回望人類發(fā)明之路

前言

探究人類的創(chuàng)造智慧人類從蒼涼的遠(yuǎn)古走來，用發(fā)明締造了一個由想象化為真實的世界，使我們居住的星球發(fā)生了有別于自然的變化，為宇宙賦予意義。愛因斯坦(1879-1955)曾感慨：世間最不可思議的是，人類作為宇宙的產(chǎn)物，居然能夠理解宇宙。人類作為自然的一部分，居然能夠創(chuàng)造出一個有別于自然的世界。在地球生命演化的歷程中，人類選擇了不同于其他物種的生存方式。動物通過進(jìn)化適應(yīng)自然，唯有人類以發(fā)明改變自然，不斷創(chuàng)造新的生存環(huán)境。這是其他生靈無法復(fù)制的秘密，是人類繁榮昌盛的真正原因。人類發(fā)明活動是一個漫長的歷史過程。歷史學(xué)家按照人類技術(shù)發(fā)明的特征劃分時代，是因為技術(shù)發(fā)明決定歷史長河奔流的方向。史前時期，人類發(fā)明活動與人類進(jìn)化過程交織在一起，在艱難摸索中創(chuàng)造生存技術(shù)，奠定了人類生存繁衍的基礎(chǔ)；農(nóng)業(yè)出現(xiàn)之后，人類開始走出饑餓困境，不斷創(chuàng)造滿足社會需求的新事物。數(shù)千年間，能工巧匠的發(fā)明，為人類搭建了巨大的歷史舞臺，將古代社會人類智慧演繹到極致。人類先有“術(shù)”而后有“學(xué)”；有真學(xué)而后有大術(shù)。近代科學(xué)誕生之后，人類不斷揭示深藏宇宙的奧秘，運用新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造超越經(jīng)驗與常識的新技術(shù)，這些發(fā)明以前所未有的力量震撼世界，迅速改變著人類的傳統(tǒng)生活模式。近代科學(xué)出現(xiàn)之前，發(fā)明是經(jīng)驗催生的靈感，經(jīng)驗有限，靈感難求，重大發(fā)明很不容易出現(xiàn)。人類走出石器時代，經(jīng)歷了25075年；從發(fā)明文字到發(fā)明印刷機，經(jīng)歷了5000年。在現(xiàn)代社會，發(fā)明已經(jīng)成為科學(xué)產(chǎn)生的智慧?？茖W(xué)增加了人類做新事情的能力，一次次重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，不斷將人類發(fā)明推上新的高峰?？茖W(xué)的進(jìn)步加速了技術(shù)的發(fā)展，在20世紀(jì)，從發(fā)射地球衛(wèi)星到人類登上月球，僅僅相隔12年；從發(fā)明原子彈到發(fā)明氫彈，只用了7年時間。今天，人類生活在科學(xué)與發(fā)明聯(lián)姻的時代，發(fā)明家和科學(xué)家之間，界限越來越模糊，許多時候他們就是同一個人，既探究自然奧秘又善于運用科學(xué)智慧創(chuàng)造新技術(shù)。發(fā)明家是技術(shù)的開路先鋒，不斷以新的方式滿足和激發(fā)人類新的需求。在幾乎沒有人認(rèn)為需要飛行的時候，他們執(zhí)著地發(fā)明飛機。飛行曾被人們嘲諷為“冒險的死亡游戲”。發(fā)明家心甘情愿忍受窮困的折磨，直面死亡的威脅，他們以堅韌的毅力和令人折服的智慧，在飛機發(fā)明不足百年的時間里，最終讓人類感受到“世界怎能沒有飛機呢?”發(fā)明使世界充滿生機，飄蕩詩意。發(fā)明家是生活在現(xiàn)實世界的理想主義者，他們在人類面臨的技術(shù)困境中，努力尋找解決問題的途徑，沒有成功的經(jīng)驗借鑒，不容易得到社會的理解和支持，幾乎所有發(fā)明家都曾在逆境中奮斗。最早發(fā)明蒸汽動力船的美國人菲奇(1743-1793)，在美國得不到支持，遠(yuǎn)涉重洋到法國巴黎尋找機會，遭受冷遇、衣食無著，只得到一艘帆船上打工重渡大西洋返回家鄉(xiāng)。不久，他在貧病中死去。女兒為他立了一塊小小的墓碑，沒有稱他是發(fā)明家，只寫著“一位參加過獨立戰(zhàn)爭的老兵”。今天，數(shù)以萬計的巨輪在大洋上穿梭，已經(jīng)沒有人記得菲奇。世界需要發(fā)明，社會心態(tài)守舊，人們往往不信任發(fā)明家的構(gòu)想。發(fā)明是思想世界的嬰兒，躺在不舒服的搖籃里艱難地成長；迎接他們的常常不是親切的笑臉，而是冷漠與譏笑。人類以這種特殊的方式培育和選擇發(fā)明，使發(fā)明家走上一條光榮的荊棘路。在這條道路上，有很多先驅(qū)者失敗，然而他們的失敗造就了人類的成功。波瀾壯闊的人類故事，包含著數(shù)不清的發(fā)明家的哀婉與悲壯。古往今來的智者，都懷有對人類的大愛。這種無比深厚的情意，在無言中影響著人類創(chuàng)造力的走向；崇高的人類情感，使人類發(fā)明活動生生不息。在人類發(fā)明的道路上，常常見到哲學(xué)的身影。當(dāng)人類面臨艱難抉擇的時候，哲學(xué)一直為人類探索與創(chuàng)造提供聰明的建議。公元前6世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家最早將宇宙從神話中分離出來，揭開人類理性探索自然的序幕；當(dāng)人類探究自然的活動長期在“直覺”與“經(jīng)驗”中徘徊，自然科學(xué)止步不前的時候，哲學(xué)家提出“實驗是自然科學(xué)的基礎(chǔ)”，17世紀(jì)的科學(xué)家們將這種哲學(xué)觀念變?yōu)榭梢圆僮鞯目茖W(xué)方法，建立了近代科學(xué)傳統(tǒng)。人們遵循這一樸素而偉大的傳統(tǒng)，不斷獲得新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)造前所未有的新技術(shù)，人類因此快步進(jìn)入現(xiàn)代社會。哲學(xué)引導(dǎo)科學(xué)，科學(xué)產(chǎn)生技術(shù)，技術(shù)改變世界?，F(xiàn)代技術(shù)發(fā)明為人類的多種愿望提供了實現(xiàn)的可能性，為人類帶來了巨大幸福，并為崇高的人文情懷賦予新的含義；然而人類亦可能被荒唐的欲望驅(qū)使，濫用它們，跌入深淵。人類是唯一可以決定自己未來的物種。思考發(fā)明與人類未來的關(guān)系，重新審視人類創(chuàng)造活動的終極價值，探究駕馭人類創(chuàng)造力的智慧，已經(jīng)成為我們這個時代的使命?；赝祟惏l(fā)明之路，可以使我們從人類智慧中受到啟迪，從人類精神中受到鼓舞，感悟人類的艱辛，引發(fā)無盡的聯(lián)想。人們不知道明天將發(fā)明什么，也無法預(yù)測它們將對人類未來產(chǎn)生何種影響。在浩翰的宇宙中，人類的發(fā)明活動剛剛開始。張開遜2007.6.6 于北京

內(nèi)容概要

　　在浩瀚的宇宙中，地球不過是一個暗淡的藍(lán)點，顯得微不足道。它孤獨地在太空漂泊，偶爾有幾個氣體分子逃逸到字宙空間，偶爾有不知來自何方天體的幾個粒子隨機散落在它的表面。這個暗淡的藍(lán)點外面有一層薄薄的大氣，呵護(hù)著棲息在它表面的脆弱的生命。這些生命之中有一種生靈，在這里發(fā)明了有別于自然的事物，創(chuàng)建了自己的文明，為宇宙賦予特殊意義，他們就是人類?！　∮捎谌祟惖拇嬖?，地球經(jīng)歷石器時代、金屬時代、機器人時代、電氣時代、核能時代、航天時代……《回望人類發(fā)明之路》為我們介紹的就是我們?nèi)祟愃哌^的發(fā)明之路。

作者簡介

張開遜教授，四川省江油市人。國家有突出貢獻(xiàn)的科學(xué)技術(shù)專家，中國科協(xié)常委，中國發(fā)明協(xié)會第二、三屆副理事長，第四、五、六屆北京市科協(xié)副主席。 1960年畢業(yè)于北京大學(xué)無線電電子學(xué)系電子物理專業(yè)，致力于傳感技術(shù)研究，為半導(dǎo)體結(jié)型溫度傳感器在中國工業(yè)化生產(chǎn)奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，發(fā)明碳化硅高溫傳感器，使半導(dǎo)體傳感器件拓展到高溫領(lǐng)域，獲國家發(fā)明二等獎；多項發(fā)明獲法國國防部長獎、匈牙利天才獎、日內(nèi)瓦州獎、比利時王國騎士勛章和德國國際發(fā)明金質(zhì)獎?wù)隆?/pre>


書籍目錄
一  序幕拉開二  人類開始寫字三  金屬代替石器四  愛琴海的曙光五  中國古代發(fā)明六  從中世紀(jì)到文藝復(fù)興七  近代科學(xué)誕生八  機器登上歷史舞臺九  電氣時代來臨十  駕馭電子十一  釋放核能十二  飛翔之夢


章節(jié)摘錄
　　有實物證據(jù)的最早的人類發(fā)明，是在250萬年前的地層中找到的石器。1976年，人類學(xué)家哈里斯，在非洲埃塞俄比亞格諾河附近首先發(fā)現(xiàn)它們，后來經(jīng)過三年大規(guī)模發(fā)掘，人們在那里找到了數(shù)千件石頭打制的工具。其中大部分用卵石敲擊而成，用于砍砸或刮擦，還有用碎石片做成的切割器?！　?959年，人類學(xué)家利基（1903—1972）夫婦，在非洲坦桑尼亞奧杜威峽谷150萬年前的地層中，找到了類似的石制工具，同時還發(fā)現(xiàn)了古人類遺骸。距這些石器發(fā)掘點幾千米之外，他們還找到了制作這些工具的采石場。后來，考古學(xué)家在非洲肯尼亞圖爾卡納湖地區(qū)200萬年前的地層中，發(fā)掘出2683塊被加工過的石頭碎片，這些石頭碎片都是由火山凝灰?guī)r打制成的。在這個地層中，人們還找到了大量古人類骨骼化石?！　≡谶@三處相距100萬年的地層中，人們找到的石器差別不大，制作都很簡單。　　人類利用堅硬的石頭可以做許多事情。碎裂的石塊有鋒利的刃口和尖頭，可以用來獵殺動物，切割獵物的皮肉；石器可以使許多物體改變形狀，能夠把樹木枝干和動物骨骼加工成需要的工具和武器。精心打造的石器，能夠滿足人類多方面的需求。　　在遙遠(yuǎn)的古代，地球上不同地區(qū)的先民，不約而同把石器作為最早的工具。　　石器的出現(xiàn)，意味著人類開始了不同于其他物種的演進(jìn)歷程：動物把自己的器官變成工具，而人類則為自己發(fā)明所需要的工具；動物通過進(jìn)化適應(yīng)自然，而人類則依靠創(chuàng)造改變自然。可以想象，如果人類一直生活在沒有石頭的地方，今天的世界也許是另外的樣子。　　大約距今50萬年前，人類發(fā)明了用火的技術(shù)。在距北京西南40千米的周口店北京猿人居住過的洞穴遺址中，考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了人類最早用火的證據(jù)，找到了當(dāng)時燃燒過的灰燼，還有許多燒焦的動物骨頭，其中有大量的鹿和野豬的骨頭?！　“l(fā)明用火，使人類獲得了新的生存優(yōu)勢。用火取暖，使人類能夠在寒冷的高緯度地帶生活，擴(kuò)大了人類的生存空間；食物經(jīng)過燒烤，不僅味美可口，還可以殺滅許多致命的細(xì)菌和病毒?；鹂梢詭椭祟惐苊庖矮F的傷害，因為幾乎所有的猛獸都怕火?；鹧娴墓饷⒄樟劣陌档亩囱?，可使不見天日的洞穴成為古人類理想的棲息地。在世界上許多地方的巖洞中，考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大量古人類活動遺存?！　〈笞匀恢薪?jīng)常出現(xiàn)各種各樣的火。雷電可能引發(fā)森林大火；干熱的季節(jié)，堆積的枯枝爛葉會自燃引發(fā)草原大火；火山爆發(fā)，流淌的熔巖會造成一片火海。這些無法預(yù)測和控制的大火，是一切生物的災(zāi)難。不同于其他物種，人類使火這種引發(fā)災(zāi)難的自然現(xiàn)象為自己造福，發(fā)明了產(chǎn)生火源、控制燃燒和保存火種的技術(shù)。這是人類繼發(fā)明石器之后的又一次飛躍。　　火能夠改變許多物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)，幫助人類獲得自然界中不曾有過的材料。如果說石器為農(nóng)業(yè)文明奠定了基礎(chǔ)，火則為人類后來的工業(yè)文明埋下了伏筆?！　∪祟愒诼L的演進(jìn)歲月里發(fā)明了語言，語言的發(fā)明使人類能夠分享經(jīng)驗，協(xié)同活動，構(gòu)成社會。　　語言是非常復(fù)雜的發(fā)明，人類通過呼吸系統(tǒng)、聲帶和口腔（包括舌頭和牙齒）器官巧妙配合，可以發(fā)出不同的聲音。這些不同的獨立聲音單元，以特定的時間順序排列，便組合成表達(dá)思想的信息；如果同時控制音量和音調(diào)的變化，信息內(nèi)容就會更加豐富。這種因聲帶振動產(chǎn)生的信息，通過空氣傳播引起其他人鼓膜同步振動，產(chǎn)生聽覺信號；這種信號通過神經(jīng)傳輸?shù)酱竽X，大腦加以綜合分析，再現(xiàn)原有的信息含義，使聽者知道對方在說什么。人類依靠發(fā)聲器官、聽覺和大腦的默契，實現(xiàn)了相互之間的思想交流?！　≌Z言的發(fā)明經(jīng)歷了極為漫長的過程，幾乎沒有留下任何可以追尋的蹤跡。今天的人們只能根據(jù)古代人類活動特征的變化，推測語言發(fā)明過程中的某些環(huán)節(jié)，然而人們尚不知人類發(fā)明語言的確切時間?！　〈蠹s距今20萬年前，古人類出現(xiàn)了一個新的分支，他們的身體特征已經(jīng)和現(xiàn)代人差別不大，人類學(xué)家稱之為智人，在生物分類學(xué)中，智人和今天的人類屬于同一個種。古人類學(xué)家發(fā)現(xiàn)，大約距今8萬年前，智人頭骨的結(jié)構(gòu)發(fā)生了有利于產(chǎn)生語言的顯著變化，一些學(xué)者推斷，比較復(fù)雜的語言可能在這一時期出現(xiàn)?！　≈侨酥圃焓鞯募夹g(shù)有了很大進(jìn)步，用以制造工具和武器的材料越來越多樣，加工越來越精細(xì)，他們在制造實用器物的同時，逐漸開始了具有文化色彩的創(chuàng)造活動。　　2004年，考古學(xué)家在美國《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章，報告他們在南非布隆波斯山洞里發(fā)現(xiàn)了距今7.7萬年前精心磨制的幾個穿孔貝珠。人們不知道它們是項鏈還是計數(shù)籌碼，不過可以肯定不是實用器物。這一發(fā)現(xiàn)表明，當(dāng)時古人類的文化心理已經(jīng)與今人有一些共同之處。發(fā)現(xiàn)穿孔貝珠的這個巖洞，在俯視印度洋的懸?guī)r上，離海面35米高，從距今7萬年前開始，一直沒有被擾動過?！　?994年12月18日，三位研究洞穴的科學(xué)家，在法國南部距巴黎500千米的阿爾代什地區(qū)維蘭龐達(dá)鎮(zhèn)附近的一個峽谷里，發(fā)現(xiàn)了一個大石灰?guī)r溶洞，稱查維特洞穴。挪開堆塞在洞口坍塌的石塊，他們看到洞里打磨過的石壁上有許多精美的畫，畫中有獅子、熊、豹、猛犸象、野豬、犀牛、鹿、野牛、馬和貓頭鷹，共420頭動物，有的奔跑，有的回頭張望，個個栩栩如生。這些動物大部分是用木炭畫的，小部分是用手蘸著黃赭石和赤鐵礦顏料涂抹的，還有一部分是先用木炭勾畫線條，再用更加堅硬的石塊淺刻出來的。因洞內(nèi)溫度常年保持在15攝氏度，相對濕度為99％，幾乎沒有空氣對流，所以炭粉和礦石顏料沒有被氧化，大部分未脫落，所有的畫都保存得非常好。法國和英國有三個研究機構(gòu)用放射性碳14技術(shù)測定洞穴中用木炭顏料畫成的兩只犀牛和一只野牛，確定這是3.5萬年前的作品?！　∵@個洞中有一幅畫，是作畫者用手蘸赭石顏料在石壁上拍出來的。今人用計算機模擬，推斷作畫者的身高大約1.8米左右。在不見天日的洞穴里完成這樣巨幅的壁畫，可以推斷，當(dāng)時人類已經(jīng)發(fā)明了穩(wěn)定而持久的照明技術(shù)?！　∵@些史前時期的繪畫令今天的藝術(shù)家嘆為觀止，作畫的技巧和神秘的立意，表明當(dāng)時人類的智慧已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)?shù)母叨?。　　德國考古學(xué)家在鄰近多瑙河的霍侖斯坦峽谷的一處洞穴中，發(fā)現(xiàn)了一批距今3.2萬年前的骨制藝術(shù)品。其中有一件高約30厘米的直立人形獅面雕像，它可能寓意某種人類活動中的權(quán)威崇拜。還有一支骨笛，上面鉆有三個吹奏時改變音調(diào)的圓孔，它表明3萬年前人類已經(jīng)能夠制造樂器，發(fā)出自然界中不曾有過的聲音。還有一些象牙雕刻的馬和大型哺乳動物的造型，表明人類這時不僅能夠在平面上根據(jù)自己的印象畫出外部世界的情景，還能夠使用比例和模擬的概念，創(chuàng)造出仿真的立體藝術(shù)品?！　蹩颂m考占學(xué)家發(fā)現(xiàn)了2.8萬年前用象牙磨制的針。這種針的造型和今天的鋼針幾乎沒有什么區(qū)別，細(xì)長、尖銳、表面光滑，針孔位置非常合適。學(xué)者們推斷其用途大概是用來縫合獸皮抵御風(fēng)寒?！　《砹_斯考古學(xué)家發(fā)掘了兩座距今2.5萬年的墓葬。其中一座墓里安葬著兩位少女，她們穿著有飾物的衣服，身著斗篷、長褲，穿著直達(dá)膝蓋的長靴，戴著帽子，6000枚成串的象牙珠子散落在身體上；在另一座墓中發(fā)掘出標(biāo)槍、短劍、披風(fēng)扣針，有10個空心花瓣的圓盤和雕刻的小馬，還有穿在帶子上的數(shù)百枚北極狐的牙齒。這表明2.5萬年前人類已經(jīng)開始厚葬死者，對故去的同伴表達(dá)哀思，而且有了相當(dāng)強烈的聚斂財富的觀念，并且希望把財富帶到另一個世界?！　≡诙砹_斯和烏克蘭，人們相繼發(fā)現(xiàn)了許多處1.5萬年前用猛犸象骨骼和象牙建造的房屋遺址，大量猛犸象腿骨和下頜骨整齊有序地堆砌在遺址上。在遺址中，人們還發(fā)現(xiàn)了用象牙雕刻的飾物，其中有一件簡直就像后來人類神話故事中的“幽靈”。　　大約距今2萬年到1萬年之間，人類發(fā)明了陶器。陶器由黏土燒結(jié)而成，用于盛水和烹煮食物，它是人類發(fā)明的第一種改變了自然界物質(zhì)特性的生活用品。在制作陶器的時候，首先使黏土與適量的水均勻混合，在半干的時候用手工做成需要的器皿形狀，晾干焙燒。在450攝氏度～700攝氏度之間的高溫環(huán)境下（在燒木材的窯中很容易達(dá)到這樣的溫度），微細(xì)的黏土顆粒改變了性質(zhì)，相互燒結(jié)在一起，使成型的土坯變?yōu)椴慌聼⒉宦┧?，結(jié)實耐用的器物?！　」糯死锰掌骺梢苑奖愕貜慕雍慈∷?，貯存在加蓋陶器中的水，可以保持清潔、減少蒸發(fā)。有了陶器，人類能夠在離開水源的地方安家，選擇更加適宜居住的環(huán)境。　　陶器的出現(xiàn)，使人類加工食物的方式發(fā)生了重大變化，人們可以用水作為中間介質(zhì)加熱食物。水有良好的流動性和傳熱性，用火加熱陶罐底部，食物可以通過水均勻加熱，不會燒焦烤糊。水被加熱沸騰之后，水溫長久保持在沸點溫度不再升高，沸騰的水成為理想的恒溫器。在接近海平面的地方，水的沸點為100攝氏度（隨著海拔高度的增加，沸點略微降低）。在沸騰的水中，食物能夠發(fā)生一系列有益于人體健康的化學(xué)變化，對提高人類生存質(zhì)量具有重要意義。許多有毒不能生吃的食物（例如芋頭和馬鈴薯），經(jīng)過烹煮可以成為美味佳肴，堅硬粗糙難以入口的食物煮過之后變得容易消化；肉類和植物的蛋白質(zhì)在烹煮過程中，會水解成大量人體不可或缺的氨基酸，對大腦的發(fā)育和進(jìn)化至關(guān)重要。與此同時，高溫煮食物殺滅了食物和水中的微生物，熟食代替生食，喝湯代替飲生水，減少了人類患病的機會?！　√掌鞯陌l(fā)明，擴(kuò)大了人類選擇食物的范圍，改變了人類的飲食習(xí)慣。從此，人類普遍開始吃熟食，這種習(xí)慣一直延續(xù)到今天。　　人們制作陶器，在保證其實用功能的同時，常常情不自禁賦予它審美的價值。無論器物造型抑或表面裝飾，技術(shù)和藝術(shù)已經(jīng)融為一體。許多史前時期的陶器，不但蘊含豐富的科學(xué)智慧，同時也是絕妙的藝術(shù)品。陶器的發(fā)明，為人類在精神領(lǐng)域的創(chuàng)造活動拓展了新的空間，使人類的造型藝術(shù)步入一個新的發(fā)展階段?！　】脊艑W(xué)家把陶器視為史前時期人類活動水平的重要標(biāo)志。他們通過分析不同時期陶器的特點，推測當(dāng)時人們的生存方式和社會狀況，并且根據(jù)陶器制作的工藝和圖案，區(qū)別文化類型，細(xì)分歷史階段。世界上許多歷史博物館都收藏古代陶器，人們視其為凝固的歷史?！　√掌鲗崿F(xiàn)了火與水的美妙結(jié)合，是人類文明演進(jìn)歷程重要的里程碑。陶器的發(fā)明催生了一系列后續(xù)的人類創(chuàng)造活動，并為金屬工具和文字的發(fā)明鋪墊了重要的基石。　　差不多與陶器出現(xiàn)的同時，人類開始馴養(yǎng)動物。早年人類祖先在狩獵的時候，總是把獵物全部殺死，連幼崽一起吃掉。后來，人們開始捕獲那些弱小、溫馴的動物幼崽喂養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能夠與人類合作的動物種類非常少，直到今天，能被馴化的動物也不過幾十種。　　……








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