前言  伟大的科学发现是如何产生的

本书通过介绍影响人类文明进程的40个科学实验，向青少年讲述科学的历史和本质。为什么要从实验入手讲述呢？因为人类在科学和技术上的进步离不开实验。可以讲，科学的发展历史就是人类不断做实验、发现科学规律的历史。今天，学习科学依然要从做实验入手，而青少年要想培养创造力，也需要从做实验开始。

实验和我们日常普通的观察有三个不同点。其一，日常的观察通常是没有目的的，因此获取新知识的效率较低；实验通常是为了一个明确目的而专门设计的，在做实验的过程中，实验者会主动收集信息。其二，日常观察到的现象常常不可重复，即便看似一样的现象，每一次发生的条件和产生的结果都不大相同，因此通过观察总结出一般性规律是很难的，很多时候，人们还会将特例错当一般性规律；但实验是刻意设计的，同一个实验每一次进行时，实验的条件、设备都是相同的，因此它们的结果也具有可重复性，也就是说，无论谁来做，只要条件和流程一样，结果也一样，这样就能发现一般性规律。我们只有在获得一般性规律之后，才能利用它们进行发明创造，改变世界。其三，日常观察到的事情不是我们每一个观察者可控的，因此，我们很难比较观察到的现象，得出科学结论；但实验却是可控的，我们可以通过实验得知不同方法、不同流程的优劣，不同配方的有效性，这样我们就能非常快地取得进步，对现有的产品、方法、服务进行升级。因此，了解实验是了解科学的钥匙，也是培养创造力的手段。

在科学发展历程中，有不少重大的、影响人类文明进程的实验，比如阿基米德所做的浮力实验，焦耳发现能量守恒定律的实验，巴斯德发现细菌的鹅颈瓶肉汤实验等。这些科学家设计实验、解决问题的思路和他们得到的实验结果一样重要，甚至更重要。今天的学生学习浮力定律、能量守恒定律或者细菌致病的原理，只需要一堂课的时间，它们并不难；但是如何能够通过学习，掌握探索科学问题的方法，却不是一件容易的事情。因此，本书介绍了历史上那些伟大的科学家进行实验的细节和过程，希望大家从此学会他们的科学思维方法。只有掌握了这些方法，才能做出自己的创新。

今天，从小学到高中的教科书已经系统性地介绍了基本的科学知识。但是教科书上一般不会介绍学生需要了解的三种知识：其一，基本的科学知识是如何被发现的，当时的科学家是如何思考的；其二，它们为什么重要，对后来的科学发展产生了什么影响；其三，为了发现这些新知识，需要设计什么实验，或者实验和科学有何关系。本书就是为大家补上这三种知识，以便大家对科学有完整的了解。

本书的内容从最早的物理学实验——测量讲起，一直讲到轰动世界的引力场实验。希望通过这40个科学实验，让读者朋友了解科学发展的历史、最新的动态，以及更重要的——科学方法。