全球科技通史
武器的发明和普及也带来了一个大问题，各种人类之间、现代智人部族之间大规模的争斗从那个时期开始了。史前人类是非常野蛮的，在程度上也超过其他哺乳动物。一些学者甚至量化地指出人类基因里的暴力程度是哺乳动物平均水平的 6 倍。每年在《自然》杂志上都能看到这类论文，讨论史前人类对同类进行大屠杀的证据。学者们一致认为，随着文明的开始，人类渐渐将自身暴力基因的作用压制了下去。
现在看来，人类区别于其他物种（包括我们的近亲）的根本之处在于大脑的结构略有不同，这种不同主要有两方面。第一，人脑有多个思维中枢，比如处理语言文字的中枢、听觉的中枢以及和音乐艺术相关的中枢等，它们导致人类的想象力比较发达，特别是在幻想不存在的事物方面。这对于人类智力的发育非常重要，一般认为这是人类创造力的来源，也和后来人类的科技成就密切相关。第二，人脑的沟通能力，特别是使用语言符号（比如文字）的沟通能力较强。尽管许多动物都可以通过声音、触觉、气味等与同类交流和分享信息，但是人类是唯一能够使用语言符号（文字）进行交流的生物。在语言和文字的基础上，人类还创造出复杂的表达系统（语法），这样不仅可以准确地交流信息和表达思想，还可以谈论我们没有见过的事情，比如幻觉和梦境。
只有当人类活动所创造的能量是他每天所消耗能量的两倍以上时，才有可能制作日用品（比如衣服），修建房屋，驯养动物，然后才能进一步发展，否则只能勉强维持生存和繁衍后代。
能量和技术的关系是，技术的进步让人类能够更有效地获取能量，而更多的能量让人类能够进一步发展技术。
在过去很长一段时间，学者们一直认为人类当时过着非常艰辛、质量远远低于农耕社会的原始部落生活。但是到了 1972 年，美国学者马歇尔·萨林斯（Marshall Sahlins）提出了不同的观点，他认为狩猎采集的生活实际上比早期农业时代更加悠闲和幸福。支持这种观点的证据主要有两个。第一个证据：考古发现，虽然在狩猎采集时代婴幼儿的死亡率很高，但是一旦他们能长到十几岁，通常能活到三四十岁以上，甚至有个别人能活到七八十岁；但是，进入农业社会后，人类的平均寿命反而降到了只有十几岁，这可能是因为过于辛劳而又没有足够的食物果腹；另外，人类定居后，瘟疫对族群的威胁要远远大于不断迁徙的狩猎采集年代。第二个证据：考察今天依然靠采集狩猎为生的非洲部落，他们每天只要劳动几个小时就能获得足以维持生存的食物，而在农耕文明的末期，农民依然需要每天面朝黄土背朝天劳动 10 多个小时，才能不受饥馑的威胁。如果单纯从有效获取能量的角度看，人类似乎不应该把自己拴在土地上，但如此一来，农业便不会出现。
人类在迁徙过程中，人口的繁衍使得人类不可能通过狩猎采集获得整个族群所需要的全部食物。狩猎采集的方式虽然让人类每天无须花太多时间觅食，但是能够获得的食物总量毕竟有限。
1993 年，在湖南道县（珠江中游地区）发现了最早的稻谷，距今大约 10200 年。这个时间远远早于黄河流域或者长江流域农业开始的时间，只是比人类农业摇篮喀拉卡达山脉地区略晚一些，也佐证了中国的农业是独立发展起来的。
水稻是靠中国人“发明”的新种植技术实现高产的。野生的水稻长在水里，产量并不高，它和其他谷物没有本质差别。但是，中国人的祖先发现水稻有一个特点，如果在它快成熟时突然把水放掉，水稻为了传种接代，会拼命长种子（稻谷），而且一株水稻会长出好几支稻穗，而每支稻穗可以长出几十颗种子，这样一株水稻就可以获得上百颗种子（今天高产水稻每株能收获 300 颗种子，甚至更多）。通过运用这种技术种植水稻，产量自然就非常高了。
发明耐高温陶器的依然是生活在珠江流域的中国人。2001 年在桂林地区发现了早期的耐高温陶罐碎片，距今 12000 年。在此之前发现的最早的完整陶器出现在日本，距今 10000 年。珠江流域的中国人制造的陶器之所以耐高温，是因为在黏土中加入了方解石的成分。因此，耐高温陶器在当时堪称高科技产品。
由于美索不达米亚采用了六十进制，我们学习几何时计量角度，或者学习物理时度量时间，都不得不采用它。
无论是东方还是西方，在衡量重量时都使用过十六进制，比如中国过去一斤是 16 两，英制一磅是 16 盎司，这是采用天平二分称重的结果（人类在发明秤之前先发明了天平），因为 16 正好是 2 的四次方。在英制中，价格也曾采用二分的方法，因为过去价格是用二分衡量贵重金属的重量。直到 2000 年前后，美国纽约证券交易所股票的报价依然采用一美元的 1/2、1/4、1/8 和 1/16，极不方便。后来才采用纳斯达克的以美分为最小单位的报价方法。
美索不达米亚的楔形文字很快被当地的闪米特人学会，他们中间有一支非常善于远洋经商的族群——腓尼基人。腓尼基人将美索不达米亚的文字传播到地中海各岛屿。但是，在经商途中，商人们没有闲情逸致刻写精美漂亮的楔形文字，于是，他们对这种复杂的拼音文字进行了简化，只剩下几十个字母。后来，希腊人从腓尼基字母中总结出 24 个希腊字母，而罗马人又将它们变成 22 个拉丁字母。随着扩张，罗马征服了很多外国土地，吸纳了很多外国人，有些外国的人名和地名无法表示，于是罗马人在字母表中加入了 x，代表所有那些无法表示的音和字，这既是英语里包含 x 的单词特别少的原因，也是后来人们用 x 表示未知数的原因。再后来，拉丁文里的 i 被拆成了 i 和 j，v 被拆成了 u、v、w，最终形成了今天英语的 26 个字母。
根据李约瑟在《中国科学技术史》中的描述，中国的农民在公元前 6 世纪甚至更早就采用了垄耕种植这种先进的技术，而欧洲农民要到 17 世纪才明白这个道理。
很多人问发现和发明有什么区别？偶然发现柴火灰能够上釉是发现，而找到一种工艺（草木灰上釉法）保证烧出来的器皿都有一层釉面，则是发明。发明的本质不在于是否第一个发现了现象，而是找到一套行之有效的、确定的方法，保证成功率。最初观察到柴火灰上釉的现象固然重要，但只有创造出一种工艺流程让它从偶然变成必然，才能真正推动社会进步。
纵观人类文明史，科学、文化的发展与信息源的丰富、传播方式的进步息息相关。古希腊和古罗马文明时期，以及 18 世纪后工业革命至今，是人类历史上，特别是西方历史上两个科技蓬勃发展的时期，也是人类在利用能量和信息方面出现飞跃的时期。
他们将克制、知足、平静视为美德（这在后来演化出斯多葛学派）。
据说，伊斯兰教先知穆罕默德曾经说过，“学问虽远在中国，亦当往求之”，体现了他对学术的重视。我曾经向阿拉伯学者求证这句话的真伪，他们告诉我，穆罕默德表达过类似的意思。在《艾尔·提勒米吉圣训》第 74 段中记载着“寻求知识是每一个穆斯林的义务”（The seeking of knowledge is obligatory for every Muslim）。在当时，阿拉伯人所知道的世界，中国是最遥远的地方，因此中国可能只是一个比喻，穆罕默德的本意是：不管获得学问多么困难，也应该去做。
如果说欧几里得确立了几何学作为数学一个独立分支的地位，那么确立代数作为数学独立分支地位的人就是花剌子米。花剌子米在数学上的代表作是《代数学》，他在这本经典的数学著作中给出了一元二次方程 ax2+bx+c=0（a≠0）的通用解法
世界上最早的现代意义上的大学是意大利的博洛尼亚大学（University of Bologna），它成立于 1088 年，并且在 1158 年成为第一个获得学术特权法令的大学
从 1296 年铺设这座大教堂的第一块基石开始算起，到 1436 年整个教堂完工，前后历时 140 年。在教堂落成的那一天，佛罗伦萨的市民潮水般涌向市政广场，向站在广场旁边的乌菲兹宫顶楼的科西莫祝贺。这座教堂不仅是当时最大的教堂，也是文艺复兴时期的第一个标志性建筑，教皇欧金尼乌斯四世亲自主持了落成典礼。这座教堂以圣母的名字命名，现在中文把它译作“圣母百花大教堂”（Cattedrale di Santa Maria del Fiore）。但是，在佛罗伦萨，它有一个更通俗的名字—Duomo，意思是圆屋顶（见图 4.9）。科西莫和布鲁内莱斯基用“复兴”这个词来形容这座大教堂，因为它标志着复兴了古希腊、古罗马时代的文明。
哈维的《心血运动论》和哥白尼的《天体运行论》、牛顿的《自然哲学的数学原理》以及达尔文（Charles Robert Darwin，1809—1882）的《物种起源》，并称为改变历史的科技巨著。
公元 9 世纪，阿拉伯人发明了三角帆，从此，船帆不再是一个兜风的口袋，而是如同一个竖直的机翼，风在帆的前缘被劈开，再流到后缘去会合。由于帆的迎风面凹陷，背风面凸起，便像机翼一样形成了一定的曲度，使得空气在背风面的流速大于迎风面的流速而形成低压区，从而产生逆风而行的动力（这在物理学上被称为伯努利原理）。
牛顿的研究领域非常广泛，除了数学，还包括天文学、力学、光学和炼金术等。他构建了近代三个大科学体系，即以微积分为核心的近代数学、牛顿三定律为基础的经典物理学，以及以万有引力定律为基础的天文学。牛顿将这些内容写成《自然哲学的数学原理》（简称《原理》）一书，成为历史上最有影响力的科技巨著。历史上能够建立起一套完整的理论体系的科学家非常少，比如在数学方面，除了牛顿之外，只有欧几里得、笛卡儿和后来的柯西等少数几个人做到了这一点，高斯（Johann Carl Friedrich Gauss，1777—1855）、欧拉（Leonhard Euler，1707—1783）等人的贡献虽然大，但是并没有创建出完整的学科体系。在物理学方面，只有爱因斯坦、玻尔（Niels Henrik David Bohr，1885—1962）等人做到了这一点。而牛顿则同时在很多不同的领域完成了体系的构建，这在科学史上可能是独一无二的。
需要指出的是，牛顿伟大的发现有着历史的必然性。很多人在讲述科学发明的故事时，总爱强调灵感和有准备的头脑的重要性，其实很多发明和发现都是水到渠成的结果。以万有引力定律的发现为例，大家都喜欢谈论从树上落下的苹果给牛顿带来的灵感，但这个传奇的说法实际上是法国思想家伏尔泰杜撰出来的。牛顿发现万有引力定律是一个很长的过程，并非灵机一动想出来的。更重要的是，与牛顿同时代的很多科学家，包括胡克、哈雷等人，都注意到了行星围绕太阳运动需要一种向心力，即来自太阳的引力，只是这些人没有能力完成理论的建立，而牛顿显然比他们高明一些。不过，即使没有牛顿，可能用不了多久，也会有其他科学家发现万有引力定律。事实上，哈雷参与了牛顿《原理》一书的出版，并且是该书第一版的出资人。这些事实说明了科技发展的必然性。
牛顿在思想领域最大的贡献在于将数学、物理学和天文学三个原本孤立的知识体系，通过物质的机械运动统一起来，这就是哲学上所说的机械方法论（简称机械论）。在牛顿和后来机械论的继承者看来，一切运动都是机械运动。
在发明白炽灯的过程中，爱迪生不是蛮干，而是一边总结失败的原因，一边改进设计。在科研中，从来不乏勤奋的人，但是更需要爱动脑筋的人，爱迪生就是这样的人。
火枪在被发明之后的三个世纪里进行了 4 次重大的改进，才成为今天步枪的原型。 第一次改进是从火绳枪到燧发枪（flintloc）。燧发枪的原理是使用转轮打火机（燧发机），带动燧石击打到砧子上产生火星，点燃火药，这样枪手就不需要携带火绳了。
第二次改进是 18 世纪末可燃弹壳枪弹的发明。
第三次改进是将膛线（riflin）技术用在了枪（炮）管内侧。
第四次改进则是将前膛枪改进为后膛枪（ rifled breech-loading guns）。
最终，物理学家基本上解决了这些矛盾，而方法并非试图用旧的理论对新的现象进行牵强附会的解释，而是重新建立物理学的基础——相对论和量子力学。从此，物理学进入现代纪元，而这个变革的起点，则是经典力学和电磁学中麦克斯韦方程组的矛盾。
以牛顿理论为核心的整个经典力学都是建立在伽利略变换基础之上的。
1927 年，海森堡发现，在测量粒子动量和位置的时候，如果一个物理量的测量误差变小，另一个则要变大，而测量误差的乘积永远会大于一个常数，这就是著名的“不确定性原理”。不确定性原理并不是说我们测量的仪器不够精确，而是说世界本来就有很多不确定性，想要准确测量是不可能的。玻尔和海森堡等人认为，“上帝在创造宇宙时有很大的随意性”，随后，物理学界就有了“上帝是否也掷色子”的争论。
当时的物理学界分成两派：一派（哥本哈根学派）以玻尔为代表，认为当你观测一个粒子的时候，就以粒子的形式存在，不观测时就以波的形式存在。这听起来有点匪夷所思，因为物质的存在与否居然取决于人们是否观测它。另一派以爱因斯坦为代表，他们对此提出了质疑。爱因斯坦说道：“玻尔，上帝从不掷色子！”波尔反击道：“爱因斯坦，不要告诉上帝应该怎么做！”这次对话发生在第五次索尔维会议上（见图 8.2），它已经被传为一段尽人皆知的佳话。当时，双方找了各种理论上的证据和可能的解释，但是谁也没有能说服谁。后来，整个物理学界越来越多的人开始接受玻尔等人的量子理论，也就是说，上帝居然也在掷色子。
今天，物理学家将宏观的宇宙和微观的基本粒子统一起来，使得人类对所有可观测到的宇宙有了非常准确的了解。在认识论上，这段历史让人们认识到了科学理论的局限性。在自然科学中，没有绝对正确的定律，我们曾经认为毫无例外普遍适用的规律，都有它们适用的边界，这也就突破了以牛顿为代表的机械论的思想。
铀原子在中子的轰击下变成了两个小得多的原子“钡”（Ba，原子序数 56）和“氪”（Kr，原子序数 36），同时还释放出了 3 个中子，迈特纳证实了自己的想法。随后，当他们清点实验的生成物时，发现了一个小问题，而这个小问题其实是一个重大的发现。原来，生成物的质量比原来的铀原子加上轰击它的中子的质量少了一点点。
在寻找丢失的质量时，迈特纳想到了爱因斯坦狭义相对论里那个著名的方程 E＝mc2。爱因斯坦预测质量和能量可以相互转换，那些丢失的质量会不会真的由质量转换成能量了呢？
早期的雷达使用的都是固定频率或者有规律地变化的频率，这样的雷达一旦开启，很容易被对方发现并成为对方攻击的目标。因此在二战期间，具有良好音乐基础的演员拉马尔（Hedy Lamarr，1914—2000）与作曲家安太尔（George Antheil，1900—1959）合作，发明了一种不断变化频率的通信技术，这项技术很快被用于改进雷达，使得对方无法侦察到雷达的频率。这就是移动通信 CDMA（码分多址）的前身，并且成了今天通信中调频编码的基础。