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全球科技通史

2019-8-19 张子阳 推荐: 4 难度: 1

这本是吴军的新书,算起来吴军的书近两年也读了好几本。他的书一贯都是行文流畅,读起来很舒服,这本也是一样。作为一本科普型的读物,初高中学生读起来应当都不会感到吃力。

大部分的历史,都是以王侯将相和重大的历史事件--往往是朝代更迭,作为重点进行讲述。而这本书,则将重心变为了人类的重大科技突破和里程碑。从这本书上可以看到,在14世纪的文艺复兴之前的几千年中,人类科技文明的进步是异常缓慢的,直到工业革命,开始爆发式增长;而例如牛顿、安培这样的科学巨匠,对于人类进步的贡献,比帝王将相要大的多,更值得人们尊重。现在人们世俗意义上的“成功”,大多是有钱(成为富豪),或者是有权(成为权贵),甚至是富贵两全。阅读这本书后,可能会对你的价值观产生一定的改变,即更高一级的“成功”,应当是为人类文明的进步作出贡献(或者是为这样的人提供经济或政治上的帮助)。当然,如果能达到这样的程度,钱和名都不会少。

在科技史上留名的人物,和在传统历史上留名的人物,重要程度是差不多的。你一定知道莱特兄弟是谁,但是你不一定知道为莱特兄弟颁发奖章的美国总统是谁。看这本书的过程中,不时会想起高中时的物理老师,他在讲到法拉第等人时,总是会操着他的陕北口音,充满崇敬地说:“这些才是大腕 ...”。比较遗憾的是,纵览全书,几乎没有中国人的名字,在近现代史上,西方世界对科技的贡献要远大于东方 。

这本书分为了10个章节,每个章节代表了一个科技时代,以“能量”和“信息”作为主线,讲述了在该时代的代表性科技。作者认为,科技的发展就是人类获取“能量”和“信息”的能力的发展。而科技,是科学和技术的总称。科学,偏向理论,通常称作科学家;技术,偏向应用,通常称作发明家(有时候是两者结合的)。

人类的实践,从本质上讲,就是获取能量并利用能量改变周围的环境,而技术则是科学与实践之间的桥梁和工具。
“文明”(civilization)的词根是civil,即“城市”的意思。因此,城市的出现意味着人类文明的开始,而文明的另一个同源词civic,是不同于原始人、野蛮人的市民的意思。因此,没有阶级之分、生活在原始村落的部落谈不上文明。一般来说,文明需要三个佐证--城市、文字记载和金属工具。“文化”(culture),本意为农耕和养殖,也就是说,人类定居下来,有了农业和畜牧业,就开始有了文化。在介绍中国远古历史时,常用“仰韶文化”、“河姆渡文化”等字眼,而没有用“文明”,这样的描述是科学而准确的。

黎明之前

人类文明是一个不断加速的过程,黎明之前是指文字诞生之前的史前时期。时间大概从25万年前至公元前6000-7000年(有争议,但不做讨论)。因为年代久远,又缺少文字,因此现在了解到的这一时期的“科技”,更多是一些遗迹和考古发现。

这一时期的主要成就是:石器、石斧、用火、茅草屋、衣服、长矛。在茅草屋出现之前,人们大多都居住在山洞里,山洞的不便之处在于距离狩猎地可能很远。有了茅草屋,人们就可以去更远的地方,也可以群居。

这一时期以语言的产生作为终结。现代智人战胜尼安德特人(人类的另一分支)成为主宰,主要是因为语言的进化,有了语言,在战斗的过程中就可以进行更好的协作。

文明曙光

这一时期从大约12000年前开始。人类的第一次科技革命源于农业,从游牧状态变为定居状态。作者从能量的角度阐述了农业,对我来说,是一个比较新颖的看法:

农业从能量上讲,就是利用植物的光合作用,把太阳能变成生物能储存起来;从物质上讲,就是把空气中的二氧化碳和地表的淡水变成淀粉等有机物。

谈到农业,作者又讲述了人类驯化水稻的过程。有了水稻以后,又需要东西来煮。于是,又出现了容器--陶器。农业要有好的收成,灌溉必不可少,因此,人类又建成了最早的水利设施:水渠。为了预测洪水到来和退去的时间,古埃及又开创了早期的天文学并建立了早期历法,确定了一年中的时间和节气。在有了收成以后,又有了计数的需要,于是又带来了数学的发展(当时只是计数)。

这一时期的其他重要发明还包括:轮子与帆船、甲骨文等。

农耕文明

这一时期从大约10000年前开始。农耕文明的广大地区是农村,但文明的中心却是城市。主要出现的科技包括:青铜器、纺织、瓷器、玻璃、畜力耕作、工程建设(金字塔)。城市出现的最大意义在于,腾出了足够多的劳动力,可以从事农牧业生产以外的事情。从而促进其他技术的发展。

文明复兴

大约始自公元前2000年至14世纪文艺复兴开始之前。在古代早期的文明当中,古希腊人的贡献最为突出,因为它在科学上的成就最为体系化。这个时期涌现了很多耳熟能详的人物。

毕达哥拉斯,证明了勾股定理,将代数和几何结合起来,创立了毕达哥斯拉学派。他和以前学者的区别在于,坚持数学论证从“假设”出发,通过演绎推导出结论,而不是通过度量和实验得到结论,通过穷举找到规律。为后世奠定了数学研究的方法论。

欧几里得,《几何原本》,将公理化体系发展到极致。以后数学的各个分支,都是建立在定义和公里基础之上的自洽体系。亚里士多德、阿基米德均出现在这一时期。

天文学上,托勒密提出了地心说。

纸张的出现对文明发展的作用,印刷术的发明(从雕版印刷到活字印刷)。

大学的诞生,最早为意大利的博洛尼亚大学。

阿拉伯文明的黄金时代,花剌子米,代表作:《代数学》,确立了代数作为数学独立分支。

日心说,从哥白尼、布鲁诺到伽利略、开普勒。

科学启蒙

这一时期主要是指17世纪,通常认为是近代科学的开端。代表人物笛卡尔、牛顿等。

笛卡尔从前人的工作中总结出科学研究的方法论,并写成了《方法论》一书,直到今天依然对科研具有指导意义。

近代医学的始祖:哈维。他的《心血运动论》和哥白尼的《天体运行论》、牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》,并称为改变历史的科技巨著。同一时期,还有着显微镜的发明,和细菌的发现。

大航海时代,关键在于准确测定方位和位置,航海钟的发明,促进了航海的突破,人们更安全地远洋航行。

牛顿,在西方社会的地位非常崇高,有些人认为他的影响力在世界历史上可以排第二,仅次于默罕默德。牛顿就不用多介绍了,数学上,他提出了微积分;物理学上,他是经典力学的奠基人;光学上,提出了完整的粒子说;天文学上,提出了万有引力,阐释了日月星辰运行的规律。从牛顿开始的200年间,最先进、最重要的思维方式就是机械方法论了(常称为机械思维)。

化学也在这个时期产生,化学起初叫做“炼金术”。奠基人是拉瓦锡,1789年,发表了《化学基础论》,定义了化学“元素”的概念。

工业革命

科学启蒙之后,人类迎来了技术大爆发,这一时期主要包含了十八世纪中叶至十九世纪。工业革命始于十八世纪六十年代的英国,以蒸汽机的发明为标志。工业革命本质上是一次动力的革命,采用机械动力取代人力和畜力制造商品。工业革命极大地提升了生产效率,使得人类历史上第一次出现了商品供大于求的情况。工业革命是人类历史上最重要的事件,对人类文明的促进远超过其他事件。

瓦特发明了蒸汽机。瓦特实际上是改造了之前的专用型蒸汽机,使其更为通用。博尔顿在早期为瓦特提供资金支持。

有了蒸汽机在前,就促使了这个时代各种类型的发明:罗伯特·富尔顿发明了蒸汽船;乔治·史蒂芬森发明了火车;美国的伊莱·惠特尼发明了轧棉机。

焦耳 提出了能量守恒定律;列文虎克发现了细胞;达尔文出版了《物种起源》。

第一次工业主要技术是蒸汽技术,第二次工业革命(19世纪70年代-20世纪初)的技术则是电。富兰克林著名的风筝雷电实验;西门子发电机的制造;爱迪生发明了实用的电灯;贝尔发明了电话。使得德国和美国成为了第二次工业革命的中心。

新工业

这一部分已经来到了19世纪上半叶。这一时期的主要标志是:使用石油作为新能源,并且使得化工业成为了世界经济的支柱产业之一。

标志性的时间包括:古德伊尔找到了处理橡胶的实用方法(世界对橡胶的大量需求是在汽车出现以后);化工业的发展,发明了农药,进一步促进了农业的发展;奥托发明了内燃机,戴姆勒、卡尔本茨几乎同时发明了汽车;莱特兄弟发明了飞机;从火枪到机枪。

原子时代

这一部分讲述的已经是20世纪的事情了,很多大家都耳熟能详。这个时期最重要的科学家就是爱因斯坦和他的相对论。

卢瑟福通过碰撞的方式探究物质的本源:原子核由质子和中子构成。1968年,斯坦福线性加速中心证实了质子中存在的更小粒子--夸克。再用同样的方式,用极高速的粒子去轰击夸克,最后发现,夸克内部空无一物。事实上,它是高速旋转的纯能量。

对于物质,不论怎么分,最终总会得到一大推夸克和一大堆电子之类的粒子。而每一种这样的粒子,其质量都是零,也就是说里面空无一物。因此,宇宙是纯能量的。

这印证了爱因斯坦的质能方程:E=mc²。即物质和能量是一体的。原子弹就是在核聚变时损失质量,释巨大放能量。

这一时期制药业突飞猛进,诞生了人类史上最重要的药品--青霉素。它解决了长期困扰人类的细菌感染问题。在抗生素被发明以前,细菌感染一直是人类致死的主要原因之一,无论什么名医都对此束手无策。它的主要发现者:弗莱明;发明者:弗洛里、钱恩、霍奇金等。

信息时代

即20世纪以后的当代。这个时代人们的认知方法有了新的突破,主要体现在对不确定性的认识。在解决不确定性方面,也出现了相应的数学工具和方法论,包括概率论和数理统计、离散数学以及被称为“三轮”的系统论、控制论和信息论。

系统论研究的是复杂系统的内部关系;控制论研究的是在一个动态系统中,如何在很多内在和外在不确定因素下,保持平衡状态的方法;信息论是关于信息处理和通信的理论,由香农在第二次世界大战时提出。

这个时代最重要的标志就是电脑、互联网和手机的出现及普及,以及基因技术的发展。

未来世界

这一章主要是基于当前发展来对未来的一个展望。

癌症的预测性检验。通过基因检测的方式提早判断是否会患有癌症。基因编辑和修复技术。关于基因修复的技术难题,在于容易“误伤”,从而产生不可预料的副总用。

就好像用Word编辑一个文本文件,其中很多的“的”字写成了“地”字。一个简单的办法就是使用“查找/替换”功能,将所有的“地”替换成“的”,但这样会带来新的问题,因为有很多地方本来就应该用“的”,比如“目的”,而不是“地”,这样本来正确的词又变错误了。基因修复遇到的也是同样的问题。

可控核聚变。现在的核电厂、原子弹都是利用的核裂变的原理,而核裂变需要的放射性元素在地球上的含量非常有限;同样质量下,核聚变产生的能量是核裂变的上百倍。但是,在发明了氢弹60年后,依然没有能力控制核聚变反应。

这个章节还提到了延缓衰老,自古至今,人们都在探求是否存在方法可以长生不老。本书通过基因泰克的李文森博士的话,回答了这个问题:

衰老最后体现在人类身体的全面崩溃,就像一面千疮百孔要倒的墙,即使能修好一两个基因,也不过堵住了一两个小洞,对那面要倒的墙没有多大帮助。

也就是在在可预见的未来,通过基因技术达到长生不老还是不现实的。

书中有一个小故事。俄罗斯的“时空胶囊”,开启了50年前人们埋下的盒子,看那时人们对于现在的展望。有意思的是:他们并没有预见到现在的手机和互联网。可见,社会进步的速度越快,对于未来的想象就越难以准确。

最后,作者提到科技史几乎唯一可以叠加式进步的理论。今天没有人敢说自己的诗写得比李白好、没有音乐家敢说自己超越了贝多芬或莫扎特。但今天的物理学家却可以非常肯定的说他们的研究超越了牛顿和爱因斯坦,这就是叠加式进步的结果。

每次看到关于未来科技的书籍或者影视,我就感慨自己早生了500年。从工业革命到现在不过260年,这260年人类社会经历了翻天覆地的变化,而这种进步一直在加速。难以想象500年甚至2000年后的人类社会发展成什么样子,那时候的人们看我们,是否和我们现在看原始人一样呢。可惜我们都看不到那一天了。

感谢阅读,希望这篇文章能给你带来帮助!