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吴军《全球科技通史》:从史前石斧到转基因区块链量子通信

有趣的科技史。从176万年前的阿舍利手斧说起,一直说到最近的转基因、区块链、量子通信。重点是人类各种重要的发明发现的故事与科学原理。涉及到数理化、生物、医学、计算机、考古等多个学科,难得的是作者都能把相关的原理说清楚。

作者曾经是计算机科学家,行文有学术范,重要信息给出出处,重要的学术观点不论正反都引用。

书中一个重要的可能大部分读者不清楚的事实:最早的算盘出现在美索不达米亚地区,古希腊和古罗马都用过。不过他们的算盘跟中国的不同,仅仅是心算后存储计算结果用,中国的则可以依据规则做运算。

书中提到,最早申请蒸汽船的发明家,设计的原型是让蒸汽机来划船。

爱迪生反对特斯拉的交流电技术,作者认为是爱迪生在商业上的考虑更多,而不是因为保守,并且实际上商业角度看特斯拉的交流电很长时间内都不成功,差点死掉。

书中说,量子通信的原理不是量子纠缠,而是利用光子的偏振特性来传播信息,有一个缺点是:如果遭遇窃听,通信双方立刻能发现,但是通信也就此中断。

书中提到的波斯数学家“花剌子米”,一般是译作“花剌子模”,“花剌子米”我还是第一次看到。

总体评价4星,不错。

以下是书中一些内容的摘抄:

1:就这样,记录人类历史的“书”从人的身上转到了虱子的身上。斯托金根据两种不同虱子在基因上的差异,以及虱子基因变异的速度,推算出体虱出现的时间,即被确定在72000年前(正负几千年)。有趣的是,这个时间点几乎就是现代智人走出非洲的时间。可见,现代智人是“盛装出行”周游世界的。P15

2:一些历史书上写人类能制造和使用工具,而其他动物不能,我过去也接受这个观点。遗憾的是,随着对人类的近亲(比如黑猩猩)在自然状态下研究的深入,我们发现它们也能制造和使用工具,甚至可以像人类祖先那样狩猎。P18

3:在这个家族,有大约一半的人有语言障碍,而其他人则没有。科学家对比了语言能力正常和有语言障碍的成员在基因上的差异,最终发现这种差异仅仅体现在FOXP2上,由此,科学家们猜测FOXP2和语言能力有关。P19

4: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)。P28

5:事实上,几乎每一种文明都独自发明了陶器。世界上有些不发达地区(比如印度尼西亚的一些村落)至今还在按照古老传统的陶器制作工艺烧造陶器,这让我们得以了解早期陶器的制作情况。P31

6:值得一提的是,亚述人已经发明了混凝土,因此,他们修建的水渠是用石头和混凝土砌成的,密水性非常好。因为有了完善的灌溉系统,美索不达米亚地区在那个时期农业非常发达,其中很多区域的人的密度要比今天大得多 P34

7:苏美尔人没有见过轮子,他们是如何得知滚动摩擦比滑动摩擦省力的原理,至今依然是个谜。但可以肯定的是,轮子的发明是一个漫长的过程。他们最初根据生活经验注意到圆木能够滚动这一现象,并且利用圆木滚动的原理运输沉重的货物,又过了很多年才将圆木改进成轮子,才有了基于轮子的车辆。P36

8:计数是一种带有本能特点的技术,而数字则是抽象的概念,两者中间需要一个巨大的跳跃。由于历史的发展是连续的,因此,它们之间一定存在一种或者多种中间状态,这些中间状态的计数方式被称为tally marks,翻译成中文就是“计数符号”,它们半直观、半抽象,如中国人统计数字时使用的画“正”字, P38

9:古埃及人没有像美索不达米亚人那样留下很多生活细节。事实上,古埃及或古希腊人在使用纸莎草纸书写卷轴时,都需要先打草稿,然后誊抄,以免浪费。而在美索不达米亚,因为泥板便宜,连当时的账单,借条,甚至学生的作业本都留下来了。P105

10: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(a0)的通用解法: P117

11: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, P129

12:笛卡儿改变了这种情况,他总结出了完整的科学方法,即科学的研究是通过正确的论据(和前提条件),进行正确的推理,得到正确的结论的过程。后来的科学家自觉遵循这个方法,大大地提高了科研的效率。因此,笛卡儿称得上是开创科学时代的祖师爷。P143

13:很多人喜欢把医学分为西医和中医,其实这种分法不是很准确,更准确的分类应该是现代医学和传统医学。今天,如果到西班牙马德里皇宫的医务室看一看,就会发现它几乎就是一个中药铺子,只不过一格格的抽屉换成了一个个玻璃储药罐,里面尽是草药和矿物质,熬汤药的瓦罐换成了玻璃烧瓶。P144

14:哈维通过解剖学得知心脏的大小,并且大致推算出心脏每次搏动泵出的血量,然后根据正常人的心跳速率,进一步推算出人的心脏一小时要泵出将近500磅血液。如果血液不是循环的,人体内怎么可能有这么多的血液。鉴于这个推理,哈维提出了血液循环的猜想,然后通过长达9年的实验验证了他的理论。P146

15:又经过了几十年,在欧洲很多钟表工程师的共同努力下,到了19世纪初才让航海钟的成本下降到船长们能够装备得起的水平,此后航海钟在远洋轮船上迅速得到普及。有了六分仪和航海钟,【可以方便地测量经度维度】海上远距离航行变得安全了许多。P157

16: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。P163

17:1807年,富尔顿发明的使用机械动力的蒸汽船克莱蒙特号成功地行驶在了哈得孙河上。人们从来没有见过这样一种怪物,不用风帆,没有人划桨,仅靠竖起一根高高的烟囱,就能轰鸣着在水上行驶。P187

18:对于进化的原因,达尔文用4条根本的原理进行了合理的解释:过度繁殖;生存竞争;遗传变异;适者生存。P206

19:这种信号塔的造价虽然比较贵,但是当时法国正好在和奥地利等反法同盟国家开战,急需传递情报的系统,于是一口气建造了556座,在法国建立起了庞大的通信网。整个网络线路长达4800千米,这可能是近代最早的通信网络了。P222

20:由于当时染料的价格昂贵,各国化学家竞相利用煤焦油研制染料,很快发明了各种颜色的合成染料,形成了一个新的庞大的产业——有机化学工业。之后,随着石油和天然气的廉价供应,有机化学家找到了比煤焦油产量更高、使用更方便的化工原材料,从此开启了石油化工工业。P238

21:1885年的一天,本茨夫人将这辆三轮汽车开上了路,成为有记载的第一位驾驶汽车的人,这个时间比戴姆勒和迈巴赫发明出四轮汽车早了几个月。P252

22:莱特兄弟最值得一提的是他们超越同时代其他发明家的工作方法。他们为了试验飞机的升力和控制系统,专门打造了一个风洞,在里面进行了大量的试验。P262

23:事后证明,格罗夫斯不仅会盖房子,还是一位有远见卓识的优秀领导。他从寻找铀材料,到挑选主管技术和工程的各个负责人,再到具体的武器制造,都做得十分出色。最重要的是,他对曼哈顿计划的技术主管奥本海默(Julius Robert Oppenheimer,1904-1967)绝对信任,否则,美国原子弹的研究不可能那么顺利。P311

24:劳伦斯想出了一个很疯狂的方法,采用比铜导电性能更好的纯银做线圈的导线。劳伦斯将这个疯狂的想法告诉格罗夫斯,格罗夫斯马上安排人从美联储借出了14700吨白银,这占到了美国国库白银储备的1/3。这批白银直到1970年才全部归还国库。在格罗夫斯和奥本海默的领导下,原子弹的研究工作进展迅速。P313

25:实验人员在水果摊上找到了一种长了毛的哈密瓜,发现上面的黄绿色霉菌已经长到了深层,就把它带回了实验室。弗洛里检查了哈密瓜上的绿毛,发现这是能够提炼青霉素的黄绿霉菌。采用了新的菌种,再加上后来的射线照射处理,青霉素的产量提高了1000倍,每升可提取2500单位。P326

26:回顾上述几种药品发明的过程,可以发现它们都大致遵循下面这些步骤:搞清楚发病的原因;找到对治病有效的原始药物;找到药物中的有效成分;搞清楚药理和副作用;制造(合成)出副作用足够小、疗效足够好的药物。P335

27:最早的算盘(或者说类似算盘的计算工具)出现在美索不达米亚地区。公元前5世纪,古希腊出现了用小石块或者铜球帮助计算的铜质(或木质)计算工具,今天英文里面算盘一词abacus便是源于古希腊文(áBokoo)。后来古罗马人在古希腊算盘的基础上发展出罗马算盘(外观和中国的算盘颇为相似,见图9.1).P347

28:中国的算盘(见图9.2)与古希腊和古罗马的算盘最大的不同之处是,它有了一套珠算口诀,也就有了一套指令。真正会打算盘的人,不是靠心算,而只是执行珠算口诀的指令而已。在整个计算的过程中,人所提供的不过是动力,而非运算能力,计算是算盘在口诀指令的控制下完成的。P347

29:第一个用机器实现简单计算功能的是法国著名的数学家帕斯卡(Blaise Pascal,1623-1662),1642年,他发明了帕斯卡计算器(见图9.3)。P349

30:香农解决了计算本身的问题,而图灵解决了一个更重要的问题——计算机的控制问题。1936年,年仅24岁的图灵用一种抽象化的数学模型描述了机械进行计算的过程,这个数学模型就是图灵机。至此,计算机的数学模型便准备好了。P354

31:在信息技术方面,另一个关键问题是远程无线通信。为了确保相距38万千米的地月之间通信畅通,美国发射了很多环月球的航天器,专门测试地月之间的通信情况。最后,由摩托罗拉公司提供了月球和地球之间的对讲设备,确保了登月计划通信的畅通。P378

32:但是,量子通信绝不像很多媒体说的那样是万能的,假如通信卫星真的被黑客攻击了,或者通信的光纤在半途被破坏了,虽然通信的双方知道通信过程出现问题,能够及时中断通信,不丢失保密信息,但是就不能保证信息被送出去了。P411

全文完

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