全球科技通史

　　大部分人谈到历史的时候，关注的是国家的兴衰、王朝的更替，往往忽视了科技的力量。“文津图书奖”得主吴军博士，首次从科技视角串联历史，以能量和信息两条主线，系统阐述了自智人以来人类文明的演进。 　　《全球科技通史》从远古科技、古代科技、近代科技和现代科技四个部分，详细描述了几万年来农业、工业、天文、地理、生物、数学等各个领域关键性的人物、事件及意义，绘制了一幅科技驱动历史的恢宏画卷。 　　《全球科技通史》既从不同角度对人们熟知的常识进行解读和剖析，又挖掘出许多新的观点，让读者见微知著，感受科技叠加式进步的魅力。 　　通过阅读《全球科技通史》，你将俯瞰一整部人类科技文明史，真正洞察世界变化的趋势，进而消除由于对周围世界缺乏了解、对未来缺乏把控而产生的焦虑。

推荐序一 没有科技就没有真正的人类文明 / VII 推荐序二 从科技视角俯瞰历史，从历史视角理解科技 / XI 前 言 科技的本质 / XVI 第一篇 远古科技 第一章 黎明之前 从用石头砸开坚果开始_005 告别茹毛饮血_008 从山洞到茅屋_010 虱子和衣服_013 最早的武器_015 善于说话者胜_017 第二章 文明曙光 储存太阳能_024 驯化水稻_026 陶器的出现_029 美索不达米亚的水渠_032 轮子与帆船_034 从1到10_037 开始记录一切_046 星辰的轨迹_049 第二篇 古代科技 第三章 农耕文明 青铜与铁_060 解决粮食问题_066 纺织、瓷器与玻璃_074 城市的胜利_082 第四章 文明复兴 古希腊人的贡献_092 纸张与文明_103 从雕版印刷到活字印刷_109 阿拉伯文明的黄金时代_115 大学的诞生_121 漫长的中世纪_125 美第奇与佛罗伦萨的穹顶_127 日心说：冲破教会束缚_131 第三篇 近代科技 第五章 科学启蒙 科学方法论_140 近代医学的诞生_144 开启大航海时代_152 神说，让牛顿去吧！_158 炼金术士还是化学家_167 第六章 工业革命 月光社与工业革命_178 蒸汽船与火车_185 机械思维的胜利_190 永动机不存在_194 细胞学说与进化论_199 电的发现与存储_208 直流电与交流电_214 通信以光速进行_220 第七章 新工业 石油：工业的血液_234 化学工业助力农业_244 给轮子加上内燃机_248 飞上蓝天_256 杀伤力跃迁_266 洪堡与教育改革_277 第四篇 现代科技 第八章 原子时代 突破物理学危机_288 了不起的原子能_306 雷达的本质_315 制药业突飞猛进_318 第九章 信息时代 新数学和新方法论_337 从算盘到机械计算机_346 电子计算机的诞生_352 摩尔定律的动力_356 “便民设施”互联网_364 前赴后继的移动通信之路_367 太空竞赛_372 从豌豆杂交开始的基因技术_381 第十章 未来世界 癌症的预测性检测_391 基因编辑的成就与争议_396 可控核聚变还要多久_402 “新生产关系”区块链_407 利用量子通信实现数据安全_410 可想象的未来科技_412 参考文献 /419 后记 人类历史最精彩的部分是科技史/439 索引 /443

前言 科技的本质 我们正身处技术爆炸的时代。2017年全世界专利申请的数量超过800万件。1虽然这里面有不少水分，但是总数依然相当惊人。如果再看专利的增长速度，则更为惊人。以世界上最难获取的美国专利为例，2003—2015年的13年间，美国专利商标局批准了300万项专利，这个数量超过了美国专利商标局自1802年成立到2002年底近200年间所批准专利的总和。2如果专利的数量过于抽象不好理解，我们不妨看几个实例： ▪1838年4月世界上第一条跨洋航行的商业航线开通后，蒸汽动力的天狼星号机帆船花了19天时间完成了从英国到美国的商业航行。今天，民航飞机完成同样的旅行仅需要不到6个小时，将横跨大西洋的时间缩短了98%，而空中客车公司的超音速概念飞机可以将这个时间再缩短80%。 ▪1961年，苏联在新地岛试爆了一颗5000万吨TNT当量的氢弹，它在一瞬间释放的能量（5×1013千卡）相当于罗马帝国全部5700万人口在公元元年一个月所产生的全部能量。 ▪1858年，美国企业家菲尔德用4艘巨轮将上万吨电报铜缆铺设到大西洋底，实现了人类第一次洲际通信，当时的传输速率每秒不到1个比特，而且传输极不稳定。2017年，由微软、脸书合作铺设，西班牙电话公司旗下电信基建企业Telxius管理的跨大西洋高速海底光缆，每秒可以稳定地传输160Tbit（太比特），比一个半世纪之前快了万亿倍。 ▪1946年，世界上第一台电子计算机“埃尼亚克”（ENIAC，全称为electronic numerical integrator and computer，电子数学积分计算机）的运算速度为每秒5000次，今天（截至2018年6月），世界上最快的超级计算机“顶点”（Summit）的运算速度高达每秒20亿亿次，比埃尼亚克大约提高了40万亿倍。事实上，今天的苹果手机计算能力已经超过了阿波罗登月时主控计算机的能力。 除了专利申请量惊人，今天科技的另一个特点是让我们感觉眼花缭乱。虚拟现实、人工智能、无人驾驶汽车、基因编辑、大数据医疗、区块链和虚拟货币等，我们在媒体上每天都能看到这些概念，但是它们意味着什么？为什么会一夜之间冒出来？对我们的生活将产生什么影响？今后还会出现什么新的技术名词？ 科技进步日新月异，不仅给我们带来了好的生活，也让当下的人们产生了很多焦虑和恐惧。通常，人们的焦虑和恐惧源于对周围的世界缺乏了解，对未来缺乏把控。要想缓解和消除这种焦虑和恐惧，需要搞清楚下面三件事情。 首先，科技在大宇宙时空中的地位和作用，即它在经济和社会生活中的角色，以及它在历史上对文明进程的推动作用。前者是从空间维度上看，后者是从时间维度上看。 从空间维度上看，科技在文明过程中的作用是独一无二的，是一种进步的力量，这是毋庸置疑的。工业革命堪称人类历史上最伟大的事件。在工业革命之前，无论是东方还是西方，人均GDP都没有本质的变化。但工业革命发生后，人均GDP就突飞猛进，在欧洲，200年间增加了50倍；而在中国，短短40年就增加了10多倍。因此，古今中外任何王侯将相的功绩和工业革命相比都不值一提。而工业革命的发生，就是科学推动技术，再转化为生产力的结果。这是科技在经济和社会生活中的重要体现。

石油：工业的血液 在大量使用了木材和煤之后，人类在第二次工业革命时开始使用第三种可供燃烧的能源——石油。相比木材和煤炭，石油有两个显著的优点：使用便利和能量密度高。这给社会的方方面面带来了一系列革命，我们将再一次看到能量利用的水平和文明进步之间的关系。 人类发现和使用石油的历史其实很久远。早在公元前10世纪之前，古埃及人、美索不达米亚人和古印度人已经开始采集天然石油。在美索不达米亚的楔形文字泥板上，记载着在死海沿岸采集天然石油的事情，不过，准确地说应该是“以天然形态存在的石油沥青”（我们知道，现在的石油沥青是原油加工过程中的副产品）。早期文明并不是将石油当作能源来使用，而是将天然沥青作为一种原材料。在古巴比伦，沥青被用于建筑，而在古埃及，它甚至被用于制药和防腐。木乃伊的原意就是沥青。在阿拉伯帝国崛起时，当地人用沥青铺路，建设帝国的中心巴格达。 中国在西晋时开始有关于石油的记载。到南北朝时，郦道元在《水经注》中介绍了石油的提炼方法，这应该是世界上最早关于炼油的记载。此后，在北宋沈括的《梦溪笔谈》中，也有利用石油的记载。 作为能量的来源，石油首先被用于战争而不是取暖或者照明。公元前6世纪，阿契美尼德王朝（前550—前330）的波斯人开始打井取石油，然后很快将它用于战争中的火攻。居鲁士二世（CyrusIIof Persia，前600年至前598年间—前530年）在攻取巴比伦时，他的部将用沥青点火，烧毁固守在房屋内进行抵抗的巴比伦人的建筑。在随后的2000多年里，很多文明都有将石油用作火攻武器的记载，但是大家并不用它做燃料或者照明，因为原油燃烧时油烟太大，而且火苗不稳。 石油真正被广泛地用于照明，要感谢加拿大的发明家亚伯拉罕·格斯纳（Abraham Gesner，1797—1864）和波兰发明家伊格纳齐·武卡谢维奇（Ignacy Lukasiewicz，1822—1882）。他们于1846年和1852年先后发明了从石油中低成本地提取煤油的方法，从此，使用煤油照明不再有上述问题。武卡谢维奇等人的方法其实是利用石油中不同成分有不同沸点的原理，加热原油将各种成分分离。 1846年，在中亚地区的巴库发现并建成了世界上第一座大型油田，当时巴库出产世界上90%的石油。1861年，世界上第一座炼油厂建成。19世纪末，在北美大陆的许多地方都发现了大油田，煤油很快取代蜡烛成为西方主要的照明材料，并且因此形成了一个很大的市场。也就是在这个时期，约翰·洛克菲勒成了世界石油大王——他控制了美国的炼油产业，并因此间接地控制了原油的开采、原油和成品油的运输，以及成品油的定价。 石油成为世界主要的能源来源之一，是靠内燃机的发明。通过内燃机和汽油（或者柴油）来提供动力，比采用蒸汽机和煤更方便、更高效，也更清洁。因此，从19世纪末开始，全世界的石油用量剧增。 19世纪中期（1859），美国的石油年产量只有2000桶，但是到了1906年，就达到了1.26亿桶，半个世纪增加了6万多倍，石油成了继煤炭之后又一种重要的化石燃料。 石油作为世界主要能源的登场时间，和两次世界大战的时间基本吻合，因此，它不仅成了各方争夺的战争资源，也决定着战争的走向和结果。第一次世界大战前夕，担任英国海军大臣的丘吉尔敏锐地认识到，油比煤做军舰动力更有优越性，它让军舰更快、更灵活，也更省人力。于是，他决定把英国的海军优势建立在石油之上，所有舰船燃料都以油代煤，并且在他的任期内完成了这种转变。后来的战争进程证明，丘吉尔非常远见卓识。当时英国本身不产油，因此它一直设法控制着中东地区的石油资源，直到二战结束之后很长一段时间。在第二次世界大战中，一些重要的战役都和争夺石油有关，比如苏联和德国围绕争夺巴库油田的一系列战役，日本进军南太平洋争夺石油资源的诸多战役等。在二战期间，同盟国的石油总产量高达10亿吨，而轴心国只有6600万吨，不到前者的7%。因此，石油紧缺也是轴心国战争失败的一个重要原因。 从19世纪末开始，煤虽然还是世界上最重要的燃料，但石油的用量一直高速增长。到了20世纪70年代，人类意识到石油是一种有限的原料，如果不节省使用，很快就会耗尽，因此在1973年石油危机之后，石油的使用增速开始放缓。除中国外，世界主要产油国产量没有根本性变化。2017年，美国原油产量为37亿桶，基本上和1970年持平。沙特阿拉伯和俄罗斯的石油产量与美国相当。这三大产油国的产量和20世纪70年代初（1973年石油危机之前）相比没有什么变化，1而伊朗则只有当年峰值的一半。 不过，虽然世界上原油产量没有增加，但是人们对它的依赖程度却非常高。由于石油的能量密度高，燃烧迅速，因此今天世界上90%的运输动力依然来自石油。如果飞机使用煤作为动力燃料，恐怕一半的载重量要用在所携带的煤上，而且起飞前还要经过长时间预热。