科学是一个寻找真理的持续过程，一次发现宇宙运行方式的永恒之旅。而人们对宇宙的探索可以追溯到文明伊始。在人类好奇心的驱使下，科学一直依靠的都是人们的推理、观察和实验。古希腊著名的哲学家亚里士多德著作颇丰，涵盖科学领域的诸多学科，为后来的很多科学成就奠定了基础。虽然他也非常善于观察自然，但依靠的却是思考和辩论，从不做任何实验；因此，他做出了很多错误结论。例如，他曾断言，重的物体比轻的物体下落速度快；如果一个物体比另一个物体重一倍，下落速度也将快一倍。虽然这些结论是错误的，但当时并没有人提出质疑，直到1590年才被伽利略·伽利雷推翻。我们现在清楚地知道，一位合格的科学家必须依靠实验证据，但当时还未有人意识到。
科学方法
17世纪初，英国哲学家弗朗西斯·培根率先提出了一个有关科学的逻辑体系。他的科学方法建立在早他600年的阿拉伯科学家阿尔哈曾及之后的法国哲学家勒内·笛卡儿的研究基础上。该方法要求科学家先进行观察，然后形成理论，以解释观察到的现象，后再通过实验验证理论正确与否。如果理论看似正确，则将实验结果交给同行评审。这时，会邀请相同或相近领域的人士前来，或指出漏洞，进而证明理论有误，或重复实验，以确保实验结果正确。
做出可以验证的假设或预测总是不无裨益。1682年，英国天文学家埃德蒙多·哈雷观测到了一颗彗星。他发现，这颗彗星与1531年和1607年观测到的彗星很像，并提出这三次出现的彗星其实是同一颗。他预言，这颗彗星将于1758年再次出现，结果证明他的预言是正确的。现在，我们称这颗彗星为“哈雷彗星”。因为天文学家几乎无法做实验，所以证据只能源自观察。
实验可以用来检验一条理论，也可以完全是推测性的。有一次，物理学家欧内斯特·卢瑟福的学生正在用α粒子轰击金箔，以期观察到轻微的偏转。卢瑟福观察学生的实验时，建议他们把探测器放在α粒子放射源旁边，结果竟然发现有些α粒子从薄如纸张的金箔上弹了回来。卢瑟福表示，这就仿佛是炮弹从薄纸上弹了回来，由此激发了他对原子结构的猜想。
如果科学家在提出新的原理或理论的同时，能够预测结果，那么实验将会更加引人入胜。如果实验与预测结果一样，科学家就有了支撑该理论的证据。但即便如此，科学永远无法证明一条理论是正确的。正如20世纪的科学哲学家卡尔·波普尔所言，科学只能证明理论是错误的。能够得出预期结果的每项实验都将成为一个支持性证据，但只要有一项实验失败，就足以摧毁整个理论。
数百年来，地心说、四体液说、燃素说以及神奇介质“以太”等人们长期以来一直认为正确的概念都被证明是错误的，并被新的理论取代。但是，这些新理论也仅仅是理论而已，有朝一日也有被推翻的可能。不过，这些理论毕竟有证据支撑，所以大多数情况下被推翻的概率较小。
思想的进程
科学很少会按照简单、有逻辑的步伐前进。独立工作的多位科学家可能会同时发现同一科学奥秘，但从某种程度上说，几乎每一次科学进步都建立在前人的研究和理论基础上。建造大型强子对撞机的一个原因是为了寻找希格斯粒子。在此之前的40年，也就是1964年，物理学家曾预言希格斯粒子的存在。这一预言则建立在对原子结构数十年的理论研究基础上，可以追溯到卢瑟福以及20世纪20年代丹麦物理学家尼尔斯·玻尔的研究。而他们的研究则取决于1897年电子的发现，而电子的发现又取决于1869年阴极射线的发现。但是，如果没有真空泵的发明，没有1799年电池的面世，这一切也只能是泡影。如果继续追忆，这一链条还可以再回溯几十年，甚至上百年。英国伟大的物理学家艾萨克·牛顿有这样一句名言：“如果说我比别人看得更远，那是因为我站在了巨人的肩膀上。”
批科学家
公元前6世纪到5世纪，古希腊活跃着早一批拥有科学观的哲学家。公元前585年，米利都的泰勒斯成功预言日食的出现。50年后，毕达哥拉斯在现为意大利南部的地方建立了一所数学学校。色诺芬尼在山上发现贝壳后，推论整个地球可能曾经被大海覆盖。
观星人
与此同时，印度、中国和地中海的人们正试图弄清楚天体的运动。他们绘制了星象图，有时也将其用于航海，还给星星和星群命名。他们发现，对比那些“位置不动”的星星，有些星星的运行轨迹是不规则的。希腊人将这些游动的星星称为“行星”。中国人在公元前240年观测到了哈雷彗星，1054年观测到了超新星，也就是我们今天所说的蟹状星云。
智慧宫
公元8世纪末，阿巴斯王国在新的都城巴格达建立了智慧宫，这是一座宏伟的图书馆，促进了伊斯兰科技的快速发展。当时发明了很多精巧的机械装置，包括利用星位的航海装置——星盘。炼金术空前繁荣，蒸馏等技术纷纷出现。图书馆的学者从希腊和印度收集了所有重要的书籍，并将之翻译成阿拉伯语。后来，西方国家再次发现了古人的著作，并学习源自印度包括0在内的阿拉伯数字。
现代科学的诞生
随着西方国家基督教会与科学真理的对立开始减弱，1543年出现了两本开创性的图书。比利时解剖学家安德烈亚斯·维萨留斯的《人体的构造》一书用精致绘图描述了人体解剖。同年，波兰物理学家尼古拉·哥白尼撰写了《天体运行论》一书，宣称太阳是宇宙的中心，从而推翻了托勒密一千多年前在亚历山大城提出的地心说。
1600年，英国医生威廉·吉尔伯特撰写了《论磁》一书，解释说罗盘的指针之所以指向北，是因为地球本身就是一块巨大的磁石。他甚至认为，地核是由铁构成的。1623年，另一位英国医生威廉·哈维首次指出心脏像泵一样工作，驱动血液在体内循环，从而推翻了可以追溯到1400年前希腊医生盖伦的理论。17世纪60年代，英裔爱尔兰化学家罗伯特·玻意耳出版了多本著作，《怀疑派化学家》就是其中一本。他在此书中确定了一种化学元素，这标志着化学的诞生。化学虽然源自神秘的炼金术，但作为一门科学自此与之区分开来。
1665年，曾做过玻意耳助手的罗伯特·胡克出版了史上本科学畅销书《显微术》。书中精美的折叠式插图上画有跳蚤、苍蝇眼睛等物体，为人们打开了一个闻所未闻的微观世界。之后，在1687年，一本被很多人视为世上重要的科学书籍横空出世，那就是牛顿的《自然哲学的数学原理》，通常简称为《原理》。他提出的运动定律和万有引力定律为经典物理学奠定了基础。
元素、原子和进化论
18世纪，法国化学家安托万·拉瓦锡发现了氧气在燃烧中的作用，推翻了之前的燃素说。随后，很多气体及其特性得到了研究。正是受到大气中气体的启发，英国气象学家约翰·道尔顿提出每种元素都由不同的原子组成，并得出了原子量的概念。后来，德国化学家奥古斯特·凯库勒建立了分子结构的基础，而俄国发明家德米特里·门捷列夫列出了个人们广为接受的元素周期表。
1799年，亚历山德罗·伏打在意大利发明了电池，为科学开辟了新的领域。在这些领域，丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特以及同一时代的英国人迈克尔·法拉第发现了新的元素和电磁学，从而发明了电动机。与此同时，人们用经典物理学原理研究大气、星体、光速以及热的本质，后建立了热力学这门学科。
研究岩层的地质学家开始重现地球的过去；因为灭绝生物化石的发现，古生物学流行起来；英国一位未受过教育的女孩玛丽·安宁成为闻名世界的化石收集者。恐龙的发现激发了人们关于进化的想法，生命起源和生态的新理论也随之出现，其中著名的当属英国自然学家查尔斯·达尔文的进化论。
不确定性和无限性
19世纪和20世纪之交，一位名叫阿尔伯特·爱因斯坦的德国年轻人提出了相对论，撼动了经典物理学，结束了时空观的时代。新的原子模型出现，人们证明光既是一种粒子，也是一种波。另一位德国人维尔纳·海森堡证明了宇宙的不确定性。
然而，20世纪受瞩目的却是技术进步促进科学以史无前例的速度向前发展，并且精准度越来越高。更强大的粒子对撞机发现了更为基础的物质组成单元；更强大的望远镜告诉我们宇宙在不断膨胀，且源于大爆炸；黑洞的概念开始根深蒂固；无论暗物质和暗能量为何物，宇宙似乎都被它们所充满。天文学家开始探索新的世界——围绕遥远恒星运动的行星中，或许哪一颗上就有生命存在。英国数学家阿兰·图灵提出了图灵机的概念，50年后我们就有了个人计算机、万维网和智能手机。
生命的奥秘
在生物学领域，染色体被证明是遗传的基础，DNA的化学结构也被成功解码。仅仅40年之后，人类基因组计划就正式启动，这项计划看起来任重道远，但在计算机的辅助下，进展越来越快。现在，DNA测序基本上已属于一项常规的实验室操作；基因治疗已从希望变为现实；只哺乳动物也已成功克隆。
随着科学家在各种研究成果的基础上不断前进，对真理的探寻也将永不止步。虽然问题似乎永远都多于答案，但未来的发现肯定会继续让人惊叹不已。