书名：科学与文明的故事
ISBN：978-7-115-67981-9
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著 赵 峥
责任编辑 韩 松
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本书从文明的起源讲起，将自然科学融入人类文明的历史长河之中，向读者揭示了自然科学在人类文明发展中的作用。全书涵盖了自文明出现至人类进入航天时代的几千年时间，介绍了东西方文明的发展，还总结了历代有代表性的科学家，生动地讲述了包括欧几里得、阿基米德、伽利略、开普勒、牛顿、法拉第、麦克斯韦、爱因斯坦等几十位科学家探索发现的故事。全书融科学性、知识性、故事性、人文性于一体，可开拓读者视野，启迪读者心智。
这本科普小书的第一版，成书于世纪之交的前夕。当时的中国正在改革开放方针的指导下，全面解放思想，努力学习先进科学技术和改善经济管理模式，大力发展工农业生产。
20多年后的今天，中国的经济和科学技术已经取得了飞跃发展，全面接近了西方的先进水平。我们已经来到了一个伟大转折的前夜，中国即将在未来超越西方，领先世界。
回顾人类文明的历史，东、西方世界从来就是交替领先的。西方以苏美尔、古埃及、古希腊和古罗马为代表的奴隶社会，曾经领先世界3000多年，直到公元前500年左右，才被春秋时期的中国所超越；中国创造了从秦汉、隋唐直至宋元明清的富裕经济和繁荣文化，直到明朝中叶以后，才逐渐被诞生了资本主义制度的西方所反超越。此后西方文明再次领先世界，至今又过了500多年。
人类历史上科学繁荣的时期有两个：一个是出现在奴隶社会的、以亚历山大博物馆为代表的古埃及、古希腊时期，那是一次短暂的辉煌；另一个是伴随着资本主义而出现的现代科学大发展时期。历史上，以中国为代表的封建社会，虽然创造了经济和文化的繁荣，以及以四大发明为代表的重大技术创新，却没能实现科学的繁荣。这是封建社会过分专制、过分束缚人们的思想造成的。
中国的封建社会持续时间过长，严重地阻碍了科学思想和科学发现的诞生。今天的中国，通过人民革命推翻了“三座大山”，又通过改革开放创造了社会主义的思想解放和经济文化繁荣。
今天的中国是世界上最有希望、最有潜力、前途最为光明的国家，给当代中国青年创造了大展宏图的机会。相信他们一定能站在巨人肩上，取得可以与牛顿、法拉第、麦克斯韦、爱因斯坦的贡献相媲美的科学成就。
此次重版这本书，除了文字修订之外，作者还补充了有关暗物质、暗能量和中国航天成就等方面的内容。在短短的几十年中，中国的航天事业从无到有、从弱到强，现在已经发展到即将引领全球的阶段。
在此，作者感谢周史薇副教授和科普作家张轩中先生帮助搜集资料、整理文稿；感谢人民邮电出版社，特别是俞彬、张丹阳同志的支持，韩松编辑的精心工作和杜海岳编辑的细心审稿。
赵峥
北京师范大学物理与天文学院
2025-8-15
老子曰：“天下万物生于有，有生于无。”按照今天人类的科学认知，我们的宇宙从无中诞生，是真正的“无中生有”。
在200亿~100亿年前，在原本没有物质也没有时空的虚无缥缈之中，发生了一次大爆炸，物质和时空就在这大爆炸和随之而来的剧烈膨胀中产生。随着膨胀速度的减慢，最先从虚无中诞生的夸克、轻子和光子的温度逐渐下降，慢慢形成原子、分子，并凝聚成星体、星系、尘埃和气体。物质在万有引力的作用下凝聚坍缩，使大量引力势能转化成热能，大大提高了新形成星体的温度，并引发了大星体的热核反应，使之成为发光发热的恒星，其中就包括我们的太阳。
宇宙大爆炸艺术图
我们的地球则诞生于大约46亿年前。随着宇宙的膨胀与降温，形成地球的物质也慢慢冷却下来，表面的熔岩开始凝固，飘浮于空中的水汽凝结成瓢泼大雨，地球的表面出现了海洋。
大约35亿年前，一些有机物质在风雨雷电之中形成了原始的生命，这些生命的“孢子”可能始于地球，也可能来源于宇宙中的尘埃和陨石。最初的生物繁衍于海洋，而后逐渐走向陆地，形成草原、森林等植被及各种原始的动物。在自然选择的法则之下，这些生物逐渐进化。在2亿~1亿年前，地球表面成了恐龙的世界。后来，一些巨大的灾变，例如火山爆发、彗星和小行星的撞击、大陆的分裂和漂移等，导致了恐龙的灭绝，也极大地促进了生物的进化，并往往引发物种的突变。
大约5000万年前，哺乳动物取代爬行动物成为地球的主宰。约1500万年前，一批树上生活的猿类下到了地面，进化成能够直立行走的古猿。它们逐渐学会了使用树枝和石块，并进化成能够制造工具的古人类。
新石器时代的岩画
古人类最早制造的工具是打制的石器。使用这种石器的时代称为旧石器时代，持续了二三百万年。这个时期的人类已经知道用火，并且有了原始的意识和语言，开始形成氏族和部落。大约1万年前，古人类从实践中学会了磨制石器，使自己的工具变得更为精细，使用磨制石器的时代就是新石器时代。
古人类的意识有点像今天的儿童，他们还分不清真实与想象、梦幻与现实。他们在梦中见到死去的先人，就以为先人以某种形式依然存在，于是出现了灵魂的概念。他们同自然界斗争的力量还十分弱小，因此对神秘的自然界充满了好奇或恐惧。迷信的思想和原始的宗教就在这样的条件下产生。古人类崇拜太阳、崇拜烈火、崇拜雷电、崇拜山川巨石、崇拜动植物、崇拜祖先、崇拜生殖。他们由母系社会过渡到父系社会，由氏族联合成部落，在一些地方逐渐建立起城市和国家，最终形成了最早的文明。
在遍布没有开化的蛮族的世界上，偶然诞生的最初文明，会影响和压迫周围的蛮族；反过来，这些文明也会受到蛮族的不断冲击，甚至有可能被其消灭。那种认为文明会按部就班地诞生、一旦诞生就不会消失、一旦进步就永远不会倒退的观点是缺乏根据的。美洲玛雅文明的神秘消失，就很可能与蛮族的攻击有关。文明的诞生，很像溶液中晶体的生成，在饱和溶液中偶然凝聚而成的晶种，会不断被重新溶解，只有当饱和溶液过饱和之后，才会有凝聚晶种成长起来。人类的文明也是这样，在蛮族的海洋中，文明不断地诞生、消失，整个蛮族的素质在文明的不断生灭中逐步提高，最后终于有几个文明生存、发展，并延续下去。
巨大的进步发生在大约5000年前，这时，一些地区的人类学会了冶炼和使用金属，并产生了最初的文字，使用金属的时代被称为金属时代。文字的出现是人类发展的一个重要里程碑。目前掌握的资料表明，早期文明诞生的所有地方（古埃及、两河流域、黄河流域和美洲的一些区域），文字都是伴随着金属的使用而产生的，也就是说，文字都产生于金属时代。
最早有文字记录的国家出现于尼罗河畔（古埃及）和两河流域（苏美尔）。在公元前3000多年的时候，苏美尔人已能够制造青铜器，知道兴修水利进行农田灌溉，并开始使用轮子，古埃及人则稍晚些掌握这些技能。他们都创造并使用文字，而且留下了一些编年史。后来，古埃及人把文字写在经过处理的纸草上，苏美尔人则把文字刻在泥板上。有一些纸草和泥板一直保留到了现在。古埃及人把一年定为365天，他们把天狼星与太阳同时在地平线上出现的那一天，定为一年的开始，这一天，正好是尼罗河开始泛滥的日子。公元前2700—前2600年，金字塔和狮身人面像矗立于尼罗河畔。最大的胡夫金字塔高约146.5米（约40层楼高），底边长约232米，由230万块每块重2.5吨的巨石砌成，严丝合缝，四面正好对准东南西北四个方向。公元前2000年左右，古文明扩展到地中海北岸及一些岛屿上，形成了地中海文明，后来还对伊朗高原和印度河流域产生了影响。
苏美尔时期楔形文字泥板
创造地中海文明的古人，不是现代欧洲人的祖先，他们是一些浅黑色皮肤的种族。现代白种人的祖先主要分为两支：一支是印欧人，他们是今天欧洲人的祖先，那时还在欧洲的森林中打猎；另一支是闪米特人，他们是阿拉伯人和犹太人的祖先，当时生活在两河流域的外围。
富饶的两河流域（今天的伊拉克和叙利亚地区）养育了当地的苏美尔人，哺育了最初的文明，同时也吸引了周围的民族。周边的闪米特人崇尚苏美尔人的先进文明，羡慕苏美尔人的富裕生活，两河流域就像一块磁石一样吸引着他们。闪米特人不断地涌入这个地区，与创造了先进文明但逐渐走向衰败的苏美尔人发生融合与冲突。
从公元前2000多年开始，闪米特人在两河流域占据了统治地位，并建立了一系列伟大的国家，例如阿卡德（相当于我国的尧舜禹时代）、巴比伦（相当于我国的夏商）、亚述（相当于我国的商到春秋时期）等。此时的两河流域成为一座多民族的大熔炉。
两河流域处于统治地位的民族，创造而且享受着文明的果实，并在安逸的生活中逐渐衰败，周边的蛮族却在艰苦的生活中磨炼得无比强悍，他们被两河流域的富饶和文明所吸引，不断地涌进去，进而推翻那里腐败的统治者，建立自己的新国家。新国家继承了先进的文明，抛弃了旧统治者的腐败，把生产和文化水平推向新的高峰。然后这些统治者又在享受文明成果带来的安逸舒适之后走向其对立面，并被新涌入的蛮族征服和取代。就这样一波接着一波，各个民族不断同化与融合，文明被不断地推向前进，并向周围地区扩展。
公元前2000年左右，文明扩展到巴尔干半岛最南端和地中海的一些岛屿上，但那里的文明部族还不是印欧人。直到公元前1000年左右（大约相当于我国武王克商时期），印欧人的一支才从欧洲的森林中来到这里，接受了当地人的先进文明，并开始创造现今所称的古希腊文化，他们是最早摆脱野蛮状态的印欧人。这些古希腊人留下了一些千古传唱的绚丽史诗，叙述了希腊历史上的荷马时代。
荷马是传说中的一位双目失明、到处流浪的民间说唱艺人，他的许多作品已经失传，但留下了一些描述著名的特洛伊战争的作品，如《伊利亚特》和《奥德赛》。这些作品生动地描述了古希腊人与特洛伊人争夺海上霸权的长期战争，以及那次战争前后的一些故事，其中记述了许多当时人类生活的细节。战争波折起伏，古希腊和特洛伊的英雄们顽强战斗，英勇悲壮。最后，古希腊人使用木马计，将特洛伊城攻破，这就是著名的“特洛伊木马”的故事。
荷马
特洛伊木马
长期以来，历史学家们都不相信这些传说的真实性，认为它们不过是一些编造的文学作品。到了19世纪，有一位叫谢里曼的德国商人实地考察了特洛伊战争的遗址。
谢里曼小时候常听父亲讲述这些古希腊传说，对特洛伊战争中的英雄简直入了迷，他坚信这些传说都是真实的。谢里曼长大以后做买卖发了一笔财，于是决定使用这笔钱来圆自己童年时代的梦。他开始寻找特洛伊城的遗址，当时大多数人不相信有这座城，但谢里曼深信不疑。也有个别历史学家从史诗中推断，特洛伊城应该位于小亚细亚半岛（今天的土耳其境内）的某处。谢里曼到那里转了一阵之后，认为那些人所推测的城址不可靠，主要是它离海岸太远，这与史诗中的故事不符。
史诗中描述，在海边驻扎的希腊士兵能够听到特洛伊城内的笛声，他们在一天里可以往特洛伊城跑几个来回，而这些历史学家推测的地点距离海边太远，连一趟也跑不了。史诗上还讲希腊与特洛伊的英雄们曾围着城相互追逐，而这个推测的城址周围有许多悬崖峭壁，人根本不可能围着跑。史诗中曾经描述特洛伊城外有一个冷水泉和一个热水泉，可这里什么泉也没有。肯定不对！这不是特洛伊城。
谢里曼按照史诗的描述到处寻找，终于发现了一个他认为与史诗相符的地方。谢里曼在这里进行钻探，挖掘出大批金银珠宝。谢里曼兴奋极了，这肯定是特洛伊国王的财宝，是他在城破前命人埋藏下的！谢里曼发现特洛伊城和国王财宝的消息迅速传遍世界，吸引了大批历史学家和考古学家。
谢里曼
（来源：德国海德堡大学图书馆）
经过长时间的仔细研究，大家确认这里的确是特洛伊城的遗址，但这些财宝并不是史诗中的特洛伊国王的。在此地，历史上先后建起过9座城市，一座毁了又建一座。史诗中的特洛伊城是在约公元前1275—前1100年建设的第7座。而那批财宝则属于公元前2000多年的第2座城内的居民。由于谢里曼不懂考古技术，除了毁于特洛伊战争的那座，他还挖掘出了前几座城的遗迹，在更古老的地层中发现了金银珠宝，便以为是史诗中特洛伊国王的宝藏。从此人们再不敢轻视荷马史诗了，因为这些史诗中含有真实的成分。
特洛伊城遗址
现在，我们把目光转向东方。在我们祖国的土地上，在黄河和长江流域，在环渤海地区，独立地诞生了另一个伟大的文明——中华文明。
从目前的考古发现来看，中华文明的诞生略晚于古埃及和苏美尔文明。古埃及和苏美尔留有大约公元前3000年开始的文字记录，它们的编年史也可追溯到那个时代。中国现有的文字记录则只能追溯至公元前1300年左右的商朝，确切的编年史记录则更晚一些。司马光的《资治通鉴》，记载了公元前403年（韩、赵、魏三分晋国）以后的历史。由司马迁的《史记》和其他史书，还可以把中国的编年史追溯到公元前841年（共和执政，又称周召共和），再往前就不那么清楚了。
《史记》和其他史书上谈到周朝之前有个商朝，商朝之前有个夏朝，夏朝之前还有炎黄二帝及尧舜禹。《史记》记录了那些时代的大量传说。每个中国人都知道大禹治水的故事。根据考古研究，夏朝是确实存在的，目前已经发现了少量的夏朝文物，主要是石器。青铜器这时虽已出现，但数量很少。夏朝的城池也只发掘出几座。
商朝文物的发现是大量的，已出土了大批精美的青铜器。既然商朝已有铸造精良的青铜器，炼铜技术就不可能从商朝才开始。发现商朝文字是清朝末年（1899年）的事情。当时清朝的一位官员生病了，他发现买回来的中药里的一味药——“龙骨”上面刻有文字样的东西，仔细研究后，他断定是古文字。所谓龙骨就是龟甲或牛肩胛骨，上面的文字就是我们说的甲骨文。
甲骨文
追根寻源后人们又发现，这些甲骨来自河南安阳的殷墟。此后，人们又经过100多年的发掘研究，得到了十几万片甲骨，其中许多字被辨认出来。专家考证出这些甲骨是商朝文物，安阳就是商朝后半期的首都殷。商朝人非常迷信，甲骨是用来占卜的。占卜的内容包括国家大事、农业生产、对外战争和皇宫内部的事情等等。后来在出土大量甲骨的地方，人们发现了一座大殿的遗址。这座大殿与其说像王宫，不如说像祭祀的庙堂。此外，人们还在大殿不远处发现了十几座商王墓，可惜基本都被盗空了。值得庆幸的是，人们发掘出了已知中国古代最大的青铜器——后母戊鼎。此鼎是商王文丁铸造的，用来祭祀他的母亲王后戊。这个鼎重800多千克，也是全世界现存最大的古青铜器。
特别值得一提的是，距毛主席当年视察殷墟时站过的地方几十米处，于1976年，人们发现了武丁之妻妇好的墓。这座墓是唯一没有被盗过的商朝王族墓，出土文物有1600多件，部分器物上刻有妇好的名字，其中：青铜器400多件，内有祭祀妇好的司母辛方鼎；玉器700多件；还有130多件青铜兵器。
司母辛方鼎
史书上曾经记载，商朝全盛时期的国君武丁，有一位能征善战的妻子名叫妇好，多次代替武丁领兵出征。在殷墟发现的甲骨上也有妇好出征前进行占卜之事的记载。从甲骨上我们还知道，商朝打仗通常出兵3000~5000人，最多一次出动13000人，妇好也在其中。妇好墓的发现，证实了这位女将军的存在，也大大增强了史书中关于夏、商王朝记载的可信度。从夏至商，是石器时代到金属时代的过渡，是汉字诞生的时期，是中华文明的一次大跃进。商人迷信鬼神，而周人注重民心。从商至周，是从奴隶社会到封建社会的过渡，是中华文明的又一次大飞跃。
现在我们来回顾一下人类文明发展的大致图像。
公元前3000多年的时候，在尼罗河畔和两河流域几乎同时形成了人类最早的有文字的文明。古埃及人和苏美尔人已会炼铜，懂得农业及灌溉。苏美尔人还会使用印章，他们可算作印刷术的发明先驱。在东方的黄河和长江流域，这时正处于炎黄时代。
公元前2500年左右，金字塔和狮身人面像早已出现在尼罗河畔，中华文明则处于传说中的尧舜禹时代。
公元前2000年左右，尼罗河与两河流域的文明已融合成一片，并扩散到地中海北岸及大海中星罗棋布的一些岛屿上，甚至远达伊朗高原和印度。闪米特人开始大规模涌入两河流域，在那里建立起自己的国家。与此同时，在黄河流域，大禹治水后建立的夏朝已屹立在东方。
公元前1700多年，闪米特人创建的巴比伦王国达到了全盛时期，奴隶社会最早的一部法典——《汉谟拉比法典》被刻在石碑之上。这时，犹太人跟随喜克索斯侵略大军游牧到了埃及。
公元前1600年，在中国，成汤推翻夏桀，建立起强大的商王朝。后来，在南亚，印欧人侵入了印度。而在古埃及，喜克索斯人被埃及人驱逐，曾协助喜克索斯人向古埃及人收税的犹太人，则处于悲惨的境地。犹太人的领袖摩西，带领着他们毅然出走。《圣经·出埃及记》记述了这悲壮的一幕。与此同时，雄伟的卢克索神庙和卡纳克神庙出现在尼罗河东岸。
公元前1300年左右，商王盘庚将都城迁移至殷，加强了王权。商朝在武丁时代达到了王朝的全盛时期。中国的奴隶社会走上了顶峰。
公元前1000多年是古希腊的荷马时代。希腊人已经战胜了特洛伊人。周武王则在木星和彗星的照耀下，在牧野击败了殷商的大军，并在广阔的中华大地上分封诸侯。
此后，东西方都出现了百花齐放、百家争鸣的战国时代。人类社会在刀光剑影和思想交锋中飞速地进步。在西方，先是波斯人与希腊人发生战争，后是斯巴达与雅典争霸；而东方则先是春秋五霸，后是战国七雄。
《汉谟拉比法典》碑
公元前600年左右，沦落为“巴比伦之囚”的犹太人，盼望救世主降临，带领他们复兴，由此逐渐形成了犹太教，产生了《旧约》，他们奉耶和华（上帝）为宇宙间唯一的神。依托这一信念，不屈不挠的犹太人终于返回到故乡巴勒斯坦。公元前500多年，对东方文化产生最大影响的三位“圣人”几乎同时来到人间，他们就是儒家创始人孔子、被尊为道教始祖的老子和佛教创始人释迦牟尼。此后，与中国诸子百家交相辉映，古希腊陆续出现了一大批伟大的哲学家、思想家——苏格拉底、柏拉图、亚里士多德……
公元前600年到公元前300年，是人类文明发展的第一个高峰，那灿烂的文明之花犹如漫漫黑夜中燃起的一盏盏明灯，照耀着西方和东方。
