永远都是想法先行。能产生超越日常事物，同时又有价值的想法，这才是科学这个事业的本质行为。
第一部分 直立的思想家
3.文化
在过去和现在都可以找到这种例子。在数学研究领域有太多孤独的天才，他们要么提出了改变我们理解世界方式的理论，要么在技术领域展现了让人惊叹的创造力，但他们毫无例外都属于科幻小说中的人物。比如，提出了马力这个概念的詹姆斯·瓦特，他的名字被用来命名电的单位：瓦特。据说他是在观察到不断从茶壶中喷出的蒸汽时突然产生了制造蒸汽机的点子。可实际上，他是在修理一个在他之前已经使用了差不多50年的早期的类似发明时才产生了制造蒸汽机的想法。同样，牛顿也不是一个人坐在苹果树下看到苹果掉在地上就创立了物理学，他花费了数年收集别人编绘的关于行星运动轨道的信息。某天，一位名叫埃德蒙·哈雷（以他命名了一颗彗星）的天文学家拜访牛顿，向他请教一个数学问题，这次偶然的造访给了牛顿灵感。没有这次造访，牛顿很有可能不会写出《自然哲学的数学原理》，这本著作包含着使他到今天依然被人膜拜的牛顿运动定律。爱因斯坦也是如此。他是在他的数学家朋友马塞尔·格罗斯曼的协助下思考一个描述曲面空间性质的古老数学理论时才完成了他的相对论。所有这些伟大思想家的辉煌成就并不是凭空而来的，而是基于前人积累的知识，在别人的协助之下完成的，他们的成就来自文化的塑造和滋养。并不是只有科学和技术是建立在前人劳动成果基础之上的，艺术也是如此。T. S. 艾略特甚至说过：“不成熟的诗人去模仿；成熟的诗人去剽窃……优秀的诗人让它变得更好，或者至少看起来会不同。”
人类学家将这种文化累积的过程（会有相对较少的丢失）称为“文化棘轮效应”。文化棘轮效应标志着人类文化与其他动物文化之间本质上的差别。这是从定居社会孕育而出的一个工具，在这个定居社会里，人们想要成为思想家，想和思想家一样去思考相同问题的渴望变成了知识进步的养料。
考古学家有时会将文化创新同病毒做比较。人们的想法和知识就像病毒一样需要特定的外在条件——在这里，这个条件指社会条件——才能茁壮成长。当具备这些条件时，比如数量庞大、联系紧密的人口，社会中的个人会相互传染，文化就得到了传播和发展。那些有用的观点，即使只能提供简单的慰藉，也可以在下一代的观念中生存和兴盛。
第二部分 科学
6.新的推理方式
在艺术领域，文艺复兴时期的雕塑家学习解剖学，画家学习几何学，他们都致力于创造出基于敏锐观察的更忠实于现实的艺术表现形式。人的形象以解剖学般的精确度被描绘在自然环境之中，光线和阴影以及直线透视法的运用制造出了三维效果。画家创作的人物也显露出真实的情绪，他们的面孔不再像中世纪早期的艺术作品那样平淡的、脱离现实。同时，文艺复兴时期的音乐家研究声学，而建筑学家则仔细观察建筑物的和谐比例。对自然哲学——我们今天称之为科学——有兴趣的学者们开始重视数据收集并据此得出结论，而不再像过去那样使用纯粹的、带有宗教世界观偏见的逻辑分析。
科学是一个极富美感的主题。尽管科学进步需要不同观点间的相互滋养，而这只能从与其他富有创造力的头脑的互动中获得，但它也同样需要长时间的独处，这或许为那些原本就不喜欢社交，或者甚至偏爱离群索居的人提供了明显的好处。正如阿尔伯特·爱因斯坦写的那样：“吸引人们投入到艺术和科学研究中的一个最强烈的动机是他们可以从日常生活里那些让人痛苦的粗鄙和毫无希望的枯燥中逃离……每一个动机都让这个宇宙和它的结构成为他情感生活的支点，从而以这种方式寻获平静和安全感，而这些是他无法从个人经历的狭隘旋涡中找到的。”
7.力学宇宙
在牛顿临死之前描述自己的一生时，他以这种方式来讲述他的贡献：“我不知道世人是如何看待我的，但是，对于我自己，我一直都像是一个在海边玩耍的小孩，因为时不时地找到一块更光滑的鹅卵石或者一个更漂亮的贝壳而高兴不已，但我还没发现我面前宽广的真理海洋。”
科学是一个极富美感的主题。尽管科学进步需要不同观点间的相互滋养，而这只能从与其他富有创造力的头脑的互动中获得，但它也同样需要长时间的独处，这或许为那些原本就不喜欢社交，或者甚至偏爱离群索居的人提供了明显的好处。正如阿尔伯特·爱因斯坦写的那样：“吸引人们投入到艺术和科学研究中的一个最强烈的动机是他们可以从日常生活里那些让人痛苦的粗鄙和毫无希望的枯燥中逃离……每一个动机都让这个宇宙和它的结构成为他情感生活的支点，从而以这种方式寻获平静和安全感，而这些是他无法从个人经历的狭隘旋涡中找到的。”
牛顿对孤独的嗜好和他长时间的工作，至少从他的学术成就这个角度来看，是极大的优点。如果说他在思想王国中的隐居对科学来说是个福利的话，它却让这个人付出了极大的代价，而且似乎也与他童年时期的孤独和伤痛有关。
8.物质的构成
人们经常会提及“科学长征”，但科学并不会自己往前走；是人在推动它向前发展，和行军相比，我们向前发展的过程更像是一场接力赛。并且，这是一场相当古怪的接力赛，因为那些接棒的人经常会向上一个赛跑者意想不到，也不会认可的方向前进。这正是拉瓦锡完成他的伟大赛程之后化学领域下一个伟大的梦想家在接替他时发生的事情。
实际上，每一个伟大发现和创新都源自人类洞察力和幸福环境的结合。
和希姆吉安不同的是，时代精神站在门捷列夫这一边。门捷列夫成年的时候正好也是化学收获成果的时候——元素可按族划分的观点在19世纪60年代传遍了欧洲。比如，人们已经注意到氟、氯、溴——瑞典化学家永斯·雅各布·贝采利乌斯在1842年将它们归类为“卤素”——似乎属于一类：它们都具有高度腐蚀性，但当与钠结合时又会变得温和，形成无害的盐状结晶。（比如，食盐就是氯化钠。）人们也不难察觉像钠、锂、钾这样的碱性金属之间的相似之处。它们都是有光泽、柔软和性质非常活泼的金属。
9.生命世界
这听起来实在让人倒胃口，但我们还应该记住即使在我们的身体上也不是没有陌生生命的存在——我们每个人都构成了一个完整的生物生态圈。比如，科学家已经识别出生活在你前臂上的44属（物种分类）微生物，以及至少160种生活在人们肠道中的细菌。在你的脚趾缝里呢？40种真菌。实际上，如果你不怕麻烦愿意统计的话，你会发现生活在我们身体上的微生物细胞比人体细胞要多得多。
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