总序

人类的生存和发展历史就是一部了解自然，适应自然，进而改造自然的历史。远古时代，人类对强大的自然力量感到不知所措，对雷电、风暴、地震、火山爆发、瘟疫、彗星等自然现象怀着畏惧和崇敬的心情，以为雷电是上天惩罚恶人的神火，彗星预示着战乱、饥荒等灾难的来临。进而，远古人类将大自然加以神化，于是便产生了自然崇拜，成为原始宗教最早的表现形式之一，反映了人类当时对自然的无知。经过长期的生存斗争和不断的总结，人类逐步积累了对自然现象的认识，并进一步对自然现象认真地进行观察、记录、研究，整理概括出一些线索，发现了很多现象之间的因果关系和规律，而且能够根据这些规律再去推断其他的现象。这样，人们对各种自然现象的认识，逐渐丰富和深入，遂发展成为系统的认识。这些建立在实践和事实基础上的对自然现象及其规律的系统认识，就形成了我们所说的自然科学。

我是搞植物学研究的，对整个自然科学的发展和影响也只能说有一点点了解。地球的年龄大约为46亿年，在这漫长的历史时空里，自然给予世界的既有丰富的物质资源，也有灾难甚至是灭亡。旱灾、洪涝、台风、海啸、地震、火山爆发、泥石流、传染病、农林病虫害等每年都在世界一定的范围内造成不同程度的破坏。1976年我国唐山发生的7.8级地震，使上百万人口的工业重镇顷刻间成为一片废墟。2004年印度洋海啸波及包括印度尼西亚在内的十多个国家和地区，造成近30万人离我们而去。艾滋病自1981年在美国首次发现以来，全世界已有超过2500万人被与艾滋病有关的疾病夺去生命。我们更不会忘记2003年罕见高死亡率的SARS给中国乃至世界人民带来的恐慌。凡此种种，自然向人类发起了一次又一次的挑战。

多少年来，人类不惜牺牲生命去探索自然的奥秘，在与自然的斗争中逐渐获得了主动，推进了物质文明和精神文明的建设。对风暴、地震等自然现象，人们不仅能够解释，而且在一定范围内还可以作出预报和防范，将它们造成的损害减小到最低限度。通过对药物、医疗手段的研究和改进，人类有效地改善了自身的健康状况、延长了寿命，世界人口死亡率也不断呈下降趋势。核能技术、计算机技术、航天技术、生物技术、纳米和新材料技术、激光技术、光电技术、环境科学技术、新能源科学技术不断被开发，并应用于现实世界当中，为人类的生活提供了越来越多的便利。现在，以自然科学为基础的现代化技术已经成为社会先进生产力的标志，引导着生产力的发展方向，开辟着生产发展的新领域。邓小平同志在总结科学技术这一发展趋势时深刻指出：“现代科学为生产技术的进步开辟道路，决定它的发展方向。许多新的生产工具，新的工艺，首先在科学实验室里被创造出来。”大量历史事实证明：理论研究一旦获得重大突破，将会给生产和技术带来极其巨大的进步。

自然科学理论与技术的创新，不仅推动了社会的发展，改善了人们的生活，更深刻影响着世界政治和经济的格局。18世纪的工业革命逐渐确立了资本主义对世界的统治，形成东方从属于西方的局面。19世纪70年代的第二次工业革命，重新划分了国际关系格局。20世纪40年代特别是七八十年代以来，世界正经历着一场以信息技术为代表的新的技术革命，人类开始全球化进程。今天，科学技术的竞争成为国际竞争的制高点，拥有先进的科学技术，就能在国际政治经济竞争中处于主导地位。我们鼓励科技创新，就必须普及自然科学知识，从基础做起，促成一种追问自然、加快创新的求知氛围，使对自然科学的好奇和追求成为科学创造的核心力量，推动人们不懈地探索宇宙的奥秘，发现自然的规律，取得更多有现实指导意义的创造性成果。

自然科学还是“真”与“美”的和谐统一。一种科学理论成果，如果揭示了自然界的规律，反映了自然界的和谐，它就不仅是“真”的，而且是“美”的，科学研究的最高境界便是这种真与美的结合。在科学史上，欧几里德的几何学，爱因斯坦的相对论，普朗克的量子论等就被人们称为“科学的艺术品”。另外，追求科学、尊重科学、实事求是的科学态度以及客观精神、理性精神、实证精神也是人们在从事科学研究中真与美的表现。

今天，我们的社会在快速发展的同时仍被很多难题困扰，比如温室效应、臭氧空洞、环境破坏、艾滋病蔓延，等等。如何走可持续发展道路不仅是一个国家或地区要面对的，而且是整个世界，尤其是青年朋友们都应该关心的。解决这些难题，需要我们对自然科学有更为深入的学习和思考，在理论上有所创新，对科学现象和规律进行不断探索，在技术上不断改进。

很多自然科学方面的知识也许会让我们觉得高深莫测，但它确是与我们联系最紧密，影响最深远的知识，我们需要从多方面、多角度了解这些知识。北京大学拥有百年的基础科学教育和研究的历史，一大批杰出的科学家曾在或正在这里学习和工作，既有邓稼先、于敏等“两弹一星”元勋，也有黄昆、王选等“国家最高科学技术奖”获得者，他们为中国乃至世界范围内的理论创新、科技发展、社会进步都作出了重要贡献。北京大学继出版《人文社会科学是什么》丛书后推出这套《自然科学是什么》丛书，深入浅出地介绍了自然科学领域的知识，为大、中学生展示了一个五彩缤纷的自然科学世界。相信这套书的出版会对提高中华民族的科学素养、普及自然科学知识起重大的推动作用。