首先是古希腊文明，在古埃及、古巴比伦等文明的基础上建立了系统的数学（主要是欧几里得几何学）和逻辑，由此完成了第一次科学革命。这次革命是非常伟大的，因为从原始的经验性科学知识中产生出如此超脱和完美的科学知识，并且它成为直到今天的整个科学大树的根基和普遍的工具，这是非常了不起的。古希腊的哲学和辩论传统逐渐式微，但其创立的逻辑和数学作为一切科学基石的作用则是越来越牢固。

然后是在英国发生的第二次科学革命。其实这场革命从意大利文艺复兴时就开始酝酿了，并且被公认的“近代科学之父”就是意大利人伽利略，是他把实验方法系统地引入物理学研究。经过哥白尼、第谷、开普勒、伽利略、胡克、牛顿、培根等人不断努力启动了这次科学革命。随后拉瓦锡、孟德尔等人将实验的科学方法引入化学、遗传学等领域。冯特建立心理学实验室，被认为是心理学成为科学的标志……到今天，第二次科学革命成果已经需要用“知识爆炸”来形容。“任何一门学科是否具备实验基础，是她能否有资格被称为是科学的基本标准”，这个观念已经成为今天整个科学界（包括社会科学界）一致的看法。

伽利略斜面小球实验

但事实上，以上整个科学界公认一致的看法却是有严重偏差的。实验方法并不能有效应用于一切研究领域，尤其是社会科学领域。“社会科学”（与自然科学相对应）这一名称本身就表明研究社会的这一大块领域都难以完善地采用科学实验的方法。甚至是在很多自然科学领域，采用实验方法同样是有困难的，如天文学、地质学、气象学等等。并不是一切科学的测量都可被称为是“实验”，但一切科学实验的目的却都是为了测量。甚至于最初推动建立牛顿力学的开普勒三定律都不是实验的结果，而是第谷天文测量的结果。但因为伽利略开创的实验方法高度成功和过程的精致，并且与古希腊文明的思想冲突最小，使人们普遍认为只有建立在实验基础上才是判断科学与否的标准。

为了能够使自己的学科显得更为科学，经济学领域也建起了“实验经济学”的学科，科学哲学领域也建立了“实验哲学”。但是，这些努力并没有使这些学科领域变得更为科学。由于实验基础的难以建立，很多学科就努力采用数学化的工具来体现自己的科学性。经济学是数学化比较充分的一个领域，形成了“数理经济学”研究传统。在战争领域数学化的工作有“数理战术学”，建立这门学科的中国学者，长沙国防科技大学的沙基昌教授参照了数理经济学的方法和模式。但是，缺乏实验基础让这些学科的科学化努力非常艰难。

量子力学的海森堡测不准原理出现以后，至今人们难以理解因此而带来的大量直觉难以理解的物理现象。事实上，一切测量都是“测不准”的，牛顿曾以测量误差可以无限减少，从而可忽略不计的看法，今天需要重新加以认识，它深刻影响了对科学如何理解的问题。

沃纳·卡尔·海森堡（德文原名：Werner Karl Heisenberg，1901年12月5日—1976年2月1日），德国著名物理学家，量子力学的主要创始人

一、科学树及主干

以今天和未来科学发展来说，纯科学涉及到的有三大学科专业：数学（含逻辑学）、测量、信息技术，和一个理论：牛顿力学。

科学的树状模型示意图（只是示意），从主干不断生出越来越多的分支，主干为3大专业和1个理论

二、牛顿力学

它是一切科学认识世界和人类自身学科的起点，在今天已经属于中学课程，几乎所有上完高中的人都学过，另外具备了微积分的数学知识后，对牛顿力学基本上就可以完善地理解了，只是理解的深度不同而已。对于这一点有可能人们会感到奇怪，尤其相对论、量子力学，甚至发展出超弦理论、M理论的今天，对物质世界的认识已经远远超越了牛顿力学的认识范围，有些人甚至认为牛顿力学早已经被相对论、量子力学证伪或推翻了，这种看法其实是大错特错的。人们总是关注在最新的、最尖端的科学成就上，但一切最绚烂的科学之光只是它最具活力的树叶和枝叶上开出的鲜花，纯科学要关注的问题是支撑这些最耀眼的东西基础是什么。无论理论物理学未来如何发展，新出现的任何理论都必须能够还原为牛顿力学。牛顿力学不仅没有被推翻，反而是支撑一切科学的基础主干，一切科学都必须有最终还原为牛顿力学的逻辑路径。牛顿力学是永恒的、判断一切科学真理的标准之一。《实验、测量与科学》一书中把这称为“以牛顿力学为核心的还原标准”。

三、数学与逻辑

数学与逻辑在古希腊文明时代是两个学问，但在数理逻辑发展起来之后，逻辑与数学被统一在一起了。相对来说，数学专业和它对科学的价值与意义普遍为人们所认同和接受。不仅对所有理工科专业来说数学是最基础的学科，而且大量社会科学的专业也都已经把数学作为基础学科。

四、信息技术

信息技术是一切研究和学问的共同技术基础，更是科学发展的技术基础。可以说，人类文明的进化就是伴随一次又一次信息技术的飞跃而获得的。

1.第一代信息革命——语言

这个发生在7万年前，现代人类最早的智力突破是进化出了语言能力。在考古发掘出的这个时期人类大脑皮层中，负责语言的部分发育成型。这导致现代人类最后一次走出非洲，并灭绝了之前走出非洲的所有同类。

2.第二代信息革命——文字

在发明文字之前，人类的文化或文明只能通过世代口口相传来继承。有了文字，就可以把人类的文化和创造记录下来。文字对应了全球各个农业文明的起源。最早记录的方式是刻录文字，把文字刻在石头、甲骨、竹简等上面。

3.第三代信息革命——书写

文字刻录方式速度非常慢，而书写方式使文字记录的速度获得极大提升，成本也极大下降。最早的书写工具是古埃及和希腊的羊皮纸、纸草等。在石头、甲骨、竹简等上面刻画一个文字的时间要以小时计算，而采用书写方式后，记录一个字的时间就缩短到以秒计算。古埃及尤其古希腊文明就是在书写技术支持下诞生的。

4.第四代信息革命——中国造纸术和印刷术

这个技术极大降低了书写技术的成本和可获得性，极大加快了信息传播速度，并且在更好的书写技术基础上，增加了印刷技术。印刷技术极大增加了信息复制传播的效率并极大降低其成本，从而引导了科学和社会发展的巨大飞跃。它对应了文艺复兴、英国的工业革命和科学革命。

5.第五代信息革命——模拟电子信息技术

电报、电话、电视、电影、磁带等最早的电子信息技术是与电气化革命同时代的产物。但这次信息革命并没有带来科学跨代的进步。

6.第六代信息革命——数字化信息技术

计算机与窄带或早期宽带互联网，包括计算机、存储和通信三大部分。第五代信息革命是第六代信息革命的前导。第六代信息革命，除了信息输入这一项改进相对较小外，在信息处理成本、信息传递速度、信息处理能力、信息存储能力等其他方面，相比于第五代尤其第四代信息技术有很多个数量级的改进，并且还在持续地加大改进的数量级。计算机几乎已经是所有学科专业领域的人员都要学习的知识和技能。“通讯专业、尤其互联网是整个科学的基础”这种观点现在有大量的人已经认同，但还不是普遍地为人们所接受。更重要的是，即使认同这一点的人，也未必会系统学习和掌握通讯专业知识。信息技术主要影响的是科学认识的技术成本和效率，它是通过量变引起质的变化。例如在过去没有计算机的时代，很多算法理论上有解，事实上却是无法解决的，因为计算量太大了。但在采用了计算机之后，因计算量太大而无法解决的大量科学问题就迎刃而解了。

7.第七代信息革命——理想化信息技术

进入21世纪，早期互联网逐渐成熟，随着第六代信息技术内部若干深刻的技术瓶颈被彻底打破，信息技术进入理想化阶段。测量网大规模普及。这必然要对应一次全新的、可以与前两次科学革命相比拟的全新科学革命，这就是纯科学革命，或第三次科学革命。因此，今天之所以会发生“纯科学革命”，不仅是因为科学“应当”纯粹，更重要的是因为今天有条件发展纯科学。  

五、测量

在纯科学三大专业知识中，数学、信息技术对科学的意义和价值，争议不大，尤其数学更是无任何异议，对信息技术的价值和地位认识清晰度稍弱，但对测量的认识却存在很大的问题和偏差。测量是如此地重要和历史悠久，但极为奇怪的是，系统学习过测量知识和技能的人，即使是在理工科专业人员中也是极少数，真正理解测量对整个科学价值和意义的人更是罕见。这种情况不仅在整个科学界（包括顶尖物理学家）中是如此，就是在测量专业的人员中间同样如此，后者往往只是把测量当作一个与其他职业并无区别的狭窄谋生行当。当我将测量对整个科学的意义和价值在微信群里告知我在南邮测量专业的同班同学们时，他们也感到惊讶不已——“没想到我们自己的专业竟然是如此高大上”。这就是整个科学大树主干中问题最大的地方所在，也是科学的“实验标准”认识偏差长期难以得到纠正的原因所在。因此，尽管纯科学所要研究和讨论的问题涉及到前面所说的三个专业和一个理论，但《实验、测量与科学》一书重点展开的是测量对整个科学的价值和意义，以及建立在测量基础上的纯科学观念是什么，它将有效解决未来科学发展的潜力如何等问题。任何一个学科领域的专业人员，如果不能深入理解自己专业的整个测量基础是什么，都不能算是真正理解了自己的专业。