经等在那儿了。他手上举着一块写有我名字的纸板。我要参加一个科学家和电视播音员的会议，会议的内容是增加商业电视台中的科学节目，这种努力似乎是毫无希望的。会议组织者很友好地派了一辆车来接我。
等托运的行李时他说：“我问你一个问题你不介意吧？”
“不，我当然不在乎。”
“你与那个搞科学的家伙同名不会被人弄混吗？”
我愣了一会儿才明白了他的问题的意思。他不是在耍弄我吧？我终于明白了他的本意。
我回答说：“我就是那个搞科学的家伙。”
他愣了一下，然后笑了笑：“真对不起。我认人不准。我也想那人就是你。”
他伸出手来：“我的名字叫威廉·F·巴克利。”（哦，他确实不是那个威廉·弗·巴克利，但他确实与那个好辩论的著名电视采访记者同名。为此他无疑会经常被开一些善意的玩笑。）
当我们坐在汽车里开始我们漫长的行程时，挡风玻璃前的雨刷正在有节奏地来回摆动着。他告诉我，他很高兴我就是那个“搞科学的家伙”，他说他有许多关于科学的问题要问我，问我是否会介意。
不，我不会介意的。
这样我们就聊了起来。但是话题不是科学。他想谈的是对圣安东尼奥附近一个空军基地中正在冰冻冷藏的外星人的怜惜，“通道”（能听见死者正在想什么的一种方法——据说死者的想法并不多）、水晶球、诺查丹玛斯的预言、占星术。都灵的寿衣…。他用高涨的热情向我介绍着每一个预测的凶兆，但每一次我都不得不使他大失所望。
“证据靠不住，”我不断地说，“都是过于简单的解释。”
在某种程度上说，他读了不少书。他知道各种根据推测而得出的很少有人知道的神奇的事情，比如说，“沉没的大陆”大西洲和莱姆里亚。他非常熟悉可能即将开始的海底探测，海底探测将会发现那些曾一度辉煌的文明时代的倒塌的拱柱和破碎的伊斯兰宣礼塔，而现在对这些遗迹造访的只有那些在深海产生冷光的鱼和传说中巨大的斯堪第纳维亚海妖。但是，尽管海洋中蕴藏着许多秘密，但我知道没有任何海底照片和地质的证据能证实大西洲和莱姆里亚。就目前科学的研究水平来看，它们从未存在过。我有点勉强地告诉了他我的看法。
当我们在雨中行驶时，我能够看出他逐渐变得有些怏怏不乐。我否定的不仅仅是一些错误的说法，而是他内心生活中蕴藏着的宝贵的东西。
在真正的科学中还是有许多东西同样令人激动、更加神秘莫测、更具智能的挑战，还有许多接近真理的东西。他知道星际间寒冷稀薄的气体里存在着酝酿生命的分子结构团吗？他听说过在400万年前的火山灰里发现了早期人类始祖的足迹吗？是次印度板块撞击亚洲板块从而导致了喜玛拉雅山脉的隆起吗？病毒是怎样将DNA像针一样刺过有机体的防线并改变细胞的复制功能的？如何利用无线电波找寻外星智能？为埃卜拉啤酒的优良品质大作广告的是指新发现的埃卜拉古文明吗？不，他从未听说过。他甚至对量子不确定性没有起码的了解。他认为DNA只不过是三个经常写在一起的大写字母罢了。
非常健谈，聪明而又好奇的“巴克利”先生几乎对现代科学一无所知。他对宇宙间的神奇事物具有本能的好奇心，他想了解科学，但是科学在未到达他的面前时就已经消失殆尽。我们的文化主旨、教育体系以及大众媒体毁了他。我们的社会为传播假象和混乱开了绿灯。我们的社会从来没有告诉过他如何鉴别真正的科学和廉价的模仿。他对科学方法一无所知。
目前有数百本描写大西洲——据说是在1万年前存在于现在大西洋上的神秘陆地（亦有说其地址定在南极洲）的书。关于大西洲的传说可追溯至柏拉图，他对这块大陆的描述也是来自早期人们的道听途说。最近还有书籍很具权威性地描述了高度发达的大西洲时代的技术、高尚的道德水准和精神生活，那个到处生活着居民的大陆沉没在波涛下的悲剧故事。还存在着大西洲的“新时代”，那时有“先进科学传奇般的文明”，而这种科学主要是研究水晶球的“科学”。在三本同样主题的书中，有一本卡特利纳·拉斐尔所写的名为《水晶球启蒙》的书——此书应对风靡美国的水晶球狂热负主要责任——大西洲人的水晶球能看透别人的心事，传递思想，是解读古代历史和埃及金字塔的建造结构和起源的知识宝库。书中没有提供任何哪怕接近于证据的东西来说明其结论的可靠性。（水晶球占卜热的死灰复燃是在真正的地震学科学的最近一项发现之后开始的。人们传说，研究发现，地球的内核可能是由一个巨大、几乎不含杂质的水晶球构成的，而实际的研究结果是金属。）
有些书——例如多罗迪·维塔莱诺的《地球的传说》——很富同情心地将地中海上的这个小岛解释为是在一次火山爆发中毁灭的，或者某个古代城市在一次大地震后沉没于科林斯海湾。这个说法，就我们所知，可能是传说，这种灾难根本不可能毁灭一个创造出了不可思议的先进技术和神秘文明的大陆。
在公共图书馆、报摊杂志或黄金时间的电视节目里，我们几乎从来没有在海底大陆扩张研究、板块构造研究，以及海底的勘测图中发现过任何真实的证据。而所有的证据都准确无误地表明，在欧洲和美洲大陆之间从未有任何大陆存在过。
骗人的说法专骗轻信者，关于这一点，人们普遍承认。但是，用怀疑的精神看待事情却要难得多。怀疑主义不容易被人们接受。一个精神生活完全依赖于大众文化的即聪明又具有好奇心的人，在他所接受到的像大西洲这样的信息中，有成百上千倍的可能性是未进行过任何批评的无稽之谈，而不是认真而审慎的、公正的判断。
也许巴克利先生应该知道，对于大众文化向他大量播撒的各种传闻，他应该持更严格的怀疑态度。但是除此以外，我们很难说这是巴克利先生的过错。他只不过简单地认为，那些最广为流传的、最容易获得的信息都是对的。由于单纯无知，他被社会体系误导和迷惑了。
科学激发了人们不断增长的探求神秘的好奇心。但是伪科学也有同样的作用。很少的和落后的科学普及所放弃的发展空间，很快就被伪科学所占领。如果大家都能够明白一种学说在被接受之前必须要有充足的证据支持，那么伪科学便无立足之地了。但是由于在大众文化中格雷欣法则之类的东西在普遍地起作用，坏科学将好科学排挤了出去。
全世界数量众多的聪明人、甚至有天赋的人对科学怀有激情。但这种激情却没有得到回报。调查表明大约95％的美国人“不具备基本的科学素养”。这个数字相当于南北战争前美国黑人文盲的比例。那时大多数黑人是奴隶，教黑奴读书识字会遭受严厉的惩罚。当然，对基本文化知识的测定，无论是对语言文字水平的测定还是对科学知识水平的测定总是带有某种程度的主观判断。但是，无论怎么说，95％的人不具备基本的科学素养都是非常严重的事情。
每一代人都对教育标准的不断降低而忧心忡忡。早在约4000年前苏美尔时代的人类历史上最早的一篇短文就感叹年轻一代与上一代相比，其无知已经达到灾难性的程度。2400年前，年老而又性情暴躁的柏拉图在《法律》第七卷中对科学素养作出了定义：
不能数出1，2，3…，或不能分清奇数和偶数，或根本就不会数数，或分不清白天黑夜之人；完全不知道太阳和月亮以及其他星球是在旋转之人…；我认为，所有的自由人都应该学习这些方面的知识，就像埃及的儿童在刚开始学习字母时就要学习各类知识一样。在那个国家里，仅仅为了满足孩子们的需要，就创造了各种数学游戏，他们可以在愉快的娱乐中进行学习。我…在生命的最后一段时期，听说了我们的人民对这些问题的无知，对此我感到惊讶。在我看来，我们更像是猪而不是人。我感到非常羞耻，不仅为我自己，更是为全体希腊人。
我不知道科学和数学的无知在多大程度上导致了古雅典的衰亡，但我知道科学素养低下的后果比过去以往任何一个时代都要危险得多。对于每个公民来说，对全球变暖、臭氧层破坏、空气污染、有毒和放射性废料、酸雨、表土流失、热带森林的消失、人口的指数增长等问题持续无知是危险的，是愚昧的表现。就业机会和工资水平都依赖于科学技术。如果我们国家不能制造我们的人民想买的高质低价的产品，我们的工业将会继续萎缩，并会将繁荣更多地让给世界其他国家。我们仔细想一下我们的社会是如何构成的：核裂变和聚变能、超级电脑、信息“高速公路”、堕胎、氧、大量销毁战略武器、吸毒、政府对公民生活的窃听、高清晰度电视、飞机航线和机场安全、胚胎器官移植、医疗费用、食品添加剂、治疗癫狂、抑郁症或精神分裂的药品、动物的权利、超导技术、日常保健药物、有争议遗产权的反社会倾向、太空站、火星探索、寻找治愈爱滋病和癌症的方法。
假如我们对上述知识所知甚少，我们如何参与国家政策的制定，甚至如何对我们自己的生活作出明智的选择？在我写作此书的时候，国会解散了它的技术评估办公室——唯一的向上院和参院提供科学和技术咨询的专业机构。在过去的年代里，这个机构的专业能力和诚实正直堪称楷模。在国会535个议员中，在20世纪中不到1％的人接受过良好的科学教育。最后的一位科学知识丰富的总统可能只有托马斯·杰斐逊。
那么美国人是怎样对问题作出决策的呢？他们如何向他们的代言人表达他们的意见和看法呢？谁是事实上的决策人？他们的决策是根据什么作出的呢？
科斯岛的希波克拉底是医学之父。2500年后人们仍然记得他的“希波克拉底誓言”（现在各地的医科学生在毕业时宣誓其略有变动的内容）。但是，他的主要功绩是使医学从迷信的迷雾中走出来，成为了一门真正的科学。在希波克拉底的一段著名的文字中他这样写道：“人们认为癫痫症是神灵造成的，仅仅是因为他们不了解它。但是如果把所有的本身不懂的事物都当做是神灵安排的，那么神灵造成的事物将层出不穷，永无止境。”我们虽然没有必要一定要承认我们对许多领域一无所知，但是我们却一直在说，像宇宙这样的事物充满了不可言喻的奥妙。差距之神承担了我们对许多事情仍然一无所知的责任。医学知识从公元前4世纪以来不断积累提高，我们懂得的东西越来越多，无论是在疾病的病因还是治疗上，我们将出现的问题归咎于神灵的作用越来越少。婴儿在分娩时的死亡率和儿童的死亡率降低了，人们的平均寿命延长了，医学提高了这个星球上数十亿人的生活质量。
在对疾病的诊断上，希波克拉底引入了科学的基本方法。他强调认真细致的观察。“不给任何疾病留下机会。不漏过任何细节。将相互矛盾的观察结合起来分析。你自己一定要有充分的时间。”在体温计发明以前，他就对许多疾病都描画出了其各自的体温曲线。他建议，医生应该能够仅仅根据病人的当前症状说出每种病的大概病史和病情的发展过程。他强调忠诚老实。他乐于承认医生知识的局限性。在面对后世人时，他毫无尴尬地向后人透漏，有一半以上的人死于他治疗的疾病。他那时的治疗方法有限，可以使用的药品也主要是缓泻药、催吐药和麻醉药。实行外科手术时只能用烧灼的方式来消毒。从古典时期到古罗马衰亡时，医学才有了长足的发展。
当医学在伊斯兰世界兴盛时，欧洲却进入了一个黑暗的时代。许多解剖学和外科学的知识都丢失殆尽，人们依靠祈祷和大量神奇的自我痊愈，世俗的医生几乎全部消失了。人们广泛地使用赞美诗、圣水、占星术和护身符。解剖死尸是被禁止的和违法的，于是那些从事医学的人便无法从人体获得第一手的知识。医学研究停滞不前。
那时的情景酷似历史学家爱德华·吉本对以君士坦丁堡为首都的整个东罗马帝国的描述：