โครงงานวิทยาศาสตร์

โครงงาน หมายถึงวิธีการเรียนรู้เพื่อแสวงหาคำตอบที่เป็นข้อสงสัยหรือเป็นเรื่องที่น่าสนใจ ต้องการรู้รายละเอียดด้วยตนเองต่อเนื่องจากการเรียนรู้เรื่องใดเรื่องหนึ่ง ซึ่งมีหลายวิธีการ เป็นการฝึกความคิดและฝึกการทำงานที่เป็นลำดับขั้นตอนด้วย
โครงงานวิทยาศาสตร์เป็นการศึกษาเรียนรู้ค้นคว้าหาคำตอบด้วยตัวเองโดยใช้ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ที่ผสมผสานกันหลายทักษะตามความเหมาะสม ซึ่งไม่เหมือนกับการเรียนรู้จากโครงงานวิชาอื่นๆ ตรงที่ว่าจะหาคำตอบจากข้อสงสัยหรือเรื่องที่สนใจโดยวิธีการใดๆ ก็ได้ ไม่เจาะจงว่าต้องใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์

ประเภทของโครงงานวิทยาศาสตร์
ถ้าใช้ลักษณะของกิจกรรมการศึกษาค้นคว้าเป็นเกณฑ์ในการแบ่ง จะจัดแบ่งโครงงานวิทยาศาสตร์ได้ 4 ประเภท คือ
1. โครงงานประเภททดลอง
โครงงานประเภททดลองเป็นโครงงานที่มีการออกแบบทดลองเพื่อการศึกษาและจัดกระทำกับตัวแปรต้นหรือตัวแปรอิสระ มีการจัดตัวแปรตามและควบคุมตัวแปรอื่นที่ไม่ต้องการศึกษา ขั้นตอนการทำงานของโครงงานประเภทการทดลอง คือ
1.1 กำหนดปัญหา
1.2 ตั้งสมมติฐาน
1.3 ออกแบบการทดลอง
1.4 ดำเนินการทดลอง
1.5 รวบรวมข้อมูล
1.6 แปรผลและสรุปการทดลอง
ตัวอย่างชื่อโครงงานวิทยาศาสตร์ประเภททดลอง เช่น
- เรื่อง ขิงชะลอการบูด
- เรื่อง การทำกระดาษจากกาบกล้วย
- เรื่อง การใช้สารสกัดจากใบมันสำปะหลัง เพื่อป้องกันและกำจัดศัตรูพืช



2. โครงงานประเภทสำรวจรวบรวมข้อมูล
โครงงานประเภทสำรวจรวบรวมข้อมูล เป็นโครงงานที่ศึกษาข้อมูลในเรื่องต่างๆ โดยออกไปสำรวจและรวบรวมข้อมูลเหล่านั้นมาจัดเป็นหมวดหมู่โดยมีเกณฑ์กำหนดและนำเสนอในรูปแบบต่างๆ เพื่อให้เห็นความสัมพันธ์ในเรื่องนั้นอย่างชัดเจนยิ่งขึ้น โครงงานประเภทนี้ไม่ต้องกำหนดตัวแปรเหมือนการทดลอง
ตัวอย่างชื่อโครงงานประเภทสำรวจรวบรวมข้อมูล
- เรื่อง การสำรวจชื่อต้นไม้ในโรงเรียนเมืองนครศรีธรรมราช
- เรื่อง การสำรวจราเมือกบางบริเวณในจังหวัดนครนายก
- เรื่อง การสำรวจหมู่เลือดของนักเรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 โรงเรียนเมืองนครศรีธรรมราช

3. โครงงานประเภทสิ่งประดิษฐ์
โครงงานประเภทสิ่งประดิษฐ์เป็นโครงงานที่นำหลักการหรือทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์มาจัดทำประดิษฐ์เครื่องมือเครื่องใช้หรืออุปกรณ์ที่จะเป็นประโยชน์ใช้สอยต่างๆ โดยการคิดประดิษฐ์ของใหม่ที่ไม่ซ้ำแบบใคร หรือปรับปรุงจากของที่มีอยู่แล้วให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ประหยัดแรงงานและค่าใช้จ่ายด้วย
ตัวอย่างชื่อโครงงานวิทยาศาสตร์ประเภทสิ่งประดิษฐ์ เช่น
- เรื่อง พวงกุญแจจากใบไม้
- เรื่อง ถุงจากใบตองเทียม
- เรื่อง ตู้อบผ้าพลังแสงอาทิตย์

4. โครงงานประเภททฤษฎี
โครงงานประเภททฤษฎีเป็นโครงงานที่ผู้นำเสนอแนวคิดใหม่ๆ ให้เป็นหลักการหรือทฤษฎี จะเป็นสูตรหรือคำอธิบายก็ได้ จุดสำคัญคือผู้ทำโครงงานนี้ต้องมีความรู้พื้นฐานในเรื่องนั้นอย่างชัดเจนจึงเสนอโครงงานนี้อย่างมีเหตุผลน่าเชื่อถือ ส่วนใหญ่เป็นโครงงานทางคณิตศาสตร์ วิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ หรือดาราศาสตร์
ตัวอย่างชื่อโครงงานวิทยาศาสตร์ประเภทโครงงานทฤษฎี เช่น
- เรื่อง ทฤษฎีความสูงสัมพันธ์
- เรื่อง ทฤษฎีการเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงและเร็วเท่าแสง
- เรื่อง ทฤษฎีหน่วยมวล และเส้นใยแสง กับแนวคิดแหล่งพลังงานชั่วนิรันดร์
ขั้นตอนของการทำโครงงานวิทยาศาสตร์
ขั้นตอนของการทำโครงงานวิทยาศาสตร์มีการทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นลำดับขั้นตอนดังนี้
1. การคิดและเลือกเรื่อง
2. การศึกษาเอกสารที่เกี่ยวข้อง
3. การจัดทำเค้าโครงย่อของโครงงาน
4. การลงมือทำโครงงาน
5. การเขียนรายงาน
6. การแสดงผลงาน

1. การคิดและเลือกเรื่อง
หัวข้อเรื่องของโครงงานจะได้จากปัญหา ข้อคำถาม หรือความอยากรู้อยากเห็นเกี่ยวกับสิ่งต่างๆ ซึ่งหัวข้อเรื่องที่คิดจะทำงานนั้นจะต้องชัดเจนและชี้เฉพาะว่าจะศึกษาเรื่องอะไรถ้าเป็นเรื่องแปลงใหม่และมีประโยชน์ก็แสดงถึงความคิดสร้างสรรค์และมีคุณค่า
ข้อมูลที่ทำให้เกิดแนวคิดในการเลือกหัวเรื่อง ได้แก่
1) การอ่านหนังสือพิมพ์ต่างๆ เช่น ตำราเรียน วารสาร เอกสารเผยแพร่ หนังสือพิมพ์ แผ่นพับ
2) การฟังและชมรายการทางสื่อวิทยุและโทรทัศน์ที่เป็นการบรรยายทางวิชาการหรือเรื่องสารคดีน่ารู้
3) การได้ไปเยี่ยมชมสถานที่ที่ให้การศึกษา เช่น พิพิธภัณฑ์ สวนสัตว์ วนอุทยาน โรงงาน อุตสาหกรรม สถานเพาะเลี้ยงพืชและสัตว์ ชุมชนท้องถิ่น เป็นต้น
4) งานอดิเรกของตนเอง
5) กิจกรรมการเรียนการสอนในโรงเรียน
6) การชมนิทรรศการและงานประกวดโครงงานวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
7) ศึกษาจากโครงงานวิทยาศาสตร์ที่ผู้อื่นทำไว้แล้ว
8) การปรึกษา พูดคุยกับครู เพื่อน หรือบุคคลอื่น
9) การสังเกตปรากฏการณ์ต่างๆ ที่เห็นรอบตัว
สิ่งที่ควรพิจารณาประกอบในการเลือกทำโครงงาน ได้แก่
- มีความรู้และการใช้อุปกรณ์พื้นฐานได้
- มีแหล่งค้นคว้าหาความรู้
- วัสดุอุปกรณ์จัดหาหรือจัดทำขึ้นได้
- มีเวลามากพอที่จะทำงานได้
- มีคุณครูเป็นที่ปรึกษา
- มีความปลอดภัย
- มีงบประมาณเพียงพอ

2. การศึกษาเอกสารที่เกี่ยวข้อง
การศึกษาเอกสารที่เกี่ยวข้องกับหัวเรื่องที่คิดจากแหล่งต่างๆ เช่น ห้องสมุด ห้องวิทยาศาสตร์ โปรแกรมจากคอมพิวเตอร์ รวมทั้งการขอคำปรึกษาจากผู้ทรงคุณวุฒิ และการสำรวจวัสดุอุปกรณ์ด้วย ที่สำคัญคือต้องมีการจัดบันทึกเป็นหลักฐานจากการศึกษาเอกสารและการขอคำปรึกษา ซึ่งจะช่วยให้สะดวกในการทำงานและไม่สับสน

3. การจัดทำเค้าโครงย่อจากโครงงาน
การเขียนเค้าโครงย่อของโครงงานเพื่อแสดงแนวความคิด แผนงาน และขั้นตอนการทำงาน แล้วเสนอต่ออาจารย์ที่ปรึกษาเพื่อขอความเห็นชอบในการทำงาน เค้าโครงย่อของโครงงานมีลำดับหัวข้อดังนี้
1) ชื่อโครงงาน
2) ผู้ทำโครงงาน
3) ชื่อที่ปรึกษาโครงงาน
4) ที่มาและความสำคัญของโครงงาน
5) จุดมุ่งหมายของการศึกษาค้นคว้า
6) สมมติฐานของการศึกษาค้นคว้า (ถ้ามี)
7) วิธีดำเนินงาน
7.1) วัสดุอุปกรณ์
7.2) แนวการศึกษาค้นคว้า
8) แผนปฏิบัติงาน
9) ผลที่คาดว่าจะได้รับ
10) เอกสารอ้างอิง



4. การดำเนินงานโครงงานวิทยาศาสตร์
เมื่อคุณครูที่ปรึกษาให้คำแนะนำและเห็นชอบในเค้าโครงเรื่องย่อที่นำเสนอไป ลำดับต่อไปคือ การลงมือปฏิบัติงานตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ สิ่งที่ควรคำนึงเมื่อทำงานคือ
1) เตรียมสิ่งต่างๆ ให้พร้อมทั้งสถานที่และวัสดุอุปกรณ์
2) มีสมุดบันทึกกิจกรรมที่ทำไปแต่ละวันหรือแต่ละครั้งเกี่ยวกับผลงาน ปัญหา และข้อคิดเห็น
3) ถ้าเป็นการทดลอง ต้องทำด้วยความละเอียดรอบคอบ และบันทึกข้อมูลให้ละเอียดครบถ้วน และควรทดลองซ้ำเพื่อให้ได้ข้อมูลที่น่าเชื่อถือ
4) ต้องระวังความปลอดภัยและคำนึงถึงความประหยัดด้วย
5) ทำงานในส่วนที่เป็นหลักสำคัญตามที่วางแผนไว้ในตอนแรก แต่อาจมีการเพิ่มเติมหรือเปลี่ยนแปลงบ้างให้เหมาะสม รวมทั้งทำส่วนประกอบที่เสริมตกแต่งโครงงานตอนหลัง
6) ไม่ควรทำงานต่อเนื่องจนเหนื่อยล้าเกินไป จะทำให้ไม่ระวังและผิดพลาดได้
7) โครงงานประเภทสิ่งประดิษฐ์ต้องคำนึงถึงความคงทนแข็งแรง และขนาดที่ใช้งานที่เหมาะสม
8) โครงงานที่มีการใช้สัตว์ทดลองต้องศึกษาข้อกำหนดในการนำสัตว์มาใช้ทดลองหรือแสดงโครงงาน เช่น ดูแลให้อาหารและรักษาความสะอาด ไม่ทอลองสัตว์ที่มีพิษหรืออันตราย ไม่ยั่วเย้าหรือทารุณสัตว์ ถ้าใช้กรงต้องมีขนาดพอเหมาะ มีความแข็งแรง ไม่คับแคบ หรือตู้ปลาควรใช้วัสดุกันรั่ว ใช้เครื่องพ่นอากาศ เมื่อจำนวนปลามีมาก ข้อสำคัญคือควรได้รับความเห็นชอบจากอาจารย์ที่ปรึกษา และเขียนโครงการทดลองทั้งหมดนำเสนอ
ผลของความสำเร็จในการทำโครงงานวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการทดลองไม่ได้ขึ้นอยู่กับได้ผลตรงตามที่คาดหวังไว้ทุกครั้ง แม้ว่าผลการทดลองจะไม่เป็นไปตามคาดหวัง แต่ได้ปฏิบัติและบันทึกผลจริงก็ถือว่ามีความสำเร็จในการทำโครงงานด้วย

5. การเขียนรายงาน
การเขียนรายงานเกี่ยวกับโครงงานเป็นการสื่อความหมายที่มีประสิทธิภาพวิธีหนึ่ง ซึ่งให้ผู้อื่นได้รู้และเข้าใจแนวคิด วิธีการ ข้อมูลต่างๆ ผลที่ได้ ตลอดจนข้อสรุป ข้อเสนอแนะต่างๆ การเขียนรายงานควรใช้ภาษาที่อ่านแล้วเข้าใจง่าย กะทัดรัด ชัดจน ตรงไปตรงมา การเขียนยืดยาวมากเกินไปทำให้ไม่น่าสนใจเท่าที่ควร
หัวข้อต่างๆ ในการเขียนรายงาน มีดังนี้
1) ชื่อโครงงาน
2) ชื่อผู้ทำโครงงาน
3) ชื่อที่ปรึกษา
4) บทคัดย่อ
5) ที่มาและความสำคัญของโครงงาน
6) จุดมุ่งหมายของการศึกษาค้นคว้า
7) สมมติฐานของการศึกษาค้นคว้า (ถ้ามี)
8) วิธีดำเนินการ
8.1) วัสดุอุปกรณ์
8.2) วิธีดำเนินการทดลอง
9) ผลการศึกษาค้นคว้า
10) สรุปและข้อเสนอแนะ
11) คำขอบคุณหน่วยงานหรือบุคลากรที่มีส่วนช่วย
12) เอกสารอ้างอิง
หัวข้อการเขียนรายงานนี้เป็นลักษณะการเขียนรายงานทั่วๆ ไป ซึ่งอาจไม่ตรงกันในโครงงานแต่ละประเภท แต่สิ่งสำคัญในการเขียนรายงาน คือ ใช้ภาษาเข้าใจง่าย เขียนชัดเจน ไม่วกวน ใช้คำศัพท์เทคนิคถูกต้อง และครอบคลุมประเด็นของโครงงานทุกเรื่อง

6. การแสดงผลงาน
การแสดงผลงานเป็นการแสดงถึงผลผลิตการทำงานที่มีความคิด ความสามารถ และความพยายามของผู้ทำโครงงานวิทยาศาสตร์ เป็นขั้นตอนสุดท้ายที่มีความสำคัญเท่าๆ กับการทำโครงงาน คือ การวางแผน ออกแบบเพื่อจัดแสดงผลงาน ซึ่งจัดทำโดยจัดนิทรรศการที่มีการจัดแสดงและอธิบายพร้อมกัน หรือจัดแสดงผลงานอย่างเดียวไม่มีการอธิบาย หรือเป็นการรายงานปากเปล่า
ในการวางแผนและออกแบบการจัดนิทรรศการเพื่อแสดงโครงงาน ต้องใช้เวลาพอสมควร และต้องคำนึงถึงเรื่องต่อไปนี้
- ความเหมาะสมของเนื้อที่ที่จัดแสดง รวมทั้งความปลอดภัย
- คำอธิบายที่เขียนแสดงควรเน้นสิ่งที่น่าสนใจ และประเด็นสำคัญใช้ข้อความที่เข้าใจง่าย กะทัดรัด ชัดเจน สิ่งที่สำคัญอีกอย่างหนึ่ง คือ ไม่เขียนสะกดผิด
- การใช้รูปภาพและตารางประกอบต้องจัดให้เหมาะสม
- สิ่งที่แสดงทุกอย่างถูกต้อง ไม่อธิบายผิดหลักการ และถ้าเป็นสิ่งประดิษฐ์ควรอยู่ในสภาพที่ทำงานได้สมบูรณ์
ในการอธิบายหรือรายงานปากเปล่าหรือตอบคำถามผู้ที่มาชมผลงานากรแสดงโครงงาน มีสิ่งที่ควรคำนึงเพื่อนำมาปฏิบัติให้ถูกต้อง เหมาะสม เกิดความชำนาญ ดังนี้
- ทำความเข้าใจเรื่องที่จะอธิบายเป็นอย่างดี รวมทั้งรู้ลำดับหัวข้อที่สำคัญด้วย
- รายงานอย่างตรงไปตรงมา ไม่อ้อมค้อม ภาษาที่ใช้พูดต้องเหมาะสมกับระดับผู้ฟัง ซึ่งควรชัดเจน เข้าใจง่าย
- อย่าท่องจำรายงานหรือหลีกเลี่ยงการอ่านรายงาน เพราะดูไม่เป็นธรรมชาติ แต่อาจมีหัวข้อสำคัญที่จำไว้ช่วยในการรายงานให้เป็นไปตามขั้นตอน
- ตอบคำถามให้ตรงประเด็น มีการเตรียมตัวตอบคำถามในเรื่องนั้นล่วงหน้า หรือฝึกตอบคำถามกับเพื่อนก่อน ในกรณีที่เกิดการติดขึ้นก็ควรยอมรับ ไม่ควรกลบเกลื่อนหรือหาทางเลี่ยงไปทางอื่น และไม่จำเป็นที่จะกล่าวถึงเรื่องที่ไม่ได้ถาม
- รายงานให้เสร็จในระยะเวลาที่กำหนด

สรุปการทำโครงงานวิทยาศาสตร์
การทำโครงงานวิทยาศาสตร์เป็นการทำงานที่นำความรู้ความเข้าใจในทฤษฎี หลักการ ตลอดจนสาระของวิชาวิทยาศาสตร์มาประยุกต์เป็นผลงานในทางสร้างสรรค์ โดยอาศัยทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ต่างๆ จัดทำด้วยตนเองอย่างมีลำดับขั้นตอน เมื่อนำผลงานไปแสดงก็ทำให้เกิดความภูมิใจและเชื่อมั่นในตนเองยิ่งขึ้น

นักกะเทาะหิน

ในศตวรรษที่ 18-19 ผู้คนตื่นเต้นและสนใจใคร่รู้ในเรื่องธรณีวิทยากันมาก จนมีการก่อตั้งสมาคมธรณีวิทยาขึ้นมา เชิญติดตามประวัติและผลงานของนักธรณีวิทยาบางท่านดูนะคะ
เจมส์ ฮัตตัน(James Hutton) เกิดเมื่อปี 1726 ในครอบครัวชาวสก็อตที่มีฐานะดี เป็นคนที่ทีบุคลิกฉลาดเฉลียว คุยสนุก เป็นเพื่อนที่น่าคบ มีชีวิตอยู่อย่างหรูหรา มีความสนใจเกือบทุกสิ่ง แต่ที่สนใจเป็นพิเศษคือธรณีวิทยา
ในยุคนั้นมีผู้สนใจใคร่รู้ว่า เพราะอะไรเปลือกหอยโบราณและฟอสซิลสัตว์ทะเลอื่นๆถึงได้พบบ่อยครั้งบนยอดเขา ความคิดแบ่งเป็น 2 ฝ่าย กลุ่มเนปจูนิสต์ เชื่อว่าทุกสิ่งทุกอย่างบนโลก รวมทั้งเปลือกหอยที่อยู่สูงลิบลิ่ว เป็นเพราะระดับน้ำทะเลที่ขึ้นสูงและลงต่ำ พวกเขาเชื่อว่าภูเขา เนินเขา และสิ่งอื่นๆเก่าแก่เท่ากับโลก จะเปลี่ยนรูปก็ต่อเมื่อน้ำซัดสาดกัดเซาะในยุคที่น้ำท่วมโลก กลุ่มพลูโตนิสต์ เชื่อว่าภูเขาไฟระเบิดและแผ่นดินไหว คือตัวการเปลี่ยนโฉมหน้าของโลกอย่างต่อเนื่อง
ฮัตตันได้สังเกตว่า ดินเกิดจากก้อนหินผุกร่อน และอนุภาคของดินเหล่านี้ถูกชะล้างและพัดพาไปอย่างต่อเนื่องโดยลำธาร แม่น้ำ แล้วไปตกตะกอยอยู่ที่อื่น แต่เปลือกโลกไม่ได้ราบเรียบไปทั้งหมด แสดงว่าต้องมีกระบวนการอื่นอีก ต้องมีรูปแบบของการสร้างใหม่และยกขึ้น เป็นกระบวนการที่สร้างเนินเขาและภูเขาเพื่อให้วงจรนี้ดำเนินต่อไป เขาจึงคิดว่าฟอสซิลของสัตว์ทะเลบนยอดเขาถูกยกขึ้นไปพร้อมกับภูเขา เขาให้เหตุผลว่าต้องเป็นความร้อนภายในโลกที่สร้างหินและทวีปใหม่ๆขึ้นมาและผลักดันให้เกิดภูเขาต่อเนื่องเป็นแนว
เขาเขียนหนังสือออกมา 5 เล่ม แต่เป็นหนังสือที่อ่านไม่รู้เรื่อง หลังจากที่ฮัตตันตายได้ 5 ปี จอห์น เพลย์แฟร์ เพื่อนของเขาได้ทำหนังสืออธิบายความอย่างง่ายในหลักการของฮัตตันออกมา มีชื่อว่า lllustration of the Huttonain Theory of the Earth
โรเดอริก เมอร์ชิสัน (Roderick Murchison) ตีพิมพ์หนังสือชื่อ The Silurain System ในปี 1839 เป็นเรื่องของหินทรายชนิดหนึ่งที่เรียกว่า เกรย์แวค(Greywacke) เป็นหนังสือขายดี ตีพิมพ์ถึง 4 ครั้ง ถึงแม้อยู่ในสไตล์อ่านไม่รู้เรื่องแบบฮัตตัน
สาธุคุณวิลเลียม บัคแลนด์(Reverend William Buckland) เป็นคนแปลก แต่มีเสน่ห์ เขาลี้ยงสัตว์ป่าไว้ในบ้านและสวน ทั้งสัตว์ใหญ่และสัตว์อันตราย ชอบกินสัตว์แปลกๆ เช่น หนูบ้านทอด ตัวเฮดจ์ฮ็อกย่าง ปลิงทะเลต้ม เขาเป็นผู้นำในศาสตร์ที่เรียกว่า โคโพรไลท์(coprolite) หรือการศึกษาอุจจาระของสัตว์ดึกดำบรรพ์ที่กลายเป็นฟอสซิล
เจมส์ พาร์กินสัน(James Parkinson) เขียนหนังสือเกี่ยวกับธรณีวิทยา ชื่อ Organic Remains of a Former World (ยุคนี้ผู้คนจะรู้จักเขาในชื่อของโรคพาร์กินสัน ซึ่งยุคนั้นเรียกว่าโรคกล้ามเนื้อสั่น)
ชาร์ลส์ ไลเยลล์ ชาวสก็อต เป็นคนใฝ่รู้ที่มาจากครอบครัวที่ร่ำรวย ทำงานร่วมกับ วิลเลียม บัคแลนด์ ไลเยลล์ เป็นคนสายตาสั้นมากๆตลอดชีวิตต้องหรี่ตาเพ่งมองสิ่งต่างๆทำให้ขาดอากาศเข้าไปเลี้ยงลูกตา จนตาบอดในที่สุด งานจริงๆงานเดียวในชีวิตเขา คือ การเป็นศาสตราจารย์ด้านธรณีวิทยาที่คิงส์คอลเลจ ปี 1831-1833 และในช่วงนี้เขาได้เขียนหนังสือชื่อ The principle of Geology รวม 3 เล่ม เป้นการรวบรวมและให้รายละเอียดแนวคิดของฮัตตันอย่างเป็นระบบ โดยศึกษางานของฮัตตันที่เขียนขึ้นใหม่โดยเพลย์แฟร์ หนังสือของเขาได้ตีพิมพ์ถึง 12 ครั้ง ในช่วงชิวิตของเขา
ระหว่างยุคของฮัตตันกัลไลเยลล์ เกิดข้อถกเถียงระหว่าง กลุ่มคาทาสโทรฟิสม์(catastrophism) กับยูนิฟอร์มิทาเรียนิสม์(uniformitarianism) กลุ่มคาทาสโทรฟิสม์เชื่อว่ารูปร่างของโลกเกิดจากหายนภัยอันรุนแรงและเฉียบพลัน ที่เชื่อกันมากคือน้ำท่วม กลุ่มพระอย่างบัคแลนด์จะชอบคาทาสโทรฟิสม์มาก เพราะมันสอดคล้องกับเหตุการณ์น้ำท่วมโลกในยุคของโนอาห์ในไบเบิ้ล กลุ่มยูนิฟอร์มิทาเรียนิสม์เชื่อว่า การเปลี่ยนแปลงของโลกนั้นค่อยเป็นค่อยไป กระบวนการเกือบทั้งหมดเกิดขึ้นช้าๆต้องใช้เวลายาวนานมาก ฮัตตันอาจเป็นบิดาของความเชื่อนี้มากกว่าไลเยลล์ แต่คนส่วนมากอ่านงานของไลเยลล์ ทุกคนจึงคิดว่าเขาคือบิดาแห่งธรณีวิทยายุคใหม่
ไลเยลล์เชื่อว่าการเปลี่ยนแปลงของโลกมีรูปแบบเดียวและคงที่ ทุกสิ่งที่เคยเกิดขึ้นในอดีตสามารถอธิบายได้ด้วยเหตุการณ์ที่ยังคงเกิดขึ้นในปัจจุบัน เขาไม่สามารถอธิบายให้คนอื่นเข้าใจได้ว่า แนวสันเขาเกิดขึ้นมาได้อย่างไร และไม่ยอมรับแนวความคิดของอกาสซิส เรื่องยุคน้ำแข็ง ไม่เชื่อว่าธารน้ำแข็งเป็นตัวการทำให้เปลือกโลกเปลี่ยนแปลง เขาปฏิเสธความคิดที่ว่าสัตว์และพืชต่างสูญพันธุ์ในเวลาอันสั้นเพราะความหนาวเย็น และเชื่อว่าสัตว์สำคัญๆในโลก สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม สัตว์เลื้อยคลาน ปลา และอื่นๆ ล้วนดำรงอยู่มาตั้งแต่แรกเริ่ม ซึ่งความคิดทั้งหมดนี้พิสูจน์ได้แล้ว่าผิด
นักธรณีวิทยาพยายามแยกแยะชั้นหินโดยใช้ช่วงเวลาที่มันเกิด จึงเกิดข้อโต้แย้งอันยาวนานรู้จักกันดีในชื่อข้อโต้แย้งดีโวเนียนอันยิ่งใหญ่(Great Devonian Controverdy) เมื่อสาธุคุณอดัม เซดจ์วิก แห่งเคมบริดจ์ อ้างว่าชั้นหินที่เมอร์ชิสันเชื่อว่าอยู่ในยุคไซลูเรียน(ราว 405-425 ล้านปีมาแล้ว) ที่จริงแล้วอยู่ในยุคแคมเบรียน(ราว 500-544 ล้านปีมาแล้ว) การต่อสู้ทางความคิดได้ยุติลงด้วยการตั้งยุคใหม่ขึ้นมา คือยุคออร์โดวิเชียน(ราว 425-500 ล้านปีมาแล้ว) แทรกระหว่างยุคไซลูเรียนและแคมเบรียน ทุกวันนี้มีการแบ่งยุคทางธรณีวิทยาออกเป็น 4 มหายุค(era) คือ พรีแคมเบรียน พาลีโอไอโซอิก เมโสโซอิก ซีโนโซอิก และทั้ง 4 มหายุค ยังแบ่งออกเป็นยุคต่างๆ เช่น ยุคครีเตเชียส จูราสสิค ไตรแอสสิค ไซลูเรียน และอื่นๆ
นักธรณีวิทยาสมัยนั้นพยายามคิดหาวิธีคำนวณอายุของโลก และได้นำเสนอแนวความคิดหลายอย่าง แต่ไม่มีใครยอมรับ แม้แต่ลอร์ดเคลวินผู้ยิ่งใหญ่(William Thomson) ซึ่งเป็นคนฉลาดปราดเปรื่อง ก็ไม่สามารถคำนวณหาอายุที่ถูกต้องของโลกได้

ลาก่อน

ในช่วงต้นทศวรรษ 1680 บนเกาะมอริเซียส ในมหาสมุทรอินเดียซึ่งเป็นที่อยู่อาศัยของนกโดโด สัตว์ในวงศ์เดียวกับนกพิราบที่มีลักษณะอวบ ไม่อร่อย สูงเกินสองฟุตครึ่งเล็กน้อย บินไม่ได้จึงทำรังบนพื้นดิน ทำให้ไข่และลูกของมันกลายเป็นเหยื่อของหมู สุนัข และลิง ที่คนภายนอกพาเข้ามาบนเกาะ มีนิสัยไม่ฉลาด ไว้ใจคนง่าย และการที่มีขาเก้งก้างที่ไม่มีพลัง ทำให้มันเป็นเหยื่อที่ปกป้องตัวเองไม่ได้ หลังจากนั้น 70 ปี นกโดโดสตาฟฟ์ตัวเดียวที่เหลืออยู่ในพิพิธภัณฑ์ก็ถูกโยนเข้ากองไฟเพราะมันขึ้นรามีกลิ่นเหม็นอับมาก

นี่เป็นเหตุการณ์หนึ่งที่แสดงให้เห็นว่า มนุษย์เป็นสิ่งมีชีวิตชนิดพันธ์เดียวที่สามารถค้นพบสิ่งมีชีวิตจากสวรรค์ที่ลึกลับที่สุด แต่ขณะเดียวกันก็ทำลายมันจนสูญสิ้นไป ทั้งที่ไม่มีจุดประสงค์อะไร (เพื่อกินเป็นอาหาร) และทั้งที่มันก็ไม่เคยทำอันตรายแก่เราเลย และมันจะไม่มีวันเข้าใจสิ่งที่เราทำกับมันแม้แต่น้อย ซึ่งกว่าจะมาถึงจุดนี้ในประวัติศาสตร์ มนุษย์ได้ผ่านการฝึกฝนทำลายล้างสิ่งมีชีวิตอื่นจนหมดสิ้นไม่มีเหลือมานานหลายพันปี ไม่ว่ามนุษย์จะไปที่ไหนก็มีแนวโน้มว่าสัตว์ที่นั่นจะมีจำนวนลดน้อยถอยลงไป และบ่อยครั้งที่พวกมันหายไปเป็นจำนวนมากจนน่าตกใจ เช่น สัตว์ใหญ่ราวสามในสี่หายไปจากทวีปอเมริกาเหนือและอเมริกาใต้ ส่วนในทวีปออสเตรเลียมันสูญพันธุ์ไปไม่น้อยกว่า 95%

เป็นไปได้หรือไม่ที่พวกล่าสัตว์ซึ่งมีจำนวนน้อยจะล่าสัตว์ที่มีประชากรมากมายได้ (จากการคาดกันว่าที่ราบทุนดรา ทางเหนือของไซบีเรียเพียงแห่งเดียว มีซากช้างแมมมอสกว่าสิบล้านตัวถูกแช่แข็งอยู่) คงต้องมีคำอธิบายอื่นที่เป็นสาเหตุ เช่น การเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศ หรือโรคติดต่อบางชนิด

ทุกวันนี้โลกทั้งโลกมีสัตว์บกตัวใหญ่มากๆ เหลือรอดอยู่เพียงสี่ชนิดเท่านั้น (ช้าง แรด, ฮิปโป และยีราฟ) และในเวลาแค่ไม่กี่สิบล้านปี สิ่งมีชีวิตบนโลกจะมีขนาดเล็กลงและดุร้ายน้อยลงมาก

ในอดีตอัตราการสูญพันธ์บนโลกโดยเฉลี่ยเท่ากันทุกๆ สี่ปี สิ่งมีชีวิตสูญพันธ์ไปหนึ่งชนิด แต่ในปัจจุบันพบว่า การสูญพันธุ์ที่มีสาเหตุมาจากมนุษย์สูงกว่านั้นถึง 120,000 เท่า เช่น สาเหตุจากความโหดร้ายป่าเถื่อนของมุษย์จากความโง่เขลารู้เท่าไม่ถึงการณ์ของมนุษย์ เป็นต้น โดยเฉพาะมนุษย์ที่มีความสนใจสิ่งมีชีวิตบนโลกอย่างยิ่งยวดยาวนานที่สุด (นักสะสมด้านวิทยาศาสตร์) กลับกลายเป็นผู้มีแนวโน้มที่จะทำลายมันมากที่สุด รวมทั้งการตั้งเงินรางวัลของรัฐในการจับ"สัตว์ที่เป็นภัย" (อันหมายถึง สัตว์แทบทุกนิดที่ไม่ได้โตในฟาร์มหรือเป็นสัตว์เลี้ยง)

กำเนิดชีวิต

เมื่อนำกรดอะมิโนมาเรียงต่อกัน ร่างกายของมนุษย์ต้องการโปรตีนปริมาณมาก ซึ่งอาจมากถึง 1 ล้านชนิด โปรตีนเป็นสิ่งที่ซับซ้อน ฮีโมโกรบินคือกรดอะมิโนที่ยาวเพียง 146 ตัว ซึ่งถือว่าเป็นโปรตีนที่มีขนาดเล็ก โปรตีนในร่างกายมีหลายแสน หลายล้านชนิด แต่ละชนิดล้วนมีความสำคัญต่อการดูแลตัวเราให้มีความสุขและมีความแข็งแรง แต่โปรตีนที่มีประโยชน์ไม่เพียงแต่มาจากกรดอะมิโนที่เรียงตัวกันอย่างถูกต้องตามลำดับเท่านั้น แต่มันสร้างตัวเองให้มีรูปร่างพิเศษ แม้จะสร้างตัวเองให้มีความให้มีความซับซ้อนทางโครงสร้างได้ แต่โปรตีนก็ยังไม่มีประโยชน์ต่อเราถ้ามันจำลองตัวเองไม่ได้ ในการจำลองตัวเองของโปรตีนต้องอาศัยดีเอ็นเอ ดีเอ็นเอสามารถจำลองตัวเองได้แต่ต้องอาศัยโปรตีนอาจกล่าวได้ว่าโปรตีนมีชีวิตอยู่ไม่ได้หากขาดดีเอ็นเอและดีเอ็นเอก็ไม่มีความหมายอะไรหากปราศจากโปรตีน พวกมันน่าจะเกิดมาพร้อมๆกันเพื่อช่วยเหลือซึ่งกันและกัน
ริชาร์ด ดอว์คินส์ กล่าวว่า กระบวนการคัดเลือกที่ทำให้กรดอะมิโนมารวมกันเป็นกลุ่มก้อน บางครั้งอาจจะมีกรดอะมิโน 2 หรือ 3 ตัวมาเชื่อมต่อกัน เมื่อเวลาผ่านไประยะหนึ่งก็ไปเจอกับกรดอะมิโนอีกก้อนหนึ่งที่เหมือนกันความก้าวหน้าก็เพิ่มขึ้น
โมเลกุลในธรรมชาติจำนวนมากมารวมกันเกิดเป็นห่วงโซ่ยาวเรียกว่าพอลิเมอร์ น้ำตาลรวมตัวกันเกิดเป็นแป้ง ความซับซ้อนเป็นเรื่องที่เกิดขึ้นเองในธรรมชาติ คริสเตียน เดอ ดูฟ (Christian de duve) นักชีวเคมี กล่าวว่าปรากฏการณ์ของสสารที่มีลักษณะจำเพาะและจะเกิดขึ้นในที่ใดก็ตามที่มีสภาวะเหมาะสม ถ้าจะสร้างสิ่งมีชีวิตขึ้นมาใหม่จะต้องมีธาตุหลักเพียง 4 ชนิด คือ คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน กับธาตุอื่นๆอีก 2 - 3 ชนิดในปริมาณเล็กน้อย เมื่อเอาธาตุเหล่านี้มารวมกัน ทำให้เกิดน้ำตาล กรด และสารประกอบพื้นฐานอื่นๆ ก็จะสามารถสร้างอะไรก็ได้ที่มีชีวิต
ในทศวรรษ 1950 เชื่อว่าสิ่งมีชีวิตเกิดมาไม่ถึง 600 ล้านปี พอทศวรรษ 1970 นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าชีวิตกำเนิดขึ้นเมื่อ 2.5 พันล้านปี แต่ในปัจจุบัน คือ 3.85 พันล้านปี ซึ่งเป็นเวลาที่เร็วมาก เพราะโลกเพิ่งแข็งตัวเมื่อราว 3.9 พันล้านปี
สตีเฟน เจย์ กูลด์(Stephen jay Gould) สรุปว่าการที่ชีวิตเกิดขึ้นทันทีที่มันทำได้เป็นเพราะในทางเคมีมันถูกกำหนดให้เป็นเช่นนั้น ลอร์ด เคลวิน (William Thomson Kelvin) กล่าวว่า อุกกาบาตอาจเป็นผู้นำเมล็ดพันธุ์แห่งชีวิตมาสู่โลก
ในโลกยุคอาร์เคียน สิ่งมีชีวิตพวกแบคทีเรียไซอะโน หรือสาหร่ายสีน้ำเงินเขียวดุดซึมโมเลกุลน้ำเข้าไป กินไฮโดรเจนแล้วคายออกซิเจนออกมาทำให้เกิดการสังเคราะห์แสง เมื่อไซอะโนแบคทีเรียแพร่พันธ์ออกไปโลกเต็มไปด้วยออกซิเจน ออกซิเจนรวมกับธาตุเหล็กเกิดเป็นเหล็กออกไซด์และจมลงสู่ก้นทะเลดึกดำบรรพ์ เมื่อเวลาผ่านไปหลายสิบล้านปี เหล็กออกไซด์ กลายเป็นสินแร่เหล็กแก่โลก
เมื่อราว 3.5 พันล้านปี ไซอะโนแบคทีเรียตัวเริ่มเหนียวแล้วความเหนียวไปจับกับไมโครอนุภาคของฝุ่นและทราย เกิดเป็นโครงสร้างใหม่ที่มีความแข็งแกร่งคือสโตรมาโทไลต์ ซึ่งมีรูปร่างและขนาดที่หลากหลาย(ปัจจุบันพบสโตรมาโทไลต์ ที่อ่าวชาร์คเบย์ของออสเตรเลีย ไซอะโนแบคทีเรียที่อ่าวชาร์คเบย์ มีวิวัฒนาการช้าสุด) เซลล์ชนิดใหม่จะเกิดขึ้นเมื่อทุกอย่างพร้อม คือออกซิเจนมีความเข้มข้นใกล้เคียงกับปัจจุบัน เซลล์ชนิดใหม่ประกอบด้วยนิวเคลียสและองค์ประกอบเล็กๆอื่นเรียกว่าออร์แกเนลล์ ทำให้เกิดไมโทรคอนเดรีย(ในพืชทำให้เกิดคลอโรพลาสต์ ทำให้พืชสามารถสังเคราะห์แสงได้) ไมโทรคอนเดรียเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กมาก
ไมโทรคอนเดรียชนิดใหม่ชื่อว่ายูแคริโอต(แปลว่ามีนิวเคลียสจริงๆ) และไมโทรคอนเดรียชนิดเก่าชื่อว่า โพรแคริโอต(ก่อนที่จะมีนิวเคลียส)ยูแคริโอตที่เก่าแก่ที่สุดคือกริพาเนียถูกค้นพบในตะกอนธาตุเหล็กในมลรัฐมิชิแกน ปี 1992
เมื่อเปรียบเทียบโพรแคริโอตชนิดเก่ากับยูแคริโอต พบว่ายูแคริโอตมีขนาดใหญ่กว่าและมีความซับซ้อนมากกว่า 1 หมื่นเท่าและมีดีเอ็นเอมากกว่า 1 พันเท่า แล้วระบบที่ชีวิตถูกกะเกณฑ์ด้วยรูปแบบชีวิต 2 ชนิด คือ สิ่งมีชีวิตที่คายออกซิเจน(พืช)กับสิ่งมีชีวิตที่หายใจเอาออกซิเจนเข้าไป ก็วิวัฒนาการขึ้นช้าๆ

มาแล้วปรากฏการณ์ตะกั่ว

ในปี 1921โธมัส มิดกลีย์ จูเนียร์ นักประดิษฐ์ชาวโอไฮโอ ขณะที่กำลังทำงานให้กับบริษัทวิจัยของเจเนอรัลมอเตอร์ มีความสนใจประยุกต์ใช้เคมีในอุตสาหกรรม เขาพบว่า สารประกอบ เตตราเอทิลเลด ช่วยลดการสั่นของเครื่องยนต์ ที่เรียกว่าเครื่องน็อกได้อย่างดี ในต้นศตวรรษที่ 20 จะพบตะกั่วในสินค้าอุปโภคบริโภคทุกชนิด เช่นอาหารบรรจุในกระป๋องที่ปิดด้วยฝาตะกั่ว ถังเก็บน้ำเคลือบตะกั่ว การใช้ตะกั่วอาร์เนตฉีดพ่นบนผลไม้เพื่อฆ่าแมลง เป็นส่วนหนึ่งในองค์ประกอบของยาสีฟัน และผสมลงในน้ำมันรถ เพราะตะกั่วนั้นสกัดและใช้งานง่าย ในปี 1923สามบริษัทยักษ์ใหญ่ของอเมริกา คือ เจเนอรัลมอเตอร์ ดูปองต์ และสแตนดาร์ดออยล์ออฟนิวเจอร์ซีย์ ได้ร่วมกันก่อตั้งบริษัทชื่อ เอทิลคอร์เปอเรชัน เพื่อผลิต เตตราเอทิลเลด ให้ได้มากที่สุด พวกเขาเรียกสารที่ใช้เติมไปในน้ำมันว่า เอทิล เพราะฟังดูเป็นมิตรและเป็นพิษน้อยกว่าตะกั่ว และนำเข้าสู่ตลาดการบริโภคของสาธารณชนด้วยวิธีการ หลากหลายกว่าที่คนส่วนใหญ่จะรู้เท่าทัน เกือบทันที่ที่ผลิต คนงานก็เริ่มเดินตุปัดตุเป๋และมีอาการเมาซึ่งเป็นอาการของพิษตะกั่วในระยะแรก แต่ทางบริษัทใช้นโยบายวางเฉย ชารอนเบิร์ต แมคเกรย์น (Sharon Bertsch Mcgrayne) เขียนไว้ในหนังสือประวัติศาสตร์เคมีเรื่อง Prometheans in the Lab ว่ามีลูกจ้างของโรงงานแห่งหนึ่งมีอาการประสาทหลอนแก้ไม่หาย แต่บริษัท ให้ข้อมูลกับผู้สื่อข่าวว่า เขาเสียสติเพราะทำงานหนักเกินไป และมีคนงานตายในช่วงแรกของการผลิตน้ำมันที่มีสารตะกั่ว และอีกไม่รู้เท่าไหร่ที่ป่วย แต่มีการปิดข่าว แต่ครั้งที่ดังที่สุดคือ ปี 1924เมื่อคนงานในสายการผลิต ตายห้าคนติดต่อกันภายในเวลาไม่กี่วัน และอีกสามสิบห้าคนเสียการทรงตัว เมื่อมีข่าวลือเกี่ยวกับอันตรายที่เกิดขึ้นจนทำให้ โธมัส มิดกลีย์ ซึ่งเป็นผู้คิดค้นเตตราเอทิลเลด ก็ตัดสินใจสาธิตให้ผู้สื่อข่าวเห็น โดยการเท เตตราเอทิลเลดลงบนมือของตนเองและยกสารนั้นจ่อดมที่จมูกนาน 60วินาที เขาอ้างว่า
เขาสามารถทำสิ่งนี้ทุกวันโดยไม่มีอันตรายใดๆ เพื่อยั้บยั้งข่าวลือ แต่จริงๆแล้ว โธมัส มิดกลีย์ รู้ดียิ่งกว่าใครว่าพิษภัยของตะกั่วนั้นอันตรายแค่ไหน เขาเคยป่วยหนักเพราะสัมผัสกับตะกั่วมากเกินไป (สารตะกั่วเป็นสารพิษต่อระบบประสาท ถ้าได้รับมากเกินไป สมองและระบบประสาทส่วนกลางจะถูกทำลายถาวร อาการอื่นๆของการได้รับตะกั่วมากเกินไปก็คือตาบอด นอนไม่หลับ ไตวาย สูญเสียการได้ยิน มะเร็ง กล้ามเนื้อเป็นอัตพาตสั่นเกร็ง ผลที่เฉียบพลันที่สุดคืออาการประสาทหลอนและจะตายในที่สุด)
หลังจากประสบผลสำเร็จของน้ำมันใส่สารตะกั่ว ต่อมาในปี 1929 มีเหตุการณ์ตู้เย็นที่โรงพยาบาลในคลีฟแลนด์ รัฐโฮไอโอ เกิดรั่วซึมทำให้คนตายมากกว่าร้อยคนเพราะก๊าซที่บรรจุภายในนั้นอันตราย โธมัส มิดกลีย์ จึงหันมาสนใจที่จะสร้างก๊าซที่เสถียร ไม่ติดไฟ ไม่เป็นกรด และสูดดมได้ และเขาก็สามารถที่ประดิษฐ์คิดค้น สารประกอบคลอโรฟลูออโรคาร์บอน หรือ ที่เราเรียกกันว่า สาร CFC ขึ้นสำเร็จเป็นบุคคลแรก ทำให้ในต้นทศวรรษที่ 1930 สาร CFC เริ่มผลิตและค้นพบวิธีประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลาย เช่น แอร์รถยนต์ สเปรย์ดับกลิ่นกาย เป็นต้น หลังจากนั้นประมาณครึ่งศตวรรษมนุษย์จึงรู้ว่า การนำสารประกอบคลอโรฟลูออโรคาร์บอน มาใช้นั้น ไม่ใช่สิ่งที่ดีสักนิด เพราะมันทำลายโอโซนในชั้นบรรยากาศ สารประกอบคลอโรฟลูออโรคาร์บอน หนึ่งกิโลกรัม สามารถจับและทำลายโอโซนในบรรยากาศได้ถึง 70,000 กิโลกรัม และ ยังแขวนลอยอยู่ได้นานประมาณหนึ่งศตวรรษโดยเฉลี่ย นอกจากนี้สาร CFC ยังเป็นตัวกักความร้อนที่ดีมากอีกด้วย สาร CFCหนึ่งโมเลกุลมีประสิทธิภาพในการก่อให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกได้มากกว่าโมเลกุลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถึงหนึ่งหมื่นเท่า ซึ่งเป็นผลที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนในปัจจุบัน สารประกอบ คลอโรฟลูออโรคาร์บอน ได้รับการพิสูจน์ขั้นสุดยอดว่าเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่เลวร้ายที่สุดของศตวรรษที 20แต่น่าเสียดายที่โธมัส มิดกลีย์ ซึ่งเป็นผู้คิดค้นเป็นไม่มีโอกาสรับรู้เลยว่า สิ่งที่เขาประดิษฐ์คิดค้นมา ขณะนี้ส่งผลทำลายล้างต่อโลกใบนี้มากแค่ไหน เพราะเขาตายไปก่อนที่ใครๆจะตระหนักว่าสาร CFC มีผลต่อการทำลายโอโซนและสิ่งแวดล้อมในโลกมาเป็นเวลานาน และการตายของเขาก็เป็นเรื่องร่ำลือไม่ธรรมดาเพราะก่อนตายเขากลายเป็นคนง่อยและเขาก็ประดิษฐ์เครื่องมือที่มีมอเตอร์และรอกเพื่อช่วยยกหรือพลิกเขาเวลาอยู่บนเตียงได้โดยอัตโนมัติ แต่ต่อมาในปี 1944 เขาก็โชคร้ายเพราะเขาติดอยู่กับสายของเครื่องขณะที่เครื่องกำลังทำงาน จึงทำให้สายของเครื่องรัดคอเขาตายในที่สุด

จากปรัชญาสู่วิทยาศาสตร์

ผู้รู้นักวิชาการในกรีกโบราณเป็นบุคคลแรกที่เราทราบที่ใช้ความพยายามเพื่อศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับจักรวาล ด้วยระบบการรวมรวมความรู้ผ่านทางกิจกรรมการให้เหตุผลของมนุษย์เพียงลำพัง ใครก็ตามที่พยายามค้นแสวงหาเหตุผลเพื่อความเข้าใจ โดยไม่ต้องอาศัยปัญญาญาณ (intuition) ความบันดาลใจ (inspiration) วิวรณ์ (revelation) หรือการทำสิ่งที่ทำให้รู้กัน หรือแหล่งสารสนเทศที่ไม่มีเหตุผล จะเรียกบุคคลดังกล่าวนี้ว่านักปรัชญา (คำในภาษากรีกหมายถึง ผู้รักในความรู้ (lovers of wisdom))

ปรัชญาสามารถคิดให้เป็นเรื่องภายในของการแสวงหาความเข้าใจพฤติกรรมของมนุษย์ จริยศาสตร์ และศิลธรรม การกระตุ้นชักจูงและการตอบสนอง หรือเป็นเรื่องภายนอกจากการศึกษาค้นคว้าจักรวาลส่วนที่อยู่นอกเหนือเขตแดนของจิตที่ไม่มีตัวตน ได้แก่ศึกษาเกี่ยวกับธรรมชาติ

นักปรัชญาที่ศึกษาในประเภทหลังเรียกว่าเป็นนักปรัชญาธรรมชาติ และเป็นเวลาหลายศตวรรษหลักจากยุคเริ่มต้นของกรีก การศึกษาปรากฏการณ์ธรรมชาติก็เรียกกันว่าปรัชญาธรรมชาติ ส่วนคำสมัยใหม่ที่นำมาใช้แทนได้แก่ วิทยาศาสตร์ (science) เป็นคำในภาษาลาตินแปลว่า to know ซึ่งไม่ได้เป็นที่นิยมใช้กันมากนัก จนกระทั่งศตวรรษที่ 19 แม้แต่ปัจจุบันเป็นที่มาของปริญญาสูงสุดในมหาวิทยาลัยที่ให้แก่ผู้สำเร็จการศึกษาในทางวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปว่า Doctor of Philosophy

วิทยาศาสตร์กับศาสนา

วิทยาศาสตร์จะยืนยันเฉพาะเพียงความรู้เกี่ยวกับสิ่งที่เป็นอยู่โดยรอบที่เกี่ยวเนื่องกับธรรมชาติ ส่วนศาสนาเกี่ยวข้องเฉพาะการประเมินความคิด และการกระทำของมนุษย์ ศาสนาไม่เอ่ยพาดพิงถึงข้อเท็จจริง การที่กล่าวว่า ทุกเรื่องในคัมภีร์เป็นจริงโดยไม่มีข้อโต้แย้งแสดงว่าศาสนาส่วนหนึ่งได้แทรกแซงเข้าไปในโลกวิทยาศาสตร์ ทำให้เกิดการต่อสู้ในบางกรณี ระหว่างศาสนาหรือโบสถ์กับทฤษฎีของกาลิเลโอ และชาร์ล ดาวิน แต่ในที่สุดในฝ่ายศาสนาก็จำยอมตามเหตุผลทางวิทยาศาสตร์ที่ไม่อาจฝืนความเป็นจริงที่พิสูจน์ได้

อย่างไรก็ตามศาสนาก็เป็นตัวการกำหนดจุดหมายสูงสุดแห่งการดำรงค์อยู่ของมนุษย์ ที่วิทยาศาสตร์ก็ยังไม่มีจุดหมายที่แน่ชัดถึงการดำรงอยู่ และวิธีการแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์เมื่อแก้ปัญหาหนึ่งได้ แล้วมักจะเกิดปัญหาใหม่ขึ้นเสมอยังไม่สามารถหาจุดที่สมบูรณ์ที่สุด และเช่นเดียวกันศาสนาก็ต้องเรียนรู้จากวิทยาศาสตร์ในบางอย่าง ถึงวิธีการที่จะให้บรรลุถึงจุดหมายที่กำหนดไว้ ดังเช่นไอน์สไตย์เคยกล่าวไว้ว่าวิทยาศาสตร์ที่ปราศจากศาสนาก็เหมือนคนเป็นง่อย ศาสนาที่ไม่มีวิทยาศาสตร์ก็ไปไม่ได้เช่นกัน

วิทยาศาสตร์จะสร้างขึ้นได้ก็ต้องอาศัยผู้มีความรักและศรัธา ด้วยความเชื่อในความจริง มีความเข้าใจอย่างมั่นคง มีความซาบซึ้งเข้าถึงสัจธรรมอันถือกำเนิดจากที่เดียวกับศาสนา เมื่อพิจารณาสิ่งที่เป็นธรรมชาติรวมทั้งตัวมนุษย์เองในทางวิทยาศาสตร์ได้แตกแขนงออกไปจากปรัชญาธรรมชาติมากมาย จึงไม่ต้องสงสัยว่าในทางศาสนาจะเรียกเพียงว่าธรรม อันรวม่ถึงกฏเกณฑ์ทางธรรมชาติต่างๆ ก็เรียกว่าธรรม แต่ทางศาสนามักจะเน้นในเรื่องที่เกี่ยวกับการประพฤติปฏิบัติถูกต้องตามธรรมชาติเพื่อให้เกิดความสงบสุขทั้งต่อตัวเองและสังคมโดยรวม ก็เรียกว่า ธรรมเช่นกัน

ความเข้าใจเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

ดูเหมือนว่าคำว่าเดิมที วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเป็นคำสองคำที่มีความหมายแตกต่างกัน และส่วนมากก็ใช้แยกกัน ในบางครั้งที่ใช้ร่วมกัน ปัจจุบันมักได้ยินคำทั้งสองใช้ด้วยกันมากขึ้นทั้งนี้เพราะคำทั้งสองคำนี้มีความเกี่ยวข้องกัน อาจทำให้หลายคนคิดว่ารวมเป็นคำเดียวและใช้ควบคู่กันเสมอ ดังจะเห็นว่าคณะในมหาวิทยาลัยมักจะมี คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

วิชาในสาขาวิทยาศาสตร์อย่างเดียวจะเป็นความรู้มูลฐาน โดยนักวิทยาศาสตร์จะศึกษาค้นคว้าความรู้ดังกล่าวเพื่อสนองตอบต่อความใคร่รู้ความอยากรู้อยากเห็น โดยไม่ได้คิดหวังผลประโยชน์จากการนำความรู้ไปใช้ ที่มีการเผยแพร่และสารณะชนสามารถนำไปใช้ได้ฟรีจัดเป็นวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ (pure science) ส่วนวิทยาศาสตร์ประยุกต์ (applied science) นั้นนำความรู้จากวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์มาประยุกต์ให้เข้ากับสถานะการณ์หรือปรากฏการใดปรากฏการหนึ่ง ที่อยู่ในความสนใจและเป็นประโยชน์สนองความต้องการของมนุษย์ในแง่มุมต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการดำเนินชีวิตของมนุษย์ กลายเป็นศาสตร์ต่างๆ เช่น การแพทย์ การเกษตร วิศวกรรม เภสัชกรรม เป็นต้น อย่างไรก็ตามวิทยาศาสตร์ประยุกต์ก็ยังเป็นเพียงความรู้ที่ได้ยากการศึกษาค้นคว้าเพื่อแสวงหาแนวทางในการใช้ประโยชน์ เช่นนักเคมีสกัดสารบางอย่างจากต้นไม้หรือสมุนไพรในการศึกษาโครงสร้างต่างๆ ของต้นไม้เป็นวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์ แต่เมื่อนักเคมีหรือเภสัชกรศึกษาการนำสารสกัดดังกล่าวดูว่าจะใช้รักษาโรคอะไรได้บ้าง หรือนำไปสังเคราะห์เป็นส่วนผสมในน้ำยาทำความสะอาดใดบ้าง เป็นขั้นตอนการประยุกต์ใช้วิทยาศาสตร์ ซึ่งจะมีการทดลองทำให้แน่ใจว่าใช้รักษาโรคได้ ใช้เป็นสารทำความสะอาดได้จริง แต่เมื่อไรที่ไปถึงขั้นของการผลิต เพื่อจำหน่ายหรือใช้ประโยชน์ทางธุรกิจการค้า ที่ต้องอาศัยขั้นตอนกรรมวิธีในการผลิตก็จะกลายเป็นเทคโนโลยี (Technology)

คำว่า Technology มาจากคำภาษาอังกฤษ และคำนี้มาจากภาษากรีกคือ Technologia ซึ่งเดิมหมายถึงการกระทำที่เป็นระบบที่ก่อให้เกิดกรรมวิธีในการผลิต และสิ่งประดิษฐ์ใหม่ ดังนั้นความหมายของเทคโนโลยีจึงเปลี่ยนไปเกี่ยวข้องกับเครื่องจักรกล ประดิษฐกรรมใหม่ๆ และการอุตสาหกรรมดังที่เรียกกันว่าเทคโนโลยีอุตสาหกรรม ความพยายามที่จะให้นิยามขอบเขตของคำว่าเทคโนโลยีที่น่าตรงตามสภาพปัจจุบัน คือความรู้ทางเทคนิคที่ใช้สำหรับการผลิตในอุตสาหกรรม และยังให้ความหมายครอบคลุมไปถึงความรู้ที่ไม่เกี่ยวกับอุตสาหกรรม เช่นการสร้างเขื่อน การส่งยานอวกาศ และการดำเนินชีวิตในประจำวัน ดังนั้นจึงมีความหมายกว้างๆ ของคำว่าเทคโนโลยีคือ ความรู้ที่มนุษย์ใช้ทรัพยากรให้เป็นประโยชน์แก่มนุษย์เองในการสนองความต้องการ และการควบคุมสิ่งแวดล้อม ตามความหมายประการหลังน่าจะครอบคลุมเพราะไม่ว่าจะผลิตอะไรก็ต้องใช้ทรัพยากรให้เกิดประโยชน์ที่รวมไปถึง การใช้แรงงานและพลังงาน ในการสร้างเขื่อนก็ควบคุมน้ำการไหลของน้ำโดยการกักเก็บน้ำไว้ เพื่อนำไปผลิตกระแสไฟฟ้าเป็นต้น

การแบ่งแยกและการใช้ร่วมกันของคำว่าวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี เมื่อมองในแง่ว่ามีความเกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด เพราะจะเกิดเทคโนโลยีขึ้นได้อยาถ้าไม่มีการศึกษาทางด้านวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์มาก่อน และในบางครั้งเมื่อพูดถึงวิทยาศาสตร์ประยุกต์แล้ว จะครอบคลุมรวมไปถึงเทคโนโลยีด้วย ดังที่เคยมีนิยามกันว่าเทคโนโลยีก็คือการประยุกต์ใช้วิทยาศาสตร์ให้เกิดประโยชน์ และเป็นผลของวิทยาศาสตร์ แต่เนื่องจากว่าเทคโนโลยีเป็นสิ่งที่เป็นความลับที่ไม่อาจเปิดเผยให้คู่แข่งขันทางเศรษฐกิจการค้าทราบ เทคโนโลยีจึงเป็นสิ่งที่ซื้อขายกันในท้องตลาดใครเป็นเจ้าของเทคโนโลยีก็จะเป็นผู้มีอำนาจมีอิทธิพลต่อโลกได้

เมื่อมองกันในแง่ว่า ไม่ว่าจะเป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ หรือเทคโนโลยี ก็ถือว่าเป็นความรู้ดังที่กล่าวกันเสมอว่าความรู้คือพลัง (knowledge is power) ซึ่งความรู้อาจแบ่งออกเป็นความรู้เชิงประกาศ (declarative knowledge) และความรู้เชิงกระบวนการ (procedural knowledge) และความรู้ประการหลังน่าจะเป็นความรู้ทางเทคโนโลยี สอดคล้องกับกล่าวกันว่าการนำความรู้มาใช้ให้เกิดประโยชน์ในทางปฏิบัติที่จะให้ได้ผลดีก็ต้องมีทั้งความรู้และความสามารถที่จะนำความรู้มาใช้ให้เกิดประโยชน์ทางปฏิบัตินั่นเอง

จักรวาลของไอน์สไตน์

ตอนปลายศตวรรษที่สิบเก้านักวิทยาศาสตร์ต่างครุ่นคิดว่าเรื่องลึกลับทางกายภาพต่าง ๆ ได้เรียนรู้ไปหมดแล้วไม่ว่าที่เกี่ยวข้องกับสสารและพลังงานซึ่งคงไม่เหลืออะไรไว้ให้นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นหาอีกแล้ว แต่ในปี1875 Max Planck ได้ตัดสินใจที่จะศึกษาคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ โดยเฉพาะฟิสิกส์ทฤษฏีที่เกี่ยวข้องกับเทอร์โมไดมิกส์ เขาทุ่มเทเวลาให้กับการเรียนรู้เรื่องของเอนโทรปี (วิธีวัดว่าภาวะหนึ่ง ๆ มีความไม่เป็นระเบียบมากแค่ไหน และเป็นตัวบอกความน่าจะเป็น) แต่การศึกษาของ Planck ก็มี J. Willard Gibbs ได้ศึกษาไว้แล้วโดยผลิตเป็นงานเขียน ชื่อ On the Equilibrium of Heterogeneous Substance (ว่าด้วยสมดุลของสารที่ผสมเป็นเนื้อเดียวกัน) ซึ่งได้แจงให้เห็นหลักการเกือบทั้งหมดของเทอร์โมไดนามิกส์ว่าไม่ได้ประยุกต์แค่เรื่องของความร้อนและพลังงาน แต่ยังมีผลในระดับอะตอมของปฏิกิริยาเคมีด้วย แต่ผลงานของ J. Willard Gibbs ก็ไม่เป็นที่รู้จักมากนัก
ในทศวรรษ 1880 Albert Michelson ได้ช่วยช่วยเพื่อนนักเคมีคนหนึ่งชื่อ Edward Morley ทำการทดลองชุดหนึ่งที่ให้ผลออกมาแบบไม่น่าเป็นไปได้ ซึ่งเชื่อว่า อีเธอร์ เป็นตัวกลางอย่างหนึ่งที่เสถียร มองไม่เห็นไร้น้ำหนัก และแยกกันไม่ได้ เป็นตังกลางที่แผ่กระจายอยู่ทั่วจักรวาล สามารถนำแสงได้ เพราะแสงและสนามแม่เหล็กไฟฟ้ายังถูกมองว่าต้องมีการสั่นแบบคลื่น ดังนั้นมันจึงจึงสั่นอยู่บนอีเธอร์ ความเชื่อนี้เป็นที่ยอมรับของนักวิทยาศาสตร์ทั่วไปไม่ว่าจะเป็น เดสการ์ด นิวตัน หรือแม้กระทั่ง J.J. Thomson ก็ยังยืนยันว่า อีเธอร์ไม่ใช่แค่สิ่งมหัศจรรย์ที่เกิดจากการคาดการณ์ของนักปรัชญาเท่านั่น แต่ยังเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเราเช่นเดียวกับอากาศที่เราหายใจกันอยู่ทีเดียว Michelson ได้ศึกษา อีเธอร์อยู่หลายปี โยความช่วยเหลือของ Morley จนเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์เป็นคนแรกของชาวอเมริกัน
ในปี 1990 Max Planck ได้เปิดประตูสู่ยุคของควอนตัม ที่ช่วยในการแก้ไขปริศนาของการทดลองของ Michelson และ Morley โยแสดงให้รู้ว่า แสงไม่จำเป็นต้องเป็นคลื่นเสมอไป ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำหรับฟิสิกส์ยุคใหม่ทั้วหมดที่กำลังจะเปลี่ยนโลก
ในปี 1905 โลกได้พบกับฟิสิกส์ยุคใหม่เมื่อค้นพบงานเขียนของข้าราชการหนุ่ม ชื่อ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ใน Annlen der Physik ซึ่งล้วนเป็นงานยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์ กล่าวคือ การตรวจสอบผลทางโฟโตอิเล็กตริกด้วยการใช้ทฤษฏีควอนตัมของแพลงค์ ซึ่งยังเป็นทฤษฎีใหม่ พฤติกรรมของอนุภาคเล็ก ๆ ที่แขวนลอยอยู่ในของเหลว (ซึ่งปัจุบันเรียกว่าการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน) และที่เด่นที่สุด คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ โดยเฉพาะงานชิ้นแรกทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบล มันอธิบายธรรมชาติของแสง เหนืออื่นใดทฤษฎีพิเศษนี้ได้แสดงให้เห็นว่าความเร็วของแสงนั้นคงที่และสูงสุดไม่มีอะไรชนะมันได้ พร้อมกันนั้นมันช่วยแก้ปัญหาเรื่องอีเธอร์ในจักรวาลได้ โดยอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ ได้มอบจักรวาลที่ปราศจากอีเธอร์ให้แก่เรา
หลังจากนั้นไม่นาน อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้เริ่มคิดถึงปัญหาเรื่องแรงโน้มถ่วงเนื่องจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ไม่ได้คิดถึงแรงโน้มถ่วงเลย เพราะที่มัน “พิเศษ” เพราะพูดถึงสิ่งที่เคลื่อนที่อยู่ในภาวะที่ไม่มีแรงโน้มถ่วงเลย ทำให้เป็นปัญหาที่เขาต้องคิดอยู่ตลอดเวลา จนกระทั่ง ปี 1917 จึงเกิดงานเขียนที่ชื่อว่า “การพิจารณาทางจักรวาลวิทยาว่าด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป”
ในปี 1919 หลังสงครามโลกครั้งที่ 1 ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ เริ่มมีชื่อเสียงขึ้น แต่ก็เป็นเรื่องที่เข้าใจยากเพราะโดยทั่วไปแล้วสิ่งที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพพูดถึง คืออวกาศและเวลานั้นไม่เป็นสิ่งสัมบูรณ์ แต่สัมพันธ์กันทั้งระหว่างผู้สังเกตและสิ่งที่ถูกสังเกต ซึ่งต่อมีผู้พยายามอธิบายมากมายไม่ว่าจะเป็นเรื่องของจักรวาลที่จะต้องขยายตัวหรือหดตัว และในปีนี้เองที่คนเก่งอย่าง Edwin Hupple ที่พยายามศึกษาข้อสงสัยว่าจักรวาลอายุเท่าไร และใหญ่แค่ไหน Hupple เริ่มต้นศึกษาโยวัดสเปกตรัมของกาแลคซี่ที่อยู่ห่างไกลและเขาสามารถคำนวณออกมาได้ว่ากาแลคซี่ทั้งหมดในท้องฟ้ากำลังเคลื่อนที่ออกห่างเรา ยิ่งกว่านั้น ความเร็วและระยะทางยังเป็นสัดส่วนต่อกันกล่าวคือยิ่งกาแลคซี่ที่อยู่ห่างไกลออกไปมันยิ่งเคลื่อนที่ได้เร็วมากเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าจักรวาลกำลังขยายตัว รวดเร็ว และทุกทิศทาง แต่น่าเสียดายที่ ฮับเบิลให้ความสนใจทฤษฎีของไอน์สไตน์น้อยมาก แต่อย่างไรก็ตามทั้งฮับเบิล และไอน์สไตน์ได้กระทำสิ่งที่ยิ่งใหญ่ไว้กับโลกใบนี้แล้ว

กำเนิดวิธีการทางวิทยาศาสตร์

ในปีคศ. 1560 Giambattista della Porta นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีได้ตั้งองค์กรแห่งแรกของโลกในการแลกเปลี่ยนความคิดกัน เรียกว่าสถาบันศึกษาความลึกลับจากธรรมชาติ ได้จุดประกายแห่งการแลกเปลี่ยนความคิด เป็นสัญญาณบ่งถึงรุ่งอรุณของการคิดค้นในยุด Renaissance โดย Francis Bacon นักปรัชญาชาวอังกฤษเป็นสมาชิกรัฐสภาอังกฤษสมัยพระเจ้าเจมที่1 ได้เขียนหนังสือเรื่อง Nvum Organum เป็นงานเขียนแนวใหม่แบบเดียวกับงานเขียนของอริสโตเติลชื่อ Oganum เขาเป็นบุคคลแรกที่ได้ตั้งหลักเกณฑ์ในรายละเอียด เกี่ยวกับความเป็นจริงจากผลการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ โดยเขาได้รับเกียรติให้เป็นผู้ที่ได้รับการยอมรับให้เป็นผู้กำหนดหลักเกณฑ์อันเป็นที่รู้จักว่าเป็น “วิธีการทางวิทยาศาสตร์” ต่อมากาลิเลโอได้ปรับปรุงพัฒนาให้ดีขึ้น

ในช่วงสมัย Renaissance เป็นยุคที่เริ่มได้รับการยอมรับสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบ ทัศนะของกาลิเลโอและศาสนจักรเกี่ยวกับเอกภพไม่ได้รับความสนใจมากนัก นักดาราศาสตร์เช่น ไทโคบราเฮ และกาลิเลโอได้ทำการสำรวจ สร้างสมมุติฐานขึ้นมา จากผลของการคิดค้นวิธีการทางวิทยาศาสตร์ สมมุติฐานใดที่ยังคงอยู่ได้รับการพิสูจน์ก็จะกลายเป็นทฤษฎี ทฤษฎีที่ผ่านการทดสอบเป็นระยะเวลานานก็จะกลายเป็นกฏหรือหลักการ ทั้งกฏและหลักการยังคงอยู่ผ่านการทดสอบซ้ำแล้วซ้ำเล่าอย่างเข็มงวดและท้าทายทุกคนใด้เข้ามาพิสูจน์

ศตวรรษที่ 17 และ 18 รัฐบาลของประเทศทางยุโรปเริ่มที่จะให้เงินสนับสนุนนักวิทยาศาสตร์ในการศึกษาวิจัย หลังจากที่กาลิเลโอได้ถูกไต่สวนจากทางศาสนจักรแล้ว ทำให้ในประเทศอิตาลี อังกฤษ ฝรั่งเศษ และประเทศเยอรมันมีการเผยแพร่วิทยาศาสตร์ การทดลอง และทฤษฎีจนเป็นเรื่องธรรมดา แม้ว่าจะขัดแย้งกับความเชื่อทางศาสนาก็ตาม โดยวิธีนี้วิทยาศาสตร์ไม่เพียงแต่ได้พัฒนาการเป็นสถาบัน และมีขั้นตอนวิธีการที่จะใช้ดำเนินงานได้อย่างมั่นคงแล้ว ยังได้รับความอิสระและปลอดภัยที่จะเจริญเติบโตต่อไป

วิทยาศาสตร์และธรรมเนียมปฏิบัติด้วยเหตุผลได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้โดยหน่วยงานต่างๆ ทั้งของรัฐและเอกชนอย่างเหมาะสม ซึ่งควรจะเป็นเป้าหมายอย่างแรกสุดอย่างหนึ่งของมนุษย์ชาติ การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ได้เปิดใจของเรา และปรับความเชื่อและศรัธาของเราว่าโดดเด่นต่างไปจากสัตว์อื่น