一切知識，一旦人類忘記了它出現的條件、回答的問題以及起到的作用，都會喪失其科學特性。
——本傑明·法倫丁（Benjamin Farrington），
《希臘科學對我們的意義》（Greek Science: Its Meaning for Us）
本書嚴格來說不是一部科學史。
至今，已經有許多人寫下了大量的（篇幅冗長的）科學史，此類書可謂汗牛充棟：希臘科學研究、文藝復興科學史、啟蒙運動科學史、維多利亞時代科學史、現代科學史、科學與社會、科學與哲學、科學與宗教以及科學與「人」等等。
它們固然都有其價值，但是，一味關注細節似乎導致了科學本質的喪失。對大多數「人」——也就是沒有接受過專業科學教育的普通公民——而言，他們仍舊不清楚科學有什麼用，或者說，科學是什麼。
我們大多數人都是通過新聞報道、交互圖片和採訪錄音獲得科學知識的。它們也許會給我們一些模糊且不完整的科學事實，但是，21世紀正在進行的科學之戰告訴我們，這些科學事實是不夠的。對干細胞、全球變暖的研究以及給小學生提供進化論方面的教育產生影響的決定都是由投票人（或者是他們各自的代表）做出的。而這些人根本不理解生物學家為何認為干細胞很重要，不理解環境科學家是怎樣得知地球正在變暖的，不理解宇宙「大爆炸」究竟是什麼（它既不「大」，也不是一場「爆炸」。參見本書第27章）。
鑒於此，本書與那些科學史略有不同。本書追溯了偉大科學著述的發展，這些文章和書籍幾乎都直接影響或改變了科學研究的軌跡。本書針對的是那些對科學有興趣、有悟性的外行人。在本書中，科學只是一種單純的人類追求：它不是通往真理的絕對可靠的指引，而是一種理解世界的方式，這種方式極其私人化，有時會出錯，常常會把人引入歧途，但絕大多數情況下還是正確的。
本書是按照時間順序來呈現這些科學「著述」的，從希波克拉底（Hippocrates）、亞里士多德（Aristotle）和柏拉圖（Plato）的古代科學著作到理查德·道金斯（Richard Dawkins）、斯蒂芬·傑伊·古爾德（Stephen Jay Gould）、詹姆斯·格雷克（James Gleick）和沃爾特·阿爾瓦雷茨（Walter Alvarez）的現代科學著作。本書為讀者理解這些著作提供了所需的相關歷史、傳記以及專業知識，並在各章節最後為讀者提供了推薦閱讀的圖書版本。早期的著述不必全文閱讀，本書的網站為讀者進行了摘錄；網站鏈接可在書中找到。（網站上也提供了許多電子書資源，這些都是20世紀前的書，其中許多已經很難找到了。）
但這並不意味著這份清單囊括了所有的重要科學著述，讀者也可能會對我的選擇感到不滿意。的確，許多值得一讀的科學著作並沒有出現在我的書單上。（如果你搜索「偉大科學著作」的書單，你會找到幾百本書。）這是因為我擇取的書不僅要突出科學史上的重要發現，還要揭示我們思考科學的方式。這份書單旨在讓人理解科學，不求詳盡無遺。
第一部分「發端」講述了科學的起源。第二部分「方法的誕生」闡述了我們已經習以為常的科學研究方法為何，又是怎樣誕生的。本書的餘下部分介紹了三個不同領域的主要科學著作：地球科學、生命科學以及宇宙科學。這一安排是作者有意為之的。地質學將指引我們關注現代生物學所研究的那段時期，而對那段時期的研究又會引發我們對整個宇宙的全新思考。
在第三到第五部分，細心的讀者可能會發現（「經典」書目擇取方面出現了）一個轉變：20世紀40年代之後的「經典」書目列出的大多是那些將新理論或新發現公之於眾的作品，而不再是那些首次引起科學界對之產生關注的期刊文章和會議報告。因此，要瞭解地質災變論，你最好去讀沃爾特·阿爾瓦雷茨1997年創作的《雷克斯和末日火山口》（T.rex and the Crater of Doom），而不是阿爾瓦雷茨和其他三位作者於1980年一同撰寫的文章《外來之災——白堊紀和第三紀滅絕》（「Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction」）；要瞭解宇宙大爆炸，你就要讀史蒂文·溫伯格（Steven Weinberg）的暢銷書《宇宙最初三分鐘》（The First Three Minutes），而非這本書創作之前就發表的（大量的）有關宇宙輻射的科學論文。
第二次世界大戰後，科學研究日益專業化。[1]科學家們得到了學術上的認可、同事的支持，他們（偶爾）還會因為對某一問題的細緻研究而獲得經濟獎勵，不必非要試圖勾勒出整個科學世界。科學理論的形成、發展、支持或反對囿於一個科學小團體之內，他們日益深閉固拒——說的行話令外人難以理解。同樣都是生物學方面的「偉大作品」，《雙螺旋》（The Double Helix）和《自私的基因》（The Selfish Gene）兩本書與威廉·哈維（William Harvey）的《心血運動論》（De motu cordis）的「偉大」之處是不同的；哈維的書不僅能讓他的同行瞭解他的發現，普通民眾也能讀懂，但是，學術界外的人是讀不懂詹姆斯·沃森和理查德·道金斯的原創性論文的。〔道金斯的專業論文《寄生蟲、必要清單和機體悖論》（「Parasites, Desiderata Lists and the Paradox of the Organism」）的讀者就很少。〕但是，他們必須使這些作品大眾化：通過綜合、簡化和解釋來普及他們的作品。
儘管如此，《雙螺旋》、《自私的基因》和《心血運動論》三本書所起的作用是相同的：為我們思考自然世界提供了一個全新的方式。
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大家不必把我所談到的文獻全部讀完，而是可以從你感興趣的著作開始。如果大家對生物學或宇宙論最感興趣，那麼不必一定要讀完本書第一、第二部分的所有推薦書目才去讀本書第四和第五部分的推薦書目。
但至少要閱讀相關章節中對這些書及其觀點的介紹。這是因為，即使是今天，柏拉圖唯心主義仍舊在影響著那些試圖解決生物起源問題的科學家；19世紀查爾斯·賴爾（Charles Lyell）的地質學理論仍舊影響著我們對人類進化的理解；量子理論與弗朗西斯·培根（Francis Bacon）的科學方法仍舊難分高低。
要理解科學，我們就必須理解它的過去。我們必須不斷地提問，不僅要問「我們發現了什麼」，還要問「我們為什麼要做這樣的發現」。只有這樣，我們才能開始理解為何我們要重視或無視科學知識；只有這樣，我們才能分辨哪些承諾是可以通過科學來兌現的，哪些又應該小心謹慎，帶著懷疑的態度來對待。
只有這樣，我們才能開始理解科學。
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請注意我的措辭：自始至終，我都在交替使用「理論」（theory）和「假設」（hypothesis）這兩個詞。21世紀的科學家也許會指出「理論」要比「假設」更詳盡，或更經得住時間的考驗，或有更可靠的數學計算的支持。但二者都表示同一個理論體系，這一理論體系能對證據自圓其說。既然我們不知道「假設」何時會成為「理論」，且不同時代、不同領域的科學家們用這兩個詞的情況也各不相同，我在此就不過分糾結於區分二者了。
[1] 專業化的形成有多重原因，其中，西方實業家們對可能帶來經濟效益的科研項目進行巨額投資，以及大學在科學家的培養（和聘用）方面日益凸顯其作用，這兩者可能是主要原因，但其他因素也不可忽視。這一現象超越了本書的討論範圍，感興趣的讀者可參考約翰·J.比爾（John J.Beer）和W.戴維·路易斯（W.David Lewis）的《論科學專業化》（「Aspects of the Professionalization of Science」）一文，《戴達羅斯》（Daedalus）92，no.4（Fall 1963）： 764–784；或I.伯納德·柯恩（I.Bernard Cohen）的《科學中的革命》（Revolution in Science，哈佛大學出版社，1985年）第8章。