以物理之視角，探索人類文明

李家春

在著名科幻電影《2001太空漫游》的開場，有一個(gè)意味深長的橋段：人類的先祖以動(dòng)物的骨骼作為武器，擊殺獵物，并在同類競爭中取勝；而后，他興奮地將這根獸骨拋向天空，它隨即幻化成了在宇宙中遨游的星艦。這個(gè)橋段包含了深刻的哲理，也就是說，零星經(jīng)驗(yàn)和原始技術(shù)始終伴隨著人類進(jìn)化一路走來，而迄今已形成的科學(xué)知識(shí)體系則加速了人類社會(huì)的文明進(jìn)步。

數(shù)百萬年以前，由于氣候變化和地質(zhì)變遷，原始森林變成了稀樹草原。為了生存，石器時(shí)代的先人學(xué)會(huì)了直立行走、制作工具、鉆木取火，從而逐步進(jìn)化成現(xiàn)代人，并產(chǎn)生了語言、文字和原始部落。公元前800—公元前600年，荷馬時(shí)代后的希臘逐漸建立了城邦制，在該體制下的自由民有暇看天問地，思索大自然規(guī)律。隨后三百年間就相繼出現(xiàn)了像泰勒斯、畢達(dá)哥拉斯、蘇格拉底、柏拉圖、亞里斯多德、歐幾里得等大師，產(chǎn)生了先進(jìn)的哲學(xué)思想、偉大的科學(xué)成果，建筑、文學(xué)等藝術(shù)成就也極其輝煌。阿基米德作為流體靜力學(xué)的創(chuàng)始人，他的名言“給我一個(gè)支點(diǎn)就能撬動(dòng)地球！”耳熟能詳，因此，希臘就成為人類文明的發(fā)祥地。

14—15世紀(jì)的歐洲沖破了中世紀(jì)宗教的桎梏，文藝復(fù)興成為科學(xué)加速進(jìn)步的動(dòng)力。我們可以回想起諸多令人印象深刻的事件：開普勒分析第谷的天文觀察數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)三大定律；伽利略通過對(duì)自由落體、拋物體等運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，開創(chuàng)了動(dòng)力學(xué)的先河。偉大的牛頓站在巨人的肩上，于1687年寫下《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，統(tǒng)一了宏觀物體（低速）運(yùn)動(dòng)的普遍規(guī)律，使經(jīng)典力學(xué)成為自然科學(xué)最早的理論體系，從而催生了17—18世紀(jì)以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的第一次工業(yè)革命，推動(dòng)了采礦、冶金、機(jī)械、紡織、鐵路技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了社會(huì)的繁榮和發(fā)展。

18—19世紀(jì)，人們對(duì)熱和能量本質(zhì)的認(rèn)識(shí)有了飛躍，尤其是焦耳對(duì)熱功當(dāng)量做了精確測量，最終由克勞修斯等提出了熱力學(xué)的理論，能量守恒定律成為19世紀(jì)三大發(fā)現(xiàn)之一。與此同時(shí)，從法拉第的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，到麥克斯韋方程組統(tǒng)一了光、電、磁現(xiàn)象，為物理學(xué)大廈奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這些科學(xué)成就導(dǎo)致了19世紀(jì)后期以電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的第二次工業(yè)革命，促進(jìn)了電氣、電子、石化、鋼鐵、汽車等工業(yè)的發(fā)展，美國和德國躍升為資本主義世界的后起之秀。

19—20世紀(jì)之交的科學(xué)發(fā)現(xiàn)令人驚嘆！邁克爾遜和康普頓實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致了愛因斯坦等建立了相對(duì)論和量子力學(xué)，不僅統(tǒng)一了時(shí)空、質(zhì)能的觀念，也揭開了宇宙和微觀世界的奧秘。這些重大發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了人類物質(zhì)和精神文明的飛速進(jìn)步，使人類進(jìn)入了原子能、空間和信息時(shí)代。

今天，人類對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探索仍未止步。隨著經(jīng)典學(xué)科本身的細(xì)化和“邊緣學(xué)科”的涌現(xiàn)，人們可以更深入地探尋諸如宇宙物質(zhì)、量子糾纏、基因編輯、認(rèn)知規(guī)律等直觀生活經(jīng)驗(yàn)之外的世界，對(duì)物質(zhì)流、能量流和信息流認(rèn)識(shí)的提升必將在能源利用、交通運(yùn)輸、通信物流、生態(tài)環(huán)境、人類健康等方面發(fā)生革命性變化，不斷豐富人類的物質(zhì)生活和精神生活。當(dāng)然，這也有待科學(xué)家為創(chuàng)造更美好的未來而不懈努力。

在這一期的《知識(shí)就是力量》雜志里，我們試圖為你展現(xiàn)瑰麗神奇的科學(xué)大廈已經(jīng)達(dá)到的高度，雖然愈多的質(zhì)疑很可能意味著愈多的謎團(tuán)，但正是這種不斷探索和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神，將為人類文明注入持久的生命力。