科學是人類共同努力，以了解或更好地了解自然世界的歷史以及自然世界的工作方式，並以可觀察到的物理證據作為這種理解的基礎。它是通過觀察自然現象和/或通過嘗試在受控條件下模擬自然過程的實驗來完成的。
考慮一些例子。觀察鳥領地行為的生態學家和研究露頭中化石分布的地質學家都是科學家，他們的觀察是為了尋找自然現象的模式。他們只是在戶外做，因此以他們的行為來娛樂大眾。拍攝遙遠星系的天體物理學家和從氣象氣球中篩選數據的氣候學家也是科學家，但他們在更離散的環境中進行觀測。
上面的例子是觀察科學，但也有實驗科學。觀察各種溫度下一個化學反應速率的化學家和記錄中子轟擊特定物質的結果的核物理學家都是科學家，他們都在進行實驗，以觀察出現一致的模式。觀察特定組織對各種刺激物反應的生物學家同樣正在嘗試尋找行為模式。這些人通常在實驗室工作，穿著白色實驗室外套，這似乎也意味著他們也賺了更多的錢。
關鍵的共同點是，所有這些人都在進行並記錄對自然或自然模擬的觀察，以便更多地了解自然的工作原理。我們將在下面看到他們的主要目標之一是表明舊觀念（一個世紀前或一年前的科學家的觀念）是錯誤的，相反，新觀念可以更好地解釋自然。
那麼為什麼要開展科學工作呢？——個人視角
那麼，上述所有這些人都在做什麼呢？在大多數情況下，他們正在收集信息以測試新想法或反對舊想法。科學家以發現改變我們對自然的思維方式的新事物而聞名，無論該發現是恐龍的新物種還是原子鍵合的新方式。許多科學家在一個以前未知的事實（發現）中找到了最大的快樂，這個事實解釋了一些以前沒有解釋的問題，或者推翻了一些以前被接受的想法。
那是基於崇高原則的答案，它可能解釋了為什麼許多人以科學為職業。從務實的角度來看，人們也做科學來賺取薪水。期望大多數大學和許多學院的教授作為僱傭合同義務的一部分，進行能夠為知識做出新貢獻的研究。如果他們不這樣做，他們就會丟掉工作。
科學家還為公司工作，並獲得報酬以產生關於特定化學物質如何影響大豆生長或地球深處石油形成的新知識。這些科學家的薪水更高，但他們可能會默默無聞，因為他們產生的知識被僱主為開發新產品或技術而保密的。
為什麼要開展科學工作？ ——社會視角
如果以上觀點幫助解釋了個人為什麼做科學，那麼人們可能還會想知道，為什麼社會和國家為這些人付費以從事科學。一個社會為什麼要在發展有關自然界的新知識的過程中投入一些資源，或者是什麼促使這些科學家將自己的生命致力於發展這種新知識呢？
答案的境界之一就是渴望改善人們的生活。遺傳學家試圖了解某些條件如何代代相傳，而生物學家們正在追蹤疾病傳播的途徑，顯然是在尋找可以改善普通百姓生活的信息。地球科學家正在開發更好的天氣預測或地震、滑坡和火山噴發預測模型，他們也在尋求可以幫助避免困擾人類幾個世紀的艱苦條件的知識。至少任何一個民主社會，任何關心人民福祉的社會都將支持類似的努力，以改善人民的生活。
答案的另一個領域是社會對經濟發展的渴望。許多地球科學家致力於尋找更有效方法來發現或回收石油和礦石等自然資源。尋找作物的果樹株或品種的植物科學家，正在為培育高營養和高產量的農作物而努力。化學家正在開發具有潛在技術應用潛力的新化學物質，而物理學家正在開發諸如超導性的新材料，同時也在開發可以刺激經濟發展的知識。在世界上越來越多的國家將自己視為陷入經濟競爭的世界中，對此類科學的支持無非是對經濟未來的投資。
答案的另一個完整領域是人類對我們的星球及其環境的日益控制。為了理解人類社會中的有毒物和廢物如何通過我們的水、土壤和空氣可能對我們自己造成損害，已經做了很多科學工作。為了理解我們在大氣和海洋中引起的變化，如何改變我們生活的氣候以及如何控制食物和水的來源，也做了很多科學工作。從某種意義上說，這樣的科學試圖發展人類所需要的用戶手冊，因為他們越來越多地（如果不知不覺地）控制了全球生態系統和許多本地生態系統。
最後，由於好奇心以及對周圍世界知識的滿足和啟發，社會支持科學。眾所周知，在晴朗的夜空中我們看到的星光在數千年甚至數百萬年前就離開了這些恆星，因此，我們中幾乎沒有人會從中獲得任何經濟利益，因此我們觀察到的光就像是遙遠過去的信使。但是，敬畏，遠見，甚至從這些知識中獲得的寧靜對我們許多人來說都是非常寶貴的。
同樣，我們很少有人會從注視著水流並反思水流經過的水文循環（從遙遠的海洋到天空的浮雲到上遊的雨水和暴風雨）中獲得更大的身體幸福感。但是，來自這種知識的相互聯繫感，以非常有價值的方式豐富了我們對世界和生活的理解。
當將這些無形的收益與上面概述的更切實的收益相結合時，難怪大多數現代社會都支持科學研究，以增進我們對周圍世界的了解。
研究如何成為科學知識
在實驗室或現場進行研究可能是一門科學，但這不一定是對知識的貢獻。在科學研究發表到同行評審的期刊上之前，科學界中的任何人都不會知道或對其充滿信心。他們可能會在會議上聽到有關新研究的消息，也可能會通過新聞組的小道消息了解這些研究，但是在發布數據之前，沒有什麼太重視的。
這意味著我們的生態學家必須寫一篇論文（出於相當過時的原因被稱為「手稿」）。在手稿中，他（她）說明了為什麼他（她）的特定研究如此重要，他（她）詳細說明了他（她）使用的研究方法，將所觀察到的結果準確地報告了出來，然後解釋了所觀察到的相對於已知結果的含義。
然後，他（她）將手稿發送給科學期刊的編輯，然後將其發送給兩到三位專家進行審閱。如果這些專家報告說，研究是用恰當的方法且合理的方式進行的，並且結果貢獻了新的有用知識，那麼編輯者便會批准發表，儘管幾乎不可避免地會進行一些更改或添加。在幾個月內（我們希望），該論文出現在該期刊的新一期中，全世界的科學家都了解了我們生態學家的發現。
當然，這項業務有些微妙之處。如果將手稿發送到《科學》或《自然》等著名雜誌，那麼那裡的公開競爭就意味著編輯者可以選擇自己認為最突破性的手稿，而拒絕其餘手稿，即使手稿都做得很好的科學。然後，被拒絕的手稿的作者將他們的作品發送到一些不太出名的期刊，這些手稿可能會被發表，但聽眾會有所減少。不管是好是壞，科學家更傾向於閱讀和接受在廣泛發行的主要期刊上發表的論文，而不是在發行量較小的地區期刊上發表的論文。
總而言之，科學通過發表研究成果而成為知識。然後，隨著這些知識被教科書選中作為課本中的內容，以及當教授和老師決定要從這些教科書中強調什麼內容時，這些科學知識就會被更多人了解，成為科普常識。
科學與變革
如果科學家們一直在努力尋求新發現或發展新的概念和理論，那麼科學產生的知識體系就應該不斷變化。這種變化是對自然的更好理解的進步。通過不斷質疑我們目前的想法是否正確來實現這一目標。正如美國著名的天文學家瑪麗亞·米切爾（MariaMitchell，1818-1889年）所說，「質疑一切」。
結果是，隨著對舊觀念的質疑和新證據的發現，理論不斷變化，或者至少隨著時間而被修改。用卡爾·波普爾（Karl Popper）的話說，「科學是糾正錯誤歷史」，甚至愛因斯坦（Albert Einstein）也對自己說：「愛因斯坦……每年都會收回他前一年寫的東西」。許多科學家表示，他們希望在幾個世紀後重生，看看那時已經發展了什麼新知識和新觀念，並希望看到自己所在世紀中哪些觀念被拋棄了。
我們今天的想法應該與我們擁有的所有證據兼容，我們希望我們的想法能夠經受住未來的考驗。但是，對歷史的任何觀察都迫使我們認識到，未來很可能會提供新的證據，從而至少會導致不同的解釋。
一些科學家自我意識特別強，以至於他們拒絕接受新的證據和新的想法。在那種情況下，用一個專家的話來說，「科學通過葬禮來推進葬禮」。但是，大多數科學家意識到，當今的理論可能是未來的過時思想，而我們所能希望的最好是，我們的理論將在子孫後代進行一些微調和微調的情況下得以生存。
我們可以用哥白尼進行說明。今天我們大多數人，如果在街角被問到，都會說我們接受哥白尼關於地球繞太陽運動的想法——我們說日心說是正確的。然而，哥白尼本人認為，圍繞太陽的行星的軌道是完美的圓形。幾個世紀後，在牛頓時代，很明顯，這些軌道是橢圓形的。日心說並沒有被拋棄，只是對其進行了修改以考慮更詳細的新觀察結果。
在20世紀，我們還發現橢圓的確切形狀不是恆定的（因此，米蘭科維奇循環可能會影響冰川的周期性）。但是，我們還沒有回到以地球為中心的宇宙這一概念。相反，我們仍然接受以日心為中心的理論——隨著新數據的出現，它只是隨著時間的流逝而被修改。
科學觀念會發生變化，應該被期待發生變化的觀念，有時會在更為挑剔的科學評論家中迷失。一個很好的例子是大爆炸理論。每一項新的天文學發現似乎都促使人們說：「瞧，大爆炸理論並沒有預言到這一點，所以整個事情一定是錯誤的」。取而代之的是，發現促使理論發生了變化，通常是很小的變化。但是，一旦天體物理學家對這一理論的細節進行了充分的修改，足以說明這一新發現，批評者便說：「瞧，大爆炸理論已經被拋棄了」。相反，它只是經過修改以考慮新數據，這正是我們所說的任何科學觀念都應該隨著時間而發生的變化。
嘗試類比：想像一下您最喜歡的虛構偵探（夏洛克·福爾摩斯，馬普爾小姐，南希·德魯或其他任何人）正在研究一個艱難的案例，其中的線索只能靠斷斷續續地獲得。大多數偵探在解決案件之前都會保留自己的工作假設。但是，讓我們假設偵探這次決定隨著故事的發展而思考，以揭示他們目前的主要嫌疑人以及犯罪嫌疑人的時間順序。
現在介紹一個伴隨偵探的角色，當發現每條線索時，他都會大聲喊道：「看，這改變了您以前的想法——一切都錯了！」我們的偵探會思考，但也許會樂於不說：「不，新證據恰好幫助我弄清楚了以前困惑」。在科學界也是如此，只是自然界永遠不會在最後一幕中崩潰並解釋她是如何做到的。
科學與知識
那麼，這意味著什麼？這意味著科學目前還沒有，而且可能永遠也不會給出絕對永恆真理的陳述——它僅提供理論。我們知道，這些理論將來可能會得到完善，其中一些甚至可能會被拋棄，而傾向於那些根據未來科學家產生的數據更有意義的理論。但是，我們目前的理論是我們對世界的最佳解釋。他們對大量信息進行了說明並經過了測試。
考慮一些我們用來檢驗理論的信息：
從電子顯微鏡到全球生態學，我們已經研究了數千種（如果不是數百萬種）生物體的DNA、細胞、組織、器官和身體，從細菌到仙人掌再到藍鯨。我們已經研究了從夸克到恆星，大小從飛秒到數百萬年不等的粒子的物理行為。我們已經表徵了地球上自然存在的90種左右化學元素以及我們合成的其他幾種元素。我們已經使用地震學研究了地球的內部結構，既檢測了淺層斷層，又研究了行星核心的行為我們已經用挖泥機、瓶子、浮標、船、鑽探船、潛水器和衛星研究了地球的海洋。我們已在全球範圍內每分鐘對地球大氣層進行監測和採樣。我們已經用望遠鏡對外部空間進行了掃描，望遠鏡使用的波長範圍從紅外線到X射線，並且已經發送了探測器來檢查我們的太陽和太陽系的遙遠行星。我們親自探索了月球的表面，並從那裡帶回了巖石，並且我們還採樣了大量的隕石，以了解來自我們星球之外的物質的更多信息。
在未來的幾個世紀中，我們將做更多的工作，但是我們已經收集了各種各樣的信息，可以在此基礎上構建理論，這些理論是我們目前對宇宙的科學理解。
今天，人們有了選擇的餘地。一種選擇是接受懷疑論者，他們在不斷質疑中獲得對自然界的科學（也是理論上的）理解，這是從上述所有觀察和測量得出的。另一種選擇，是接受人們對自然世界的傳統理解，這些人們對自然世界的發展已有數百年甚至幾千年的歷史了，無論他們多麼明智或善意，他們都只有敏銳的眼睛和豐富的想像力，這是他們的了解自然的最佳工具。