人類社會物質(zhì)文明發(fā)展的六個時代

楊英健，張邦維

(1. 北京印刷學(xué)院 社科部，北京 102600；2. 湖南大學(xué) 應(yīng)用物理學(xué)院，湖南 長沙 41300)

人類社會至今已有大約300多萬年的歷史。人類社會的物質(zhì)生活從非常低下的原始狀態(tài)，發(fā)展到今天這樣高度發(fā)展水平，這中間經(jīng)歷哪些階段(或叫做時代)? 這是一個非常重要而且有趣的問題。作者之一的張邦維曾經(jīng)提出： 典型材料是劃分人類物質(zhì)文明發(fā)展階段的標準。[1]根據(jù)這種標準，我們將人類物質(zhì)文明的發(fā)展過程劃分為六個時代，即石器時代、青銅器時代、鐵器時代、鋼鐵/水泥時代、硅材料時代和納米材料時代，這就是所謂的六時代論。

為什么典型材料可以而且應(yīng)當作為人類物質(zhì)文明發(fā)展過程的劃分標準？為什么其他的東西，比如某種抽象名稱不能或不適合于這種劃分？這種劃分標準主要是根據(jù)生產(chǎn)力還是根據(jù)生產(chǎn)關(guān)系的變化進行劃分的呢？等等這些問題，我們已另文做了專門論述和討論。為避免重復(fù)和行文過長，這里就不再涉及。

我們用典型材料對人類社會發(fā)展進程所做出的具體劃分，如表一和圖1所示。本文主要分析和論述各個時代的具體內(nèi)容、具體劃分時間、以及為什么是從這個時代轉(zhuǎn)變到下一時代等問題。對于這樣一個嶄新的課題，明確地闡述我們的觀點，是想起到拋磚引玉的作用，求得對它有一個比較統(tǒng)一和正確的看法。

表1 人類社會物質(zhì)文明時代的命名和年代劃分

一、石器時代

(一)石器時代何時開始

古人類從漫長的茹毛飲血時期到真正能夠自己制造工具，中間必然有一個長期使用天然工具的過程。雖然至今尚無直接證據(jù)來證實其存在，但從邏輯推理來說，必然會存在這么一個使用天然工具的過程[2]211。這不難理解，因為如果不知道使用工具，便不會有制造工具的需要，更不可能開始制造工具。這也是與整個人類的歷史發(fā)展過程相吻合的。我們的先祖，起初與他們分道揚鑣的動物界在獲取食物以維持生命所使用的手段方面，并沒有太大的區(qū)別，也只是用手和牙齒。逐漸地，由于他們智力的發(fā)展遠超過動物界，他們便知道使用天然的木棍和石塊來獲取食物和防衛(wèi)自己。比如，他們不僅懂得如何用撿來的大石塊和木棒來獵取動物，而且逐漸地認識到，在捕獲獵物后，不光只是用手和牙齒撕開皮毛和割開筋肉，還用撿來的帶銳邊的石塊進行切割。這樣就逐漸地學(xué)會了使用工具。后來，在實踐中他們又逐漸地認識到，某些石頭，比如礫石在石塊上摔破時，可以產(chǎn)生帶銳邊的石塊，于是他們就慢慢地懂得了用石頭來打擊另一塊石頭，使其產(chǎn)生銳邊的石塊。這便是歷史學(xué)家們所說的制造打制石器，也就是古人類制造工具的起源。

從學(xué)會使用天然工具到初始自己制造打制石器工具，這在人類整個物質(zhì)文明的發(fā)展史中，是一個了不起的質(zhì)的飛躍。這段時間很長。從此人類依靠自制的人造材料制造各種工具和器具，發(fā)展著人類的物質(zhì)文明，邁向一個又一個燦爛輝煌的階段。我們對人類物質(zhì)文明發(fā)展階段的劃分起點，也就是從人類制造打制石器算起。

石器時代指人們以石材作為制造工具和器具的時代。這是一個非常漫長的時期，它的起止時限，含混不清、爭論不已，而且因地域而異。一般認為石器時代開始于300萬年前，即從非洲原始人自己制造打制石塊工具開始。[2]214巴基斯坦與英國聯(lián)合考古隊對南亞次大陸北部錫瓦利克地區(qū)的土層進行了熱發(fā)光與古磁測時工作，[注]Ranov V A, Dorj D and Zum E Lu. Chapter 2. Lower palaeolithic cultures, in; History of Civilizations of Central Asia, Volume 1: The Dawn of Civilization: Earliest Times to 700 B.C., edited by A.H. Dani and V.M. Masson. Motilal Banarsidass: Delhi, 2000.在 70 萬年前的土層中發(fā)現(xiàn)了手斧。在距今 120 萬至 140 萬年的埋有豐富古動物的砂巖層中發(fā)現(xiàn)了括削器和小型的砍砸工具。而且，在距今200 萬年的土層中發(fā)現(xiàn)了包括一件石核石器和若干薄片石器的一組打制石制品。2003年，Semaw等人在非洲的埃塞俄比亞的戈拉(Gona)發(fā)現(xiàn)了距今260萬年的人造打制石器，[3]這是目前出土發(fā)現(xiàn)的最早打制石器。挖掘出土證明，石器時代開始于距今250到300萬年之間。

(二)石器時代的細分

根據(jù)制造石器工具和用具的水平，通常將石器時代劃分為三個時代： 舊石器時代、中石器時代和新石器時代。而舊石器時代又細分為舊石器時代早期、中期和晚期，大體上分別相當于人類本身進化到達的能人和直立人階段、早期智人階段以及晚期智人階段。這樣的細分方法，似乎為多數(shù)人所采用。根據(jù)石器工具的發(fā)展，我們認為它們的起止時期如表1所示的劃分。

(三)舊石器時代

舊石器時代(Paleolithic Period)又可劃分為早、中、晚期。這主要是根據(jù)人類所制造石器工具的進步，因而謀生手段逐漸進步來劃分的。早期舊石器時代人類廣泛使用打制的比較粗糙的石器工具，以采集和狩獵為主要謀生手段。上述非洲戈拉地區(qū)粗糙打制石器的出土，使非洲被公認是人類的誕生地和文化發(fā)展的搖籃。東北亞地區(qū)是另一個早期舊石器時代的中心。1970年，在蒙古的亞赫山，發(fā)現(xiàn)了舊石器時代早期典型的阿舍利手斧、單臺面石核和石片等。[注]北亞東北亞舊石器時代考古. http://2006.uua.cn/Ancient/Palaeolithic/200702/4756.html. 2007.2.13.近幾年在中國安徽繁昌和重慶巫山等地出土的打制石器的年代也被認為超過200 萬年。[4]這些石制品的共同特點是加工粗糙、類型簡單。到大約170-50 萬年前非洲出現(xiàn)的阿舍利文化(Acheulian)時期，才演變到較為規(guī)則精致的手斧、手鎬和薄刃斧等工具類型。然后，由演變到距今40 萬年前后在非洲出現(xiàn)以預(yù)制石核為特征的勒洼婁瓦技術(shù)(Levallois)。其特點是在剝離石片前對石核進行精細加工, 使之所產(chǎn)生的石片具備規(guī)則和預(yù)定的形態(tài), 不必修整就可作為工具使用。

距今20-3.5萬年之間的舊石器時代中期，在非洲、西亞和西歐地區(qū)代表性的文化為莫斯特文化(Mousterian)，廣泛使用勒洼婁瓦技術(shù)生產(chǎn)形狀規(guī)則的石片,并用石片加工各種刮削器、凹缺器和尖狀器等。這些石器工具雖然較之早期的加工更精致、形態(tài)更規(guī)范、功能分化更具體，但總體來說基本上是早期工具的延續(xù), 突破性不很明顯。

到了舊石器時代晚期, 人類制作石器工具有了突破性的變化，懂得了采用直接打擊、間接打擊和壓制等方法，掌握了用初級石器工具來制造較高級石器工具的技術(shù)。比如，用生產(chǎn)出來的長石片和細石葉等作為毛坯，制造出可以刻劃古象牙的燧石刻刀(雕刻器)；制造出可以洞穿骨頭和鹿角燧石錐子；以及制造出各種專用的刀、刮削器等。他們還把骨頭和象牙磨細和擦光，制出了最初的復(fù)合工具。隨著工具和生產(chǎn)技術(shù)的革命性的變化，裝飾品和藝術(shù)品隨之相繼出現(xiàn)了，人類的生活有了明顯得改善。出土的人造的居住建筑遺跡，表明此時期內(nèi)我們的先祖已經(jīng)從穴居逐漸地轉(zhuǎn)化為自己建造住所。而且，此期間內(nèi)，他們從亞、歐、非洲征服和開發(fā)了澳洲和美洲，到達世界的各個角落, 帶去了當時的文明。

(四)中石器時代

中石器時代(Mesolithic Period)是舊石器時代和新石器時代之間的人類物質(zhì)文化發(fā)展過渡性階段。[5]隨著人們采集活動經(jīng)驗的積累，在西亞一些地區(qū)，采集目標逐漸集中于大麥、小麥等野生禾稼，并已開始出現(xiàn)最早期的種植農(nóng)業(yè)，即農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟起源于這個時期。人們還從水域獲取更多的魚、貝類，以豐富食源。此時繼續(xù)使用直接打制的大型石器，而占主體地位的，是間接打制的細石器。它的工藝更為成熟，并出現(xiàn)了用細石片鑲嵌在骨木柄上的箭、刀等進步的復(fù)合工具。磨制石器工具也開始出現(xiàn)。鏢、錐等骨器已較為精良實用。箭是中石器時代的最重要發(fā)明，由于它的射程長，速度快，成為當時人類狩獵的主要工具。已發(fā)現(xiàn)的最早木弓是在德國北部出土的，時間約在公元前第9000年。[注]Mesolithic in Europe, http://www.uua.cn/Ancient/2007/0307/4848.html.在漁業(yè)方面，魚叉、魚網(wǎng)的使用已相當普遍，并發(fā)明了木槳、獨木舟。在英國出土的木漿和荷蘭出土的木船經(jīng)測定，都屬于這個時期的器具，這也是現(xiàn)今已知的較早水上運輸工具。這些發(fā)明的普遍使用，使狩獵等生產(chǎn)的效率大為提高。此時期內(nèi)還有兩點很重要。一是人們把粘土用火去燒，發(fā)明了陶器。[2]213二是人們的居住方式從流動分散居住開始向較集中的定居轉(zhuǎn)變。[6]

(五)新石器時代

到了新石器時代(Neolithic Period)，磨制石器工具和器件已經(jīng)很普遍，這是這個時期的主要標志。[2]214此時，我們的祖先已經(jīng)相當熟練地掌握了通過首先選擇合適的石料，打制成石器的雛形，然后放在礪石上加水和砂磨光等一整套磨制石器的方法。磨制石器的優(yōu)點在于具有準確合用的類型和鋒利的刃口。在新石器時代早期，人們只是把工具的刃部磨光，后來才進一步把石器的表面也磨光。

由于大約在公元前12000年地球上的一次氣候大的變化，原有主要靠狩獵—采集來獲得食物的途徑變得愈來愈困難，加速了中石器時代已經(jīng)開始的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化速度，農(nóng)業(yè)成了主要的生產(chǎn)部門和謀生手段。[2]213人們把一些野生動物馴化成家畜，將一些野生植物改造為種植的谷物，犁耕技術(shù)開始出現(xiàn)，這在歷史上這稱之為“農(nóng)業(yè)革命”，是人類物質(zhì)文明發(fā)展過程中的一個里程碑。人類還改進漁獵手段，從事制陶、紡織、木作等手工生產(chǎn)。為適應(yīng)這種生產(chǎn)的變化，人們筑屋，基本上定居了下來。因此，以原始農(nóng)業(yè)為主的綜合經(jīng)濟繁榮高漲，人類大大地向前跨進了一步。

還需要指出，為適應(yīng)于新石器時代經(jīng)濟分工的多種需要，生產(chǎn)工具也進一步分化，而以農(nóng)業(yè)工具為主。[2]213比如，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具主要有磨光石斧、石鋤、石鏟，收獲工具有缺口石刀和陶刀，加工工具有石磨盤、磨棒。較后又出現(xiàn)了雙齒木耒、大型磨光石斧、骨鏟、穿孔蚌鋤，也出現(xiàn)了蚌鐮、石鐮和磨光穿孔石刀。原始戰(zhàn)爭的出現(xiàn)，使得在此時期內(nèi)的石兵器也得到了發(fā)展，石兵器除了前述的石箭外，還主要有矛、鏢槍、斧鉞、刀、戈、盾和盔甲等。[7]

二、青銅器時代

農(nóng)業(yè)和手工業(yè)在新石器時代的興起和發(fā)展，光靠石器工具已無法滿足需要，比如犁地，稍微堅硬點的土地就難于挖掘、翻轉(zhuǎn)，而且效率很低。石器工具成了障礙生產(chǎn)和社會向前發(fā)展的主要因素。此外戰(zhàn)爭的發(fā)展也強烈地要求比石兵器更為銳利、殺傷力更強的兵器。古代人在長久的勞動實踐中，在銅礦富有的地區(qū)發(fā)現(xiàn)了天然的銅，這種銅雜質(zhì)較少，基本上是銅，呈現(xiàn)出金屬銅的本來紅色，稱之為紅銅。紅銅質(zhì)低且較軟，易于用石器工具制造成各種工具、用具和兵器。中國河北省唐山大城山遺址發(fā)現(xiàn)兩件帶孔紅銅牌飾，山西省襄汾陶寺墓地內(nèi)出土一件完整紅銅銅鈴，甘肅、青海、寧夏一帶的齊家文化，有好幾處墓地出土刀、錐、鉆、環(huán)和銅鏡中，有些是紅銅。[注]② ③青銅器時代，http://www.gg-art.com/copper/copper_index_b.php.這些都是使用紅銅的證據(jù)。但人們相信，幾乎在使用紅銅的同時，就出現(xiàn)了青銅。

青銅最早出現(xiàn)在富含銅錫或銅鉛等混合礦的地區(qū)，比如現(xiàn)今土耳其的安拉托里亞(Anatolia)地區(qū)。當時的工匠(smiths)將這樣的礦石煅燒，冶煉出了銅錫或銅鉛合金。銅錫合金的顏色青灰，故名青銅。青銅的熔點在700～900℃之間，比純銅的1083℃為低，但具有優(yōu)良的鑄造性，硬度和強度高出純銅不少，還有較好的化學(xué)穩(wěn)定性。因此，青銅鑄造技術(shù)的發(fā)明成了人類物質(zhì)文明發(fā)展史上的又一個重要里程碑，給社會變革和進步帶來了巨大動力。1975年甘肅東鄉(xiāng)林家馬家窯文化遺址(約公元前3000年)出土一件青銅刀，這是目前在中國發(fā)現(xiàn)的最早的青銅器，是中國進入青銅時代的證明。②綜合其他考古資料，可以認為人類大約從公元前3300年邁入青銅器時代。

從出土和傳世的大量青銅器可清楚地看見，青銅鑄造技術(shù)在遠古的中國已經(jīng)發(fā)展到了登峰造極的地步。各種青銅器生產(chǎn)工具和兵器不僅使石器時代的一切無法望其項背，而且像青銅鼎、簋、尊、盤、爵等作為餐具、酒具、盛水器等實用器具得到了空前的發(fā)展。在制作工藝上，比如紋飾、銘文、鑲嵌、失蠟法工藝和表面化學(xué)處理等③有了相當高度的發(fā)展，因而中國青銅器制作工藝之精巧絕倫、巧奪天工，顯示了古代匠師們的高度創(chuàng)造才能。

三、 鐵器時代

地球上銅礦資源較少，銅產(chǎn)量因而不高，廣泛使用受到限制。加之銅材料雖然易于加工，但是強度和硬度較差，對于砍伐森林擴大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、開鑿和挖掘地下礦藏，尤其是制造更為堅韌銳利的兵器來說，難以滿足需要。因此經(jīng)過長久使用銅材、特別是奴隸社會中連年的戰(zhàn)爭之后，人類的祖先深深地感覺到要想向前發(fā)展和取得戰(zhàn)爭的勝利，必須找到比銅更為好的金屬材料。地球上的鐵礦資源相當豐富。而且鐵器堅硬、韌性高、鋒利，遠勝過石器和青銅器。正如恩格斯所說： “鐵使更大面積的農(nóng)田耕作，開墾廣闊的森林地區(qū)成為可能；它給手工業(yè)工人提供了一種其堅固和銳利非石頭或當時所知道的其他金屬所能抵擋的工具。”[8]159

人類接觸和認識鐵材料，是來自天外的天然隕鐵。早在公元前4000年，古埃及人及蘇美爾人(Ancient Egypt and Sumer) 就已經(jīng)懂得利用天然的鐵來制作矛及飾物。[注]Iron Age Summary. http://www.bookrags.com/wiki/Iron_Age.在埃及古王國時期的吉薩大金字塔中發(fā)現(xiàn)的兩件鐵器，就很可能是古埃及人用隕石鐵制作的，因為當時的埃及人稱鐵為“天上掉下來的黑銅”。1972年在中國河北省藁城(Gaocheng)等地所出土的公元前1400年的鐵刃銅鉞，也是用隕鐵鍛成薄片嵌鑄在青銅中制成的。[9]

盡管銅器時代的后期通過長期煉制銅材和燒制陶器人們已經(jīng)掌握了達到1000℃左右的溫度的技術(shù)，但是由于鐵的熔點1535℃很高，尚無法熔化鐵礦石直接冶鐵，因此，當時的人們逐漸認識和首先發(fā)明了所謂塊鐵煉制技術(shù)。他們使用富鐵礦砂和木炭混合煅燒，在較低的800～1000℃的范圍內(nèi)，木炭及其不完全燃燒產(chǎn)生的CO將富鐵礦石(Fe3O4)中的氧還原而制得海綿狀鐵，再通過重新加熱海綿鐵、鍛打，進一步除去一些雜質(zhì)，使之致密化，而加工制作出所需要的工具、器具或兵器。

隨著經(jīng)驗的增加，鐵匠們提高了冶鐵爐的溫度，從鐵礦石熔煉出鐵，再通過逐漸掌握的鑄造技術(shù)，制造出各種鑄鐵用品?；蛘咴俳?jīng)過鍛打，除掉一些碳和雜質(zhì)，由生鐵變?yōu)槭扈F，再制作成用具。鐵礦石在地球上的許多地區(qū)都富有，所以冶鐵技術(shù)差不多在許多地方先后都涌現(xiàn)出來。2003年，由考古學(xué)家Rakesh Tewari等人在南亞次大陸的中恒河流域出土的鐵器制品證明印度早在公元前1800年就有了制鐵產(chǎn)品。[10]最近在中國西部發(fā)現(xiàn)早在公關(guān)前3000 年那兒就存在冶鐵，但最先成為重要的金屬材料是在公元前1200年。[11]在非洲的西部地區(qū)最先在公元前1000年之前就有了冶鐵技術(shù)。[注]Iron Age Summary. http://www.bookrags.com/wiki/Iron_Age.這些考古出土的事實證明，世界上大體上在公元前1400年左右先后進入鐵器時代。但是，至今尚無法確定究竟是誰最先發(fā)明冶鐵技術(shù)。

鐵材料的發(fā)明和使用是人類發(fā)展的又一個了不起的里程碑，鐵器的廣泛使用，生產(chǎn)力得到極大的提高。到鐵器時代結(jié)束、下一個鋼時代出現(xiàn)為止，人類物質(zhì)文明已到達近代高度發(fā)展的起點。

四、 鋼和水泥時代

經(jīng)過鐵器時代很長時期的發(fā)展之后，無論是從工具、用的器皿和物品以及武器，都有了長足的進步。但是，由于鐵本身所存在的固有缺陷，諸如易銹、發(fā)脆、塑性差，其切削和其他加工性能很不好，因此不論是生鐵還是熟鐵都難于加工成各種復(fù)雜形狀的物品。鐵材料無法滿足人類發(fā)展物資和文化的需求，成了嚴重阻礙社會物質(zhì)文明發(fā)展的主要因素。特別是對于西方資產(chǎn)階級民主革命后出現(xiàn)的新興資產(chǎn)階級來說，他們急需發(fā)展生產(chǎn)力以生產(chǎn)出更多更好的產(chǎn)品滿足社會的需要，從而證明他們比被推翻的封建階級更為優(yōu)秀，更適合于管理國家和社會，以鞏固他們剛剛從封建階級那里奪來不久的政權(quán)。此外，人類的天性是始終追求未知的東西和真理。當時的人們當然會考慮發(fā)明比鐵更為優(yōu)越的材料，以滿足他們探索未知的欲望。所有這一切，促使了鋼的發(fā)明，而鋼的發(fā)展和進步使人類的物質(zhì)文明進入到鋼時代。

事實上，在鐵器時代，中國的祖先就發(fā)明了鋼。在公元前722到480年的春秋戰(zhàn)國時代，群雄割據(jù)，戰(zhàn)事連年不斷，刺激了諸如劍、刀、戟、矛、箭頭鏃、戰(zhàn)斧以及盔甲等武器和工具數(shù)量的增加和質(zhì)量的提高，以及先進技術(shù)的發(fā)展。鐵匠們，其中最有名的是一位叫做歐冶之的人認識到，必須改進手拉風(fēng)箱和熔鐵爐的質(zhì)量，才能生產(chǎn)出更好的武器和工具。最重要的是，他們認識到只有使用木炭才能產(chǎn)生更高的溫度，從而使當時普遍在低于1000℃下所生產(chǎn)出來的脆性海綿狀鐵的質(zhì)量得以改善。尤其是，他們將高溫下燒紅的工件捶打后投入盛滿水的水桶中，然后又將工件高溫?zé)t，投入水中，如此反復(fù)很多次。這樣一來，實際上是除去了原有鐵中所含的不少有害雜質(zhì)，并降低了碳含量，從而至少使表面一層變成了低碳鋼。這種方法就是我們的先祖?zhèn)儎?chuàng)造的、歷史文獻所說的“千百次捶打煉鋼法”。這與后來實際冶煉低碳鋼的原理和方法相同。不僅在歷史文獻記載中，而且近年來從當時的墓穴考古挖掘出來的許多武器看，充分地證明了這些的確是事實。

在中國之外的其他文明古國也對煉鋼技術(shù)做出過他們的貢獻，比如大約在公元前300年，南印度的金屬工匠就用坩堝練出了鋼，[12]生產(chǎn)出幾百年后成為著名的“大馬士革”劍鋼的“伍茲鋼”，激發(fā)了數(shù)代工匠、鐵匠和冶金學(xué)家。

雖然煉鋼技術(shù)在鐵器時代就取得了一些進展，但還不能說是真正能夠生產(chǎn)出鋼了，尤其是無法制備出各種鋼材，也不能進行大規(guī)模生產(chǎn)。在有關(guān)所有鐵和鋼的知識的基礎(chǔ)上，英國的發(fā)明家貝西默才算是在1856年真正發(fā)明了煉鋼技術(shù)，他使用流動的空氣吹向熔化了的鐵水中，使雜質(zhì)氧化而分離，同時氧化掉部分碳，從而練出了低碳鋼。這種后來被稱之為貝西默的煉鋼法在鋼鐵工業(yè)中幾乎使用了將近120年。貝西默創(chuàng)立了英國舍費爾德貝西默鋼鐵公司，但是到1859年該公司就出現(xiàn)了虧空，到了1870申請到專利之后，他才賺了100多萬英鎊。必須指出的是貝西默煉鋼法的原理并不是他首先發(fā)現(xiàn)的，因為早在公元前130年的中國漢代，公元200年時的日本，以及到1600年時的歐洲就已經(jīng)在普遍使用，只是規(guī)模很小而已。貝西默的工藝則能夠進行大規(guī)模生產(chǎn)，從而導(dǎo)致鋼時代的到來。

此后，在英國和歐洲能夠又快又便宜地大量生產(chǎn)鋼了。緊跟著各種形狀的鋼材也就逐步地生產(chǎn)出來了。因此，就大大地刺激了工具和武器質(zhì)量的提高。有了這種先進的材料和相關(guān)技術(shù)，使歐洲利用他們的艦船隊統(tǒng)制海洋，利用他們的鋼槍和大炮統(tǒng)治世界很長一段時間。所謂的日不落大英帝國也就是在此后逐漸形成的。

世界的鋼產(chǎn)量在1900年達到了2800萬噸，其中美國占1020萬噸，英國700萬噸。[注]U. S. Geoogical survey, iron and steel statistics, Last modification: April 16, 2007. http://minerals.usgs.gov/ds/2005/140/ironsteel.pdf.從1871到1900年，全世界總共生產(chǎn)了2.4億噸鋼。1755年，英國人斯米頓受命重建英國愛狄斯頓的燈塔，[12]原來的燈塔是用波特蘭的石頭建造的，經(jīng)過了許多試驗之后，斯米頓發(fā)明了水泥，把那些石頭縫全都塞好。1824年，英國的另一個發(fā)明家阿斯派丁用石灰石和粘土放在一起燃燒發(fā)明了真正的人造水泥，[注]Bellis Mary. The History of Concrete and Cement. http://inventors.about.com/library/inventors/blconcrete.htm.這種水泥是一種比只用粉碎的石灰石制造的水泥更好，使之成為日后的主導(dǎo)建筑材料。鋼和水泥結(jié)合在一起的鋼骨水泥結(jié)構(gòu)，使得現(xiàn)代化的高樓、道路、橋梁、港口和運河在歐洲和北美廣泛地建造起來了。從此世界的物質(zhì)文明取得了前所未有的長足進步。所以，我們說，從1900年世界進入了鋼/水泥時代。

在進入了鋼/水泥時代之后，人類的物質(zhì)文明逐步邁入更高的水平，而此正是由于鋼的發(fā)展的結(jié)果。我們只以制造各種器件的工具所必須的工具鋼的發(fā)展為例加以說明。碳素工具鋼的切削速度和溫度分別為5～8 m/min 和 200～250 °C，無法滿足加工一些特殊材料較高切削速度和溫度，以及制造更為復(fù)雜器具的要求。所以，相繼發(fā)明和發(fā)展了合金工具鋼→高速工具鋼→硬質(zhì)合金→碳化硼和人造金剛石等超硬切削材料。這種情況再一次證明了材料是人類社會物質(zhì)文明發(fā)展的關(guān)鍵和中心之所在。

五、 Si材料時代

第一次和第二次世界大戰(zhàn)都發(fā)生在鋼/水泥時代。世界大戰(zhàn)破壞和延緩了人類物質(zhì)文明的發(fā)展。但是，戰(zhàn)爭也刺激和推動著更高水平的工具、器件和武器的發(fā)展，而此歸根結(jié)底受制于材料的發(fā)展。

戰(zhàn)爭要求通信技術(shù)更為快速和準確。早在1938年，Bell實驗室建立了以凱利為首的一個研究組，他們研究基礎(chǔ)問題，旨在研發(fā)出固體器件以替代已有的笨重落后的真空管和電磁開關(guān)。那時，全美有Bell實驗室所制造的這樣的真空管和器件數(shù)百萬個。軍方的要求是很迫切的，因為在一架標準的無線電發(fā)報機中，40%的重量和50%的體積為笨重的真空管和干電池所占據(jù)。這個研究組當時主要研究Cu2O檢波器。由于戰(zhàn)爭，他們很快就全部轉(zhuǎn)向于研發(fā)先進的雷達設(shè)備。戰(zhàn)爭一結(jié)束，凱利立即恢復(fù)了固體物理研究組，請蕭克利擔任組長，并請來了巴丁和布萊廷參加。這個研究組強調(diào)材料和固體物理問題的基礎(chǔ)研究，旨在研發(fā)出取代真空管的固體三極管。在經(jīng)歷過無數(shù)次的實驗和克服了一個又一個的困難之后，他們最終發(fā)現(xiàn)了晶體管效應(yīng)，并于1947年12月制備出了世界上第一支點接觸Ge晶體管。[13]蕭克利、巴丁和布萊廷三個人，因而在1956年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。

晶體管的發(fā)明對于人類物質(zhì)文明的重要性是再怎樣強調(diào)也是不為過的。

有兩點必須指出。第一，重建的固體物理組放棄了他們成功地制造了整流器的Cu2O和Se材料，轉(zhuǎn)而選擇Si和Ge材料。雖然他們已經(jīng)對Si和Ge材料有了相當?shù)牧私猓麄冞€是繼續(xù)研究其提純，特別是摻雜等基本問題?，F(xiàn)在，我們可以說，如果他們當初固守Cu2O和Se 而不轉(zhuǎn)向于Si和Ge的話，那第一只晶體管是無論如何也制造不出來的。當時他們對于Si材料還不是那樣的了解深透，所以后來才改用Ge做成的。材料的重要性，當然還有與之相關(guān)的制備工藝的重要性，在第一只晶體管的發(fā)明中的作用再明顯不過了。第二，晶體管只能用半導(dǎo)體材料而絕不能用鋼鐵或水泥材料來做。沒有半導(dǎo)體材料Si和Ge，就沒有晶體管，就沒有IC, 就沒有計算機，就沒有一切電子器件和裝置。

第一只晶體管發(fā)明之后，跟隨著材料的改進和加工工藝的進步，相繼出現(xiàn)了一系列重大事件，使得人類物質(zhì)文明進入到了更為輝煌燦爛的狀態(tài)。這里我們只羅列1960年左右的一些重大事件。1952年制成了單晶Si, 1954年5月10日德克薩斯儀器公司宣布制成商用生長結(jié)型Si晶體管。[注]Donlan Bob and Pricer David. Pushing the Limits: Looking Forward...Looking Back, Microelectronic Design: Vol. 1. 1987.Si晶體管比Ge晶體管易于制造，又能耐更高的溫度。1958年7月德克薩斯儀器公司的吉爾比發(fā)明了第一塊IC。[注]Integrated Circuits, 1958: Invention of the Integrated Circuit. http://www.pbs.org/transistor/background1/events/icinv.html.1960年Bell實驗室的坎格制造了第一只MOS場效應(yīng)晶體管，[14]兩年后的1963年，仙童半導(dǎo)體公司的萬拉斯發(fā)明了CMOS晶體管，[注]Wanlass Frank M. Low stand-by power complementary field effect circuitry. U.S. Patent, Number 3356858. Patented Dec.5, 1967.形成了至今為止所有高密度IC的基礎(chǔ)。第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC是1946年由賓州大學(xué)的?？颂睾兔媪⒂昧?8000只真空管制造的，[注]Computer History. http://library.thinkquest.org/18268/History/hist_m.htm.目的在于計算設(shè)計火箭的彈導(dǎo)。這臺機子寬8×100英尺，重80 噸。每秒鐘它只能做5000次加法和360次乘法。1954年Bell實驗室制造了第一臺全晶體管計算機TRADIC，用了700 個Ge點接觸晶體管和10000只Ge二極管完全取代了電子管，大小為三英尺見方。由于全部使用晶體管，使用功率降到了100瓦以下，而比電子管計算計算機運算速度快了20倍。1961年3月，德克薩斯提起公司為美國空軍制造了用587塊IC制成的計算機，其重量和體積都只有同樣功能晶體管計算機(要用8500只分立元件)的1/50。

正是因為上述圍繞著1960年前后的許多第一次發(fā)明，使得用于各個方面的各種電子器件有了高度的發(fā)展，人類的物質(zhì)文明在隨后的數(shù)十年里才顯得如此之光芒四射。這里我們只例舉IT產(chǎn)業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)進行簡單的說明?？纯雌潆y以令人置信的發(fā)展速度和狀況，以及材料和相關(guān)的制造和加工工藝的決定作用。

IT和互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵產(chǎn)品是計算機，而計算機的核心是CPU(芯片)和硬盤。先看CPU。CPU主要取決于晶體管，而硬盤主要取決于磁記錄材料。從最初到現(xiàn)在，計算機CPU使用的元件經(jīng)歷了電子管→晶體管→微米集成電路(IC)→亞微米IC→納米IC等幾個階段。我們不會全部都去述說它們，而只是說及Intel 的CPU。Intel在1971年出臺的第一個CPU 4004，包含了2300晶體管，而在2007年7月發(fā)布的四核QX6850 CPU，所包含的納米晶體管為5.82億只，這就是說，在過去的35年內(nèi)晶體管的數(shù)目增加了25萬3000倍。而關(guān)于其速度的比較，美國有人作了這樣的計算，假如1971年汽車的速度是每小時60英里，而舊金山到紐約的距離是3000英里，那么按現(xiàn)在納米晶體管增加的速度，只要10秒鐘就可以跑到了。而CPU的性能，比如運行速度、每秒鐘百萬條指令數(shù)(MIPS)以及高速緩沖內(nèi)存，在36年內(nèi)從108 KHz、640 Bytes和0.06 MIPS分別增加到2.66-3.0 GHz、64 Gb and 11000 MIPS，增加的倍數(shù)分別為28萬、1億和170萬倍。[注]Intel Microprocessor Quick Reference Guide - Product Family, http://www.intel.com/pressroom/kits/quickreffam.htm.但是，CPU每只晶體管的價格卻從1968年時的一美元降低到2002年時的0.0000004美元，降低了250萬倍。[15]這些都是由于晶體管的典型尺度，即柵極長度的急劇減小所致，在CPU 4004中為10微米，而在四核QX6850 CPU中減小到了65納米?？雌饋鞢PU中晶體管典型長度只減小了154倍，但正是由于這樣的減小，才引發(fā)了今天的IT和與之相關(guān)工業(yè)的如此輝煌的發(fā)達和成就，從而引起了世界翻天覆地的變化?？梢郧宄乜吹剑珻PU的急速發(fā)展，有一條紅線，我們把它稱之為小型化，在牽引著它前進。不可想象，沒有Si材料和與之相關(guān)材料比如柵極介電材料的發(fā)展和進步，[16]小型化紅線絕對牽不動它，當然也就不可能有今天這樣發(fā)達的CPU了。

硬盤的發(fā)展情況相類似。世界上第一塊硬盤驅(qū)動器RAMAC是IBM在1956年制造的，至今50多年過去了。RAMAC的儲存量為4.4 MB, 50片24英寸的Al合金組成，重達970公斤。今天則不可同日而語了。就只說2006年4月份出來的Barracuda 7200.10硬盤，它的儲存量為750 G, 而其大小只有3.5英寸，重量只有幾盎司。儲存能力50年內(nèi)增加了15萬倍。原因是由于硬盤面密度的增加，RAMAC的只有2 Kb/in2=2×10-6Gb/in2，而2006年10月報道的達到了1 Tb/in2，[注]Fujitsu takes Magnetic Recording Density to 1Tb Per Square Inch，http://www.laptoplogic.com/news/detail.php?id=1750.增加了500萬倍。而其決定因素是由于磁盤磁頭和盤片材料的發(fā)展和進步，比如磁記錄材料從氧化物磁性材料→MR(磁電阻材料)→CIP GMR(平面巨磁電阻材料)→CPP GMR(垂直巨磁電阻材料)→HAMR(熱輔助磁記錄材料)。[14，17]這同樣證明了，小型化這條紅線也同樣在牽引著磁盤的急速前進。沒有磁頭和盤片磁性材料的發(fā)展和進步，小型化當然牽引不動，也就不可能有硬盤如此大的進展。

上述所有事實和分析雄辯地證明了計算機和整個IT工業(yè)的進步，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，主要靠的是材料以及與之相關(guān)的加工工藝的進步。任何人都可以清楚地看出，唯有Si材料和其他相關(guān)材料才能勝任，鋼和水泥是無論如何都是無法勝任的。所以一個以Si材料為標志的嶄新的人類社會時代出現(xiàn)和形成了。與孕育她的鋼和水泥時代相比，Si時代更為活躍、更為輝煌，從各個方面都遠遠超過了鋼和水泥時代。因此，鋼和水泥工業(yè)被稱之為“夕陽工業(yè)”。今天，雖然鋼和水泥仍然是重要的材料，但是從總體和全局上來說，畢竟已是“昨日黃花”，畢竟只能是被Si材料時代的光輝所籠罩，再也不可能像昔日那樣的獨自輝煌了。

從上面所說的全部事實和分析，再考慮到全世界半導(dǎo)體的銷售額在1960年達到了8億美元，[注]Intel Microprocessor Quick Reference Guide - Product Family, http://www.intel.com/pressroom/kits/quickreffam.htm.我們認為Si時代當可從1960年開始。

六、 納米材料時代

像鋼鐵材料時代孕育了Si材料時代一樣，Si材料時代也孕育了納米材料時代。人類從新世紀開始，進入了納米材料時代。那么，納米材料究竟是如何演變和發(fā)展的？為什么說人類社會物質(zhì)文明已經(jīng)發(fā)展到了納米材料時代？如何論證在新世紀開始，人類進入了納米材料時代？等等這些問題，不是很少的篇幅就可以論述得清楚的。為避免篇幅過長，我們只得在另一篇文章《人類進入了納米材料時代》中作專門的論述。

必須強調(diào)，人類社會物質(zhì)文明發(fā)展的所有上述六個時代各自的發(fā)展，以及從這個時代轉(zhuǎn)變到下一個更為發(fā)達的時代，都沒有涉及到和受制于某一個國家民族的生產(chǎn)關(guān)系和政治制度的改變，而只是完全受制于典型材料的發(fā)生和發(fā)展。也就是說，我們的論述中，基本上不與某一個國家民族或地區(qū)的階級斗爭、政治制度和生產(chǎn)關(guān)系掛上鉤。特別有意思的一個現(xiàn)象是，在我們所說的Si材料時代之內(nèi)，世界上的生產(chǎn)關(guān)系和社會制度在一批國家和地區(qū)內(nèi)，即前蘇聯(lián)和東歐各國，在20世紀80年代末90年代初都開了倒車，從社會主義退回到了資本主義制度，雖然不能說這些國家物質(zhì)文明的發(fā)展沒有受到某些影響，因而進展速度緩慢了一些，但就全世界范圍來說，影響是很小的，計算機和IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)照樣大踏步前進。還必須指出，Si時代中全世界物質(zhì)文明翻天覆地的偉大變化，也并不是來源于其他國家生產(chǎn)關(guān)和社會政治制度的根本轉(zhuǎn)變和進步，因為世界上主要國家如中國、英國、法國、德國、日本、美國、澳大利亞、加拿大、印度、巴西、意大利等等國家的社會政治制度和生產(chǎn)關(guān)系，在此40年內(nèi)都沒有根本性的變化。當然，各個國家內(nèi)部的改革和生產(chǎn)關(guān)系的微調(diào)整和進步，不能說沒有，但無法用來佐證全世界物質(zhì)文明的巨大變化和輝煌成就，這恐怕是誰也不好否認的。

七、 結(jié)論

從生產(chǎn)力→工具的觀點出發(fā)，我們認為對于人類社會物質(zhì)文明發(fā)展歷史階段，當以典型材料作為劃分標準。按照這一標準，人類社會物質(zhì)文明的發(fā)展，可以劃分為六個時代： 石器時代、青銅器時代、鐵器時代、鋼鐵/水泥時代、Si材料時代，以及納米材料時代。這就是六時代論。

對各個時代中物質(zhì)文明發(fā)展的主要內(nèi)容和脈絡(luò)、他們的演變和發(fā)展過程，進行了分析和論述。特別是論述了一個時代是如何孕育和培植替代自己時代的，一個新的時代是如何必然從原有的時代中噴薄而出的。

從這個時代轉(zhuǎn)變到下一個時代的具體時間范圍作了較清楚的論述。 所有各個時代發(fā)展的事實，都雄辯地證明了材料是發(fā)展的基石和推動力。反過來，又毫無疑慮地證實了只有典型材料才是劃分時代的最好標準。所有的各項分析和論證，都只是緊緊地與典型材料相關(guān)聯(lián)，而與政治制度和生產(chǎn)關(guān)系并沒有掛鉤。人類社會的物質(zhì)文明，從新世紀開始，進入到了納米材料時代。

人類社會物質(zhì)文明發(fā)展時代的劃分是一個重要而有趣的課題。我們提出六時代論的企望，在于拋磚引玉，求得對此課題較為正確和統(tǒng)一的看法。

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