科學的1000個瞬間──改變人類歷史的發明與發現

〈前言：我們才踏出一小步〉
在電影大師庫伯力克拍攝的影片《二○○一年太空漫遊》中，有這樣一個經典鏡頭：一個人猿揮舞著手中的動物骨頭，然後將它擲向空中，鏡頭追隨這根向上飛行的骨頭進入漆黑深邃的太空，隨後骨頭幻化成一艘人類的太空船。這一擲就是數百萬年。對廣袤無垠、深藏著無數秘密的宇宙與自然來說，人類這數百萬年的探索，如同在大師鏡頭中度過的幾秒鐘而已。
人類是自然的嬰兒。從蹣跚學步開始，自然就不斷將自己的秘密展示給他。人類在對自然的探索和癡迷中慢慢長大，憑藉與生俱來的好奇心，人類慢慢從懵懂中解脫出來，開始認清自身所在的世界，並開始嘗試伸出手腳，接觸那些未知的世界。這些好奇的探求和對未知真相的破譯就構成了人類科學發展的歷史。
從使用火、工具到製造飛機、太空船，人類在完成著一個一個對自身的跨越。每一次點滴的跨越都是人類智慧的結晶。我們從這些跨越中選取了對人類科技發展起到關鍵作用的一些瞬間，呈現給讀者。有些瞬間能夠給人類思維以巨大的推動；而有些，則在小事上帶給人更舒適的生活。然而請不要忘記，每一個突破都是整個人類向前發展的見證和里程碑，這些突破都是整個人類的財富。
人類的科學史才剛剛起步，我們僅僅才將腳印留在離人類最近的星球——月球上。自然超越人類思維的秘密還遠遠藏在宇宙的深處。我們設想一個圓，圓內是人類已有的知識，圓外是未知的秘密。當我們的知識增加使得圓擴大時，圓的邊界也會擴大，我們會發現我們不懂的東西更多。
那根擲向太空的骨頭畫出了人類探索自然的曲線，這根曲線剛剛起步，它指向深邃的宇宙深處和遙不可及的未來，並且沒有終點。

〈第一章  科學的萌芽〉

1　火

數百萬年前的一天，那時人類的歷史還遠未開始。一場由於閃電劈中乾燥的樹木而引起的大火燒盡了整片森林。一隻饑餓的人猿站在森林邊，貪婪地望著被火燒黑的野兔的屍體，但是旁邊仍在燃燒的樹枝使他不敢靠近。終於，饑餓戰勝了恐懼，他飛快地抓起一塊燙手的兔肉，往嘴裡塞去，一種完全不同的味道從舌頭上傳來，這種味道遠非帶血的生肉可以與之相比，他嚇呆了。

火的利用，是人類走向文明的重要標誌。自從人類利用了火以後，便獲得了新的把自己從動物界中解放出來的手段。關於火的起源問題，在古代世界各民族中都有不少的神話和傳說。比如，在古希臘，傳說火是一個叫普羅米修士的神從天上偷出帶到人間的，他因此觸怒了萬神之王宙斯，而被鎖到高加索懸崖上。其實，把火帶給人類的並不是神，而是人類自身。宙斯即使把普羅米修士鎖在高加索懸崖上，也永遠不能撲滅人類在大地上升起的火焰。
從現有的資料來判斷，人類與火的關係大體經歷了三個階段：即「無火時期」、「用火時期」（指人類能利用和保存天然火）和「造火時期」（知道怎樣來生火）。
無火時期：在許多民族或部落的傳說中，都提到他們的遠祖最初沒有火，忍受著寒冷的侵襲，吃著生冷的食物等等。人們常用「茹毛飲血」來形容這一時期人類的生活狀況。
用火時期：主要使用天然火。例如，在森林或在石油形成天然氣滲出的地區，因受雷電作用而引起的火；在潮濕而悶熱的地區也偶爾可由自燃作用而起火。
人類很早就利用天然火了。距今一百七十五萬年的元謀人就已經有了用火的文化。從元謀人用火遺留下來的炭屑來看，細的有如芝麻，大者勝似黃豆。其分佈面積較大，不僅是一處，而且上下分隔成幾層，加起來厚達三公尺，顯然不是一個短時期內用火所造成的。值得注意的是，炭屑與哺乳動物化石有共生的現象，就是說凡是發現炭屑的地方，就能找到哺乳動物化石；有哺乳動物化石的地方，大都也有炭屑的發現。這絕不是偶然的巧合，在中國江西舊石器時代遺址中（時代與元謀人大體相近）也發現了用火遺跡，並發現燒過的動物角、牙和肋骨。西方考古學家在東非肯雅的切索旺扎地區也發現了人類在距今一百萬年以前已在那裡用火的遺跡。切索旺扎發現的用火遺跡是四十多塊經過燃燒的黏土塊，小的大如米粒，大的約有五至八公分寬。經化驗，這些黏土塊都在小型篝火中燒烤過，而且當時的火是控溫的，溫度當在攝氏四百度以下。在同一地方，還發現了石器和動物骨骸化石。到了晚期智人階段，從中國的周口店到英國的克拉克當，用火遺跡已是相當普遍了。
造火時期：石塊撞擊生火的方法可能是由於早期人類在製造石器工具的過程中發明的。因為石塊與石塊撞擊時迸發出火花，這對於製造石器的早期人類來說必然是非常顯眼和有啟發作用的。但燧石撞擊而產生的火花只能發出少量的熱，燃著的可能性很小，因而不能由之生火。用撞擊法生火，最早成功的可能是偶爾使用黃鐵礦石作為錘子來打擊燧石而迸出的火花，經過在空氣中的燃燒產生較大的熱量，從而可以生火。舊石器時代與中石器時代的人類在撞擊生火的過程中，可能通常用乾的菌類例如乾蘑菇作為引火物。在德國莫斯特文化遺址的廢物堆中和英國中石器時代遺址中都發現過乾菌，同時還有黃鐵礦。有人據此猜想，在舊石器時代人類可能已經掌握了原始的撞擊生火法。
原始的摩擦生火的方法，可能是在舊石器時代晚期，在人類製造木器工具的過程中發明的。那時，人們在使用與製造木器工具時，發現將木樁猛力旋轉時就會發熱，而磨出的木屑熱到一定程度也會生成火星。這火星由於周圍有較高的溫度，燃燒的時間又相當長，若再遇到易燃的乾草之類的纖維，經風一吹，就會燃起火焰，於是人們由此發明了鑽木取火的方法。
原始的生火方法，除了鑽木取火法外，還有火鋸法與火犁法。
火鋸法又分為硬火鋸法與軟火鋸法。硬火鋸法是用一片木頭或竹子在另一木塊或竹子上像鋸子一樣迅速地來回摩擦，直到起火。竹子較為常用，因為竹子表面有矽質層，摩擦後能很快起火。一片竹子迅速地在另一竹片的凸面上來回摩擦，發熱的碎屑落在下面的引火物上，在半分鐘左右便能起火。馬來群島、菲律賓群島、緬甸、印度的土著民族常用這種方法生火。軟火鋸法是用一柔韌的藤條或其他類似的東西來摩擦竹子。這種造火法在印度、馬來半島和蘇丹流傳，在北歐，特別是在瑞典的一些民族中也使用過。火犁法是用木捧的尖端在另一木塊的溝槽內摩擦，生熱起火。這種方法常見於太平洋島嶼的居民。
火鋸法、火犁法和鑽木取火這三種摩擦生火的方法中，以鑽木取火法在世界各地許多民族中的應用最為廣泛，在民間的傳說與文獻的記載中也非常多。
火的利用，對人類體質的增強和社會的發展都起了巨大的作用。
首先是熟食的作用。由於人類掌握了火，可以用火來燒製獸肉和植物的根莖，從而結束了原始人茹毛飲血生活的時代，開始了火食生活時代。火食生活時代開始後，原來有許多不能吃的東西，現在經火燒烤可以吃了，這就擴大了食物的種類和範圍。而且用火熟食分解了堅韌的肉和根莖類的纖維，使其變柔軟了，並在某些方面更富有營養，從而大大縮短了吸收和消化食物的過程，並減少了疾病，促進了人類體質的發展，特別是使人的腦髓能夠更容易地得到它本身消耗和發展所必需的養料，從而加速了人的思維的發展，使人能夠更快地脫離動物的特徵。
第二是防禦野獸的作用。人類在發展過程中，生存所遭受的種種威脅之一就是猛獸的侵襲，而火卻可以嚇退猛獸。晚期猿人已會用火防禦猛獸，當男人出去的時候，他們讓婦女或小孩在洞口燃起一堆火，把一枝一枝的枯木不斷添加進去。這種省心省力的事情，比任何刀槍都要管用，最兇猛的動物都不敢前來窺伺。
第三是禦寒取暖的作用。火給人類溫暖以度過寒冷的夜晚，同時擴大了人類的活動範圍，人類是在有火保護之後才在寒冷地區生活的。
第四是照明的作用。由於火能照亮陰暗潮濕的洞穴，所以改善了晚期猿人的居住條件，並使人類能夠不受茫茫黑夜的限制而從事各種活動。
火不僅具有熟食、防禦野獸、禦寒取暖、照明等作用，而且由於人類使用了火，導致一系列科學技術的產生與發展，比如化學的產生、陶器的燒製、金屬的冶煉和加工等等，都是與火分不開的。英國學者貝爾納指出：「人類會用火，就走在科學的道路上了。」
火是早期人類征服自然、改造自我、獲得生活資料的有力武器，也是人類從自然界獲得解放並進而推動社會發展的一個巨大的推動力。火的利用是人類生存史上的一件具有劃時代意義的大事，也是人類的一項偉大成就。