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在人类文化发展过程中，科学是一个相对“年轻”的产物，理解自己身边的自然环境似乎是源自内心深处的冲动，是人类所独有的本性。亚里士多德可能算是人类史上第一位伟大的科学家（和科学哲学家），他曾说过：“求知是人类的本性。”就是在这种好奇心的驱使下，人类开始对科学进行哲学反思。人类有理解自然的渴望和能力，而自然也能为人类所理解，这一点似乎总能让科学家为之惊叹。阿尔伯特·爱因斯坦曾说过一句自相矛盾的话：“这个世界的永恒之谜就是，它竟可以被理解。”这个谜正是科学哲学的基本问题之一，也是一个需要我们一直努力解决的难题。也许正如亚里士多德之前的一些哲学家的推测，大自然有其固有的一套语言或理念（logos），正好可以为人类所理解，虽然我们无法解释个中缘由；又或许，科学理论只是将人类的分类方式投射到另一个莫测高深的客观世界。这个世界是由科学发现或建构的吗？时至今日，这个古老的问题仍是科学哲学界热议的话题之一。
再来说说哲学（philosophy）这个词。这个词来自希腊语中的爱（philia）和知识，或者说智慧（sophia），因此，从字面上说，哲学家应该是热爱知识的人。不过，这一解释并没有抓住哲学探究（philosophical inquiry）的准确本质。除了哲学家以外，医生、律师，甚至可能还包括政治家等也大都是热爱知识的人。不过，这些领域通常只需要你集中学习或掌握某些特定学科的知识或专业技能，而哲学的范畴却非常广，涵盖了人类所关切的一切领域。可能正是因为这一点逻辑上的例外，哲学才没有像数学或历史一样确立知识体系。确实，就连面对哲学领域最基本的一些问题，哲学家们都很少达成一致。
哲学区别于其他学科之处就在于，它关心位于一切人类活动或兴趣核心的基本问题和概念：知识的本质、现实的结构、生命的意义和价值等。诚然，哲学会提出一些确定的理论和主张，有一些可能是对的，还有许多可能令人费解。不过，这些都是非常哲学化的理论和主张，它们符合人类对理解和阐明真正基本问题的渴望。简而言之，哲学就是一门追根究底的学问。
相应地，科学哲学的目的就是回答关于科学的基本问题。科学知识与其他类型的知识有区别吗？科学正在一步步接近绝对真理吗？科学会受政治和性别的影响吗？多种多样的科学门类之间是如何彼此关联的？另外，某些科学领域本身就存在一些待解答的哲学问题，比如心理学（机器可以思考吗？）、物理学（这个世界是决定论的吗？）和生物学（进化有趋于复杂的内在倾向吗？）。在本书中，我们会经常谈及这些与特定领域相关的问题。不过，我们主要关心的依然是与科学本质相关的“大问题”。
在20世纪，科学哲学是作为学院哲学（academic philosophy）的专业分支而存在的，它拥有自己的期刊、课程和协会，不过，科学哲学本身其实与哲学一样历史悠久。从古至今，热爱知识的哲学家们折服于科学知识的力量。西方传统中许多最为伟大的哲学家（至少曾经）也是科学哲学家：亚里士多德、笛卡儿、休谟、康德、约翰·穆勒和伯特兰·罗素等。其实，直到最近人们才开始区分哲学和科学。19世纪以前只有哲学或“自然哲学”，牛顿的力学名著就取名为《自然哲学的数学原理》（ The Mathematical Principles of Natural Philosophy ）。
尽管日常的科学实践中不会常常提到哲学，但前沿的科学问题常常会引出一些深刻的哲学问题，比如有关时空、因果和经验的问题。这就无怪乎一些最伟大的科学家会在其研究方向上表现出非常深刻的哲学性。这些人除了牛顿，还有伽利略、达尔文、尼尔斯·玻尔、阿尔伯特·爱因斯坦、史蒂芬·杰伊·古尔德和史蒂芬·霍金等。正如本书中提到的，最早的科学家就是对自然界有特殊兴趣的哲学家。
尤其是在近来的实践中，你会发现哲学其实是极其抽象的。它在大多数情况下都是如此，毕竟哲学探讨的不是事件的某一个特定状态，而是普遍存在的概念和问题。
正如20世纪杰出的哲学家威尔弗里德·塞拉斯（Wilfrid Sellars）所说，哲学的目的是“理解最广泛意义下的事物是如何在最广泛意义下结合起来的”。科学哲学确实如此。因此，本书的核心章节，也就是第2章到第4章，将在非常普遍的意义上，探讨三个有关科学是如何结合在一起的基本问题：科学的本质是什么？科学的方法是什么？科学的目的是什么？
然而，哲学家也得谨记，科学是人类文化的具体产物，不是抽象的，它有确切的历史，并对人类（和非人类）的福祉产生过巨大影响。因此，本书开篇将先探讨科学的起源，以及它是如何一步步脱离宗教和哲学的。第5章探讨的是，社会和政治力量对科学的渗透有多深，或者说应该有多深。第6章将抛出一个问题，未来可能实现的科学发展对人类来说预示着什么。在本书最后，我们将探讨科学与人类价值观之间的关系。
所有这些问题，我都有自己的见解，读者在阅读本书时，将一次又一次地清晰看到和感受到。不过，我的目的并不是说服你接受我的任何一个观点，而是想让你看到，科学和大自然一样，本身也会产生源源不断的哲学之谜。