編者按：人類發(fā)展經(jīng)歷了漫長時(shí)期。最重要的進(jìn)化，是學(xué)會(huì)使用工具，有了“技術(shù)”。《麻省理工科技評(píng)論》創(chuàng)刊近120年，從2001年開始，每年都會(huì)公布“10大全球突破性技術(shù)”，并預(yù)測其大規(guī)模商業(yè)化的潛力，以及對(duì)人類生活和社會(huì)的重大影響，多項(xiàng)上榜技術(shù)已成為改變世界的重要科技成果。

《麻省理工科技評(píng)論》每次評(píng)選所考慮的因素除了科技含量高之外，還要看這些科技突破將來會(huì)對(duì)社會(huì)進(jìn)步帶來的影響，如果技術(shù)本身水平很高，但是影響力小，也不在其列。

其所出版的“科技之巔”主題圖書已成為一套聚焦全球科技趨勢的系列圖書，現(xiàn)《科技之巔2：2017年全球10大突破性技術(shù)深度剖析》已出版，其在總序言中萬字篇幅回顧人類科技進(jìn)步史。今天思想潮將該文與大家分享，感謝人民郵電出版社供稿，和“DeepTech深科技”授權(quán)。

人類發(fā)展經(jīng)歷了漫長時(shí)期。最重要的進(jìn)化，是學(xué)會(huì)使用工具，有了“技術(shù)”。

沒有工具，人類就是一個(gè)脆弱的物種，沒有任何人種可以手無寸鐵面對(duì)自然。技術(shù)伴隨人類成長，從野蠻走向文明。人類歷史就是一部技術(shù)史。

幾十萬年前，地球上有多種猿人，都是非洲叢林中的普通種群，以啃食野果為生。但是，其中一種猿人，也許是基因突變，也許是偶爾使然，學(xué)會(huì)了以鋒利的石塊采割果實(shí)，捕獵動(dòng)物，剝制獸皮。這一“技術(shù)”的獲得，讓它從其他猿人和動(dòng)物中分離出來，人類學(xué)家稱它為“智人”(Homo Sapiens)。人類歷史由此開始，史稱“舊石器時(shí)代”。

石器之外，智人還學(xué)會(huì)了取火?；饘?duì)于古人類猶如電對(duì)于現(xiàn)代人?；鹉苤笫焓澄?，以前無法吃的塊莖、種子、皮肉可成為熟食?；鹛峁嘏?，讓人類在冰河時(shí)期未遭滅絕?；鹛峁┱彰?，夜幕降臨也能活動(dòng)，并能進(jìn)入洞穴等黑暗場所?；鹉軗敉艘矮F，還能將茂密的叢林燒成食物滿地的原野。食物的改善讓大腦和體格進(jìn)一步發(fā)育，加快了人類進(jìn)化。

語言是取火之外的又一重大技術(shù)。語言從唱鳴喊叫進(jìn)化而來，最初的語言是少數(shù)驚嘆詞和名詞，慢慢發(fā)展到表達(dá)行動(dòng)和關(guān)系。語言讓人類得以交換、傳遞思想，編造故事、信條，集結(jié)同類，人類成為社會(huì)性動(dòng)物，發(fā)展出社會(huì)組織（氏族、部落）。

約12000年前，以制陶技術(shù)為標(biāo)志，新石器時(shí)代開始。人類利用土料土坯和石塊建造房屋，觀察天空，判定方向、季節(jié)和收割時(shí)間。約10000年前，掌握了野生植物的生長規(guī)律，開始播種、耕作，人類從食物采集轉(zhuǎn)至食物生產(chǎn)，發(fā)展出農(nóng)業(yè)和牧業(yè)技術(shù)。編織技術(shù)出現(xiàn)，剪羊毛，種植亞麻和棉花，紡線，織布。人類開始過著定居的生活，開始了較完備的食物生產(chǎn)和生活方式。

約6000年前，以青銅器（銅錫合金）的出現(xiàn)為標(biāo)志，人類進(jìn)入“青銅器時(shí)代”，直至公元初年。較之石器，金屬工具有更大的優(yōu)點(diǎn)。金屬制造涉及采礦、冶煉、鍛造和鑄造等復(fù)雜技術(shù)，需要熔爐風(fēng)箱。金銀加工、面包釀酒技術(shù)隨后出現(xiàn)。動(dòng)物被用來牽引和運(yùn)輸，出現(xiàn)了車、船。依靠新的灌溉技術(shù)和農(nóng)業(yè)技術(shù)，生產(chǎn)力提高，人口增加，國家開始出現(xiàn)。

為了分配剩余產(chǎn)品，需要把口頭的和定量的信息記錄下來，出現(xiàn)了書寫和計(jì)算。由“結(jié)繩記事”進(jìn)化到文字，出現(xiàn)楔形文字、象形文字、拼音文字。書寫替代了身傳口授，其后漸漸產(chǎn)生出文學(xué)的成分。計(jì)算是隨同書寫一起發(fā)展起來的技術(shù)，用于計(jì)數(shù)、交換、記賬。

天文學(xué)、占星術(shù)、氣象學(xué)和法術(shù)伴隨歷法出現(xiàn)，歷法不僅用于農(nóng)業(yè)，也用于儀式活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，如確定簽約和履約的日期。天文學(xué)、占星術(shù)、巫術(shù)用于預(yù)測莊稼收成、軍事行動(dòng)或皇帝的未來。醫(yī)術(shù)也發(fā)展起來，皇家有專職御醫(yī)，積累解剖學(xué)和草藥的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。

青銅器時(shí)代后期，出現(xiàn)埃及、華夏、印度、希臘、羅馬等古文明。強(qiáng)盛的羅馬帝國橫跨地中海、歐洲和近東。

古羅馬人是古代最偉大的工程師。羅馬文明就是技術(shù)的文明。技術(shù)鑄就了所向無敵的羅馬軍團(tuán)和四通八達(dá)的道路網(wǎng)、供水系統(tǒng)。羅馬政體民主、法律完備，是保證帝國機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的重要社會(huì)技術(shù)。

公元前100年羅馬人發(fā)明了水泥。這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)改變了建筑工程和人居面貌。水泥支撐了羅馬帝國的擴(kuò)張。到處都有技術(shù)和工程活動(dòng)。工程師得到社會(huì)的認(rèn)可，有的人還得到過國家工程領(lǐng)域的最高地位，如羅馬的維特魯威（Vitruvius Pollio）曾擔(dān)任羅馬皇帝奧古斯都的建筑師。

圖丨古羅馬建筑師維特魯威（Vitruvius Pollio）

約公元前600~前300年，史稱古希臘時(shí)代。希臘人的心智中萌生了一種奇特的嶄新的精神力量，開始了發(fā)現(xiàn)世界和認(rèn)識(shí)自然的觀察和思索，對(duì)象包括天體、地震、雷電、疾病、死亡、人類知識(shí)的本性等等?？茖W(xué)，又稱為自然哲學(xué)，由此濫觴發(fā)源。

希臘海岸曲折，山岳嶙峋，寒風(fēng)凜冽，生存條件并非優(yōu)越，卻孕育了一個(gè)活力充溢的民族，建造起先進(jìn)的文明。沒有哪個(gè)古代社會(huì)像古希臘一樣涌現(xiàn)過那么多的賢哲，在遠(yuǎn)古建立過那么良好的政體。完善的民主制度釋放出自由空氣，賦予希臘人思索的閑暇和樂趣。能理性地探討社會(huì)制度，也就能理性地探究自然原理?？茖W(xué)在希臘誕生，絕非偶然。

希臘米利都的泰勒斯（Thales of Miletus，公元前625~前545）也許是世界第一位科學(xué)家。他發(fā)現(xiàn)了靜電，用三角形原理測量海上船只的距離，提出尼羅河水每年的泛濫是地中海季風(fēng)引起，大地像船浮在水上，地震是浮托大地的水在作某種運(yùn)動(dòng)引起，水是孕育生命的萬物之源。

他的觀點(diǎn)也許是幼稚的，方法卻是“科學(xué)”的：采用理性思考的方式，沒有涉及神或超自然的東西。別忘了當(dāng)時(shí)是巫術(shù)和迷信盛行的蒙昧?xí)r代。泰勒斯及其追隨者都是有神論者，他告誡人們“神無處不在”，例如，磁石就有“靈魂”。泰勒斯卻讓自然界脫離神性，把自然當(dāng)作研究目標(biāo)，理性思考，提出解釋。

圖丨古希臘科學(xué)家泰勒斯

希臘不斷涌現(xiàn)科學(xué)家。畢達(dá)哥拉斯（Pythagoras，公元前580~前500），證明了勾股定理。恩培多克勒（Empedocles，前495~前435），提出月亮由反射而發(fā)光，日蝕由月亮的位置居間所引起。德謨克利特（Democritus,公元前460~前370），提出萬物由原子構(gòu)成。歐幾里得（Euclid，公元前330~前275），總結(jié)了平面幾何五大公理，編著了流傳千古的《幾何原本》。

阿基米德（Archimedes，公元前287~前212），提出浮力定律，算出球面積、球體積、拋物線、橢圓面積，研究出螺旋形曲線的性質(zhì)；發(fā)明“阿基米德螺旋提水器”，成了后來的螺旋推進(jìn)器的先祖；研究螺絲、滑車、杠桿、齒輪等機(jī)械原理，提出“杠桿原理”和“力矩”概念，曾說“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就能撬起整個(gè)地球”；設(shè)計(jì)、制造了舉重滑輪、灌地機(jī)、揚(yáng)水機(jī)等多種器械；為抗擊羅馬軍隊(duì)入侵，制造拋石機(jī)、發(fā)射機(jī)等武器，最后死于羅馬士兵劍下。

圖丨阿基米德發(fā)現(xiàn)浮力定律

這些科學(xué)開拓者要么自己擁有資產(chǎn)，要么以擔(dān)任私人教師、醫(yī)師為主，并不存在“科學(xué)家”這一職業(yè)（“科學(xué)家”這一名詞到二千多年后的1840年才出現(xiàn)）。蘋果掉落在地上，星星為什么懸在空中？古希臘人探索科學(xué)完全自發(fā)于對(duì)自然奧秘的興趣或精神追求，形成了亞里士多德的純科學(xué)傳統(tǒng)。

亞里士多德（Aristotle，公元前384~前322）與柏拉圖（Plato，公元前428~前347）、蘇格拉底（Socrates，公元前469~前399）并稱為西方哲學(xué)奠基人。蘇格拉底年輕時(shí)喜歡自然哲學(xué)，但哲學(xué)的偏好使他放棄了自然研究，專注于思考人的體驗(yàn)和美好生活。

蘇格拉底后來被雅典法庭以侮辱雅典神和腐蝕青年思想之罪名判處死刑，本可以逃亡，卻認(rèn)為逃亡會(huì)破壞法律的權(quán)威，自愿飲毒汁而死。他的衣缽傳給柏拉圖。柏拉圖建立一所私人學(xué)校（柏拉圖學(xué)園，存在800年之久），傳授和研究哲學(xué)、科學(xué)。學(xué)園大門上方有條箴言：“不懂幾何學(xué)者莫入”。亞里士多德、歐幾里得是其中的學(xué)生。

柏拉圖死后，亞里士多德在愛琴海各地游歷，被召為王子的家庭教師，王子就是后來的亞歷山大大帝。如同所有的希臘科學(xué)家一樣，他不接受國家當(dāng)局的監(jiān)督，與當(dāng)權(quán)者無任何從屬關(guān)系。他的講書院設(shè)在雅典郊區(qū)的一處園林里。

他的純科學(xué)研究涉及邏輯學(xué)、物理學(xué)、宇宙學(xué)、心理學(xué)、博物學(xué)、解剖學(xué)、形而上學(xué)、倫理學(xué)、美學(xué)，既是希臘啟蒙的巔峰，也是其后二千年學(xué)問的源頭。他塑造了中世紀(jì)的學(xué)術(shù)思想，影響力延及文藝復(fù)興時(shí)期。他觀察自由落體運(yùn)動(dòng)，提出“物體下落的快慢與重量成正比”。他研究力學(xué)問題，認(rèn)為“凡運(yùn)動(dòng)的事物必然都有推動(dòng)者在推著它運(yùn)動(dòng)”，因而“必然存在第一推動(dòng)者”，即存在超自然的神力。

地上世界由土、水、氣、火，四大元素組成。白色是一種純凈光，其他顏色是因?yàn)槟撤N原因而發(fā)生變化的不純凈光。他對(duì)五百多種不同的植物動(dòng)物進(jìn)行了分類，對(duì)五十多種動(dòng)物進(jìn)行了解剖研究，是生物學(xué)分門別類第一人，也是著述多種動(dòng)物生活史的第一人。

他的特點(diǎn)是尋根問底：為什么有機(jī)體從一個(gè)受精卵發(fā)育成完整的成體？為什么生物界中目的導(dǎo)向的活動(dòng)和行為如此之多？他認(rèn)為僅僅構(gòu)成軀體的原材料并不具備發(fā)展成復(fù)雜有機(jī)體的能力。必然有某種額外的東西存在，他稱之為eidos，這詞的意思和現(xiàn)代生物學(xué)家的遺傳程序頗為相近。亞里士多德堅(jiān)信世界基本完美無缺而排除了進(jìn)化的觀點(diǎn)。

圖丨亞里士多德與亞歷山大大帝

他專注于科學(xué)，卻遠(yuǎn)離技術(shù)，認(rèn)為科學(xué)活動(dòng)不應(yīng)考慮功利、應(yīng)用。在追隨亞里士多德的歷代科學(xué)家看來，他代表了科學(xué)的本質(zhì)和純粹——對(duì)自然界和人類在其中地位的一種非功利的、理性的探索，純粹為真理而思考。

亞里士多德的科學(xué)方法論，被奉為經(jīng)典影響了二千年。科學(xué)清高脫俗，不觸及實(shí)際問題，更不去解決實(shí)際問題。不僅如此，從柏拉圖開始就形成了一種輕視體力勞動(dòng)的風(fēng)氣，排斥科學(xué)的任何實(shí)際的或經(jīng)濟(jì)上的應(yīng)用，使理論與實(shí)踐分離。

羅馬與希臘相反，工程技術(shù)欣欣向榮，科學(xué)卻不景氣。羅馬人不重視——實(shí)際是蔑視——科學(xué)理論和希臘學(xué)問。他們?nèi)σ愿敖鉀Q衣食住行、軍事征戰(zhàn)的技術(shù)問題，無意對(duì)日月星辰這些司空見慣的現(xiàn)象尋求解釋。

公元476年，羅馬帝國滅亡，被蠻族文化取代，大部分羅馬文明受到破壞，歐洲進(jìn)入黑暗的“中世紀(jì)”（約公元476~1453）。羅馬先進(jìn)的知識(shí)和技術(shù)，包括水泥制造技術(shù)，都失傳了。在其后的1200年里，歐洲人不得不依賴落后的沙土黏合材料建造房屋，直至1568年法國工程師德洛爾姆（Philibertdel’ Orme,1514~1570）重新發(fā)現(xiàn)羅馬的水泥配方。

在此后的一千多年里，中國成為技術(shù)輸出的中心，向歐亞大陸輸送了眾多發(fā)明，如印刷術(shù)、造紙術(shù)、火藥、羅盤、舵、鑄鐵、瓷器、鏈、輪式磨谷機(jī)、水力研磨機(jī)、鼓風(fēng)箱、風(fēng)選機(jī)、拉式紡紗機(jī)、手搖紡絲機(jī)、獨(dú)輪車、航海運(yùn)輸、胸帶挽具、軛、石弓、風(fēng)箏、螺旋槳、深鉆孔法、懸架、拱橋、鐵索橋、運(yùn)河船閘、航海制圖法，等等。

英國哲學(xué)家法蘭西斯?培根(FrancisBacon,1561~1626)寫道：“我們應(yīng)該注意到這些發(fā)明的力量、功效和結(jié)果。印刷術(shù)、火藥、指南針這三大發(fā)明在文學(xué)、戰(zhàn)爭、航海方面改變了整個(gè)世界的許多事物的面貌和狀態(tài)，并由此引起了無數(shù)變化，以致似乎沒有任何帝國、任何派別、任何星球，能比這些技術(shù)發(fā)明對(duì)人類事務(wù)產(chǎn)生更大的動(dòng)力和影響?！?/span>

圖丨中國古代四大發(fā)明

所謂物極必反，中世紀(jì)的“黑暗”促成了歐洲的一系列技術(shù)創(chuàng)新，包括農(nóng)業(yè)技術(shù)、軍事技術(shù)及風(fēng)力水力技術(shù)，發(fā)展出一種生機(jī)勃勃的具有侵略性的高度文明。

歐洲水源豐沛，農(nóng)田不需要灌溉，但土壤板實(shí)，必須深耕。歐洲農(nóng)業(yè)革命的兩大技術(shù)創(chuàng)新，一是采用重犁深耕。重犁配有鐵鏵，安裝在輪子上，由8頭犍牛牽引，從深處翻起土壤；二是用馬代替牛作為挽畜，馬拉得更快，更有耐力。歐洲傳統(tǒng)用牛，其頸上挽具只適合牛的短頸，不適合馬。

中國人的胸帶挽具傳入歐洲，這種像項(xiàng)圈一樣的挽具將著力點(diǎn)移到馬的肩部，不會(huì)壓迫氣管，使馬的牽引力增加四五倍。歐洲從此改用馬作畜力，重犁獲得普遍推廣，由二田輪作改進(jìn)為三田輪作，提高了生產(chǎn)力。馬替代牛，提高了效率，擴(kuò)大了人的活動(dòng)范圍，使社會(huì)更加豐富多彩。

技術(shù)促成中世紀(jì)歐洲崛起的不止是農(nóng)業(yè)。馬鐙改變了歐洲的軍事技術(shù)。騎士是歐洲封建制度的代表形象，全身披掛甲胄，威風(fēng)凜凜跨騎在用盔甲防護(hù)的戰(zhàn)馬上。但歐洲沒有馬鐙。騎士雙腳懸空騎在高頭大馬上，無法坐穩(wěn)，一旦臨敵，往往得滾身下馬，步行迎戰(zhàn)。

馬鐙由中國傳入，它沒有運(yùn)動(dòng)部件，簡單，卻可以讓騎手穩(wěn)坐馬背，作戰(zhàn)不會(huì)摔下來。一位騎手配備了馬鐙，就構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)固整體，可快速馳騁，產(chǎn)生強(qiáng)大沖力，形成所謂的“騎兵沖刺”。歐洲的騎兵簡直就是中世紀(jì)的坦克。騎兵沖刺這種新型戰(zhàn)爭技術(shù)使騎士成為職業(yè)軍人，由貴族領(lǐng)主供養(yǎng)，由此產(chǎn)生了封建關(guān)系。這種區(qū)域性封建關(guān)系自由分散，不需要專制社會(huì)那樣的中央政府管理。

圖丨中世紀(jì)騎士

發(fā)生這些變化的同時(shí)，歐洲的工程師們發(fā)明了新機(jī)械，找到了新能源，最突出的是改進(jìn)和完善了水車、風(fēng)車和其他機(jī)械，利用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)車，利用潮汐驅(qū)動(dòng)水輪。歐洲各地都有豐滿的小河，到處都能看到水車運(yùn)轉(zhuǎn)，水車推動(dòng)著各種各樣的機(jī)器，如鋸木機(jī)、磨面機(jī)和鍛打機(jī)等。機(jī)械的使用節(jié)省了勞力，奴隸制度隨之消失。

中國人9世紀(jì)發(fā)明火藥，13世紀(jì)傳到歐洲，14世紀(jì)初歐洲人造出火炮。到1500年，歐洲制造槍炮成為十分普遍的技術(shù)。16世紀(jì)滑膛槍出現(xiàn)。在火炮、滑膛槍面前，弓箭、大刀、騎兵、長槍退出戰(zhàn)場。“火藥革命”削弱了騎士和封建領(lǐng)主的軍事作用，取而代之的是用火藥裝備的陸軍海軍。葡萄牙人發(fā)明了風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的多桅帆船，取代老式的有槳?jiǎng)澊?，裝上火炮，成為炮艦。最終產(chǎn)生了全球性影響，為重商主義和殖民主義開辟了道路。

技術(shù)的發(fā)展在歐洲產(chǎn)生如此巨大的影響，科學(xué)在其中并沒起什么作用。重大的發(fā)明如火藥和羅盤在中國發(fā)明。當(dāng)時(shí)在自然哲學(xué)中無任何知識(shí)可用于研制兵器。航海屬于技藝，不屬于科學(xué)。炮兵、鑄造匠、鐵匠、造船工程師和航海家在進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的時(shí)候，靠的是代代相傳的經(jīng)驗(yàn)、技藝。

以造船為例，船帆和索具不好用，就改進(jìn)；炮舷窗不靈活，就嘗試安裝靈活機(jī)動(dòng)的炮車。技術(shù)是逐步改進(jìn)完善的，經(jīng)驗(yàn)是實(shí)踐積累的。技術(shù)和工業(yè)仍同古羅馬時(shí)代一樣，與科學(xué)沒有聯(lián)系，既沒向科學(xué)貢獻(xiàn)什么，也沒從科學(xué)得到什么。

歐洲人認(rèn)識(shí)到自然界有取之不盡的資源，應(yīng)開發(fā)利用，于是獨(dú)創(chuàng)了一種研究學(xué)問的機(jī)構(gòu)——大學(xué)（universitas）。但早期的大學(xué)沒有把科學(xué)和技術(shù)作為追求目標(biāo)。主要培養(yǎng)牧師、醫(yī)生、律師。自然科學(xué)設(shè)在文學(xué)院，主要課程是邏輯學(xué)。亞里士多德的邏輯和分析方法是研究任何問題的工具，學(xué)者們按照神學(xué)觀點(diǎn)來解釋世界，地球是宇宙的中心，太陽照亮了星星，直到哥白尼、伽利略出現(xiàn)。

圖丨中世紀(jì)的大學(xué)

1543年，波蘭科學(xué)家哥白尼（Nikolaj Kopernik，1473~1543）出版了他的《天體運(yùn)行論》，推翻地心說，提出日心說，開始了科學(xué)革命（至牛頓時(shí)期完成），讓人類由中世紀(jì)的觀點(diǎn)走出，從一個(gè)封閉的世界走向一個(gè)無限的宇宙。1616年宗教裁判所判定哥白尼學(xué)術(shù)為異端邪說。

意大利科學(xué)家伽利略（Galileo Galilei，1564~1642）研究了斜面、慣性和拋物線運(yùn)動(dòng)。在已有望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)上，制成了放大30倍的望遠(yuǎn)鏡，指向天空，搜尋天上世界，發(fā)現(xiàn)了月球的山脈，木星的衛(wèi)星，太陽的黑子，銀河由星星組成，驗(yàn)證了哥白尼學(xué)說。

1632年出版《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》，1633年被宗教裁判所判定為“最可疑的異教徒”，終身監(jiān)禁并被迫在大庭廣眾下認(rèn)罪。七十歲的伽利略已是半盲，作為囚徒，又寫出了一本科學(xué)杰作《關(guān)于兩種科學(xué)的對(duì)話》，闡述了兩項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)：受力懸臂的數(shù)學(xué)分析及自由落體運(yùn)動(dòng)，后者推翻了亞里士多德的“越重的物體下落得越快”的二千年定論，現(xiàn)代科學(xué)開始。

伽利略逝世同年，牛頓（Isaac Newton，1642~1727）出生。1665年，牛頓因?yàn)槎惚芎谒啦?，離開劍橋回家鄉(xiāng)隱居18個(gè)月，這18個(gè)月是科學(xué)史上的幸運(yùn)期，牛頓醞釀了一生主要的科學(xué)成果：微積分，色彩理論，運(yùn)動(dòng)定律，萬有引力，幾個(gè)數(shù)學(xué)雜項(xiàng)定理。

但牛頓不喜歡撰寫和公布自己的學(xué)問，直到因?yàn)榕c皇家學(xué)會(huì)發(fā)生齟齬，在埃德蒙·哈雷（EdmondHalley,1656~1742）的勸說下，才于1687年出版《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，闡述了萬有引力和三大運(yùn)動(dòng)定律，展示了地面物體與天體的運(yùn)動(dòng)都遵循著相同的自然定律，奠定了此后三個(gè)世紀(jì)里物理學(xué)和天文學(xué)的基礎(chǔ)。借助牛頓定律準(zhǔn)確算出彗星回歸的哈雷用詩句贊道：“在理性光芒的照耀下，愚昧無知的烏云，終將被科學(xué)驅(qū)散?！?/span>

圖丨牛頓

科學(xué)當(dāng)時(shí)仍屬哲學(xué)范疇。《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》充滿了哲學(xué)意蘊(yùn)，讀過此書的人腦海中都會(huì)浮現(xiàn)出一個(gè)宇宙形象：一部神奇而完美有序機(jī)器，行星轉(zhuǎn)動(dòng)如同鐘表的指針一樣，由一些永恒而完美的定律支配，機(jī)器后面隱約可見上帝的身影。美國開國元?jiǎng)字朴啈椃〞r(shí)不忘牛頓體系，稱：“牛頓發(fā)現(xiàn)的定律，使宇宙變得有序，我們會(huì)制訂一部法律，使社會(huì)變得有序?！?/span>

牛頓證明了科學(xué)原理的真實(shí)性，證明了世界是按人類能夠發(fā)現(xiàn)的機(jī)理運(yùn)行的。把科學(xué)應(yīng)用于社會(huì)的輿論開始出現(xiàn)，人們期待科學(xué)造福人類。甚至牛頓在論述流體力學(xué)時(shí)也輕描淡寫了一句“我想這個(gè)命題或許在造船時(shí)有用”。視科學(xué)為有用知識(shí)的弗朗西斯?培根對(duì)此作了理論提升，提出“知識(shí)就是力量”。

但是，也僅此而已。牛頓力學(xué)三百年后才被用于航天發(fā)射和登月飛行，當(dāng)時(shí)只能作為知識(shí)儲(chǔ)存在書本里。16和17世紀(jì)的歐洲，在科學(xué)革命的同時(shí)并未發(fā)生技術(shù)革命或工業(yè)革命。印刷機(jī)、大炮、炮艦一類的發(fā)明未借助科學(xué)。除了繪圖學(xué)，沒有任何一項(xiàng)科學(xué)的成果在近代早期的經(jīng)濟(jì)、醫(yī)學(xué)、軍事領(lǐng)域產(chǎn)生過較大的影響。

即使是伽利略的拋物線研究，顯然在大炮和彈道學(xué)方面會(huì)有潛在價(jià)值，可事實(shí)上，在伽利略之前，歐洲的大炮已有三百年的歷史，在沒有任何科學(xué)或理論的情況下，憑著實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大炮技術(shù)已發(fā)展得相當(dāng)完備了，炮兵學(xué)校有全套教程，包括射程表等技術(shù)指南。毋寧說是炮兵技術(shù)影響了伽利略的拋物線研究，而不是伽利略的科學(xué)影響了當(dāng)時(shí)的炮兵技術(shù)。

圖丨伽利略與望遠(yuǎn)鏡

當(dāng)時(shí)航海技術(shù)中最大的“經(jīng)度難題”，也不是靠科學(xué)解決。由于無法測量船只所在的經(jīng)度，歐洲人的海上活動(dòng)受到限制，只能傍海岸航行。包括伽利略在內(nèi)的很多天文學(xué)家嘗試過解決辦法，未能成功。1714年，英國國會(huì)以2萬英鎊懸賞“確定輪船經(jīng)度的方法”，要求儀器在海上航行每日誤差不超過2.8秒。1716年法國政府也推出類似巨額獎(jiǎng)金。

最后的解決者，不是科學(xué)家，而是匠人。英國鐘表匠哈里森（John Harrison，1693~1776）先后做出4個(gè)海上計(jì)時(shí)儀，其3號(hào)鐘使用雙金屬條感應(yīng)溫度，彌補(bǔ)溫度變化（今天依然在用），裝上平衡齒輪（滾動(dòng)軸承和螺旋儀的前身）防止晃動(dòng)，抵消船上的顛簸和晃蕩，比任何陸地上的鐘表都精確，每日誤差不到2秒，45天的航行結(jié)束，準(zhǔn)確地預(yù)測了船只的位置，符合領(lǐng)獎(jiǎng)條件，但英國國會(huì)拒絕履約。

哈里森繼續(xù)改進(jìn)，4號(hào)鐘用發(fā)條替代鐘錘，進(jìn)行了兩次從英格蘭到西印度群島的航海實(shí)驗(yàn)，3個(gè)多月誤差不超過5秒，相當(dāng)于將航天探測器降落在海王星上，降落點(diǎn)誤差只有幾英尺。國會(huì)還想耍賴，但航海界認(rèn)定4號(hào)鐘比皇家天文臺(tái)的航海圖優(yōu)越得多。哈里森83歲生日那天得到了獎(jiǎng)金。

17世紀(jì)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)興起和傳播的時(shí)期。吉爾伯特（Gilber，1544~1603）用磁體作實(shí)驗(yàn)，伽利略讓不同球體在斜面滾下，托里拆利（Evangelista Torricelli，1608~1647）用裝有水銀的管子發(fā)現(xiàn)了空氣壓力原理，哈維（William Harvey，1578~1657）解剖尸體和活體以了解心臟的作用，胡克（Robert Hooke，1635~1703）測試彈簧獲得胡克定律，牛頓讓光束通過透鏡和棱鏡研究光的組成。

圖丨17世紀(jì)的人體器官草圖

實(shí)驗(yàn)成為檢驗(yàn)理論或猜想的一種方便且必須的工具?？茖W(xué)家依靠儀器，同一時(shí)代的科學(xué)更多地靠技術(shù)幫助，卻很少給技術(shù)以幫助。以望遠(yuǎn)鏡為例。天文學(xué)家一直在使用技術(shù)上不斷改進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡，得出許多驚人的發(fā)現(xiàn)。第一架望遠(yuǎn)鏡是荷蘭眼鏡匠利伯希（Hans Lippershey，1570~1619)發(fā)明的。高倍望遠(yuǎn)鏡光束穿過透鏡后會(huì)產(chǎn)生色散、球面像差和畸變。解決方案還是來自技術(shù)領(lǐng)域，依靠玻璃制造工藝解決的。用幾種折射率不同的玻璃互相補(bǔ)償制成復(fù)合透鏡，這已經(jīng)是1730年以后的事情。

18世紀(jì)初，牛頓、伽利略等科學(xué)巨人引領(lǐng)的科學(xué)革命歸于沉寂，歐洲仍然是一片農(nóng)業(yè)社會(huì)景象。90％的人住在鄉(xiāng)村，從事農(nóng)業(yè)。即使城市居民，能夠見到的制成品，要么是農(nóng)田的產(chǎn)物，要么是能工巧匠的制品。能源不過是動(dòng)物或人類的肌肉力量，加上木材、風(fēng)力、水力而已。

18世紀(jì)六十年代，瓦特（James Watt，1736~1819）在紐科門(Thomas Newcomen，1663~1729)發(fā)明的基礎(chǔ)上改良蒸汽機(jī)。煤在蒸汽機(jī)中燃燒，提供動(dòng)力，引發(fā)第一次工業(yè)革命（18世紀(jì)60年代~19世紀(jì)初），人類進(jìn)入“蒸汽時(shí)代”。蒸汽機(jī)加快了新能源（煤）的開采和使用（此前動(dòng)力和熱力來源，包括煉鐵，主要靠燃燒木材）。

盡管中國的鐵匠11世紀(jì)就發(fā)明了用煤做燃料的熔煉方法，英國直到1709年亞伯拉罕?達(dá)比(AbrahamDarby，1676~1717)才發(fā)明了焦炭，不再依靠森林提供燃料。煉鐵局面改觀，世界進(jìn)入鐵器和機(jī)器時(shí)代。

英國發(fā)明家理查德·特里維西克（Richard Trevithick，1771~1833）將高壓蒸汽機(jī)用于鐵路，1814年第一臺(tái)蒸汽機(jī)車出現(xiàn)，1830年迎來鐵路時(shí)代。1886年，德國工程師卡爾?本茨（Karl Friedrich Benz，1844~1929）制造出世界上第一輛汽車。這一系列技術(shù)革命引起了從手工勞動(dòng)向動(dòng)力機(jī)器和工廠化生產(chǎn)的飛躍。

圖丨工業(yè)革命

18世紀(jì)之前，人不知工廠為何物。商品都是手工、家庭、作坊制造。工業(yè)革命后出現(xiàn)工廠，發(fā)展出高度集中的規(guī)模生產(chǎn)。標(biāo)準(zhǔn)化部件的制造制度（源于英國，在美國得到廣泛應(yīng)用）被亨利?福特(Henry Ford,1863~1947)在汽車工業(yè)中發(fā)展成生產(chǎn)流水線，大大提高了生產(chǎn)力。

構(gòu)成18世紀(jì)工業(yè)革命基礎(chǔ)的所有技術(shù)，仍然是工程師、技師、工匠做出來的，幾乎沒有或根本沒有科學(xué)理論的貢獻(xiàn)。科學(xué)家仍沿襲亞里士多德傳統(tǒng)，追求智識(shí)和精神上的滿足，不考慮理論的應(yīng)用。技術(shù)行家們也未吸取科學(xué)的營養(yǎng)，如同古羅馬的工程師，追求實(shí)用，實(shí)踐出真知，知其然不一定要知其所以然?？茖W(xué)與技術(shù)各行其道，直到19世紀(jì)后期。

在技術(shù)獨(dú)步天下的時(shí)代，英國率先頒行專利法，保護(hù)技術(shù)壟斷。18世紀(jì)80年代，法國化學(xué)家貝托萊（C.L.Berthollet,1748~1822）發(fā)現(xiàn)漂白織物的氯化方法。

因蒸汽機(jī)而富裕的瓦特，其岳父是個(gè)漂白劑制造商，瓦特想由他們?nèi)斯餐暾垖＠?，獲取厚利。貝托萊拒絕道：“一個(gè)人愛科學(xué)，就不需要財(cái)富?！彼约兛茖W(xué)態(tài)度進(jìn)行研究和發(fā)表了結(jié)果。

這件事顯示了技術(shù)與科學(xué)的一個(gè)區(qū)別：科學(xué)是發(fā)表、共享，尋求知識(shí)和真理；技術(shù)是壟斷、功利，尋求實(shí)用和價(jià)值。仍以瓦特為例，他并非蒸汽機(jī)的發(fā)明人，只是改良人，但他首先申請了專利，遂想方設(shè)法延長專利保護(hù)期。

英國當(dāng)時(shí)的大政治家愛德蒙?布克（EdmundBurke，1729~1797)在國會(huì)上雄辯經(jīng)濟(jì)自由，反對(duì)制造不必要的壟斷，但瓦特的合作伙伴強(qiáng)大，簡單的原則無法打敗他。專利獲批后，他的主要精力就不再是蒸汽機(jī)技術(shù)的改進(jìn)，而是借助法律打壓其他發(fā)明者和改良者。蒸汽機(jī)在英國的真正普及和重大改進(jìn)是在瓦特專利期滿之后。

圖丨英國政治家愛德蒙?布克（EdmundBurke）

科學(xué)史和技術(shù)史都證明了同樣或類似的發(fā)現(xiàn)發(fā)明可以在不同區(qū)域、由不同的人在不同時(shí)間作出。牛頓和萊布尼茨分別發(fā)明微積分，達(dá)爾文和華萊士分別發(fā)現(xiàn)進(jìn)化論，就是有力的證明。自然規(guī)律、原理就在那里，它們遲早會(huì)在某處或某時(shí)被某人發(fā)現(xiàn)或利用。蒸汽機(jī)如果不是瓦特改進(jìn)，也會(huì)有別人改進(jìn)。但專利法的邏輯卻是：發(fā)明或點(diǎn)子只能是最先申請專利的人想到，別人想到就是剽竊；最初的發(fā)明不許別人改進(jìn)，否則就是侵權(quán)。這與科學(xué)背道而馳。

科學(xué)與技術(shù)的這一分野，導(dǎo)致了人們對(duì)科學(xué)和技術(shù)的不同觀感。一個(gè)重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，幾乎全人類為之慶賀；一項(xiàng)重大技術(shù)的出現(xiàn)，人們首先想到的是又一項(xiàng)壟斷和盈利模式。美國科學(xué)家特萊菲爾（James Trefil，1938~）所謂的特萊菲爾定律（Trefil Law）說：“每當(dāng)有人發(fā)現(xiàn)自然的原理，其他人很快就會(huì)跟從研究，并找出如何從中牟利?！蔽覀兛吹绞畮讱q的孩子因?yàn)橄螺d歌曲而被追訴“音樂盜版”，看到非洲艾滋病人因?yàn)闊o力支付專利持有者的高價(jià)藥物而死亡，也看到泰國政府寧愿侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)也支持仿制藥物，以挽救人的性命。專利制度從產(chǎn)生之日起就備受爭議。但這是另一話題，不表。

歷史進(jìn)入19世紀(jì)。1821年，英國科學(xué)家法拉第（Michael Faraday，1791~1867）發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，奠定電磁學(xué)基礎(chǔ)。1870年，麥克斯韋（James Clerk Maxwell，1831~1879）總結(jié)出電磁理論方程（麥克斯韋方程），統(tǒng)一了電、磁、光學(xué)原理。化學(xué)、熱力學(xué)等領(lǐng)域也取得重大進(jìn)展，形成了物理和化學(xué)的基礎(chǔ)定律。

電力開啟第二次工業(yè)革命（1870~1914），一系列重大發(fā)明，如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電力系統(tǒng)、電燈、電車、電話、電報(bào)，電影放映機(jī)以及以煤氣和燃油為能源的內(nèi)燃機(jī)、柴油機(jī)、內(nèi)燃汽車、遠(yuǎn)洋輪船、飛機(jī)等，令能源、制造、交通、通訊、材料、供水等發(fā)生革命性變革，生產(chǎn)力空前發(fā)展，人類社會(huì)開始步入電氣化時(shí)代。

與歷史不同的是，此次工業(yè)革命是以物理學(xué)和化學(xué)為基礎(chǔ)，科學(xué)不再是純理論，而是用于發(fā)明、設(shè)計(jì)更為精良的機(jī)械、裝備、技術(shù)和工藝；技術(shù)不再是單純的實(shí)踐摸索和經(jīng)驗(yàn)積累，而是以科學(xué)理論為指引的開發(fā)、創(chuàng)新?？茖W(xué)與技術(shù)都發(fā)生歷史性轉(zhuǎn)折，兩大力量從分離變?yōu)閰f(xié)同（Synergy）。

技術(shù)取得革命性演進(jìn)，活力大增，所以第二次工業(yè)革命也被稱為“技術(shù)革命”（Technological Revolution），這個(gè)開辟新紀(jì)元的年代被稱為“協(xié)同時(shí)代“（The Age of Synergy）?？茖W(xué)、技術(shù)協(xié)同，相輔相成，相互促進(jìn)，成為文明的引導(dǎo)力量，帶動(dòng)人類社會(huì)前進(jìn)。

圖丨20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家的合影（其中有薛定諤、波爾、普朗克、居里夫人和愛因斯坦等）

20世紀(jì)，科學(xué)群星燦爛。普朗克（Max Planck，1858~1947）的方程式，愛因斯坦的相對(duì)論，薛定諤（Erwin Schr?dinger, 1887~1961）和狄拉克（Paul Dirac, 1902~1984）的量子力學(xué)，魏格納（Alfred LotharWegener, 1880~1930）的大陸漂移學(xué)說，摩爾根（Thomas Hunt Morgan, 1866~1945）的遺傳變異理論，哈勃(Edwin P. Hubble，1889～1953）的宇宙膨脹說，海森堡（Werner Karl Heisenberg, 1901~1976）的不確定性原理，克里克（Francis Harry Compton Crick, 1916~2005）和沃森（James Dewey Watson,1928~）的DNA結(jié)構(gòu)，馮諾依曼（Johnvon Neumann, 1903~1957）和圖靈（Alan Mathison Turing, 1912~1954）的計(jì)算機(jī)理論，計(jì)算機(jī)無限地?cái)U(kuò)大了人的智力，航天技術(shù)將人類送上太空和月球，哈勃望遠(yuǎn)鏡在600公里的太空觀察到130億光年外的原始星系。人類對(duì)世界有了全新的認(rèn)識(shí)，也有了前所未有的強(qiáng)大手段。

這種強(qiáng)大手段，首先展現(xiàn)在戰(zhàn)場。20世紀(jì)兩次世界大戰(zhàn)，傷亡人數(shù)超過1.2億。參戰(zhàn)雙方都從實(shí)驗(yàn)室源源不斷推出新式武器：戰(zhàn)機(jī)、坦克、潛艇、毒氣、原子彈。16世紀(jì)，達(dá)芬奇（Leonardo DaVinci，1452~1519）就構(gòu)思過“可以水下航行的船”，卻被視為“邪惡”“非紳士風(fēng)度”而被摒棄。

但第一次世界大戰(zhàn)，1914年9月22日，德國潛艇一個(gè)小時(shí)內(nèi)就擊沉3艘英國巡洋艦。一戰(zhàn)期間，各國潛艇共擊沉192艘戰(zhàn)艦，5000余艘商船。第二次世界大戰(zhàn)更被稱為物理學(xué)家的戰(zhàn)爭，圖靈的密碼機(jī)破解了德國“英格瑪”密碼系統(tǒng)，幫助盟軍制服了德國潛艇，雷達(dá)幫助英國皇家空軍贏得了不列顛之戰(zhàn)，原子彈結(jié)束了二次世界大戰(zhàn)。

圖丨原子彈結(jié)束戰(zhàn)爭

歷史上，帝國的興起都不會(huì)依靠巫術(shù)般的科技，也很少有戰(zhàn)略家想到要制造或擴(kuò)大科技的差距。19世紀(jì)前，軍事的優(yōu)勢主要在于人力、后勤和組織。但20世紀(jì)以后，特別是原子彈的威力，喚起了各國政府對(duì)科學(xué)技術(shù)的重視，揭開了科技發(fā)展的新一頁。強(qiáng)大的武器需要精確的制導(dǎo)技術(shù)，推動(dòng)了計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)的發(fā)展，人類步入數(shù)字時(shí)代。集成電路、微處理器和互聯(lián)網(wǎng)普及到每個(gè)家庭和個(gè)人，科技進(jìn)入一個(gè)更廣闊的空間——商業(yè)應(yīng)用。

政治和商業(yè)的卷入，重新塑造了科學(xué)和技術(shù)本身。亞里士多德開創(chuàng)的純粹科學(xué)越來越稀有，科學(xué)和技術(shù)越來越受政治和資本的支配，沒有明確應(yīng)用前景或商業(yè)價(jià)值的科學(xué)或技術(shù)難以獲得資本的支持?？茖W(xué)家不再是希臘先賢那樣的自由個(gè)體，而是研究機(jī)構(gòu)的雇員，按主管者規(guī)劃的“專業(yè)”方向探索。許多科學(xué)研究和技術(shù)發(fā)展，都是軍事所發(fā)起。

20世紀(jì)奠定基礎(chǔ)的數(shù)字技術(shù)，在21世紀(jì)大放異彩。無處不在的網(wǎng)絡(luò)將地球變成一個(gè)天涯咫尺的村落，機(jī)器人不僅進(jìn)入生產(chǎn)流水線，更進(jìn)入“專業(yè)工作”領(lǐng)域。人工智能獲得自我學(xué)習(xí)能力，展示了無可限量的前景。

20世紀(jì)前，人們或許還能把技術(shù)和科學(xué)區(qū)分開來。在數(shù)字時(shí)代，技術(shù)和科學(xué)相互依存和促成，沒有科學(xué)就產(chǎn)生不出新技術(shù)；而產(chǎn)生不出新技術(shù)，科學(xué)研究也就失去了意義?？茖W(xué)和技術(shù)實(shí)際以“流水線”模式銜接推進(jìn)——基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)原理、規(guī)律，打開視野和思路；應(yīng)用研究探索其技術(shù)或商業(yè)的可行性；技術(shù)開發(fā)（R&D）把成果制成有用的產(chǎn)品。

21世紀(jì)，人類生活的各個(gè)方面，沒有科學(xué)和技術(shù)尚未進(jìn)入的領(lǐng)域。任何商品，都是科學(xué)和技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。以手機(jī)為例，方寸之間，集人類數(shù)千年科學(xué)和技術(shù)成果之大成，數(shù)百位科學(xué)家、發(fā)明家薪火相傳，才帶來今天這種執(zhí)世界于掌心的智能設(shè)備。每次打開手機(jī)，都使用物理、化學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、無線電、通訊、量子力學(xué)、相對(duì)論的原理?？茖W(xué)與技術(shù)水乳交融，巧奪天成。

回顧歷史，技術(shù)胼手胝足、勞苦功高地扶持人類十多萬年。三千年前，科學(xué)涓涓細(xì)流，濫觴發(fā)源。在技術(shù)與科學(xué)分離的時(shí)期，從石器時(shí)代到電氣時(shí)代，人類走了十萬年；從泰勒斯的靜電到法拉第的電磁感應(yīng)，科學(xué)走了二千五百年。

自從技術(shù)與科學(xué)結(jié)合，從電氣時(shí)代到今日數(shù)字時(shí)代高峰，還不到二百年。近半個(gè)世紀(jì)來，奠定數(shù)字時(shí)代基礎(chǔ)的集成電路元器件數(shù)量每12個(gè)月就翻一番，性能提升一倍。21世紀(jì)，僅僅幾年時(shí)間，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)就統(tǒng)治了世界，人工智能已開始侵蝕人類的地位。科技進(jìn)程日益加速，對(duì)人類的影響日甚一日。

美國開國元?jiǎng)准s翰?亞當(dāng)斯（John Adams，1735~1826）說：“我們這一代人必須研究政治和軍事來壯大國家，兒輩則要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和工程來創(chuàng)造財(cái)富。這樣，孫輩們才可以學(xué)習(xí)繪畫、音樂和詩歌?！?/span>

縱觀古今，未來，在于科技。

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