在過去的幾百年間，大多數科學領域至少經歷了一次革命性的突破。這樣的轉變，或者說範式轉換，是將舊的知識重新排列到一個新的框架中。這裡，我們沿著從古至今發展的時間線，選取了十個徹底改變了我們的認知、為人類文明帶來了翻天覆地的變化的理論。
這是有史以來最偉大的見解之一。
古希臘天文學家阿利斯塔克（Aristarchus，310BC – 230BC）提出，太陽是宇宙的「中心之火」，並將當時已知的所有行星按照正確的順序排列。這是已知最早的太陽系日心說。可惜的是，提出這一論點的原始文本已被歷史所湮沒，因此我們無法確定他是如何得出這一結論的。
等到這一學說真正確立，又已經過去了近2000年。16世紀，波蘭天文學家尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus）重新提出日心說模型，他表示地球並非中心，包括地球在內的行星是以太陽為中心，圍繞太陽旋轉的。哥白尼的模型對行星運動的變化作出了合理的解釋，比如火星逆行只是一種錯覺，它是由同樣圍繞太陽旋轉的地球在「超越」火星時所造成的。
1543年，也就是哥白尼去世的那一年，他的《天體運行論》一書才得以出版。
1789年，安託萬-洛朗·拉瓦錫（Antoine-Laurent Lavoisier）在第一本化學教科書中寫道：「自然界中沒有什麼會憑空消失，沒有什麼能被憑空創造，萬物皆是轉化而來。」他表明，若要發明新的化學物質，化學家必須改造現有的化學物質。他在書中列出了許多化學元素，其中包括氫、氮、氧、磷、硫、鐵、鋅、汞和金等。
拉瓦錫並不是氧氣的發現者，但他卻證明了在燃燒過程中，氣態的氧氣會與物質結合。這一發現廢除了當時流行的燃素論，為現代化學的發展鋪平了道路。
科學在19世紀取得了巨大進步。1859年，生物學家查爾斯·達爾文（Charles Darwin）出版了描述了自然選擇進化理論的《物種起源》一書。他用進化論闡述了生命的複雜性，以及生命形式之間的複雜關係可以從自然過程中產生。
這樣一個理論是極具革命性的，以至於直到今天仍有人對進化論表示懷疑。可以想象在當時，進化論的提出是如何威脅到了人類在天地宇宙中的「崇高地位」。可以說，進化論打開了人類的心靈，鞭策我們不受超自然偏見的影響而追求自然科學。
在過去的160年裡，進化論在描述自然世界的許多方面都取得了巨大成功。從對世人觀念的改變來看，進化論的革命性是無人能及的。
1808年，近代原子論之父約翰·道爾頓（John Dalton）發表了他的原子理論，他認為物質是由微小的、不可分割的粒子組成的。原子概念的深入人心，為19世紀末的另一場學術革命——統計力學的誕生奠定了基礎。
有一些關鍵的概念在基本的物理定律中是看不見的，只在當我們考慮大量的粒子集合時才會出現，即所謂的「多而不同」。統計力學就是將微觀物理定律轉化為對宏觀日常世界的描述的藝術，它確立了概率數學在物理科學中的作用。
以在我們生活的世界中扮演重要角色的溫度為例，作為一個基本概念，談論單個微觀粒子的溫度毫無意義；但對於確定溫度下的大量原子和分子來說，它們的速度可以用統計和概率的方法來描述。統計力學通過用原子和分子的統計行為解釋了熱力學，為原子的存在提供了進一步的有力證據。
除此之外，統計力學中的概念是理解時間之箭等問題的關鍵。我們必須依賴於統計力學，才能思考過去與未來的區別是什麼，可逆的微觀定律如何導致明顯不可逆的宏觀行為等與時間有關的問題。
說起在20世紀做出最偉大發現的科學家，一定少不了阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）的名字。
1905年，愛因斯坦提出狹義相對論，它與質能等價理論（E = mc²）觸發了一場革命。狹義相對論使得物理學家能將時間維度與空間維度結合在了一起，我們可以通過四個座標（t, x, y, z）來描述 （1+3） 維（時間+空間）中的一個點。
在狹義相對論中有一個基本原理，即光速在空間的各個方向上是相同的。也就是說，光的運動具有空間上的對稱性，這也被稱作為洛倫茲不變性，是狹義相對論的核心。物理學家通過精確測量能量極高的光子來檢驗這一不變性。在迄今為止的所有測量中，這個數值都是恆定的，即使是在使用粒子加速器產生的最高能量水平下進行的測量都是如此。
1915年，愛因斯坦向普魯士科學院遞交了全新的引力理論——廣義相對論，將引力描述為是時空彎曲的結果（時空=三維空間+一維時間），它表明引力並非像艾薩克·牛頓（Issac Newton）所認為的那樣是一種作用於物體之間的力。
愛因斯坦寫下的方程解釋了物質如何彎曲時空，以及彎曲的時空告訴物質該如何運動。它不僅完美地解釋了牛頓理論無法解釋的水星近日點進動問題，還成功地作出了許多可檢驗的預言，比如引力波、黑洞等。可以說，在描述行星和星系等大尺度物理時，廣義相對論是無與倫比的。
20世紀的物理學始於一系列新的見解。從約瑟夫·約翰·湯姆遜（J. J. Thomson）在1897年發現了電子開始，到後來科學家對原子、電子等微小粒子的操縱，無疑都對現代文明的諸多領域產生了巨大影響。
在非常小的尺度上研究物質和光的行為屬於量子物理學的範疇。追本溯源，古希臘的哲學家德謨克利特（Democritus，460BC – 370BC）和留基伯（Leucippus，500BC – 440BC）被視為是原子論最早的建立者，他們都認為原子是微小到無法被看見的存在。而「atom」（原子）一詞，也源自於希臘語「atomos」，意為隱形。
現代量子物理學起源於1900年馬克斯·普朗克（Max Planck）關於量子能量的偉大發現。那一年，普朗克發表了關於黑體輻射的研究，他通過物理實驗證明，在某些情況下，能量可以表現離散的特性。這一發現解決了之前一些無法解釋的自然現象，如固體中的熱行為，以及光在原子層面上的吸收性質。
1911年，歐內斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）發現了原子核。在接下來的二十年裡，一眾優秀的物理學家見證了量子力學的出現和壯大。1918年，普朗克因在黑體輻射方面的研究獲得諾貝爾物理學獎。其他科學家，如愛因斯坦、尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）、路易斯·德布羅意（Louis de Broglie）、埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrödinger）和保羅·狄拉克（Paul Dirac），精進了普朗克的理論，共同構建了量子理論的體系。
量子力學是量子理論的數學應用，它以概率的觀點看待自然，這與經典力學形成了鮮明的對比，在經典力學中，物體的所有精確屬性原則上都是可以計算、可預測的。而量子理論揭示的自然屬性，是無論多麼富有想象力的人都無法想象的。它擊穿了經典物理學的整個結構，摧毀了許多關於現實本質的常規概念，讓關於因果關係的整個哲學體系變得更加混亂。
早在1912年，德國氣象學家阿爾弗雷德·魏格納（Alfred Wegener）就發現了大陸板塊的漂移。雖然魏格納被稱為大陸漂移學說之父，但經典的板塊構造理論是直到20世紀60年代才逐漸發展起來的。
板塊構造理論的提出表明地球的外層是由少數幾個剛性板塊組成的，將這些板塊分隔開來的是一些狹窄的邊界。換句話說，我們可以將地球表面看作是一個簡易拼圖。我們現在的地球外殼大約由15塊堅硬的地殼組成，有的板塊有時會與其他板塊發生衝撞。
最新的地質學研究猜測，板塊構造過程大約始於32億年前。在過去的數百萬到數億年間，大陸板塊發生多次重大漂移，這些過程在一定程度上改變了海洋和大氣環流模式，塑造了地球現在的樣子。
1944年，應用數學領域誕生了一個後來對經濟學家、社科學家、生物學家等都極為重要的理論，那就是博弈論。它最初由數學家約翰·馮·諾依曼（John von Neumann）和經濟學家奧斯卡·莫根施特恩（Oskar Morgenstern）提出，最初是為了經濟學而發展的理論。博弈論分析的是在博弈中的主體會如何行動，它實際是一個關於最優化的課題，研究的是哪一種策略組合能產出最佳結果。
可以說，它是一種描述決策者之間的戰略互動的數學模型，具有非常廣泛的應用，可被用於各種各樣的問題，合作的產生、語言的形成、道路的擁堵都與它息息相關。在國際關係、生態學和種群生物學中，我們都能看到它的身影。
博弈論中還有一個著名的基本概念，叫納什均衡，它是以數學家約翰·納什（John F. Nash）的名字命名的，說的是如果在一場博弈中，每一個決策者都採取最佳的可能策略，並且將其他主體的策略都考慮在內，使得任何一個主體都不再有改變策略的動機，那麼這場博弈就達到了納什均衡。納什在1950年證明了所有的博弈都會達到納什均衡。
在20世紀最重大的科技革命中，現代計算機和信息技術為生活、工作、國防等方方面面帶來的影響或許是最為巨大而直觀的。而這一切的一個重要基礎理論——信息論。上世紀40年代末，美國電氣工程師克勞德·香農（Claude Shannon）根據經典物理定律建立了數據傳輸模型，發展出了信息論。我們現在能夠用電腦加載網頁、發送電子郵件，都得益於香農的信息論，它是使網際網路變得可能的原因。
或許嚴格意義上說，信息論並不能被視為多麼具有「顛覆性」，因為在它之前，並沒有一個可以與之相應的理論。但這個理論為許多其他革命性的發展提供了重要的數學基礎，包括電子通訊和計算機科學。如果沒有信息論，後來的數字時代中的一切或許都不會發生。
設計：嶽嶽、雯雯
參考來源：
https://theconversation.com/four-amazing-astronomical-discoveries-from-ancient-greece-136197
https://theconversation.com/copernicus-revolution-and-galileos-vision-our-changing-view-of-the-universe-in-pictures-60103
https://plato.stanford.edu/entries/leucippus/
https://theconversation.com/what-does-a-chemical-do-addressing-misconceptions-about-chemistry-104085
https://www.smithsonianmag.com/science-nature/charles-darwin-botanist-orchid-flowers-validate-natural-selection-180971472/
https://cds.cern.ch/record/489163/files/0102462.pdf
https://www.sciencenews.org/article/earth-plate-tectonics-may-have-started-earlier-than-we-thought
https://theconversation.com/earths-core-has-been-leaking-for-billions-of-years-119395
https://www.history.com/this-day-in-history/the-birth-of-quantum-theory
https://theconversation.com/how-earths-continents-became-twisted-and-contorted-over-millions-of-years
https://phys.org/news/2019-05-physicists-quantization-quantum-shannon-theory.html
http://www1.ece.neu.edu/~naderi/Claude%20Shannon.html
