第一卷 东方：古老文明的源头
回顾科学的历史就像一个人回颗自已的历史，记亿的大河蜿艇伸 向模柳朦胧的远方，年代愈是久远，回忆愈不确切：写一部科学的历史 如同写一部人物传记，我们通常都要简短地追寻一下他的出生，父母和 组篇。希腊作家希罗多德说得好，一个从不知道自己出生之前事情的 人，水远是孩霍。今天我们回顾科学的历史，也可以而且应该从科学史 之前的自然史开始 01一0地及金 字塔与狮身人面
小第，宝人自杰到文羽史 +44网 第一章从自然史到文明史 自然界经万了-.个漫长的演化历程，这是现代人普遍特有的一个 信念，科学在这个信念女配下，不遗余力地描述刻画这个演化历程，反 过来使这个信念变得更为充实可信字宙、太阳系、地球，生命和人类相 继演化的历史被称为自然吏自然史尖的概念是在文明的史巾浮现出 来，并隙者文明史的发展而变化的。我们以后将要讲到的许多历史，都 是为描曲自然史而奋斗的历史，但是在叙述文明史的开头，让我们把只 有在文明史的结尾也就是今H才了解到的自然史讲述一番。 从时间烦序上讲，人类存在之前地球就巴存在，地球形成之前宁宙 就已形成：如菜自然界是演化的，演化的时间顺序必然是：宇宙一地 球一生命一人类。让我们依次简单地讲述现代科学所告诉我们的这四 大起源的故市。 1.宇宙的起源与演化 儿白年来的天文戏测，已把我们所在的地球附近的空间区城人体 搞清.并将人类的视野扩展到了字宙的纵深。地球基本上是一个球 体，但略微有些扁。地球长期地绕轴自转将地球的赤道地区甩出去了 些，南北两故方向的地球半径比赤道半径(6378公单)约短21公里：比 外，北极高出约18.9米，而南极则陷下去24一30米，形象地说，地球像 是一个倒放若的大鸭梨。地球自转的周期当然是一天。除自转之外，地 球还同太阳系其他行星一起浇太阳公转公转的轨道是一个椭圆，其平 均轨道半径约有14960万公里，公转的平均速度为每秒约30公里：地 01-1 从太 球这个庞然大物，质量有5.976×10公斤，也就是差不多60万亿亿化吨 中看到的地球形 之石 地球只是太阳系家族中的一名成员。太阳系以太阳为核心，九大行 星绕太阳转动.按轨道半径从小到大是：水星、金星，地球、火星、木 土星、天星、海工星和王星，除水星和金星外，其他行都有卫 星。月亮就是地球的卫星。此外，在火星和木是轨道之间还有许多小行 是。几乎所有行星都在大致同-一平面上绕太阳公转，地球绕一周是 年，水生的公转周期是88天，金星是225天，火星测要687天，除了行 屋，小行星和各行层的卫星之外，太阳系中还有大量的彗足，流足体，太 阳系如果以九大行星为主体，则半径不到地球与太阳间距离（所谓天文 单位)的50倍，如果把非常遥远的彗基云也算作太阳系的领域.则可以 27
=第意李交有老文明的头 下子扩展到十几万个日地距 离 以密这样太配系相闲干的 古依然是微不足道的。像太阳这 样本身发光的天体被称为恒星， 以区分那些白身不发光而靠反射 恒垦发光的行星，在我们的周边， 大量的相星聚集在一起，构成了 我们最为熟悉的星系即银河系。 银河系整体上就像一个透镜，中 可厚、两边薄，其直径约为8万光 年。光此年是天文学中距离长度的 单位、大文学所步及的空跨西 过大，用我们常用的公里、米等单 位来量度很不方便，所以用光 01一2太阳系年众所周知，光是世界上跑得最快的东西.一般认为光每秒可跑30万 结构到 公里，它一年能跑九万四千六百亿公里。 一光什确实是很远的距离 可银河系的直径居然就有8万光年，太阳离银河系的中心银核很近，们 不处在中心。像太阳这样的恒星，银河系里差不多有两千亿颗 星系基本上可以分为两大类，一类是旋涡星系， 一类是陌圆星系。 旋涡星系像个铁饼，有旋臂，银河系是一个典型的旋涡￥系。银河系并 未包括所有的恒星，在银河系外还有许多像银河系这样规模的星系。 天文学家发现，若以银河系为中心，方圆300万光年之内，约有40个与 银河系一样的星系，其中主要有麦哲伦云，仙女座星系等，这些星系跟 我们的河系 一起构成了所谓的“本星系祥”。本星系群松散地聚在 起，没有像银河系那样形成有核心的结构。不过在本星系群这样的尺 度上，的确存在一些向中心聚集的星系群，叫做星系团。而且星系团利 星系群又在更高的一层上构成了本超星系团，它之所以叫做本超星系 团，因为它包括了本星系群，而本星系群包括了我们的银河系。本超星 系出的尺度大约在3亿光年，主要包后本星系群和室女星系闭等。 这是否就是我们迄今所知道的全部的字宙空间呢？还不是，事实 上，本超星系团之外还发现了星系，天文学家推测.我门的字宙的空间 尺度大约在200亿光年的量级。 所有的天体都像人一样有华老病死，宇宙亦然。宇宙学就是研究 宇宙的起源和结构的一「学科。根据当今比较得到认可的大爆炸宇宙 学理论，我们]的字宙是在大约200亿年前的一次大操炸中延生的。这个 理论依据于这样一个事实，即几乎所有星系都以很高的速度相互逃离 这意味着整个宇宙都在善胀着。这种张是没有中心的，从任何一点
诗/从自然史到文明史 行都能见到四周的天体远离找们而去，而且有意思的足，距离趣远.迅 行速度越大：这就像一个正在充气的气球，表而上任何·点都会发现别 的.点正离它而去，而H臣离越远，退离速度越大。 字宙的膨保现象必然导一个问题，如我门往近湖，那么， 宙会E来战小、，就像张大时气球放气，到最后就只能蘭下·个草·样 但人们会问，此点之前是什么？宇宙何以会发生这样让观的膨账呢：了 学家设想，宙是从点状字出发生大煤炸而开始膨张的至于点之前 是什么，还没有令人满意的同答。一种带见的回答是，时间空可正是在 大爆炸中才产生的.在没有时间的情况下，无所谓之前之后问题、这当 然是一个有趣的回答 还有一种可能，即有无限多个星系向无跟的那离彬版，如果是这 样，就不存在什么起点问题了。但是根据前面所说的距离越远，退行速 度越大的规律，无限遥远的大体将有尤限大的退行速度，而这是不可思 议的以日相对论想序物体运动的最人：速限光速。展文一极羽利 度.了宙的范制事实上已被限定了，也就是说，可见宇宙的边缘可定在 退：速度为光速的地力，即前而所说的200亿光年 空向上的大小在天文学中同时意味着时间上的大小。所有的天文 学理论都依赖于大文观测，阿所有的天文观测都观测到的是光信号或 以光速传播的其他电磁被我们每看到一样东西，都不是这个东西观在 的样，而是多少华前的样予，这个东西离我们越远，则我们看到的就 是起早的样子.如果我们看到200亿光年的他方，那我们看到的就是 200/年前所发生的情。宇士的时间尺衡因此可以定为200/年 大爆炸宙理论表明，在最初的三分钟内，宇宙在大爆炸中硬生 温度无穷高温降到了10亿度，基本粒子七经形成，并开始形成原子 核， 此后内经过40万年，游度降到4000度，宇宙由辐射状态变为物质 状态，与物质脱后的解射慢慢形成了宁宙背录辐射，这个背联制射已 被天文学家现测到到 再经过约两化年，星系开始形成。也许冉经过几亿年.星际物质有 引力作州下逐渐收猫为球状星云，在收缩的过程中，温度逐步升高，内 部压力增大与引力对抗，于是星云内部发生核反应成为恒星：文学家 已经相当清楚地了解到，儿乎所有恒星都要先后经过主疗星阶段.[巨 星阶段、晚期阶段和临终阶段，在主序显阶段，核反应产生的巨大能量 顶住了引力收雏，使恒的表面温度升高并向外发射可见光当大部分 氨在核反成中成氨之后，接能量变乃、，恒皇再度收缩，这就是工巨其 阶段，当相星收密利一定提博时中，温世升高又引发了新的核彩秀反 应，再度顶住了引力收筋，这过程持续纳10亿年，核反应逐步停止， 恒足进入晚朗和临终阶段： 已经比较确切地知道，太阳系是在约50亿年前形成的，太阳正处 29
果一春/年方：吉老文的溪头 在主序阶段的后期，也就是说，它内部的氢燃料已燃烧了约50亿年 即将进入红巨阶段。地球差不多是与太阳同时开始形成的，通常认 为地球的年酸是45乙年。出于重力的作用懂，放射性衰变故热.使 原始地球物质逐步收缩，重物质沉入核心，轻物质浮上米，最后形成今 日的地克，地幔和地咳的分层结构。 2.地球演化与生命起源 在地球演化史上，大气的演化具有特殊的意义，因为它为牛命的出 现创造了条件。地球人气有三代，第一代大气即原始大气，在地球演化 的早期就跑掉了；第二代大气是地球内部经物理化学反应而挤压出来 的，称为还原大气。还原大气中缺氧，主要由干后米出现了物，植物 的光合作用提供了大量的氧气，使得还原大气变成以氧和氮为主的现 代大气即氧化大气。科学家门推测，氧化大气的形成至少有25亿年历 史。 也就是说，在25亿年之前，地球上就已经出现了尘命。不过，生命 起源题依然是一个没有解决的问题，我们只能谨慎地猜测，大约 0乙年别，抱球上只有岩和水，炽热的太组北直甜到地表，形成很启 的棋度牌每的大气使来自太阳的盛外线杨商阳地射到的表而紫 线具有极强的化学活性。在大气和地表中发生的各种化学反应，使原 本只有尤机物的地球上出现大量氨基酸、核苷酸、单糖等有机物，这些 有机物又不断发生化学反应，逐渐山简单的有机物聚合成复杂的有机 物，出现了生物大分子蛋白质和核酸，这些蛋白质和陵酸在海水中慢 慢储存豪集，经过数亿牛的长期发選，终于出现右自我复制功能的 命单体。 生合单体一口出现，生舍在自燃选择过恐的进化也就开始了 生命单体向越来越复杂的方向进化，先是原始单细胞生物，尔后向两个 方向进化：一是白养功能加强而运动功能退化，进化到单细胞曲藻类植 物，成为植物界的进化源头：另一方向测是运动功能和异养功能增强」 白养功能退化，进化到单细胞原生动物，成为动物界的进化源头 早期的生命都是在海水巾成长的，后米海中植物率先登陆，使地球 表面技上了一层绿毯。植物一口覆盖大地，地球大气便开始发生变化 生命成长的外在环境得到了极大的改善。为了方便叙述生物进化在时 间上的历程，我们先引入地质学上关于地球演化的年代学术语， 地质学家根据古生物化石在地层上沉积的次序划分了地质年代 后又根据同位素放射性变物的测定确定了确切的距现在的时间，可 以将们列举如下：
,第一章/从自然史女明史 距今45亿年 京生（代Pmoterozoic 距今24亿年 式纪Cambrian 距今5.？亿年 奥陶红rdovician 距今5亿年 表留纪S.lurian 矩今44了促 形法纪Devani围 :今4亿T 石炭纪Carboniferous 今3.5亿年 二达纪PB:un 今2.85亿年 中生代Mesozoic 三达纪Triasic Period 距今2.3亿年 休罗纪Jurassie Periad 距今195/年 白采纪Cretaceou Period E今1.37亿年 第纪Tertiary Period 今6700年 筇四纪Quutemury Period 匪今250j年 在寒武纪（以英国威尔士个地名命名，最早在这里挖到这一年代 的地层)之前，确切的化石记录很难我到，因为那时的生物还没有较使 的身体：此外，那时地表温度太高，高温岩石流常常从地下流出将原始 生命熔化掉。不过到了寒武纪之后，化石记录开始卡富起来。基本上 以肯定，从寒武纪开始，海水中出现无撑椎动物：奥陶纪（英国威尔士地 区另一地名)，脊案动物首次出现；志解纪（威尔士的一个地方）到泥盆 纪（英国的一个地名），角类出现并成为海洋巾主要的生命；到石炭纪 (形成煤炭的植物活跃时期)，陆地出现森林，两栖动物随之面来。整个 中生代，陆上爬行动物横行，浦乳类动物亦开始出现，这个时期，恐龙统 治着地球，到了白垩纪，有史以来最大的食肉动物霸王龙在地球上横 行，但在白要纪术期，恐龙神秘地消失了有些科学家相信，这个时期有 一颗直径达10公里的巨大星体与地球撞击，导致了恐龙和其他生物的 灭绝。 到了新生代的第纪，哺乳类动物走上了地球的历史舞台，直到 今天：到第四纪，人类的祖先姗姗来运了。 若是把地球的历史浓缩成一天24小时，1秒大约相当于5万年 如果地球在午夜罗点诞生，那么，生命大约起源于凌晨5点，脊准动物 起源于晚9点，哺乳动物起源于晚10点，灵长类动物在晚11点37分 出现，而人类的粗先差不多直到11点56分才浮出水面。 3.人类的起源与进化 现代人与现代猿有者共同的祖先。现代猿也叫现代类人猿，共有四 种，包括生活在赤道非洲的大猩猩和黑猩猩以及生活在东南亚的猩 31
第一卷/东方：古老文明的源头 和长臂猿，它们与人类都是古猿进化过来的，古猿是现代人与现代类人 猿的共同祖先。 在考古学家和古生物学家的共问努力下，关于人类进化的时间表 有了大致的轮廓。在埃及开罗西南60英里的法尤姆地区，考古学家发 现了迄今世界上最早的猿类化石，年代约在3000万年以前。那时现代 人所属的人科与现代玻所属的猿科尚未分化，是人猿的共同祖先，被命 名为埃及猿。在同一地区还发现了原上猿，年代比埃及德更早」 从原上娘和埃及猿开始分化出两支，一支是猿科，通过森林古猿进 化成现代的被类，一支是人科。人科进化的谱系可据考古发现写成：西 瓦古猿，距今1400万年到800万年：南方古猿，距今400万年到100万 年：直立人，距今200万年到30万年；智人，距今30万年到1万年。 西瓦古猿的化石最早发现于巴基斯坦和印度交界的西瓦立克山 区，那是在本世纪初，到了70年代，西瓦占猿化石又在希腊、土耳其、匈 牙利、巴基斯坦和中国云南禄丰县石灰坝发现。1980年12月1日，我 国又在云南禄丰发现了西瓦古猿的第一个比较完整的头骨化石。研究 表明，西瓦古猿已从树上下到了地面生活，但只是在森林的周边区域， 大概开始学会直立行走。 南方古猿也是在本世纪初的20年代在南非的汤想发现的，此后 在东非和南非出土了大最的化石和遗物。南方古猿虽说称猿，但与人 十分相似，实际上应归人人的系统。1959年，著名考古学家路易斯，利 基夫妇在坦桑尼亚奥杜韦峡谷发现了一个头骨，史称 东 人”，年代大 约为距今175万年，被认为是最早出现的人。考古发现表明，南方古猿 手足已经分工，自然工具的使用已属常见。 直立人可分为早期直立人和晚期直立人。早期直立人也称能人， 01 发现 是石器工具的制造者，而且能够建造最简陋的佳所。1965年在我国云 东非人的考古 南元谋县发现的元谋人就属于早期直立人，年代约在170万年前在含 家利基夫妇 元谋人牙齿化石的地层中，发现了很多炭屑，表明元谋人已经知道用 火，这大概是人类使用火的最早证据。 有关晚期直立人的化石和出土材料极为丰富。在我国境内发现的 北京人，蓝田人和新近(1980年)在安徽和县发现的龙潭洞人便属于晚 期直立人。1984年，理查德·利基在肯尼亚西北部特卡纳湖西岸的纳 里奥科托姆发现了一具几乎完整的直立人骨架，年代大约是160万年 前，可能是月前已知的最早最完整的直立人化石。晚期直立人会制造 各种各样很精致的石器，肯定会使用火。在北京人的故居周口店山洞 中，有厚达6米的灰烬，表明北京人有持续的用火历史。 火的使用给人类带来了光明，这光明驱散了蒙昧、照暗，带来了文 明。有了火，人类就开始熟食，食物的种类和范围扩大了，营养丰富了， 人类的体质得到了加强，大脑进一步发达。火可以御寒，帮动人类在恶 32
第一孝/从自然史到文明史 背 劣的气候环境中生存下来。火可以照亮洞穴，使人类山野居变成洞居， 改善了居住条什。可以猜测，只是在使用火之后，人类才开始住进山酒 的。火还可以用来保护自己，驱逐凶猛的野兽，甚至在围捕野兽时，也可 起很大的作用。 正因为火的使吊在人类进化史上有如此重大的意义，在许多民 的神话传说中，火被赋予某种符殊的意义，最有名的关于火的仲话是希 腊神话中普罗米修斯为人类盗取天火的故事。普罗米修斯，希语原意 是“先知先觉者”，是奥林波斯山上诸神之一。天帝宙斯派他到人间教会 人类各种技术和技艺，但不许他把火传给人类，因为火只能由上天挖 制。普罗米修斯来到人间，教会了人类许多东西，但也看到人类没有火 是多么的不便，没有火离理想幸福的生活是多么遥远，于是他偷偷把火 种从奥林波斯山上带到了人间，并迅速教会人们使用和保存火。天帝宙 斯看见人间有了火光，知道是普罗米修斯干的。他十分愤怒，将普罗米 修斯抓起来锁在高加索山的悬崖上，每天让啄食他的肝驻.使他经受 永久的折磨。 普岁米修斯盗火的故事，是造福人类者、追求光明与真理者大无母 的勇敢精神和献身精神的千古颂歌，也反映了火在人类发展史上所处01一6欧洲旧 的重要地位。火象征着能量和力量，人类一且掌描了火，就获得了改造 石器时代的手茶 世界从而创造自身的力量。 以北京人为代表的晚期直立人虽然已经学会了用火和保存火种 但他们还不会自己造火，只有到了智人才会人工取火，早期智人典型是 尼安德特人，故又通称智人为尼安德特人，他们是1856年在德杜塞多 夫城附近的尼安德特河谷中发现的，距今约30万年到5万年。晚期智 人典型是克罗马农人，其化石最早是1868年在法国多尔多涅区克罗马 农村发现的，距今约5万年。晚期智人已经遍布全球，今天全世界各色 人种在那时都已经分化。在体质性状上，晚期智人与现代人相差无几 而且开始创造文化。他们发明了号箭，学会了有组织的符猎：他们制造 了比较复杂精致的石器和骨器，而且在居住的山洞中绘画、雕刻。真正 现代意义上的人开始出现了。 4.文明史的序幕 这个时期正是考古学上所谓旧石器向新石器的转折时期，用现代 纪年法约在公元前1万年，其时，地球上冰期已过，气候逐步变暖，地球 上人类的人口大显增长，可食用的野生动物大大减少，蒙古利亚猎人从 西伯利亚经过冰封的白令海峡进入美洲新大陆。这时发生了新石器革 命，这个革命最重要的标志就是农业社会的出现，耕种代誉或补充了狩 猎，饲养家有、栽培植物成为生存活动的主要内容，人类开始稳定地居 33
第一卷/东方：古老文明的源头 住在一块土地上，在那里开垦、播种，繁衍生息。人类文明史的序幕就 这样徐徐拉开了。 只是到了公元前4000年，才有文字记载的人类文明史，此前上万 年的人类文明发展情况，我们所知极为相略，许多人类文明的远古之 谜就发生在这段时期。我们不知道这段时期是否真的产生了像我们 样高级的文明，要知道，我们能有今天的文明程度，建立摩天大楼、驾 飞船登上月球，也只经历了几千年的时间。两千四百多年前，希腊哲学 家柏拉图在他的《蒂迈欧篇》中讲述过阿特兰提斯即大西岛的文明。在 柏拉图的笔下，大西岛是一个美雨富饶的岛国，坐落在直布罗陀海峡 以西的大西洋中，那里气候温和，树木茂盛，大西岛居民在岛上建立了 言丽堂皂的宫殿和庙宇，但后来大西岛人道德败坏，激怒了天神，终于 在一次大地爱和洪水中，将大西岛沉入海底。柏拉图强调，这个文明比 他早九干年，而且这段历史来自历代口传，并非虚构，据说是雅典著名 政治家梭伦从埃及听说的。为了证实这个传说，柏拉图本人还去埃及 01-7 旧石器 请教过，可是，由于没有实物证据，长期以来被当作一个谜。 洞穴中的岩画 考古学发展起来之后，人们开始破解阿特兰提斯之谜。首先是克 里特文明的发现，导致人们猜测所谓大西岛实际上就是克星特岛。克 里特岛位处爱琴海南端 考古表明，约在公元前2000年，克里特岛上 已发展起了相当高级的文明，考古学家称之为米诺斯文明。但在公元 前15世纪后不久，由于克里特岛以北100多公里的桑托林岛发生巨大 的火山爆发和海，殃及克里特岛，几十上百米厚的火山灰毁灭了米 诺斯文明。由于克里特文明与柏拉图所描述的大西岛非常相似，人们 猜测，也许是柏拉图把900年错写成了9000牛，他所谓大西岛实际上 就是克里特岛上的米诺斯文明。 不过，20世纪后半叶，考古学家在大西洋的亚速尔群岛附近鉴定 800米深的海底岩心，发现那地方在一万二千年前确实是一片陆地，而 且水下摄影所得照片中，隐约有古代建筑物的断垣残壁。此外，在大西 祥的百慕大海域、巴哈马群岛以及佛罗里达半岛等地都发现了史前文 明的海底遗址，这样一来，就真的不好说阿特兰提斯是怎么一回事 了。 像阿特兰提斯这样的史前文明之谜还有很多，它们激发了现代人 的想像力，也推动了考古学的发展。因为只有在考古学家的努力之下 才可能给史前文明之迷一个比较恰当的解释 在有文字记栽的历史之前，原始人类就已经创造了程度不一的文 明，这些非文字的文明表现在各种遗址、遗迹和遗物上，考古学正是根 据这些实物来再现人类文明的史前史。到目前为止，史前史的考古学 分期都是发照制造工具的原料以及制造技术来划分的，可以与前者提 到的人类进化谱系对照如下： 34