英制单位换算表

    序

    前言

    1 连锁效应

    2 从亚历山大港启程

    3 遥远的声音

    4 数字的魔力

    5 财富之轮

    6 火上浇油

    7 长链

    8 吃吃喝喝 快快乐乐

    9 照亮前路

    10 发明未来

    致谢

    扩展阅读

    2 COPYRIGHT

    书名：联结：通向未来的文明史

    作者：【英】詹姆斯·伯克

    出版社：北京联合出版公司·新经典

    出版时间：2019年3月

    ISBN：9787559628183

    本书由新经典文化股份有限公司授权得到APP电子版制作与发

    行

    版权所有·侵权必究

    3献给玛德琳

    4英制单位换算表

    长度

    1英里≈1.6千米

    1码≈91.5厘米

    1英尺≈30.5厘米

    1英寸≈2.54厘米

    重量

    1磅≈453.6克

    1盎司≈28.35克

    容积

    1加仑≈4.55升

    5序

    12年前，在本书修订版的前言中，我曾写到，由通信和信息技术带

    来的重大变革已近在眼前，我们亟须理解科技变革发生的过程，以更好

    地应对势必越来越出人意表的涟漪效应。

    自那以后，这场变革的汹涌之势已初现端倪。冷战结束后，全球政

    治格局走向碎片化，同时，宽带通信和手机以惊人的速度发展，计算机

    的储存能力和计算能力以同样惊人的速度不断升级，变化比预料中来得

    更快、影响更广，而它带来的初步影响正在让社会的几乎每一个层面变

    得更加动荡。

    现在，特殊利益集团 可以更有效率地组织起来，让自己的声音

    在瞬间传递到世界每一个角落。****的说明书在网络上流传。网络

    为恐怖活动的组织和实施提供了极大便利。“九一一”事件过后，大部分

    工业化国家都制定了仅仅在此前10年看来必然过度严苛的安全法规。中

    国、印度、巴西和其他新兴经济体以出乎意料的迅猛之势发展，由此引

    发的劳务外包使发达国家感到自身的就业机会和工业发展遭受威胁。

    在计算机的协助下，科学和技术的发展也盛况空前。我们还来不及

    学会使用手头的玩意儿，新的设备又已上市。全新的研究领域层出不

    穷，全然陌生的挑战也随之而至：干细胞研究给医学界带来蓬勃的希

    望，同时也引发了沉重的伦理问题；网络为个人提供了前所未有的海量

    信息，自穴居时代以来一直与人类相伴的、基于信息的稀缺性而诞生的

    文化似乎即将消亡。随着获得的信息越来越多，大家也似乎越来越没有

    耐心，无法忍受过时的社会系统用过时的技术来解决过去遗留的问题。

    比如说，现在有人觉得，未来的政府或许可以完全基于网络，让每一个

    人直接参与决策。

    在种种新兴科技中，最具颠覆性的也许是纳米技术。如果我们能用

    原子构建分子，再用分子搭建材料，就无异于发现了点金石，从此可以

    随心所欲地制造出任何东西。从古至今，原材料一直是人类社会运作的

    核心，为了得到原料，我们甚至不惜兵戎相见；因此不难预见，原材料

    一旦能取之不尽，对人类社会的影响将不亚于天启。如果每个人都能得

    到自己想要的任何东西，那么全球的社会基础与政治基础都需要重新构

    建。

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    面对物资可能极大丰富的未来，强调专业与筒仓思维 的传统教育形式提供不了太多帮助。推动知识前沿发展的专家们往往孤军奋战，且常常对其他人的工作毫无所知，目标倒是十分一致：“研究力求更

    深，范围但求更窄。”当这样的研究成果进入现实世界，常常引发令

    (埋首于案头的)创造者始料未及的变化。典型的例子有：石棉、氟利

    昂、DDT、二氧化碳、不可降解塑料，也许还包括转基因食品。

    创新正在以各种方式迅速改变生活，原有的社会机制已难以应对，我们开始意识到，需要以更宽广的思路来理解这些改变。在环境、健

    康、安全、食品和药品等领域，我们已经提前制定了法规来缓和可能产

    生的有害影响。不过，随着全球联系越来越紧密，变革的速度越来越

    快，现在我们似乎应该进一步拓宽视野，从更广泛的领域审视创新及其

    影响，以此决定到底应该鼓励、适当节制还是彻底反对某个项目，这或

    许可以被称为“社会生态学”。

    在过去，想要推行这种举措，要么需要集权(但即便是当年的苏联

    也无能为力)，要么需要超越当时技术水平的数据分析能力(20世纪70

    年代，美国技术评估局正是因此而遭遇挫败)。不过如今，信息技术提

    供了新的机会，整个社群能以前所未有的规模协作，共同参与数据的分

    析和整理。未来几年内，我们可以利用知识地图(我创立的网站k-

    web.org就是一例)、数据挖掘和电子代理 来搜集海量信息，再以此

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    历史上不同学科的交融和碰撞如何催生伟大的创新，并且因此成为通往

    这个角度来说，我希望本书(它本身也是一种知识地图)能让读者看到

    要成功运用这种新手段，最关键的是，我们必须学会跨界思考。从

    让所有人共同评估创新可能造成的影响。

    此外，知识地图可以帮助我们通观全局，实现全社会范围的交流，让这样的探索变得相对简单，事实上，它在鼓励我们跨出这一步。

    家型教育仍不鼓励人们去探索这些学科之间的处女地。现在，知识地图

    学，提出了控制论。但是，由于没有合适的手段，直到如今，我们的专

    式营销来自心理学与大规模生产的交融。维纳本人也糅合电子学与生理

    的研究)催生了制药业；分子生物学诞生于植物学与物理学之间；激励

    这样的变革往往诞生自偶然。19世纪，煤气灯与化学的碰撞(对煤焦油

    价值：“大部分变革出现在既有学科之间尚未探索的空白地带。”过去，伟大的美国数学家诺伯特·维纳(1894-1964)肯定了这种方法的

    络。

    的协作网络之中，由电子代理执行的数据挖掘还能不断升级这样的网

    新及其可能影响，是因为这种技术可以将创新置于更广阔、交互性更强

    知识地图之所以能够帮助我们从不断变化、切合大局的角度分析创

    能造成的结果。

    创建网络场景，以较准确的判断力和前所未有的精度，评估某个创新可网络交互式思考的未来之路上的一小步。未来，依靠手中的技术，我们

    或许可以反转传统的方式，不再“研究力求更深，范围但求更窄”，而是

    努力成为新一代的博学家。到那时候，我们也许能够实时监控知识地

    图，让它成为社会与政治决策的主要工具。那一天，或许并不遥远。

    詹姆斯·伯克

    伦敦，2007年

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    在这张浩渺无垠的网络里，无数事件相互交织、彼此推动，塑造了我们

    联结，将人与过去，乃至未来相联结，因为我们每个人都在触发变化；

    和飞机。本书探寻的正是它们诞生的奇妙过程。历史的网络将人与人相

    系统：计算机、宇宙飞船、生产线、电视机、核武器、塑料、远程通信

    历史上的各种力量相互作用，最终造就了当今世界最强大的工具和

    候，世界正飞速变化。

    物，每一秒钟又有无数新的联系悄然形成。就在你阅读这些句子的时

    术影响着每一个人的生活。我们周围随处可见各种联系促成的终端产

    现代世界的每一项技术成就背后都交织着这样的复杂故事，这些技

    璃制造术和英国黏土让跨越大西洋的航行得以实现。

    查，使计算机应运而生；煤气灯和美国独立战争的碰撞带来了雨衣；玻

    果往往大于所有部分的简单相加。一台丝织机加上1890年的美国人口普

    变，1加1可能突然得出3。这就是创新的本质原理，一旦水到渠成，结

    事，因为一旦人物、事件和想法以新的方式组合，计算规则也会随之改

    偶然的因素形成许多联结。推测某一事件的影响是桩吃力不讨好的差

    变革往往来得出乎意料，因为事件并不是按一条直线演进，而是由

    IBM的总裁还说过，整个美国最多只需要四五台电脑。

    它只能用于广播；无线电最初只是为了在船上使用；就在几十年前，历史很少遵照人们的预期而演变。电话刚刚发明的时候，大家觉得

    伟大规划必将改变历史，但谁也无法确保如愿。

    一定之规，没有所谓最正确的道路。与此相对，尽管总有人觉得自己的

    与交通工具完全无关。所以，想在变革之网中占据一席之地，并不拘于

    班、分门别类。比如说，在促进了运输业发展的诸多因素中，大部分都

    历史的走向没有预定轨迹。现实事件并不像教科书上那样按部就

    史的并不全是爱因斯坦那样的天才，每个人都可能在历史上留下印记。

    艺复兴水景园里研究水压的家伙，我们才发明了内燃机。所以，名垂青

    家欧内斯特·卢瑟福就此发现了原子可以分裂；多亏了某个在意大利文

    19世纪某气象研究员发明了一种制造云雾的装置，他认识的一位物理学

    成才的苏格兰工程师略微改进了一下蒸汽机，就这样引发了工业革命；

    在本书中你将看到，伟大的变革常常诞生于普通人之手。一名自学

    测，你今天所做的某件事，可能最终会改变世界。

    我们每一个人都在以某种方式影响历史进程。变革极为偶然、莫

    前言的当下。

    很难猜测明天会诞生哪些新的联系。伟大的物理学家尼尔斯·玻尔

    曾说：“预测是一件非常困难的事，尤其是预测未来的走向。”断言未来

    的主要难点在于它尚未发生。无论你如何细心规划，别人的行为总会不

    可避免地与你的计划相交，使它改变。不过，如果能够理解过去的变革

    因何而来，我们或许可以从中找到线索，推测未来可能的走向。说到

    底，审视历史就是探寻未来。

    创新的推动力有很多：贪婪、野心、信仰、巧合、不可抗力、错

    误、绝望。但是有一种力量似乎具有压倒性的优势：沟通。沟通越是顺

    畅，变革就来得越快。每当把形形色色的人物与思想汇聚起来的技术有

    所进步时，都有剧变随之诞生。希腊字母表滋生了哲学、逻辑学和民主

    程序；印刷术带来了科技革命；电报造就了现代商业手段，联结起庞大

    的帝国。

    在本书短暂的生命历程中，历史的步伐也匆匆向前，带来诸多惊

    喜。本书首次出版于1978年，那时，笔记本电脑、PDA 、电子代

    理、万维网、商用在线服务器和移动电话都还不存在。由此我们不难看

    出，随着信息时代的到来，变革的速度和规模正在不可思议地膨胀。

    今天，超级计算机和光纤网络让数以亿计的人能够即时轻松地获得

    海量数据，由此大大加速了变革的进程。已经有某些学科依靠的方程式

    只有运用数据处理系统才能计算出结果，若是靠人力，恐怕穷尽一生也

    进展甚微。日常生活的交互性变得越来越强，随着虚拟现实技术和个人

    移动通信账号的普及，时间和空间的约束将消失，世界将出现翻天覆地

    的变化。未来的技术将大大加速知识更新的频率，评估一次就终生有效

    的专业资格认证制度将被淘汰。或许我们必须每隔十来年就升级自己的

    知识和技能，才能保住一份工作。此外，居住地也将变得无关紧要。在

    网络上，人人都可以无所不在。

    变革的浪潮已近在眼前，未来的复杂性必将超过我们的认知，与之

    相比，迄今发生的一切就像喜剧电影一样简单明朗。潮来之前，有一件

    事至关重要：我们必须理解变革如何发生，才能更好地掌握它，为所有

    人争取更有益的结果。我衷心希望这本书能对此做出微薄的贡献。

    詹姆斯·伯克

    伦敦，1995年

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    位置，而他们谁也不知道，它已被触发。5点16分11秒整，两个小小的

    旋转，越来越靠近某个金属触点。只有寥寥几人知道这个金属杯的确切

    盒里的小小金属杯慢慢转了起来，杯子中央的转轴和轴上的细臂也随之

    1965年11月9日下午5点16分11秒前的一瞬，寒夜渐沉，一个黑色方

    图片来源：Copyright ? Dimitri Kessel, LIFE Picture Service.

    摩天大楼的灯光次第点亮，整座城市的电力消耗直线上升。

    曼哈顿——一座完全依赖技术而运转的岛屿。黄昏临近的“魔术时刻”，12

    在贝克电站的继电器被触发后的12分钟里，美国东北部大部分地区

    机必须立刻关闭。

    件，发电机需要立即调整转速，而这可能造成严重的损伤，因此，发电

    的电力要么过剩，要么不足。此时，若要使输出电流频率满足新的条

    协调作用失效，所有电站产出的电力只能用于本地，因此各个地区产出

    入，将发电站与电网隔离开来，使前者免受过载影响。这意味着电网的

    月9日这样的大规模过载，系统就会变得极不稳定。保护装置自动介

    以特定的速度运转，使系统维持在“稳定”状态。一旦出现意外，例如11

    流融入同一套网络，就需要将发电机设置为同样的频率，所以它们必须

    的发电机可以设置不同的转速，产生不同频率的电流。而为了让所有电

    这套复杂的系统里，局部区域故障就意味着整体故障。为电网提供电力

    源；而在供大于求的时候，该区域的电站又将多余的电力输往别处。在

    个地区用电需求大的时候，就会从其他区域发电量有富余的电站获取能

    不同；所以，输电系统是一套庞大的网络，由众多发电站提供能源。某

    十分漫长。工业体系的运转方式非常复杂，不同地区需要电力的时间段

    的空气和环境，因此电站通常建在远离城市和工业区的地方，输电线路

    通，驱动电梯和排污、供水、供油所需的泵。我们不想污染城市与近郊

    痪。电网是现代社会的生命线，它为城市供暖、照明，维持通信和交

    事件最直接的后果是，美国东北部和加拿大的电网几乎全部陷入瘫

    发生在一天中电力需求最大的时间段，因此造成了最为严重的破坏”。

    演。正如后来的总统报告所说，这次事件“发生在人口最密集的地区，和纽约城，这些线路也无法承受如此巨大的载荷，相似的一幕继续上

    电器被触发后仅2.7秒，向北的电流通通被导入东南方向，流向纽约州

    致后者也严重过载，相继被切断。至此，通向北方的电流完全枯竭。继

    与电网之间的联系。这条线路的电力即刻流向其他四条向北的线路，导

    开始转动。随后，金属杯的轴臂接通触点，发出信号，切断了过载线路

    输电线功率在波动中越过375兆瓦，方盒子里的磁铁立即反应，金属杯

    流日渐增加，触发值却没有相应调整。因此，当电站通往多伦多的某条

    电网。然而它的触发条件是在两年前设置的，在那之后，电站输出的电

    向北输出的电力过高，这个小零件就会被触发，切断过大的电流，保护

    亚加拉瀑布市亚当·贝克爵士电站的一个备用电力继电器里。一旦电站

    这只引发了北美城市生活史上最可怕浩劫的小小金属杯，就藏在尼

    远不复以往。

    煎熬，甚至有人因此丧命。对他们每个人来说，这一刻之后，生活将永

    逾3000万人受到影响，有人只耽搁了3分钟，有人则经历了13个小时的

    富庶、工业化程度最高、人口最密集的8万平方英里区域将濒临瘫痪。

    金属触点接通，牵动一系列连锁反应，接下来的12分钟里，西方世界最都上演了上述剧情。纽约城里几乎所有的电灯都眨了眨眼，熄灭了。城

    市设施失去了能源，地铁里困住了大约80万人，受影响的医院多达150

    家，其中只有约半数备有辅助电源。原定在肯尼迪机场降落的250架航

    班不得不改道飞行，停电的瞬间，其中一架飞机已经开始对准跑道，突

    然，跑道上的灯全部熄灭，与塔台的通信也彻底中断。电梯罢工，自来

    水停供，交通灯熄灭，路上的车堵成一片。在这座人口超过800万的城

    市里，街道上没有一点光亮。对亲历者来说，这次大停电有力地证明了

    现代生活对技术的依赖程度。那一晚输电网络的瘫痪把技术社会相互依

    赖的特性展示得淋漓尽致：一个小小的故障足以摧毁整套系统。

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    多的地区。

    西绵延向北，覆盖了纽约和波士顿——这张地图中灯光最璀璨、人口最

    角波士顿到右下角迈阿密的城市灯光。1965年的大停电影响范围从新泽

    在这张夜间拍摄的美国东海岸卫星地图上，我们可以清晰地看到从右上图片来源：NASA.

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    拥有的匀称身材。很多人之所以能活着，完全是借助药物获得了对疾病

    此改变：从最简单的层面上说，交通工具的存在让我们失去了祖先曾经

    货架上？今天，我们极大地依赖各种科技产品，每个人的生活也早已因

    后的运作设备和系统：是什么让汽车开动，让电梯上升，让食物出现在

    下电梯里的按键、在超市里购买食物的时候，我们未必想过这些东西背

    出了问题，你能自己动手修好它或是做个新的吗？当我们发动汽车、按

    比如说，现在请抬头环顾，你对身边事物的运作原理有几分了解？一旦

    工作、娱乐的方式，也悄然引导着我们的生活，继而引导我们的孩子。

    多事物和系统习以为常，但实际上，它们深深影响着我们行动、思考、这样的相互依赖浸透了现代生活的方方面面。我们早已对周遭的很

    图片来源：Photri.

    力？

    公路是否会遗留下来，成为大地上的丰碑，象征着技术改变世界的能

    时，堵车又让我们寸步难行。未来我们或许会彻底抛弃汽车，届时高速

    人类对技术一直爱恨交织。比如汽车，它让我们得以自由驰骋，与此同

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    地铁、电梯和公寓里的人们第一反应是联络周围的人——不是组织起来

    们也认为问题一定会解决，技术必将一如既往地拯救一切。当时被困在

    假装意外不会出现。就算意外真的发生了，如1965年的纽约大停电，我

    息息相关的世界里，任何一点小意外都会激起涟漪，而我们却蒙上眼，每一天看起来井然有序，我们从这种规律中寻找安全感。在这个万物都

    弱，因为我们别无选择。技术系统帮助我们规划出工作和休息时段，让

    面对这一切，大部分人选择了同一条出路：忘掉自己的处境有多脆

    地发现，自己对这些事物的了解只是极其粗浅的。

    有新闻价值的陌生风土人情，时效一过，它们便消失一空，我们则尴尬

    慰的成见，却又无法提供第一手经验帮助你建立新的世界观。我们瞥见

    上，技术让世界大得无法估量。电视上的信息足以摧毁那些让你感到安

    沉浸其中。当代流传甚广的神话，是远程通信技术使世界变小；但实际

    时间超出了其他任何业余活动。我们靠插头接入外部世界，兴高采烈地

    我们通过屏幕获得对世界的体验。发达工业国家的民众花在看屏幕上的

    往返，但全世界坐过飞机的只是一小部分人，更别说出国或者学外语。

    能活下去。虽然每天都有无数国际航班载着成千上万的旅客在空中纵横

    它们的运作，无法理解其机能，也越来越不相信自己离开了这些东西还

    以生存的技术支持系统越来越复杂难懂，人人都日益觉得自己难以参与

    矛盾之处在于，一体化的趋势反而让每一个人越来越孤独。我们赖

    岛。

    已有的经验，而且完全无法掌控。技术浪潮所到之处，没有人是一座孤

    去，现在的我们时刻面临着变化的冲击，这些变化可能大大超越了我们

    度惊人的通货膨胀。小国寡民安居一隅、一切尽在掌握的时代已经过

    覆——1973年，产油国集体提高石油价格后，整个西方世界都出现了幅

    你的小嗜好。千里之外某个陌生国家的政策变化可能让你的生活天翻地

    也不会有任何交集。巴西的一场霜冻也许会让咖啡价格飙升，最终影响

    可能完全取决于刹车调试人员的专业程度，尽管你与他素昧平生，未来

    人的工作状态。倘若你横穿马路时有一辆汽车飞驰而来，那么你的生死

    瑕疵产品，这一种零件就可能影响同一辆车其他零件制造厂里成千上万

    所动。如果某家汽车零件工厂因机械故障或者生产状况不稳定而生产出

    提供这些服务的技术产品和系统相互配合，自顾自地运行，不为人

    体。

    路上总是空荡荡的。如今，技术一旦消失，我们将饥寒交迫、衣不蔽

    规模生产系统的需要；道路的建设是为了应对高峰时段的交通，平时的

    或是运输技术；保障食物充足，必须依靠肥料；工作日系统配合的是大

    的免疫能力；对于世界上绝大多数人口来说，想获得食物都离不开生产

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    才能，这位难民恐怕难免陷入绝境：如果仓库里没有足够的食物，他们

    在犁过的地里才能茁壮生长。但是有多少城里人会犁地？要是没有这项

    农场里的问题千头万绪，紧要的是：这位难民会犁地吗？作物只有

    电力的农场？

    就算他克服了以上所有困难，他又该如何经营一座想必极度依赖燃油或

    主人离开吗？如果没有如愿，他是否会使用武力，甚至不惜取人性命？

    农舍——里面有人住吗？如果有的话，他能说服主人收容他们，甚至让

    找？他如何为一家人找到能遮风避雨的栖身之所？如果真的发现了一座

    沃土地应该是什么样子？这里有动物吗？如果没有的话，该上哪儿去

    村，但这里的主人是谁？他如何判断该在哪儿落脚？足以养活全家的肥

    保？假如奇迹出现，这位难民发现自己抢先到达了一片空旷迷人的乡

    之中，他的财物是否会引起别人的觊觎？如果有人心怀不轨，他能否自

    力沿途补充燃油，走完这征途？身处数百万开车、骑车或步行的同路人

    象。靠着教科书上的知识，他决定前往其中某个丰饶之谷。他是否有能

    对于自己国家里适宜耕种的地区位于何处，大多数人只有一点模糊的印

    以来第一次，他是生是死全凭自己。离开城市，他知道该往哪里走吗？

    决定踏上旅途，这位城市居民将陷入他此生从未经历的孤绝之境。有生

    是否拥有逃生之旅的必要设备？甚至他知道哪些设备是必需的吗？一旦

    他决定离开城市。假设他拥有交通工具，那时还能找到燃油吗？他

    军，一起逃离城市？不走就得饿死，他别无选择。

    后，他是否会加入(甚至更惨，只能跟随)数百万耗尽了补给的市民大

    足以满足全家对蔬菜、动物蛋白和脂肪的需求之前，他能坚持多久？然

    肥料，知道去哪里购买家畜，了解饲养流程，在他发现这园子的产出不

    这位城市农夫真的拥有一个园子，而且有耕种常识，拥有必需的种子和

    契机回归自给自足的农耕生活。不过，我们来斟酌一下其可行性。就算

    出现大规模故障，使得电力供应遭到某些永久性损伤，那么正好以此为

    说真切地反映了这种思潮。他们认为，如果系统遭遇蓄意破坏或者自身

    油价飙升以后，发达国家有很多人认真考虑过这件事，市面上的末日小

    于是另一种神话应运而生：返璞归真，逃向更简单的生活。1973年

    夕——当储备的那一点点食物、灯火和热量耗尽，接下来该怎么办呢？

    因为一旦思维进入这个方向，他就不得不承认，自己的生活其实朝不保

    城市的居民不允许自己设想“如果落入这样的境地，我可能无力应对”。

    是不理解，技术的保险丝也会烧断，哪怕它本是最基本的认识。”现代

    去相信、去领会‘这套系统也可能失灵’，这一要求实在太高……我们就

    件的社会学家所说：“只能说，要让我们这些20世纪的可怜虫去思考、个人都坚信这只是暂时的故障，否则简直不可理喻。正如一位研究该事

    自救脱困，而是分享手里的一点点暖意和食物，齐心等待危险过去。每

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    以年为周期有规律地涨落，于是一年被分成了3个阶段：涨潮季、退潮

    时间不晚于公元前4000年。经过几个世纪的经验积累，人们发现尼罗河

    动一根底端削尖的挖掘棒能够更快地破开土地，这一决定性的改进出现

    有一天，这样粗放的耕作已无法满足需求，人们迈出了下一步。用手拉

    一个个小坑、播种。但是，随着地里产出增加，人口也开始猛涨，终于

    麦就会争先恐后地猛蹿。最早的耕种大约是完全依靠双手，刨土、挖出

    尼罗河畔的土壤不需要额外施肥，只要稍加耕作，地里的二粒小麦和大

    后者蕴藏着高原上富含钾肥的土壤。这样的组合灌溉出了肥美的沃土。

    来自埃塞俄比亚高原的青尼罗河。前者带来了湖中丰富的植物腐殖质，尼罗河由两条支流汇聚而成：发源于非洲南部湖泊的白尼罗河，与

    的食物。尼罗河赠予了他们另一件礼物：肥沃的土壤。

    活，在这里定居下来。他们做出这个决定，原因只能是此地储备了足够

    杰作，因为大约在公元前5000年，这些开拓者决定放弃从前漂泊的生

    潮的土里之后，新的植物就会萌芽。他们一定成功复制了大自然的这一

    录。在这期间有人或许是偶然发现，随风飘来的种子散落在河畔刚刚退

    开始尝试驯养动物——他们的陵墓里甚至留下了试图驯养鬣狗和鹤的记

    羊、羚羊和野牛，猎物多不胜数。开拓者搭起能遮蔽风雨的原始居所，第一份礼物是无数生活在河畔沼泽地内外的动物。这里有鸟、鱼、绵

    历史学家希罗多德曾说：“埃及是尼罗河的赠礼。”尼罗河赠予开拓者的

    里。一条滔滔大河将人们联结起来，除此以外，他们无处可去。古希腊

    的沃地，在周围大片不适宜居住的荒芜灌木丛和沙漠中绵延长达750英

    落，最终形成了一个个独立的城邦。而在埃及，开拓者找到了一片狭窄

    从叙利亚的高地来到底格里斯河和幼发拉底河畔的游猎者四下散

    别适合发展统一的社群，它位于尼罗河畔。

    的动物，这些游猎者抵达了一片片河谷。其中有一片河谷独一无二，特

    开高地，寻找稳定的食物和水源。为了追踪那些同样离开高地寻找水源

    洲、如今的印度北部、叙利亚、埃及，也许还包括秘鲁，游猎者纷纷离

    境。水越来越短缺，到了大约公元前6000年至公元前5000年，在中美

    上的游猎民族深受其害：草木枯萎，兽群随之凋零，游猎者陷入了窘

    逐渐升高。随着天气回暖，降雨日渐稀少。这样的气候变化让高地草原

    大约在公元前10 000年，末次冰期即将结束，冰川退却，夏季气温

    气候变化的结果。

    说，此后的所有变革几乎都有赖于它才能产生。而它的诞生本身，则是

    切的起点。它是人类历史上第一件造成了重大影响的人造物品，可以

    向你展示，所有变革都能激发连锁效应，若果真如此，那么犁就是这一

    刺的是，或许正是这件普普通通的农具引领我们走到了今天。本书试图

    全家肯定熬不过这个冬天。现在知道怎么使用犁的人已经不多了，但讽季和旱季。初步掌握河水在一年里的变化规律以后，人们发觉应当依此

    循环安排农事，并试图趁着退潮季截住一部分河水，以备旱季使用。他

    们堆起了原始的泥堤，把水留在塘里，又在堤外挖沟筑渠，引水灌溉庄

    稼。也是在这前后，挖掘棒的形状出现了变化，原始的抓犁初具雏形。

    它前端有翘起的木头尖刃用以开垦土地，另一端有一对水平把手用以掌

    握方向——这时候拉犁的已经从人换成了牛。这个农具虽简单，却堪称

    人类历史上最重要的发明之一。文明自此开启：正是犁的出现使得人类

    的食物破天荒有了富余。

    只要食物充足，社群就能维系；如果食物供应能够跟上人口增长带

    来的新需求，社群就有机会扩张壮大；不过，社群要走向真正的繁荣，食物的产量必须有一定的富余，足以供养一些不从事食物生产的人。犁

    帮助人类迈出了这一步，埃及的社会由此出现了翻天覆地的变化。不晚

    于公元前3000年，这里已经出现了最早的政治架构，这个时期的遗迹显

    示，土地被纵横交错的沟渠划分成一块块矩形的“水区”，水区的统治者

    被称为“阿吉默”(adj mer)，意思是“挖渠者”，他们的职责是保障土地

    得到定期灌溉。我们在最早期的统治者留下的遗物中发现了一枚权杖

    头，上面刻着统治者手握锄头开掘渠道或筑起水库堤坝的场景。

    19

    的人，可能是挖掘、维护灌溉系统的工人，以及他们的管理者。后者的

    结构。第一批不直接生产食物、由灌溉系统和犁带来的富余农产品供养

    文明萌芽之初，埃及在很短的时间里就发展出了高度集权化的社会

    图片来源：Erich LessingMagnum from John Hillelson Agency.

    威的标志物之一。

    来挖掘沟渠，这些沟渠对埃及经济至关重要。后来，挖掘棒成了法老权

    这根棍子在地上挖洞播种，然后赶着驴子把地踏平。这种工具还曾被用

    底比斯城纳克特陵墓的墙壁上，画着最古老的农具——挖掘棒。人们用权威来自他们掌握的天文学知识：只有他们才拥有神奇的力量，知晓什

    么时候发洪水，什么时候该在退潮的土地上播种，什么时候收获。需要

    妥善储存的谷物越来越多，于是需要更多的容器。用芦苇编织成骨架、外涂干陶土的篮子逐渐被更耐用的容器取代；人们转动湿土捏出罐子，再用火烧制，从而有了陶器，我们发现的最古老的坚固建筑物便是陶罐

    堆成的中央谷仓。接下来，人们需要辨别罐子和谷仓的主人、罐里有多

    少谷子，文字应运而生。最早的象形文字出现在公元前3000年以前，内

    容主要是陶罐、储物箱里的物品清单和数量。剩余的谷物供养起了各行

    各业的手艺人：木匠、陶匠、织匠、厨师、乐师、皮匠、金属工匠和负

    责记录这一切的书吏。要支撑这么大的消耗，食物的存量必须有保障，因此又需要一套税收系统；而要确保税收公平，就得有一套技术来评估

    每个人应该承担的份额。最初的计税依据可能是每年都会被洪水冲毁的

    土地边界，但是随着灌溉系统日趋复杂，社会需要更成熟精密的计税方

    式，数学也随之诞生，用来测量距离、面积和体积。

    20

    专职保卫土地和庄稼的人。埃及人用多余的食物和其供养的工匠所做的

    沉积的铜矿产生兴趣，随后顺理成章地打造出了金属武器、装备给那些

    多深？也许正是为了打造挖渠的工具，人们开始对红海对岸西奈半岛上

    修筑沟渠的需求催生了最原始的算术与几何学：要挖多长、多宽、Museumphoto Michael Holford.

    图片来源：Reproduced by courtesy of The Trustees of the British 作物是大麦，或许这正是当地人沉溺于美酒的重要原因。

    及陵墓。埃及附近的美索不达米亚地区也很早就出现了犁，那里的主要

    文明的起源——抓犁。这座木雕小模型来自公元前2000年左右的一座埃产品作为等价物，与相邻社群交换物品，他们的富足不可避免地引来了

    忌妒。有了金属工具，埃及人得以加工石头，其初衷可能是为了加固沟

    渠。开罗城外，长达500英里的石灰岩峭壁沿着尼罗河向南蜿蜒，最早

    的金字塔正是用这些石料筑成。

    这是底比斯一座陵墓中的壁画，十分壮观，墓主是维齐尔(即宰相)莱

    克米尔。图中绘制了工作中的鞋匠(上排)和正在使用弓钻、锯子、锛

    子和凿子的木匠(中排)。请注意，那时候还没有刨子，所以图中有3

    个男人正在用石头打磨木梁。右下角一名金属工匠正吹着吹管提高火焰

    温度。

    图片来源：Erich LessingMagnum from John Hillelson Agency.

    21门纳墓(约公元前1400年)的浅浮雕局部，展示了埃及人运用早期算术

    和几何学的场景。他们运用这些知识测量田地、计算收成、确定纳税

    额。右下的书吏手持墨水板，用苇秆笔在莎草纸上写字。

    图片来源：Michael Holford.

    在石头开始用于建筑仅约150年后，乔塞尔王的阶梯金字塔在开罗

    南面的萨卡拉沙漠中拔地而起。它由乔塞尔的宰相伊姆霍特普于公元前

    2800年左右组织修建，是世界上现存最早的石造建筑。筑渠者发明的工

    具和理论知识被巧妙地运用在阶梯金字塔的修建过程中。乔塞尔王入葬

    金字塔的时候，埃及已经发展出完善的社会结构，我们如今的社会与其

    相差无几。国王拥有至尊无上的权力，辅佐他的是顾问组成的内阁；内

    阁之下是公务员系统，负责管理社会的方方面面，并收集工匠和农民缴

    纳的税赋来供养自己和军队；这时已经出现了每年12个月、每月30天的

    历法，政府基于历法颁布法令、管理国家。到公元前2500年，埃及(及

    其邻居美索不达米亚的各族群)已经形成了高度成熟的社会结构，掌握

    了不少重要的基础工具：土木工程、天文测量、抽水机械、书写系统、数学、原始的冶金术、轮子。依靠这些工具，埃及人建立了古代世界最

    强大、最具影响力的帝国，而这一切的根基正是犁带来的粮食丰产。犁

    让社群得以生存并不断扩张，开启了此后的种种变化。

    22本书作者站在乔塞尔阶梯金字塔前。这座建筑的地基由砾石和石块筑

    成，表层覆有石灰岩板。古埃及没有滑轮，所以当时的标准做法是沿着

    塔壁用土砌斜坡，借坡把石头拉上去，金字塔建成以后再把土坡推掉。

    图片来源：Mike Coles.

    人类第一次借助工具获得了丰收，不必彻底靠天吃饭；不过，犁解

    放了人的同时也永远地绑架了人。我们生活的现代世界是这一发明的产

    物，因为正如犁引发了埃及社会的连锁反应，此后诞生的每一项变革都

    成为新的变革的基础，这一连串相互联结的事件造就了今天的世界。

    一系列事件是如何朝某个方向演变的？这正是本书所要探寻的主

    题。某件事为何会在特定的时间和地点发生，原因错综复杂、引人入

    胜，其间有巧合，有气候变化，有人的智慧、技艺、宗教信仰乃至欺

    骗，不可尽数。沿着历史事件的轨迹，最终竟抵达某个影响我们生活的

    新发明，环环相扣，就像阅读一本精彩的侦探故事。在本书所有故事进

    展的每一个阶段，读者所知的信息都将被限定得和当时的人一致。我们

    常常误以为历史就是伟人和寂寞的天才在象牙塔里为我们指引着未来的

    道路，但随着故事展开，你会发现事实并非如此。从某种程度上说，社

    会的每一个成员都参与了创新和变革的进程，看完这本书你或许会明

    白，只要有普通人的智慧和当年的创新者掌握的信息，你也一样可以成

    为推进变革的力量。

    第一个侦探故事即将展开，这里是一点小提示：2600年前土耳其某

    条河流中的发现如何造就了一项威胁每个人生命的现代发明？

    23

    24

    在土耳其西北，离爱琴海不远处，伫立着一座山峰，古称为摩罗斯

    图片来源：Mansell Collection.

    究中，热气球至关重要，它提供的数据奠定了现代气象学的根基。

    从布洛涅森林升空，25分钟内飞行了5英里。在早期的上层大气活动研

    1783年11月21日，巴黎。热气球载着皮拉特尔·德罗齐埃和阿兰德侯爵山。两条河流从这里发源，一名帕克托洛斯，一名赫尔穆斯。在几种因

    素的共同作用下，这两条河在历史上非同寻常：首先，河床坡度较小，所以水流相当缓慢；其次，沿岸山上的土石因风和气温变化逐渐被剥

    蚀，形成混合着金粒的细沙，散落入水；最后，两条河携带着大量细沙

    流入沿海平原，在那里，河流更加宽广平缓。根据古希腊历史学家希罗

    多德在公元前4世纪留下的记载，数百年来这两条河都是淘金业最繁盛

    的地区。2700年前，这两条河位于吕底亚王国境内，在其中一条河畔，有一个不知名的淘金者(他可能受雇于当时的国王)在这里做出了人类

    历史上最重要的发现之一。

    那时候人们搜集并熔炼金沙，通常是借助羊皮。羊皮里的动物油脂

    会吸附细微的金粒，等到羊皮吸满，淘金者就把它挂到树枝上晾干，然

    后扔进熔炉烧掉，从灰烬中筛出纯净的金珠。或许正是这种精炼黄金的

    方法催生了伊阿宋与阿尔戈船英雄夺取金羊毛的神话。无论如何，接下

    来金珠被熔铸成金砖和金锭，用来购买货物和服务——人类用黄金交换

    商品的历史可追溯到公元前3000年的美索不达米亚和埃及，金锭(以及

    银锭和铜锭)的价值依其重量决定。这套系统的缺陷非常明显。金属锭

    十分沉重，难以运输，只能用于大额交易，例如两国之间的贸易，或者

    雇佣军服役结束后的最终结算。

    25

    帕克托洛斯淘金者的一项发现引发了一场巨变。除了金沙，河里还

    图片来源：Mansell Collection.

    很有可能是一场为了从其他社群夺取更先进的冶金术而发起的袭击。

    公元前5世纪的一只碗上雕刻着伊阿宋和守卫金羊毛的龙。神话的原型有很多小块的黑色燧石片，它的地质名称是页岩。人类使用页岩的最早

    记载来自希罗多德，根据他的描述，吕底亚人磨掉石片的表层，使其粗

    糙无光。金子在这样的平面上划过，就会留下明显的痕迹。纯金的划痕

    是黄色的，金银合金会留下白色的印子，金铜合金划出的则是红色。这

    种用来鉴别黄金纯度的石头，流传下来一个充满隐喻意味的词：试金

    石。

    试金石发现于公元前8世纪前后。这偶然发现的不起眼石头即将带

    来深远的影响。大约在公元前7世纪，盖吉兹王在位时，吕底亚的统治

    者拥有了鉴别贵金属的手段。有了这种石头，哪怕是毫无鉴定经验的人

    也能轻松地分辨出金属品质的细微差别。之前数百年，巴比伦和埃及的

    王朝一直习惯在金锭上铸刻标记，用政府的权威为金属的价值背书，不

    过这样的举措并未促进金块自由流通，因为标记也许仅仅能保证最初的

    主人愿意按照原始价值回收它。而试金石让人们得以建立贵金属的品质

    标准，赝品无所遁形，国王的标记成了纯度和分量的坚实保障，流通变

    得顺畅进来。

    对更小额货币单位的需求催生了西方世界的第一枚硬币——吕底亚

    斯塔特币。接下来的100年里又出现了一系列辅币，每种辅币的价值都

    是斯塔特币的若干分之一。到了公元前550年，吕底亚的克罗伊斯王首

    次确立标准的帝国货币制度时，吕底亚的钱币已经赢得了质量优秀、标

    准统一的口碑。其他城邦，如米利都、福西亚、基齐库斯、米蒂利尼和

    以弗所，也纷纷效仿，发行了自己的官方货币。随后，一些城邦结成货

    币联盟，比如吕底亚和米蒂利尼，其货币可以越过各自的边境，在双方

    领地自由流通。到了公元前5世纪的雅典帝国时期，雅典的货币已经通

    行于地中海东岸的大部分地区。

    26公元前6世纪的吕底亚斯塔特币，由一种叫“琥珀金”的金银合金制成，上面压制了铸币者的标记。

    图片来源：Peter Clayton.

    27

    28

    富起来。市场变得更加多样，交易范围越来越广。我们可以说，吕底亚

    硬币，买家可以更方便地依自己的选择购买商品，卖家的货物品种也丰

    重影响的产物：随着各城邦日渐繁荣，跨边界贸易也越来越频繁，有了

    值映射着发行国的经济是否健康、政治是否稳定。第二重影响则是第一

    硬币出现在每一笔交易中，硬币的存在定义了政府权威的领地，它的价

    发行，潜移默化地培养了使用者对统一的认同感。代表政府的标记通过

    硬币的普及造成了两大影响。其一，政治上，它由中央铸币厂统一

    图片来源：Peter Clayton.

    雷斯的统治者利西马科斯。

    着公羊角，就像宙斯-阿蒙一样。这枚银币铸造于帕加马，发行者是色

    币大约流通于公元前290年，银币上铸印的亚历山大被神化，他头上长

    亚历山大逝世后，在硬币上镌刻肖像逐渐成为定例。这枚4德拉克马银斯塔特币的出现激发了地中海地区的贸易增长，因为是硬币满足了更多

    灵活的贸易需求。

    在古老的时期，世界上最伟大的贸易路线就已初具雏形，商人从地

    中海东岸出发，驶出红海，穿越大洋，直抵印度和中国。有证据表明，早在公元前1000年之前，埃及人和巴比伦人的步伐就已南至索马里，东

    达印度。到了亚历山大大帝的年代，商路进一步发展，大帝的货币与商

    品一起流向世界各地。从印度到黎巴嫩，从俄罗斯南部到尼罗河上游，亚历山大大帝的印记无处不在。公元前331年，亚历山大大帝决定在最

    方便掌控帝国贸易洪流的位置建一座城市，这座城市要由石头筑成，东

    西两面各有一处天然港口，这样无论风向如何，船只都能顺利入港。

    亚历山大港位于尼罗河河口，它成了全世界的贸易之都。从南方，如今的索马里，运来了香料；从苏丹运来了大象、铁和黄金；从如今的

    法国、德国和俄罗斯，运来了皮毛与琥珀；从英国运来了锡。世界各地

    的货物流向亚历山大港，又从这里去往四面八方。公元1世纪时，狄奥·

    克里索斯托这样描写它：“这座城市垄断了整个地中海的航运……它位

    于世界的十字路口。”亚历山大死后，这座城市几番易主，先后由波斯

    人、希腊人、迦太基人和罗马人统治。建城后的600年间，亚历山大港

    蓬勃发展，它不仅是贸易枢纽，也是地中海的文化中心，后者在很大程

    度上归功于建城不久后就落成的大图书馆暨博物馆。在公共基金的资助

    下，当时最杰出的学者齐聚一堂，撰写著作、发表演说；博物馆内有10

    间礼堂，每一间对应一个专门的主题，供学者授课。除此以外，这里还

    有供人研究、学习的空间，以及供学者居住的场所。

    29

    30

    亚历山大图书馆收藏着当时几乎所有的知识。公元前235年，馆内

    d’Alexandrie, Cairo 1921.

    图片来源：From Jondet, M.G., Atlas Historique de la Ville et des Ports 罗斯”当成了灯塔的统称。

    上那座法罗斯灯塔，它的声名如此响亮，地中海沿岸的人们后来把“法

    历山大港的想象。请注意右下角向外探出的陆地(那是一座古代岛屿)

    考古遗迹。这幅画(绘于约公元1460年)展示了中世纪某位艺术家对亚

    无人知道古亚历山大港的面貌，因为这座伟大的城市几乎没有留下任何有约50万部书稿，到了尤利乌斯·恺撒的年代，藏书增至70万部。当时

    的亚历山大港有专门的法律条文，规定来访者必须将自己携带的书稿通

    通交给图书馆誊抄。船只入港时，会有官员上船搜寻书籍。公元4世

    纪，亚历山大港与雅典起了争端，因为雅典人发现亚历山大港人将希腊

    悲剧原稿私藏下来，还给他们的是图书馆抄写的复本。博物馆里教授的

    知识涵盖了当时所有的学科，包括数学、几何学、天文学、哲学、药

    学、占星学、神学和地理学。在这座港口城市，人们尤其青睐军事领域

    的研究、地理学和与之相关的天文学等。大约在公元127年到151年间，全世界首屈一指的伟大学者、曾在亚历山大港任教的克劳狄乌斯·托勒

    密撰写了一部13卷的著作《天文学大成》，总结了当时所有的天文学知

    识。

    罗马港口奥斯提亚的一幅镶嵌画上绘制着当地的灯塔，它的名气或许仅

    次于法罗斯。它比后者小一些，但建筑结构基本一致，面积逐层减小，塔顶燃烧着指引航道的灯火。

    图片来源：Mansell Collection.

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    成果，进行了更科学的观察，于是从公元前300年起，来自巴比伦的迦

    是黄道十二宫的雏形。注重实用的波斯人借助巴比伦人晦涩难懂的研究

    已经把天空分成了12个星座，每个星座各占30度，组成一道环带，这就

    年，波斯的居鲁士王应邀深入巴比伦腹地阻止内战，这时候的天文学家

    星座在一年中的位置变化，成为祭司兼统治者的权威之源。公元前539

    这门学科染上了占星术的神秘与魔法色彩，用天文学规律预测日月食和

    让统治者更精确地预测洪水季节的时间，从而提高灌溉效率。渐渐地，兴趣完全始于实用目的，他们认为观察天空有助于编撰更准确的历法，比伦人对此钻研颇深，埃及人也略有踏足。人们对日月星辰的运动萌生

    早在近公元前2000年时，天文学就已成为一个专门的研究领域，巴

    图片来源：Reproduced by permission of The British Library.

    心。

    太阳和月亮)，最外则是恒星圈。在这套系统里，地球位于一切的中

    托勒密的宇宙观。7座同心水晶球壳承载着当时已知的七大行星(包括勒底星表逐渐发展完善。

    亚历山大图书馆卷轴书的复制品，节录了一部分托勒密星表。星星的名

    字后面有几栏注释，说明其所属星座、在天空中的高度角、亮度等参

    数，当时测量恒星的基准是南北贯穿亚历山大港的子午线。

    图片来源：Macmillan London Ltd, courtesy Michealjohn HarrisBBC

    Television.

    这些知识为托勒密的著作奠定了根基。为了准确测量角度和时间，人们需要更精确的天文设备。托勒密本人也绘制了一张星表，列出了

    1022颗恒星，以及它们在亚历山大港的天空中的位置。他还描述了如何

    制作测量星体位置的仪器：星盘。接下来的1000年里，星盘成为观星者

    的基本工具。显而易见，托勒密的星表能为这座贸易城市的航海者提供

    莫大的帮助，然而遗憾的是，以目前的证据来看，在他生活的年代仅有

    极少数掌握天文知识的航海者懂得利用这些数据，更不用提更早的时

    期。那少数的几位佼佼者，例如尼多斯的欧多克索斯(记载于公元前

    370年)和马赛的皮西亚斯(记载于公元前300年)，能够根据恒星的高

    度角，判断自己与母港在南北方向的距离。假如表中列出某颗星在母港

    的角度是X，而他在某地的观察结果却是Y，这种差别只取决于两地在

    南北方向的距离，推算便能得出这个距离究竟是多少。不过，对于当时

    希腊和罗马的绝大多数航海者而言，星辰的作用仅止于判断航向。正如

    罗马作家卢坎在公元前63年所言：“永不落下的轴心指引着船只的方

    向。如果小熊座高悬在桅杆上方，那么我面朝的方向正是博斯普鲁

    斯。”(换句话说，如果位于北方的小熊座在你的左手边，那么船正在

    向东行驶。)

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    山大港仍有开课讲授之风，但图书馆的地位日渐衰微。谁也不知道烧书

    传。整个西欧与东面的帝国失去了联系，尽管拜占庭皇帝统治下的亚历

    入了纷争与混乱，亚历山大港流传到地中海北岸的少许作品均告散佚失

    托勒密著书300年后，西罗马帝国灭亡。随着罗马人撤退，欧洲陷

    图片来源：Ann Ronan Picture Library.

    度。司掌天文的缪斯乌剌尼亚站在他身后。

    此画绘于16世纪，图中托勒密正在用四分仪测量星辰与地平线所成的角事件发生的确切时间，只有许多种推测：也许是罗马人统治期间意外发

    生了火灾，也许是公元4世纪那些狂热的基督徒蓄意纵火，又或者按照

    阿拉伯作家的记载，公元646年，穆斯林最终占领这座城市后，将藏书

    扔进壁炉烧得精光。无论罪魁是谁，图书馆收藏的文本几乎全部毁于一

    旦。今天我们之所以还能看到托勒密的著作，全赖于幸好有一套复本散

    落在外，它即将经历曲折而奇特的旅程。8世纪中期，它流落到了伊朗

    西南部琼迪沙普尔的一座修道院图书馆里。公元765年，数百英里外的

    巴格达建城后不久，阿拉伯人发现这座修道院的图书馆里收藏了大量古

    希腊科学和哲学著作，于是他们立即动手，把这些书翻译成阿拉伯语，《天文学大成》就在其中的第一批书里。随着巴格达的翻译学校发展壮

    大，哈里发们从拜占庭人手中或买或抢，获得了更多的古希腊著作，尤

    其是药学和天文学作品。伊斯兰教扩张的脚步一直抵达了西班牙，阿威

    罗伊、阿尔布玛真、花拉子米等阿拉伯翻译家兼作家将这些古代著作和

    他们自己撰写的评注带到了西欧的大门口。正是因为拥有这些著作，到

    了13世纪中期，智者阿方索(长期以来西班牙一直是伊斯兰国家，阿方

    索是这个国家最早的基督徒国王之一)才能在托莱多建立学校，将这些

    阿拉伯语文本翻译成拉丁语。星表终于传入了欧洲，不久后它将在航海

    者手中大放光芒。

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    结构，使正面标杆的尖端指向它代表的某颗星星在天空中的位置，观察

    的黄铜星盘，每个星盘都只能在特定纬度上使用。转动星盘背面的金属

    托勒密的《天文学大成》为基础编撰而成。右边是阿拉伯天文学家发明

    最早的伊斯兰天文手册(公元1009年)中描绘的大熊星座。这份手册以者便可以通过星表查出相应的日期和时间。

    图片来源：Bodleian Library, Oxford(左图); Museum of the History of

    Science, Oxford University(右图).

    13世纪，西罗马帝国崩溃800年后，欧洲的海上贸易终于走出绵延

    几个世纪的战争与混乱，逐渐复苏。记载显示，人们在11世纪初建造了

    罗马人撤退以来的第一座码头。随着欧洲经济回暖，地中海地区和北海

    地区恢复了联系。但是海上贸易发展的势头不如其他行业，因为富有经

    验的水手依然只在5月至9月出航，和罗马时代一模一样。从11月到翌年

    3月，天气变幻不定，商人都不愿意冒险，因为坏天气可能使货船迷航

    甚至沉没。在适合出航的季节里，海上导航仍然主要依靠地中海沿岸罗

    马时代的灯塔，或是参照其他地标；而在近岸航行时，数百年来积累的

    对特定海岸的了解让熟练的水手得以通过探测水底来辅助掌舵。12世

    纪，船驶近港口后，水手会将一根系有重物和一块黏糊糊的动物油脂的

    绳子扔进水里，令其沉至海床，通过绳子的长度判断水深，再收回绳子

    观察动物油脂粘上的东西，分辨海床的质地和成分，最后结合洋流、气

    温和风向，小心翼翼地操纵船只入港。

    当时的船只样式也限制了航运发展。商人不愿意在冬天出航，同

    理，也不愿意冒险大幅改进船只。造船需要的投资本来就庞大，谁也不

    愿意尝试未经验证的改良。老旧的罗马横帆尽管早已过时，却继续统治

    了欧洲好几百年。横帆的局限说来简单，影响却十分深远。悬挂横帆的

    船只能顺风航行，如果风正向北方刮，即使你想去南边，也只能随风北

    去。因此，水手在出海前必须等待合适的风向，这又压缩了本来就已经

    很短暂的航海时段、减少了出海船只的数量。埃及人和罗马人曾靠横帆

    跨越印度洋，那个区域的风向稳定，总是向某个方向一直吹6个月，然

    后反过来再吹6个月。欧洲海域的风向变化却复杂得多。

    36在这幅作于12世纪的手稿插画里，船只在英格兰东海岸沼泽中的一条河

    流里行进，最右侧的领航员正在使用一根长长的探测杆查看水情。

    图片来源：Reproduced by permission of The British Library.

    37

    典型的横帆，始于古埃及时期。通过这张图解我们可以看到，悬挂横帆的船只航向完全取决于风向。虽然这种帆使得船在海战中可以出色地实

    现近距离机动，但若要逆风航行，就只能靠水手划桨了。

    图片来源：Macmillan London Ltd.

    打破这一局面的改进或许早在8世纪就已流传到了地中海沿岸。它

    可能是阿拉伯人发明的，不过也可能是他们从中国人那里学来的。欧洲

    人叫它“大三角帆”，他们误以为这种帆是东罗马人从君士坦丁堡带来

    的。大三角帆装在桅杆上，顶部有一根可活动的桁，它让船只第一次得

    以逆风航行。哪怕风向与航向几乎完全相反，大三角帆也能驾驭。大三

    角帆带来的第一个影响是出海的船只变多了，因为出港前不必再苦苦等

    风。贸易节奏随之加快，船舶的规格也变得更大：货物和港口数量飞速

    增长，人们自然希望以一条大船替代数条小船，这样更加经济实惠。从

    12世纪到13世纪，欧洲北部的麦地产量稳步增长，大宗货物出口成为常

    态。北方国家，尤其是如今德国波罗的海一带沿岸的商业城镇结成的汉

    莎同盟，和南方地中海区域的国家签署了贸易协定。从1150年到1300

    年，商品价格和利润、积累的财富和投入商业的资本都增长了约30%。

    但水手们仍面临诸多困难：哪怕是安装了大三角帆，这些用来运输粮食

    的新船操纵起来也很困难，因为它们的形状根本不适合在浅水海滨或者

    码头附近航行，只有在天气理想的时候，船只才能顺利入港。这个问题

    在北方尤其严重，或许正是出于这个原因，解决它的办法也首先出现在

    北方，我们在两枚13世纪中期的印章上找到了最初的证据，这两枚印章

    分别来自埃伯林和维斯马，都是波罗的海沿岸的港口城市。印章上绘的

    船都装备了方向舵。

    38

    只需频繁变向，走出Z字形路线，船就能逆风前进。船只的体积仍然不

    装备了大三角帆的船只可以在几乎完全逆风的情况下航行。如图所示，大，这样船尾的舵桨才好灵活掌控方向。

    图片来源：Macmillan London Ltd.

    最早的远洋货船同时装备了横帆和大三角帆，尾舵加强了船只的机动

    性。如图所示，大三角帆让货船能够灵活地捕捉近海多变的风向，进入

    大洋以后，货船拉开横帆，顺着稳定的越洋信风一路疾驰。

    图片来源：Macmillan London Ltd.

    在此之前，掌控航向基本靠舵桨，不过正如德国水手发现的，船大

    到了一定程度，舵桨就笨重得无法操纵了。新式舵可能源自中国，阿拉

    伯人在印度洋远航时采用了这种设备，随后它又流传到地中海沿岸和北

    方。这种“尾舵”装在船尾中央一根垂直的柱子上。要安装这根柱子，船

    尾必须是平的。于是船的形状再次改变：新式船尖头平尾，有更多装载

    空间。借助尾舵，水手操控大船时，有了必要的纵向操纵能力，这又进

    一步激励了商人投入资金。船变得更宽、更平、更长，装得也更满了。

    39

    40

    作俑者正是那些中间商，尤其是热那亚人和威尼斯人，他们手握定价

    洲国家依然为巨大的贸易逆差头疼起来：黄金源源不断地流向南方，始

    志的谷物，不过最多的还是英格兰和佛兰德的羊毛。但是很快，这些欧

    物易物的交易方式：法国大西洋海岸的盐、斯堪的纳维亚的木材、德意

    这里的奢侈品致富。从意大利港口运往北方和西方的货物不少采取了以

    共和国纷纷崛起，它们在阿拉伯和土耳其建立了殖民地和贸易站，想靠

    激了新的市场需求，威尼斯、热那亚、阿马尔菲……意大利早期的沿海

    了许多欧洲市场上没有的奢侈品，例如香料、丝绸和染料。这些物品刺

    到了1300年，又出现了更复杂的结构。东征归来的十字军士兵带回

    图片来源：Staatsarchiv, Hamburg.

    年)。

    尾舵的最早证据之一，出现在波罗的海港口城市埃伯林的印章上(1242权，赚得盆满钵满。1453年，君士坦丁堡落入土耳其人之手，欧洲通往

    东方的商路随之中断，局面变得更加严峻。商品价格居高不下，为了找

    到香料的货源，14世纪中叶，葡萄牙人开始沿着非洲海岸向南远

    航，“航海家”恩里克王子和他在大西洋海岸的萨格里什建立的航海制图

    学校为葡萄牙水手提供了莫大的帮助。随着第一批船队扬帆出发，远洋

    航海面临的严重问题也随之凸显。

    41

    了近岸地形——最早是黑海沿岸，并绘有“风向玫瑰线”。这些线条代表

    意大利词语“portolano”，这是一部导航手册的名称。这种海图精确描绘

    航向航速盘和打结的绳子。波特兰海图出现于13世纪初，它的名字来自

    中世纪领航员主要依赖3种工具来判断船只的位置：波特兰海图、图片来源：Mansell Collection.

    的造船技术。

    亚方舟的场景，从中我们可以一窥君士坦丁堡陷落后西欧海上扩张时代

    这是一幅创作于15世纪晚期的画作，来自纽伦堡。图中描绘的是建造诺了通用的方向，并严格按照比例尺绘出，领航员可以比较准确地计算出

    两处风向玫瑰线交点之间的距离。航向航速盘用于确定船只的航线，它

    的主体是一块圆盘，中央有一根小钉代表船只的起点，周围则是一圈圈

    同心排列的小孔，盘上配有多个用线串联起来的小钉。假如船向西北航

    行了一段距离，领航员就会在圆盘上相应的位置插上一根钉子，船只航

    行的轨迹呈现为钉子间的连线，一目了然。要想知道船只航行的距离和

    速度，打结的绳子就派上了用场。绳子上的结是等距离排列的，末端绑

    着一根木棍。船员把木棍扔进水里，让它在船尾漂浮，然后用沙漏测量

    一定时间内绳子放出了几个结，通过时间和距离计算得出航速。运用这

    3种工具，水手可以推测船只的位置，这种方法后来被称为“航位推算

    法”。虽然当时的导航技术原始而粗糙，但已经足以应付地中海和欧洲

    北部的近岸航行。不过，随着远洋航海兴起，水手需要更准确的方法来

    判断船只的确切位置。

    通过这张复原的波特兰海图，我们可以想象中世纪的领航员如何利用各

    个海区的风向玫瑰线来计算航向。

    图片来源：Macmillan London Ltd, courtesy Michealjohn HarrisBBC

    Television.

    42航向航速盘。直到19世纪末，它仍为水手所用。圆盘下方的几排小孔用

    来标记船只每次变向后航行的时间，每个小孔代表一段事先设定的固定

    时间长度，由沙漏测定。水手按照实际航线把钉子插进相应的孔里，一

    瞥就能轻松判断每段航程耗费的时间。

    图片来源：National Maritime Museum, Londonphoto Michael Holford.

    43

    44

    图片来源：Crown Copyright, Science Museum, London.

    够悬浮在水里，方便水手更准确地测量绳子的长度。

    候。下方装置的主体是一根削成鱼形的木棍。木棍上的铰链结构让它能

    测量航速的两种工具。上方的沙漏适合航速较快、绳子也放得很快的时让远航非洲得以实现的设备可能源自中国，把它带到欧洲的依然是

    无所不在的阿拉伯人。早期历史记载中断断续续地出现过它的身影，最

    初的一份记载来自一位英国云游修士，名叫亚历山大·内坎。1180年，从巴黎归来的内坎带来了一则新闻：据说有一种神秘的针会永远指向同

    一个方向。1269年，另一位云游修士，马里孔特的彼得，记述了他在意

    大利卢切拉围城战期间与安茹公爵共同完成的一系列实验，其中用到了

    一种名叫“旱指针”的工具。1270年以后，因托莱多星表而名望卓著的智

    者阿方索颁布法令，要求所有出海的水手携带这种指针。到了13世纪晚

    期，指南针已经传遍了地中海。原始的指南针仅仅是一根套在麦秆里的

    磁针，漂浮在装满水的碗里。不过1300年，意大利阿马尔菲共和国的水

    手为磁针绘制了一套盘面，标示出精细的方向，设计灵感正是来自风向

    玫瑰线。同时，罗盘还被装进了盒子里。现在，领航员测量航线的精度

    提高到了圆的132，方向也进一步细分成8个“主风向”，8个“半风向”和

    16个“14风向”。方向的标准化体系来自地中海水手的长期经验，这里的

    风向稳定而可靠。

    45

    寻找机会靠岸。返航也遵循同样的流程，一路上无论天气是好是坏，指

    始，稳定的信风鼓动横帆，将商船送到加勒比海域，水手升起三角帆，洲。悬挂大三角帆的商船穿过多变的海风，抵达亚速尔群岛。从这里开

    人们不得不跨越大洋寻找新货源。正是这样的远航，让西方人发现了美

    慨，航班数量持续增长。君士坦丁堡陷落后，通往东方的商路被切断，次翻了一番，船员得到了长期稳定的工作。投资者因此更安心也更慷

    港。借助罗盘，船只在阴云密布时也能辨别方向，日夜兼程。航行的班

    后，舰队离港的时间依然未变，但8月出发的舰队会在冬天越洋回到母

    回；另一次则是8月出发，在异国的港口过冬，来年春天再返航。100年

    每年两次定期起航，开往地中海东岸。其中一次在复活节出发，9月返

    见不到船只，意大利的航海城市甚至立法禁止冬季出海。威尼斯的船队

    合、尾舵和罗盘彻底改变了航海业。13世纪初，一到冬天海面上便完全

    罗盘对经济的推动作用怎么形容都不为过。大三角帆与横帆的组

    图片来源：National Maritime Museum, Londonphoto Michael Holford.

    盒装罗盘，盘面上的刻度将圆圈32等分。南针总能告诉人们目的地在哪个方向。

    传说哥伦布在第一次穿越大西洋时，发现指南针其实并不可靠。

    1492年9月，哥伦布抵达加勒比海附近时，恐慌开始在船员间蔓延：有

    人发现，指南针偏离了北极星的方向。这种现象当时从未有人见过。16

    世纪初，返航的哥伦布船队带回了指南针出现异常的消息，这立即引起

    了人们的担忧。如果指南针不可靠，那么投资远航的风险就会大大增

    加；英国、西班牙和葡萄牙正在崛起为海上帝国，他们的经济命脉越来

    越依赖足够准确的导航技术。

    当时的英国是整个欧洲最有活力的越洋帝国。顺理成章地，英国人

    率先通过实验找出了指南针异常的原因。1581年，伦敦的罗盘制作者罗

    伯特·诺曼进行了一系列实验，并将实验结果写成了《新引力》一书。

    诺曼把磁针和不带磁性的针分别放在盛有水的碗里，结果出乎他所料，磁针指着的并不是正北方。他还注意到，磁针向北的那头微微沉进了水

    里。当时人们尚不知道，地理北极和地磁北极并不重合，要想让磁针指

    向正北，你必须位于地磁北极所在的经线上，而在其他地方，磁针的指

    向总会或多或少有所偏差，偏差大小取决于你所处的位置。诺曼的发现

    吸引了威廉·吉尔伯特的注意，他生活优裕，是英国皇家内科医学院的

    院长，也是伊丽莎白女王的私人医生。

    46

    47

    国进入了繁荣期，在这样的环境下，只要勤奋工作、嗅觉灵敏，无论你

    密警察的审慎运用。亨利八世解散了修道院，海外贸易也飞速扩张，英

    世。当时的英国对外所向披靡，内部也很安定，而后者多亏了王室对秘

    长达数十年的君主——亨利八世和他的女儿，“童贞女王”伊丽莎白一

    的私人医生。1600年他进入宫廷的时候，英国已经经历了两任统治时间

    来到伦敦，很快就在首都的上流社会里闯出了名头，成为许多高官望族

    1569年，25岁的吉尔伯特在剑桥大学获得了医学博士学位，次年他

    图片来源：Osterreichische Nationalbibliothek.

    穿越大洋，抵达新大陆。

    国轻快帆船，在任何天气条件下都能远洋航行。哥伦布正是靠这样的船

    新出现的大三角帆(在船尾)和尾舵让15世纪的船只，例如图中这艘德梦想成为什么样的人，几乎都能实现。用今天的话来说，整个社会都在

    向上流动。如果你恰好有点钱，又明智地投资了那些处于上升期的产

    业，就大可高枕无忧，悠闲地鼓捣自己的爱好。大部分上层中产阶级和

    贵族选择了打猎，而吉尔伯特则开始解决罗盘指针之谜，他将在这个问

    题上花费18年时间。

    嵌在铜盒里的天然磁石。

    图片来源：Museum of the History of Science, Oxford University.

    作为一名医生，吉尔伯特极富科学素养。少年时期吉尔伯特便耳闻

    目睹许多重大的航海发现，他是弗朗西斯·德雷克爵士 的好友，同时

    48

    磁石磨成一个个小球——他称之为“小地球”——然后用它去接触各种材

    所以，他花了18年时间，殚精竭虑，研究神秘的磁石。吉尔伯特把天然

    指南针磁性的来源，不过吉尔伯特一直对“神奇疗效”这部分嗤之以鼻。

    他想必读到过前人关于具有神奇疗效的天然磁石的文献。天然磁石正是

    一直与英国和欧洲大陆的科学“激进分子”保持通信。在剑桥学习期间，料，例如金属、木头、水、琥珀和磁针。所有实验结束后，吉尔伯特于

    1600年出版了一本总结性的著作《论磁石》，这本书一出版便大获成

    功，短短几年内就传遍了欧洲。除了自己的实验以外，吉尔伯特还汇总

    了当时对磁力的认识。他得出了重要结论：地球本身是一个巨大的磁

    体，有南北两个磁极；地球绕地轴自转，同时围绕太阳在太空中公转。

    吉尔伯特指出，正是磁场的存在才让地球上包括大气在内的所有东西停

    留在现在的位置，而不是飞散到太空中去。他还重申了前人的观点：某

    些东西在摩擦后会产生磁性。此外，他轻描淡写地说，如果磁场维持大

    气的理论成立，那么行星之间应该没有空气。

    49

    越迅速。依这套理论，既然真空中的物体不会遇到任何阻力，那么它的

    他又认为，介质对运动有阻碍的作用，因此，空气越稀薄，物体穿行就

    种“推动”。空气从物体前方移动到后方，物体由此被推动着前进。同时

    多德曾说，“自然界厌恶真空”，他认为物体在空气中运动是因为存在一

    空气”。但是，根据亚里士多德的理论，真空根本不可能存在。亚里士

    论。结论中还有另一个引人遐想的部分：真空，虽然他的原话是“没有

    吉尔伯特的结论清晰有力，欧洲各地的人们纷纷着手验证这一理

    图片来源：Ann Ronan Picture Library.

    巨大的磁石。

    球上罗盘的磁针也呈现同样的状态，于是吉尔伯特总结说，地球是一块

    度各不相同：赤道上磁针呈水平，而在南北磁极，磁针则是垂直的。地

    自他的著作《论磁石》，显示在“小地球”的不同纬度上，磁针下沉的角

    证地球是一块巨大的磁体，地磁南北极分别位于磁轴的两端。这幅图出

    威廉·吉尔伯特把磁石磨成球形来模拟地球。利用这些“小地球”，他论运动速度将达到无穷大。亚里士多德不接受“速度无穷大”的概念，所以

    他得出结论，能实现速度无穷大的条件不会被满足。

    研究吉尔伯特理论的主要是军队工程师，他们正在钻研火药的新应

    用，以及增强火炮威力的办法。其中有一位名叫奥托·冯·居里克的德国

    工程师，他出生于《论磁石》出版后两年。居里克在荷兰莱顿大学(这

    所学校是政府为了表彰莱顿市民英勇抵抗侵略、守卫了城市而建立的)

    修完数学和法学课程的时候，欧洲人正兴致勃勃地尝试创造真空。1646

    年，44岁的居里克被选为马德堡市的市长，同时也因业余科学家的身份

    小有名气。1652年，神圣罗马帝国皇帝斐迪南三世来到位于如今德国南

    部的雷根斯堡，召集各位亲王、市长和主教共议国政。皇帝听说了居里

    克的研究，要求他演示。那年5月，居里克研制的真空泵给达官贵人们

    留下了深刻印象。这真空泵实际上只是对当时常见的灭火器稍加改动的

    产物，安装有一套阀门，能将各种容器抽空。一次实验表明，含有空气

    的容器比抽空以后的容器更重；另一次实验表明，只有球形容器才能被

    抽空，其他任何形状的容器都会向中心塌陷。被抽空的容器里出现了奇

    怪的现象：蜡烛熄灭，小鼠死掉，铃铛摇晃却没有声音。不过居里克的

    巅峰之作还得数马德堡半球实验。他把两个空心的黄铜半球合在一起抽

    成真空，然后驱赶两组各8匹马在两头用力拉。马奋力向前，却始终无

    法拉开黄铜半球。然后，居里克重新向球内注入空气，两个半球轻轻一

    拉就分开了。居里克证明了我们可以创造真空，而且真空拥有可怕的力

    量。斐迪南三世大受震动，他命令维尔茨堡大学的数学教授加斯帕尔·

    肖特记录这次实验。肖特出版了两本记述马德堡半球实验的著作，第一

    本发行于1657年。顿时，整个欧洲的学者都注意到了居里克的研究。

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    半球，人们看到了真空的惊人威力。

    半球”，这种泵的原型是当时的灭火器。两组骏马都无法拉开一对黄铜

    为了展示真空的力量，居里克发明了真空泵来抽空一对中空的“马德堡图片来源：Michael Holford.

    图片来源：Crown Copyright, Science Museum, London.

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    几年后，居里克的兴趣转向了吉尔伯特理论的另一个领域：磁。

    图片来源：Bayerische Staatsbibliothek.

    度。只有高纯度硫黄才会在受热时发出轻微的噼啪声。

    一名工人把硫黄握在手心加热，倾听是否有爆裂声，由此判断硫黄的纯1663年之前的某个时间，他开始测试哪些物质在摩擦后会产生吸引力。

    硫黄是其中一种。居里克把碾碎的硫黄倒进一个玻璃球里，加热熔化硫

    黄，待其冷却后敲碎玻璃，就得到了硫黄球。接下来，他用一根棍子穿

    过硫黄球，把棍子横置在安有传动装置的支架上，转动支架的手柄，让

    硫黄球高速转动。居里克用手摩擦飞转的硫黄球，片刻之后，这个球就

    会开始吸附羽毛、亚麻线、水等各种东西。于是居里克得出结论，正是

    这种引力让被抛向空中的物体落回地面。然后，他又做了一个实验。他

    在黑暗中摩擦飞转的硫黄球，看见它开始发光，光芒弥散开来好几英

    寸，将他的双手笼罩其中。在居里克看来，这种光不过是磁力的另一种

    古怪特性，硫黄球在摩擦时产生的轻微爆裂声也是同理。1672年，他出

    版了《新马德堡实验》一书，归纳了他的实验结果，书里只有一小段文

    字提到了硫黄球。不过，这一小段文字已经足以触发接下来100年的新

    发现。

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    阴极射线，然后在此基础上发明电视机。居里克的硫黄球实验影响更为

    对气体的研究还将激发科学家去探索光在不同气体中的传播，继而发现

    助人们解决了矿井的排水问题，促进了冶金术，尤其是炼钢业的发展。

    燃烧过程；对呼吸系统疾病的研究和元素分析也随之开展。真空泵还帮

    的成分，尤其是空气，于是氧气被发现，由此人们顺理成章地开始研究

    出来。居里克的著作就是其中之一。他的真空泵促使人们开始研究气体

    变革的历程中总有一些关键的时刻，未来的可能性突然成倍地涌现

    Television.

    图片来源：Macmillan London Ltd, courtesy Michealjohn HarrisBBC 擦起电，吸引纸张、羽毛等较轻的物体。

    居里克的硫黄球是世界上最早的发电机。用手触摸转动的硫黄球就会摩深远。他在实验中看到的光、听到的爆裂声都来自电，我们无须再赘述

    电促成的诸多发明和发现。

    居里克硫黄球实验最隐秘的影响或许是它深化了人类对天气的研

    究。数百年来，人们一直在探究雷和闪电的特性。英国撒克逊时代的传

    教士比德曾经推测，闪电由云摩擦产生，雷则是云团碰撞发出的声响。

    中世纪人们还有一种习俗，雷雨时要去敲响教堂尖塔上的大钟，希望赶

    走雷电，结果害得无数敲钟人触电伤亡。事实上，直到1786年，巴黎最

    高法院还颁布了一条法令来制止这种行为，因为此前的33年里发生了

    386起记录在案的雷击事件，至少有103个倒霉蛋被电死在湿漉漉的钟绳

    旁。居里克实验之后的30年内，人们开始把静电和闪电联系起来。1708

    年，英国的华尔博士写道，电“似乎和雷声和闪电有一些相通之处”；

    1735年，另一位英国人斯蒂芬·格雷尝试测量这种神秘的力量能沿着一

    根绳子传多远，最后他也得出了同样的结论。

    541718年，布列塔尼地区圣波勒德莱恩的一名敲钟人遭闪电击中身亡。

    图片来源：Mary Evans Picture Library.

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    筝送入雷雨云吸引雷击。1753年，风筝实验后第二年，富兰克林的实验

    林做了如今闻名世界的风筝实验。他在风筝上绑了一根铁丝，然后把风

    本打算借费城的教堂尖塔一用，结果教堂迟迟没能落成，于是，富兰克

    自己的理论。皇家学会对此嗤之以鼻，所以富兰克林决定自己动手。他

    的那些或许更危险、更脆弱、更昂贵的东西。他提议用教堂的尖塔验证

    称，正是因此，电流一定会被呈正电的铁棍吸引走，离开它原本会经过

    物质总会被呈正电的物质吸引，要回归自然状态下的平衡。富兰克林宣

    们已普遍观察到的那样，从一个地方流向另一个地方，是因为呈负电的

    信，阐述自己的电学理论。他写道，电分为正负两种。电之所以会像人

    名叫本杰明·富兰克林。1750年，富兰克林给英国皇家学会写了一封

    源头是一位当时默默无闻的波士顿人，他是一名煮皂工的第15个孩子，场争论即将爆发，探讨这种威胁究竟该采取哪一种办法来化解。争论的

    不久，人们留意到了雷电对遍布欧洲的火药库存在着潜在威胁。一

    图片来源：Ann Ronan Picture Library.

    伦敦。

    风筝实验中使用的引雷针，出自《E. 钱伯斯百科全书》，1779年出版于数据发表在《穷理查年鉴》上。1760年，英国安装了第一根避雷针。

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    纸商孟戈菲兄弟完成了热气球的飞行试验之后，1803年7月，法国科学

    必须立即汇报海上的风暴活动。其二则是，继1783年法国中部的两位造

    线将铜条与船壳上的金属部件连接起来；更重要的是，所有船只回港后

    立了专门的委员会，商议出解决方案：在船的桅杆上安装铜条，再用导

    置，以免被雷电击中引起爆炸，以致造成战术上的混乱。英国海军部成

    英法战争，在暴风雨中，军舰有时不得不在战局关键时刻离开指定的位

    接下来的两件大事促使人们开始科学地研究气象。其一是1793年的

    巴黎甚至出现了专为女士设计的避雷帽。

    议，把避雷针安装在房屋周围。整个欧洲竖起了无数避雷针，1778年，题举棋不定。最后，考虑到富兰克林是革命党人，英国人抛弃了他的建

    兰克林主张的那样安装在屋顶，还是应该装在房子周围？人们为这个问

    重演，为此成立了一个委员会，富兰克林名列其中。避雷针是应该像富

    装避雷针成了政府议题。布雷西亚政府请求皇家学会帮助他们避免悲剧

    磅火药被雷电引爆，摧毁了半径639英尺范围内的190幢房屋。于是，安

    1769年，意大利北部布雷西亚的一座火药库发生爆炸，大约17.5万

    图片来源：Mansell Collection.

    铜钥匙系在风筝上，成功地将雨云中的雷电引到了莱顿瓶里。

    在1752年那次著名的实验中，本杰明·富兰克林和儿子用湿麻线把一枚家艾蒂安·罗伯逊和音乐教师罗伊斯特先生乘坐一个退役的军用热气球

    从汉堡升空，最终飞到了离地2.3万英尺的高度，这是一个惊人的成

    就。高空中，罗伊斯特的头肿胀起来，甚至连帽子都戴不上了。不过，这两位勇士仍然证明了人类可以活着到达风暴诞生的高度。随后人们继

    续进行了许多飞行活动，将空气采集器、气压表、温度计、罗盘、望远

    镜以及其他各种有助于观察天气的设备——乃至活的动物——送上了

    天。到了1823年，英国皇家气象学会已经初具雏形，观察天气成了一项

    公共服务事业。1854年11月14日，一场飓风袭击了停靠在克里米亚的法

    国精锐舰队，满载船员的“亨利四世”号在风暴中沉没。军部向时任法国

    天文台台长勒韦里耶求助，询问是否有可能建立一套天气预警系统，避

    免悲剧重演。第二年的2月16日，勒韦里耶向皇帝汇报，如果能建立一

    套网状的气象站系统，就能预报天气。他的建议次日就得到了皇帝的首

    肯。2月19日，勒韦里耶代表皇家科学院提交了一幅当天上午10点的法

    国气象地图，图上的数据来自分布于全法国的10个观察站。人们随即设

    想将气象地图出版。1861年，弗朗西斯·高尔顿编撰的第一本气象地图

    册在英国出版，这时候的气象地图已经和现代的非常相近了。

    58富兰克林的避雷针激发了18世纪70年代欧洲人的想象力。巴黎的时髦仕

    女头戴拖着长长导线的避雷帽在大街上漫步；男士则更为夸张，他们争

    相购买便携式避雷针。

    图片来源：Ann Ronan Picture Library.

    591794年3月29日，世界上第一支空军部队在法国成立，全名“法国炮兵空

    中军团”。图为1794年6月26日，法国空军的热气球高悬在比利时弗勒吕

    斯的战场上空。

    图片来源：Crown Copyright, Science Museum, London.

    601803年7月，艾蒂安·罗伯逊教授和罗伊斯特先生乘坐热气球飞到了2.3万

    英尺的高空，这是此前难以想象的高度。

    图片来源：Ann Ronan Picture Library.

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    苏格兰的本尼维斯山上，《泰晤士报》的记者撰写了一篇报道：

    站，为新兴的天气预报提供信息。1883年10月18日，在英国最高峰——

    19世纪末，欧洲和美国东部各地的山顶上建起了大大小小的气象

    图片来源：Director-General Meteorological Office.

    1861年12月2日晚间的全欧气象地图。诸位女士和先生在本尼维斯山下威廉堡的亚历山大酒店集合，然后

    或步行，或骑马，沿一条小道前往山顶……卡梅隆·坎贝尔夫人骑着一

    匹小马在前面领路，在她前面的风笛手一路吹奏着《洛希尔去了法国》……离山顶还有很远，但眼前仿佛是北极的景象——山顶积雪足有两英

    尺深，狂风不时扑面而来，空气寒冷刺骨。建筑师前来迎接坎贝尔女

    士，并把气象站大门的钥匙交给了她……我们的队伍得到了热情的迎

    接，屋里有温暖的炉火和热茶。

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    图片来源：Ann Ronan Picture Library.

    室。

    C.T.R.威尔逊在这里观察到了“佛光”，他为此深深着迷，最终发明了云

    1883年10月启用的本尼维斯气象站是英国第一座高山气象站。1894年，苏格兰气象学会的艾宾格尔爵士在仪式上宣布，英国的这座高山气

    象站将和美国、法国的气象站连成一体，从此我们可以定期预报极广大

    范围内各地的天气。本尼维斯气象站就此正式启用。

    64

    1880年，格林尼治皇家天文台的风速计。欧洲各地纷纷兴建气象站，格林尼治天文台也是其中之一。天气受到了高度关注，政府甚至成立了一

    个专门的气象及磁学部，负责天气预报相关事项。

    图片来源：Director-General Meteorological Office.

    多年以后，这座气象站里发生的一件事将最终促成某个新发明，而

    后者将对现代世界的所有生物带去至为深远的影响。气象站由于资金不

    足，会在正式员工休假时雇大学生来担任临时观察员。1894年9月，剑

    桥大学年轻的物理学研究生C.T.R.威尔逊在这里做了两周的假期工。一

    天清晨，刚过5点，威尔逊在每小时一次的常规观察中发现了一个奇特

    的现象。后来他回忆道：“起初，山峰投在围绕山腰的云海上的影子一

    直延伸到了西方的地平线上。随着太阳升起，影子外缘迅速向东移动。

    就在这时候，影子尽头的云面上出现了模糊的光晕，是一种暗淡的彩色

    同心圆弧……我很好奇，决心在实验室里重现这一幕。”威尔逊观察到

    的光晕是一种光学现象，即“佛光”。如果观察者的影子投射在山谷的云

    雾之上，也会出现同样的景象：影子的头部仿佛笼罩了一层光环，光环

    由2到5种颜色组成，按光谱排列，偏红的色带位于外侧。

    65

    二者通过阀门连接在一起。在阀门关闭状态下，将玻璃球抽真空，再将

    水就会凝结成云。云室由一个装有活塞的玻璃容器和一个玻璃球组成，为“云室”的装置。云室的基本原理是，降低潮湿空气的气压，空气中的

    威尔逊回到剑桥以后，开始尝试人工造云。为此他设计出了一种名

    图片来源：A. J. Samson.

    头部周围。佛光的原理与彩虹类似，人们仍在探索它的奥秘。

    的角度很小)、观察者的影子投射在云海之上时，它才会出现在影子的

    上，看到的机会多一些。只有当日出或者日落(此时太阳与地平线之间

    佛光(又叫反日晕)在日常环境中非常罕见，不过在飞机上或者高山湿润空气注入活塞上方的玻璃容器。这时，打开玻璃球与玻璃容器底部

    之间的阀门，活塞下方的空气就会涌向玻璃球，在1100秒内拉动活塞

    快速下降。而在活塞上方，突如其来的降压会让潮湿的空气凝结成云。

    当时人们普遍认为，水凝结成云是因为空气中的液滴以细小的尘埃为核

    心汇集起来，最终导致降雨。有一天，威尔逊用电荷吸走了容器里所有

    可能存在的尘埃颗粒，让容器内部达到绝对无尘，却发现水汽依然可以

    凝结。经过好几个月的试验，威尔逊得出结论：水汽的凝结与灰尘完全

    无关；但容器内的气压下降得越快，最后得到的云雾就越浓重。结合这

    两种现象，威尔逊推测，凝结一定与某种小得无法探测的粒子有关，但

    他暂时放下了这项研究。威尔逊万万没料到，他在云室里制造出的细小

    云带是科学发展历程上的一颗定时炸弹，多年后它爆炸的威力将震撼整

    个世界。

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    是因为云层内部存在巨大的电势差，云层顶部的原子仍然带正电荷，底

    的云层中也会发生类似的现象，威尔逊由此推测：之所以会产生闪电，X射线剥夺了行进路线上原子的电子，生成了这些带正电的离子。现实

    刚发现的X射线在云室中造云，最终得出结论：液滴的凝结核是离子。

    威尔逊回过头去研究自己最初的心头好：天气。1896年，他运用刚

    图片来源：Macmillan London Ltd.

    代了电流，并推测，液滴是以离子为核心凝聚起来的。

    玻璃容器的瓶口接上导线，向容器内的云通电。后来威尔逊用X射线取

    为了在实验室里重现当时看到的光环，C.T.R.威尔逊设计了云室。他在部的雨滴却携带负电荷。从1920年到1925年，威尔逊完善着自己的闪电

    生成理论，同时联系了另一位剑桥学者爱德华·阿普尔顿。威尔逊曾经

    设计过一些实验来测量闪电发生区域的磁场强度，阿普尔顿对此很感兴

    趣，因为他正在研究无线电的天电干扰——暴风雨来临时，收音机里会

    传出噼啪的杂音，这就是天电干扰造成的。威尔逊还联系了罗伯特·沃

    森-瓦特。瓦特从1919年起担任英国皇家航空研究院的首席气象学家，他一直在尝试利用无线电定位风暴。1924年12月，阿普尔顿终于发现，大气中的电离层——这层大气现已被命名为“阿普尔顿层”——会反射无

    线电波，测量电波发射与反射之间的时间差，就能计算出天线与电离层

    之间的距离。沃森-瓦特改进了阿普尔顿的方法，利用无线电收发器，他甚至能够准确测算风暴的方向和距离。1935年4月2日，沃森-瓦特获

    得了无线电探测和测距设备(雷达)的专利，这种技术可以用来探测飞

    行器的位置。

    1911年C.T.R.威尔逊拍摄的云室实验结果。在这张俯视图中，X射线携

    带的电子从云室内的水雾中穿过，留下了一道痕迹。

    图片来源：Crown Copyright, Science Museum, London.

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    剑桥大学的同事、研究原子物理的欧内斯特·卢瑟福看过。照片上除了

    年，威尔逊拍摄了一些射线穿过云室液滴留下痕迹的照片，还把照片给

    外，那架轰炸机上还装载着威尔逊的云室带来的另一个副产品。1912

    月6日，美国空军起飞执行任务的那架B-29上就搭载着雷达。除此以

    第二次世界大战期间，雷达广泛用于定位飞行器和风暴。1945年8

    图片来源：Macmillan London Ltd.

    计算确定飞机的位置。

    波会被反射回来。通过不同信号塔收到反射电波的时间差，制图员可以

    军沿海岸线修筑了很多信号塔，如果有飞机逼近，信号塔发射的无线电

    利。低空搜索雷达系统是这项技术在军事方面的最早应用。英国皇家空

    1935年，罗伯特·沃森-瓦特为他的无线电探测和测距设备申请到了专一条较粗的痕迹外，在某些位置还有一些较细的痕迹沿着切线方向偏

    出；卢瑟福一见就激动不已。这些照片证实了他在近一年前做出的推

    测：α粒子撞击原子时会发生散射。

    69

    1945年8月9日，广岛轰炸后的第三天，另一朵蘑菇云在长崎上空升起。图片来源：U.S. Air Force.

    威尔逊的云室被卢瑟福誉为“整个物理学史上最新颖的设备”，它让

    物理学家可以直观地研究原子在遭受轰击时的行为。云室帮助物理学家

    实现了人工原子裂变，最终制造出了1945年飞往广岛的那架“艾诺拉·

    盖”号B-29型轰炸机携带的武器：人类战争史上的第一颗原子弹。

    70

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    出了聚变所需的高温环境，但只能维持极短的时间。如果进展顺利，可

    (这种磁场形状类似瓶子，所以被称为“磁瓶”。)目前科学家已经制造

    温，所以聚变只能在磁场内进行，靠磁力来约束反应堆的高温粒子。 表面的温度只比太阳表面略低。现有的任何容器都无法承受这样的高

    会产生足够的热量，推动反应继续进行。一个持续运转的聚变反应堆，下才能发生，这样的高温很难维持，但只要达到临界温度，聚变本身就

    原子核分裂不同，核聚变的原理是原子核融合。聚变必须在极高温环境

    核聚变能产生大量热能，提供蒸汽动力，驱动发电机。与核裂变使

    的影响尤为深远：核聚变发电，以及毁灭万物的核战争。

    ——还有原子弹。原子物理的发展提供了诸多可能，其中有两项对未来

    带来了新的医疗手段、研究宇宙结构的新工具、用电近乎免费的新前景

    造了世界上第一座核反应堆。科学的潘多拉魔盒就此打开，核能为我们

    1941年，移居美国的意大利人恩里科·费米和他的同事在芝加哥建

    图片来源：Reproduced by permission of The British Library.

    身份，以免在激战中被自己人误伤。

    征。其实在12世纪纹章刚刚诞生时，身披重甲的骑士仅仅是用它来表明

    卷轴记录的是贵族家庭的纹章式样，当时纹章已经成为世袭的高贵象

    英国一份军事卷轴中的两页。这份卷轴的编制时间不晚于1448年。这类控核聚变有望在21世纪前半叶实现，到那时候，一桶海水中蕴含的原子

    聚变产生的电能，就可以满足一座像洛杉矶这样规模的城市的所有电力

    需求。电能取之不尽之后，原材料也将极大丰富。有了近乎无限的能

    源，我们就能大量制造那些现在看来还过于昂贵的新型替代材料，开采

    一些目前挖掘成本过于高昂的矿藏。能源是货币的终极形式，有了核聚

    变产生的电能，我们就有机会开发地球上广阔的处女地，整个星球将走

    进前原子能时代的人们无法想象的富足天堂。

    72

    裂变如果极为迅速，将导致巨大的能量在瞬间释放，这就是原子弹的原

    出去。

    链式反应。每一次裂变时，原子核分裂产生的动能都会转化成热量散发

    让它分裂成两个较小的原子核，释放出的中子再激发其他原子核，引发

    慢运动的中子激发并进入某个不稳定可裂变的原子核(例如铀235)，钚的两种同位素钚239和钚241，也是常见的裂变原料。下图中，一个缓

    素)是已知能够维持裂变反应的唯一天然元素。人工制造的铀233以及

    能量是前者的数百万倍。铀235(包含92个质子和143个中子的铀同位

    应。化学反应仅仅是重新分配电子，而裂变直接作用于原子核，产生的

    上图)，产生新的原子，同时释放出多余的中子，引发下一步链式反

    的原子含有大量质子和中子，遭到中子轰击时，原子核会发生裂变(见

    核能来自原子核分裂(裂变)或融合(聚变)产生的能量。核电荷数高理。稳定可控的核裂变则可以为核电站供能。

    图片来源：Macmillan London Ltd.

    但是，如果第二种可能，即核战，真的发生，这一切都将成为泡

    影。核聚变的破坏力比核裂变更惊人，直到目前，人们还只能掌握核聚

    变的不可控形式——氢弹。引爆氢弹所需的高热由原子弹爆炸提供。目

    前为止，几个有能力制造氢弹的国家已经签署了协议，将使用氢弹的可

    能性降到了最低。但是，随着原子能时代延续，建造、运营核电站的技

    术不断扩散，制造核武器的技术开始落入一些政治不稳定的小国手中，大国联盟便能保证核安全的时代已一去不复返。那些目前还在起威慑作

    用的复杂昂贵的防御系统，如今只要有了必要的放射性原料，任何一名

    物理系毕业生都可能轻而易举地突破它的防线。手提箱大小的便携式核

    弹就足以摧毁一座导弹防御基地，随着微型化技术的进一步发展，未来

    的核武器完全有可能装进一只手提包里。这样的武器发射系统根本无法

    探测，一旦它投入使用，人类的未来可能会彻底改变。

    73

    走出了英格兰东南部的茂密森林。迎接他们的是一片开阔而绵延的白垩

    空气寒冷刺骨。清晨，英格兰国王哈罗德和他手下筋疲力尽的士兵终于

    它带来的第一个影响是英格兰改朝换代。1066年10月13日星期五，一种语言写成的。

    深远的影响。千真万确，如果当时没有这种装置，这本书可能会是用另

    很小，战争双方都拥有这种装置，其中一方首先使用了它，结果造成了

    项同样规模的突破出现在1000多年前的欧洲。当时那件新装置的尺寸也

    对人类社会影响如此重大的军事技术，在历史上屈指可数。其中一

    图片来源：Macmillan London Ltd.

    子，同时释放出多余的中子和大量能量。

    中，一个氘原子核和一个氚原子核在高温下融为一体，形成一个氦原

    氢的特定同位素如氘和氚，其原子核在高温下会发生聚变。在这幅图山丘，直通英吉利海峡。卡德贝克山屹立在3英里外，山脚下是一座名

    叫海斯廷斯的村庄。此前哈罗德刚刚率军在林肯郡斯坦福桥跟丹麦人打

    了一场硬仗，然后仅用10天，就向南行进了270英里，速度可谓惊人。

    为了弥补战斗中的减员，行军路上他们征召了不少士兵。即便如此，当

    哈罗德在森拉克山(这座小山脚下有一片盐湖，蜿蜒通往海斯廷斯)上

    扎营的时候，他手下的军队力量已经大为削弱，远远比不上两周前与丹

    麦人交战时的阵容。军中最多有5000名接受过训练的士兵，大部分人的

    武器是镶着铁矛头的梣木杆或者掷斧，再加一柄剑；弓箭手的护具主要

    是皮帽，只有极少数人穿着链甲。除了老兵以外，还有许多新人，大部

    分是农民和雇农，都是这几天才从南部各郡临时征召来的。

    这支杂牌军的对手是诺曼底公爵威廉的精兵，这位统帅后来被称

    为“征服者”。早在16天前，诺曼人就已登陆，他们先是把沿海地区糟蹋

    了个够，然后休整了两周有余，等着与哈罗德开战。威廉手下有8000多

    名训练有素的战士，其中弓箭手1000、重骑兵4000、轻骑兵3000，所有

    士兵都吃饱喝足，骁勇善战。他们装备着制式武器：长矛、长枪、斧

    子、弓箭和剑。大部分人都头戴钢盔、身披链甲。

    10月13日夜晚，威廉开出了条件：他要求统治英格兰南部，哈罗德

    可以继续拥有亨伯河以北的领地。经过撒克逊营帐里的一番讨论，哈罗

    德拒绝了威廉的提议，战斗在所难免。这时候哈罗德并不知道，他其实

    已经输了。在接下来的战斗里，诺曼人将使用一件至关重要的装备，过

    去的100年里，它在法国北部逐渐发展成熟。哈罗德和他的前任也知道

    这件东西的存在，事实上他们自己也用过，但或许是出于撒克逊人保守

    的战斗风格，他们丝毫没有意识到这件装备的真正潜力。

    74对于9世纪的撒克逊重骑兵来说，马的作用仅仅是把他们运送到战场

    上，比如在这幅图里，他们骑马包围一座堡垒，然后下马步战。骑兵的

    头盔由硬化处理过的皮革制成，不过只是为了在步战的时候保护头顶。

    图片来源：Stiftsbibliothek, St Gallen.

    战斗开始时，英国人沿着森拉克山顶拉开了一条800码长的战线。

    训练过的士兵站在队列前方，与南面山丘上的诺曼人针锋相对。在那个

    10月清晨寒冷的晨光中，他们一边观望，一边缓步就位，用盾牌构筑起

    坚不可摧的阵线。自罗马时代晚期以来，盾墙就是步兵抵御轻骑兵的标

    准战术。哈罗德麾下全是步兵，对这样的作战方式早就习以为常。骑马

    进入战场意味着士兵随时可能逃跑，这完全不符合撒克逊人的战争伦

    理，他们的法律规定，如果领主战死，他手下的战士也不能活着回去。

    既然如此，马又有什么用呢？他们把战马拴在卡德贝克山背面，盾墙后

    是手持钩镰、榔头和干草叉的农民新兵。只有少数人装备着斧头和短

    剑。

    7512世纪的士兵骑马驰入战场，他的头盔能够保护整个头部，身上的链甲

    也更加成熟。站在后面的士兵也穿戴着类似的装备。

    图片来源：Reproduced by permission of The British Library.

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    之所以能站起来挥舞枪和剑并保持身体平衡，全赖他脚下踩着马镫。

    身体，右手握一杆长枪。冲入混战的人群后，骑兵开始拔剑砍杀。骑兵

    海斯廷斯之战中，诺曼轻骑兵左手持鹞形盾牌，盾牌长度足以保护整个图片来源：Macmillan London Ltd.

    上午9点，诺曼人开始进攻，密集的箭雨射向撒克逊人的防线。他

    们试图用这波攻势打乱英军的防线，再由轻骑兵突破缺口，长驱直入，但计划失败了。接着，诺曼人冲向山上的盾墙，然后被长矛和斧头狠狠

    地顶了回来。11点30分，局势稍缓，士兵抓紧机会恢复体力，捡回刚才

    投掷出去的武器。下午大约2点30分，战斗重新打响。诺曼人再次尝试

    用骑兵冲破盾墙，他们集结起来冲击英国人的防线中心，却在两小时后

    筋疲力尽地退了回来。诺曼人撤回谷底，但就在这时，英国人犯下了致

    命的错误。他们打散阵线，尾随诺曼人追到了平地上。诺曼轻骑兵立即

    杀了个回马枪，他们踏着马镫高高站起，挥舞刀枪把脚下的撒克逊人砍

    得落花流水。在地势平缓的战场上，诺曼轻骑兵冲锋队像热刀切黄油一

    样刺破了英国人的防线。20名诺曼骑兵冲向山顶上飘扬的英格兰王旗。

    接下来是绝望的近身白刃战，哈罗德的随从遵循了撒克逊人的战斗传

    统，他们保护着国王战斗到了最后一刻，带走了16个诺曼人的生命。但

    是，剩下的4名骑兵还是杀死了哈罗德。1066年10月14日下午5点，英格

    兰落入了诺曼人手中。

    77

    务——握紧长枪，因此假如左腿暴露在外，他无暇保护。而他们之所以

    牌的长度足以护住全身，这只能说明骑兵的右手必须时刻执行另一项任

    间接地确定它必然存在：骑兵左手持鹞形盾牌，右手握着长枪。这种盾

    了英格兰。在挂毯中你很难直接找到那件东西，但通过某些迹象，可以

    正是因为威廉英明地发挥了它的潜力而哈罗德没有，诺曼人才最终征服

    来看，这件作品粗陋而幼稚，但我们从中发现了那件装备的蛛丝马迹，11年后，海斯廷斯之战被完整记录在了贝叶挂毯上。以现代的眼光

    图片来源：Michael Holford.

    线，一些骑兵(如图所示)水平持枪，这是一种新的战斗姿态。

    了贝叶挂毯，详细记录了这场战役。诺曼轻骑兵冲向撒克逊步兵的防

    为了纪念海斯廷斯之战，1077年，征服者威廉的妻子(一说妹妹)编织

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    来越多，撞图案的场面时有发生，于是盾牌上的身份标志越来越复杂华

    早期大多是几何图形，用盾牌边缘的铆钉充当“画框”；后来，画的人越

    身份，以免在战场上分不清敌我。骑兵开始在盾牌上绘制独有的图案，用金属盔甲把自己包裹得越来越严实，乃至他们需要用某种东西来表明

    形赋予了它们更大的冲击力。经过几个世纪的发展，马背上的骑士已经

    的坐骑。通过杂交繁育，一种酷似现代夏尔马的品种诞生了，雄壮的体

    磅的负重以及大约2000磅的冲击力，腿禁受不住了。骑兵需要体形更大

    背上。到那时为止，战马主要是大型矮种马，然而现在它们要承受数百

    期，骑兵几乎从头到脚都套在了金属壳子里。增加的重量全都落到了马

    良。早期的骑兵战甲只是简单地在链甲外缝一些铁片，而到了12世纪晚

    全速赴战，也越来越顾不上自己的安全；于是，盔甲也进行了相应的改

    的方式解决了问题：再加一根肚带。骑兵坐得更稳，可以更专注地全力

    来固定马鞍的单根肚带因此需要改进了。12世纪晚期，人们用一种简单

    开始安置尾部上翘的鞍，为骑手提供更强的支撑，以便更快地冲刺，用

    马具的下一次改良出现在1040年到1120年之间。这个时期，马背上

    刺。不过，冲锋队的效果非常明显，他们立即展开了下一步尝试。

    中，有的骑兵仍在按原来的方式使用矛和长枪：站在马镫上，向下方戳

    衡。威廉麾下轻骑兵冲锋队的作战方式并未全面普及，因为在贝叶挂毯

    了长枪使用，而要在马背上发动这样的攻击，骑兵必须靠马镫来保持平

    是士兵骑在马上作战，借助了马的速度。原本用来投掷的矛已经被当成

    深刺入敌人的身体，难以拔出。而能够使出这么大的力气，唯一的可能

    的矛尖后方多了一对侧翼。需要做出这样的改动，只能是因为矛尖会深

    萨”(剑)变得比原来更长，完全不适合步兵使用。最明显的是，长矛

    戈”(投枪)这两种步兵的标配从法兰克人的军械库里消失了，而“斯帕

    上”和“踏下”。还有另一些蛛丝马迹：“弗朗西斯卡”(战斧)和“安

    射至语言领域。在这个时期，法兰克语中表示上下马的词语变成了“踏

    证据，不过它为语言学研究提供了一个有趣的案例：新发明的影响会辐

    传入了西欧，于8世纪出现在法兰克王国。马镫传入欧洲只有一些间接

    人来到波斯的时候，马镫已经传到了西边的突厥斯坦；后来不知如何又

    它的身影，这时候的马镫已经能套住整个脚掌了。7世纪晚期，阿拉伯

    马镫或许也是由他们传出去的。公元523年，现在的中国湖南也出现了

    套住骑手大脚趾的绳圈。印度文化随着游方僧的脚步向北传播，原始的

    拉、巴哈加和马图拉等地，公元前2世纪，这些地区就出现了某种可以

    马镫的起源仍待考。最早的图画记录出现在印度北部的桑吉、帕乔

    队立即长驱直入。

    廉靠马镫武装起了一支轻骑兵冲锋队，一旦撒克逊人进入平原，这支小

    在马上也能挥舞长枪，唯一的原因正是我们要说的那件装备：马镫。威丽，装饰性渐渐增强，成了如今所说的“纹章”。

    无论是骑兵还是步兵，混战中的活动空间都很小。彼此冲撞的骑兵必须

    有某种方式表明自己的身份。这幅图描绘了残酷的龙塞沃之战，罗兰劈

    开了马尔西勒(最右)的头颅。

    图片来源：Crown Copyright, Victoria and Albert Museum, London.

    79在透过城堡窗户观战的仕女注视下，一名14世纪初的骑士尽管身披重

    甲，仍被长枪刺中，从马背上跌落。

    图片来源：Reproduced by permission of The British Library.

    随着装备不断改良，武装重骑兵的成本越发高昂。饲养一支冲锋队

    的战马需要广大的土地，国王甚至开始征用教堂的土地作为牧场，为王

    国提供充足的战马和训练有素的士兵。国王派专人管理各牧场，分配给

    他们充足的土地，命他们训练出一定数量的骑兵，并提供相应的装备。

    虽然国王建牧场的初衷是为了养马，但实际上，9世纪的这些牧场为后

    来的封建社会奠定了根基。到了14世纪，装备、供养一名骑兵的费用已

    经相当昂贵。只有那些拥有土地、请得起仆从、买得起原材料的人才有

    可能成为骑士。无论从哪种意义上说，骑士的确高高在上，有资格睥睨

    众生。除了一身盔甲以外，骑士还拥有另一种身份象征：永恒不变的家

    族姓氏。14世纪初，贵族已不再把父名当作称呼的一部分，“法纳姆的

    杰弗里之子拉尔夫之子约翰”这样的名字已经消失。他会自称“法纳姆的

    约翰”或“约翰·法纳姆”，并在盾牌上绘制象征家族的纹章。战场上的身

    份标记如今成了代代相传的家族徽章，在那个大多数人都是文盲的时

    代，纹章拥有多方面的意义。有了家族纹章，富人和平民之间的阶级差

    异被公之于众，清晰可辨。

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    图片来源：Reproduced by permission of The British Library.

    志。这幅图上画的是萨利斯伯里伯爵托马斯·蒙塔古。

    杂的纹章。到这个时期，盾徽和羽饰已经成为家族里代代相传的身份标

    15世纪，骑士穿着华丽的盔甲，头盔上有装饰性的冠冕，铠甲上绘有复到了14世纪中期，贵族家庭供养的骑士看起来简直就是一台坦克。

    对于身穿皮甲或链甲的步兵来说，重骑兵想必会带来生理和心理上的双

    重打击。骑士戴着严严实实的头盔，盔内配有吸收冲击力的衬垫。头盔

    在眼睛的位置会开一条缝，或是装上可活动的面甲。他们贴身穿紧身亚

    麻衬衫、短马裤和长筒袜，外面是保护裆部和大腿的链甲，链甲外面还

    有坚固的板甲，一直覆盖到脚踝，不过膝盖处可以活动；战靴也是用金

    属板打造的，名叫“萨巴顿”。上身内穿链甲(“锁子甲”)，金属板制成

    的袖子用皮带系在链甲外，胸口和背部则是整块的板甲。除了这些铠甲

    以外，最外层还有一件罩袍，通常内有衬布，外绘家族纹章，用剑带束

    在腰上。骑士的双手也由可活动的臂甲保护着。穿戴全套甲胄的骑士总

    重可达约200磅，他们骑着肩高7英尺、身披重甲的佩尔什战马冲锋，看

    起来十足一台恐怖的战争机器。

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    带也变得更结实。

    固的支撑。为了承受骑士铠甲的重量和冲锋时的冲击力，系在马上的肚

    12世纪的骑士。马鞍的鞍头和鞍尾都变得更高，为冲锋的骑士提供更稳图片来源：Macmillan London Ltd.

    14世纪的骑士。现在他和他的战马都披着严严实实的链甲，外面还有一

    层板甲。他的坐骑是专门繁育的战马，肩高可达21掌(约7英尺)。

    图片来源：Macmillan London Ltd.

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    训练方式，它利于骑士磨炼自己最重要的本领，即骑在全速疾驰的马上

    园。尽管如此，马上比武依然实现了它最主要的目的：作为一种有效的

    多是在抱怨失控的比武造成的惊人破坏，角斗从赛场蔓延到了大街和花

    角斗双方更关键的是狡诈机变，而非骑士精神。当时关于比武的记录大

    国运的决斗，反倒更像一场乡村集会；丝绸不多，更常见的是稻草；对

    巾。然而实际情况比这样的想象更为活泼。大多数比武绝不是什么事关

    战马雄赳赳地走出帐篷，骑士高声吟诵情诗，长枪上挂着仕女献上的丝

    看热闹，赛场边锦旗飘扬，备战的帐篷外挂着闪亮的盾牌，装饰华美的

    述中，马上比武俨然一场盛会，观众数以千计，从国王到贩夫走卒都来

    白手起家，最后当上了英格兰的典礼官。在现代(特别是好莱坞)的描

    比武，其中有个马尔堡城主约翰·费茨吉尔伯特的第四子，他从比武中

    14世纪，比试中骑士一旦落马就要缴装备认输。有的骑士热衷于这样的

    血因为冲动而泼洒在街头，而且慢慢地，比武也不再那么血腥了。到了

    不绝。说到底，比武是一种有价值的训练方式，同时它也避免了贵族的

    若望二十二世又恢复了马上比武，因为两百年来，私下的比武依然屡禁

    法令禁止了，因为有太多训练有素的骑士在赛场上死去。1316年，教皇

    有了约束和监督。11世纪，这种比武逐渐兴起，但是1130年被教皇颁布

    备。为了杜绝这种流氓行径，马上比武应运而生，夺取装备的生死之战

    位。整个欧洲，许多贵族家庭的非长子通过杀死别的骑士夺取对方的装

    于是，仅仅是拥有一套骑士的装备，就足以改变一个人的社会地

    图片来源：Pierpont Morgan Library.

    “步兵出战前应该如何武装自己、穿戴舒适。”击中目标，冲破敌人的防守。

    15世纪的一幅画作，在巴塞罗那，法国贵族让·德塞恩特(左)在他的

    情妇德贝莱斯·康西涅斯夫人，以及西班牙国王夫妇的观看下比武。角

    斗双方的长枪都已在第一次交锋时折断。

    图片来源：Reproduced by permission of The British Library.

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    率领这样的骑士团出战异常奢侈，很多小国君主因此破产。骑士需

    死的传说已经广为流传。

    代都晚于海斯廷斯之战。到15世纪，哈罗德(左下)在战斗中被一箭射

    满了年代混乱的物品。请注意图中的铠甲、马具和长弓，它们出现的年

    一幅描绘海斯廷斯之战的有趣图画，它出自15世纪的一份手稿，上面充要有侍从帮忙穿戴盔甲，并且按照规章配备6匹战马，否则根本不愿意

    出征。然而在15世纪的欧洲，建立起一套足以供养大批重骑兵及其侍从

    的食物、营地和装备的系统，是一件复杂而精密的工作，难度远超大多

    数人的想象。军队的后勤队伍规模庞大，包括铁匠、铠甲工匠、油漆

    匠、制帐篷匠、造箭师、皮匠、制弓匠、车工、木匠、石匠、制轮工、鞍工、征粮官、军需官和专门钉马掌的铁匠。除此以外，还有军医、牧

    师、法律和文职人员、号手和笛手，以及最不可或缺的厨师。

    要是国王或者王子亲自出战，本来已经很琐碎的后勤工作还会变得

    更加繁杂。1415年暮夏，就有这样一支军队来到了现今法国北部加来海

    峡地区的一座小村外。相似的结局再次上演，胜利属于装备先进的一

    方，而落败一方的技术将退出历史舞台。法国大军驻扎在村外，他们的

    使命是逐走觊觎法国王位的英格兰国王——或者在此将其诛杀。亨利五

    世率领的英军与法国军队的阿金库尔之战宣告了重骑兵时代的终结。

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    图片来源：Reproduced by permission of The British Library.

    上系着固定铠甲的皮带。

    国王带着军队准备离开营地。请注意，马上的重骑兵(上排右侧)在背

    88

    泞冲向英军。这次亨利命令弓兵向马匹射箭，数百名骑兵滚落在地，很

    法军突然发起了冲锋，但显然缺乏统一的指挥，骑兵们乱糟糟地踏着泥

    的箭矢落入法军阵中，惊吓了马匹，挤挤挨挨的队伍里伤者甚众。于是

    何反应。亨利替他们做了决定，他命令英军弓兵仰射。上千张长弓射出

    进土中，迎着法军的方向竖起。而法军仍在彼此推挤争吵，没有做出任

    法国人的弓箭射程，双方相距约300码。英国人扛了整整8天的木桩被扎

    牌军的混乱无序此刻开始凸显。就在这时，亨利率军突进，英军进入了

    阵型的第二行，骑兵开始互相辱骂。法军征召的士兵来自全国各地，杂

    要发起冲锋。上午11点，队伍在推搡中混乱起来。谁也不愿意排在冲锋

    弓兵，面向阵型内侧。双方僵持了整整4个小时。法国骑士争论着要不

    兵分成3组，每组4行，弓兵排成楔形，嵌在队伍之间，两翼还各有一组

    行，前两行下马准备步战，少量十字弓兵分散在队列中。英军的步战骑

    双方军队摆出战斗阵型。法国士兵中有1.5万名骑兵，他们排成5

    他们的人数只有法军的14。

    腹，只能吃坚果和半生不熟的肉，很多人得了支气管炎和痢疾。而且，从树林里砍下来的沉重木桩向南行军。一路上阴雨连绵，士兵又食不果

    程，从270英里外的登陆点赶来，中间只休息了1天，后8天他们还背着

    英国人的情况也没好多少。之前的17天里，他们或骑马或步行，日夜兼

    明，为了不让铠甲溅上泥巴，他们又不得不四散分开，保持距离。不过

    了保持身体干爽，大部分法国骑兵被迫在马背上待了一夜；而到了黎

    色逐渐放亮，法国人的士气却不高：雨下了一整夜，战场泥泞不堪，为

    成为法国人随后遭遇英军的战场。2.5万名法国士兵将在那里覆灭。天

    间集结，两片森林相距34英里左右，但它们将在半英里外连成一片，选择了一个最糟糕的攻击起点：他们在特米库尔森林和阿金库尔森林之

    10月25日拂晓，两支军队已经彻夜警戒，保持着临战状态。法国人

    后想到才加进去的。

    厨师为行进的军队备餐。这幅中世纪手稿中即兴创作的插图简直像是事多人被同袍的重甲压得无法动弹，窒息而死，侥幸活下来的很快也被冲

    上来的英国弓兵用刀插进铠甲缝里捅死了。短短半小时，战斗就告结

    束。英军损失了500名士兵，而法军的伤亡高达1万人。重骑兵不可战胜

    的神话就此破灭。

    这种有能力在顷刻间颠覆中世纪社会秩序的武器名叫威尔士长弓。

    它由爱德华一世引入英国，能在400码外射中对面的骑兵。如果配上特

    制的铁箭镞，它在近距离射击时甚至能穿透甲胄。熟练的弓兵1分钟能

    射出9支箭。一位英国作家曾经讲过一个残酷的笑话，当法国人转身用

    屁股对着英军以示轻蔑的时候，“这个恶棍的后背立即就被钉上了一

    箭；还不等他转身看看是谁动的手，又有一支箭刺穿了他的肠子”。阿

    金库尔战役300年后，仍有很多军事专家认为威尔士长弓是最理想的武

    器，不过在它登场后的几十年里，甚至很难找到足够的弓手来形成战

    力。

    完美的威尔士长弓淹没在历史的长河中，是因为在阿金库尔战役之

    前的几百年里，3种新发明的农具已经悄然改变了欧洲的面貌，带来了

    普遍的繁荣。数千年来农民使用的一直是地中海抓犁：它经过时，安在

    犁头的刀刃划过土壤，仿佛留下一道抓痕。这种犁源自两河流域一带现

    今的叙利亚境内，非常适合开垦当地土壤。公元前的三四千年里，地中

    海地区的人们一直用这种抓犁耕地，那里的土壤干燥轻盈，牛拉着抓犁

    在田野里纵横穿梭，翻松土地，因此，用这种犁耕出的地是方形的。6

    世纪与7世纪的大瘟疫过后，欧洲逐渐复苏，人口重新增长，与此同

    时，瘟疫和帝国衰落的后果日益凸显。森林已重新吞噬了田野，曾经的

    大庄园早已破败。村子里的农民陷入了困境：欧洲北部厚重的黏土下满

    是树根和纠结的植物根须，抓犁无法对付这些坚韧的障碍。

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    90

    了它的清晰图像。这种犁前端装着轮子，搬起来相当方便，不过最重要

    于莱茵河流域和塞纳河盆地。14世纪英格兰的一本赞美诗集里首次绘出

    期斯拉夫语言中似乎有一些词语指的就是它。在西欧，新式犁最先出现

    活。它的起源仍待考，不过有历史学家认为它来自斯拉夫国家，因为早

    到了6世纪，一种新式犁改变了这片大陆的面貌和其上居民的生

    图片来源：Bibliothèque de l’Arsenalphoto Giraudon.

    就已中箭身亡。

    弓手的下场正如当时这幅图左下角死去的法国士兵所示，往往还没出手

    十字弓手拉弦就位、装好箭矢的时候，长弓手的箭已经飞了过来。十字

    1346年的克雷西会战中，威尔士长弓初露锋芒，战胜了古老的十字弓。的创新还是它犁地的方式：新式犁的犁铧前方，横梁上安有一把垂直的

    犁刃，可以切开草皮，破开黏重的土壤；犁铧后面斜安着一块翅膀似的

    弯板，可以铲起松动的土壤，将它翻到右侧。可以说，正是这块看似不

    起眼的犁板引发了后来的农业革命，因为有了它，在土壤最湿润的时候

    也可以犁地了。一块地犁到头以后，新式犁可以转一个U形弯，反向犁

    出一道平行的沟槽。最后地里留下一排排犁沟和微微隆起的垄，看起来

    就像一条条脊柱。土壤中多余的水可以顺利地排出去了。

    91

    中世纪的地中海抓犁结构非常简单，基本就是在一根棍子上安了手柄和拴牛的轭杆。这种犁只适合土质较轻、植被稀少的土地，农民可以把它

    拖到地头，也可以赶着牛拉过去。这张图展示了土地经抓犁耕作后的状

    态。

    图片来源：Macmillan London Ltd.

    92

    图片来源：Macmillan London Ltd.

    的犁沟和由此诞生的条田。

    犁刃足以切开欧洲北部地下深藏的植物根须。这张图展示了铧式犁耕出

    中世纪的铧式犁。这种犁能在地里挖出一排排深沟，更重要的是，铁质很快人们发现，牵引新式犁所需的牛，单独一户农家是养不起的：

    有的铧式犁要8头牛才能拉动。于是大家开始集中资源，分担共享。这

    些共享的牲口和农具当然最好集中在土地中央，人们由此聚居起来，形

    成村庄。新式犁还改变了田野的面貌。这种犁十分沉重，所以自然要尽

    量减少掉头次数。于是，地越犁越长，从方形变成了长条，形成了所谓

    的“条田”。与此同时，农民垦荒的积极性大大提高，因为开垦森林不仅

    比犁原来的方形土地容易，还能避免改造旧地可能造成的法律纠纷。史

    诗般的森林大垦荒与千年后美国开发西部的图景相似得惊人。整个村庄

    的农奴被驱赶着长途跋涉，去开垦大片林地。在7世纪著作《斯拉夫编

    年史》的记载中，一群农奴从现在荷兰的某个村庄出发，去波罗的海岸

    边垦荒。他们穿过密不透风的森林，念着祈祷平安的祷文，走进未知的

    黑暗。大部分人成功抵达了波罗的海，他们再也没有回到家乡。

    从6世纪到9世纪，新式犁又经历了两次重要的改良。首先，人们解

    决了牛的问题。牛行动缓慢，饲养成本高昂，而且拉一架犁需要好几头

    牛。用马拉犁效率更高，但问题在于怎么把马套在犁上。套牛拉犁只需

    要用带子系住牛的脖子和肚子就好，但这样的挽具会压迫马的颈静脉和

    气管，让马窒息而死。8世纪到9世纪，欧洲出现了专门套马拉犁的马

    轭，它的原型也许是6世纪巴克特里亚地区的骆驼挽具。将这种新式挽

    具带到欧洲的可能是南方的阿拉伯人，也可能是北方的维京人(他们的

    身影曾经在拜占庭帝国出现，也许从那里带回了新挽具的式样)。无论

    如何，到10或11世纪，这种马轭已经广泛采用，效果立竿见影：马的耕

    地效率是牛的两倍，地里的产出迅速提高，人口也随之增长。

    93人们不断开荒，森林逐渐被蚕食。请注意院子里的蔬菜和在树下打橡实

    的人，橡实可以用来喂猪。

    图片来源：Crown Copyright, Victoria and Albert Museum, London.

    几乎同时出现的另一项农具革新是钉在马蹄上的铁掌，它的确切起

    源同样尚无定论。9世纪，西伯利亚已经有了马蹄铁，同时期的拜占庭

    也记载了它。11世纪，马蹄铁已经传入了欧洲。马蹄铁保护了脆弱的马

    蹄，钉了铁掌的马能够适应任何地形，潮湿天里也不会烂蹄。人们可以

    更加放心地骑马，不必担心马匹受伤。骑马比走路快得多，所以农民可

    以住得离耕地远一点了。集体生活好处多多，村庄不断发展壮大。

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    95

    的半角锤，用来调整犁刃耕地的深度。

    多房屋。请注意，在这个时期，斧头和钩镰成了铁质，犁上也装着铁打

    和农具。人们伐树砍柴，木头既是燃料，也能为日益增长的人口修筑更

    中世纪庄园里的人们过着一种集体生活，维系其存在的核心是共享牲畜图片来源：Fotomas Index.

    96

    来的50%的增产，欧洲人口飞涨，人们的生活条件也大大改善。

    膳食，再加上谷物提供的碳水化合物和家畜供应的脂肪，以及三圃制带

    需要额外的肥料，还能为土壤补充微量元素。豆子提供了富含氨基酸的

    说，中世纪充满了豆子。)豆类的优势在于它们能够从空气中固氮，不

    主食是谷物，豆类则是重要的膳食补充。(难怪一位著名的历史学家曾

    子(黄豆或豌豆)，秋天在第二块地里种谷子，第三块地轮休。当时的

    雨量充沛，足以多灌溉一种作物。农民春天在第一块地里播下燕麦和豆

    式的出现可能另有一重原因：欧洲北部的气候与地中海区域不同，夏天

    依靠垦荒已无法满足人们对食物的需求，三圃制应运而生。这种耕作方

    口，利用牲畜的粪便恢复土地的肥力。随着人口和牲畜数量增长，仅仅

    传统，轮流播种两块地：一块地种庄稼的时候，另一块就轮休放牧牲

    向阿尔卑斯山以北。它就是著名的三圃制。数百年来，农民一直遵循着

    式大为流行。有人认为，正是这种方式让欧洲的财富和权力中心逐渐转

    或许正是新式犁的普及和喂养更多役畜的需求，导致了某种耕作方

    图片来源：Bodleian Library, Oxford.

    腿上。

    匠。和英国的铁匠不同，欧洲大陆的铁匠给马钉掌的时候不会跨坐在马

    13世纪一本养马专著里的插图。这个时期，铁匠成为欧洲最重要的工

    97

    它来自中国。

    纪，欧洲那些好战的君主幸运地找到了一种新的、更简便的杀人方式，如此短暂，归根结底是因为农业革命大幅提高了生活水平。不过，14世

    的壮年男子竟把宝贵的训练时间浪费在娱乐上。所以，长弓的辉煌岁月

    习。弓箭手需要多年的训练才能熟练使用长达6英尺的紫杉弓，但如今

    他们在星期天根本顾不上参加除祈祷以外唯一合法的活动——箭术练

    戏。掌权者真正头疼的地方在于，这些新鲜嗜好占去了人们的时间，让

    止嫖娼和其他浪费时间的不良娱乐方式，包括赌博、足球、跳舞和游

    坐，人们开始以各种方式享受生活。1365年，爱德华三世颁布法令，禁

    了。有人得管理自己的财产，有人要谈生意，还有人喜欢去小酒馆里坐

    到这个时期，星期天已经不再是疲累劳作的人们静息祈祷的日子

    榜他们的业绩。

    特尔主教座堂就是一例。当地商人集资为教堂安装了彩色玻璃窗，以标

    卖。中世纪的许多大教堂正是靠这样的资助建立起来的，法国北部的沙

    来美化举行集市的镇子，努力提高它的地位，好吸引更多人来此做买

    专业技能，有人开始以此为生。随着贸易发展，商人又会拿出部分利润

    开花。某个地方多出来的东西总有另一个地方需要它，买卖也成为一门

    曾被视为奢侈品的东西。富余的产出越来越普遍，集市在整个欧洲遍地

    易日益繁荣。农民和工匠可以用自己的产出换到钱，再拿着钱去买那些

    村的需求，还有富余的可以卖出去。钉过铁掌的马在村庄之间穿梭，贸

    工、屠夫、铁匠、建筑工、木匠，等等。他们制造的产品不但能满足本

    物产量因此直线上升。到了13世纪，富余的粮食足以供养各种工匠：织

    的不是原材料，而是劳动力。人口增长意味着地里有更多人耕作，农作

    人口增长弊大于利。但中世纪欧洲的人口只有现在的110，发展生产缺

    首先我们来说人口的增长。以现代的眼光，你或许会习惯性地认为

    图片来源：Bibliothèque Nationale Service Photographique.

    来自一份名叫“健康指南”的手稿。

    14世纪的伦巴第农民正在采摘豌豆。时人没有错过豆子的营养。这幅图14世纪英格兰的星期天箭术演练。场地两端各有一个靶子，以免弓箭手

    来回奔跑；练习用的箭头都是钝的，基本不会伤到人。

    图片来源：Mansell Collection.

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    丝、发条、一些天文仪器、横织机、纺车和水车。这些发明凝聚了无数

    暂时离开主线，深入探讨一下。公认出自中国的重要发明包括造纸、纺

    方式是否与欧洲人相同。关于来自中国的发明，这个问题或许值得我们

    毫无疑问，火药是中国人发明的。争议之处在于，他们使用火药的

    图片来源：Bibliothèque Nationale Service Photographique.

    地，赞颂人间的富足与和平。

    不远处是镇子的围墙，农民可以去镇上贩卖产品。天使在空中俯瞰大

    15世纪法国的乡间狂欢。农民尽情享受富余的食物和钱财带来的快乐，奇思妙想，在人类的工具制造史上举足轻重。5世纪至15世纪期间，中

    国无疑是全球能工巧匠最多的地方。尽管如此，现代世界的新技术却大

    多出自西方，从中不难发现，在历史进展的那些关键时期，创新在这两

    种文明中对社会的影响相去甚远。东方社会比较稳定有序，新发明鲜少

    能获得空间来催生翻天覆地的社会变革。而在混乱又充满活力的西方，情况就完全不同了。最主要的原因可能是中国的地理环境造就了迟钝的

    官僚体系。中国拥有广阔的平原和滔滔大河，据文献记载，很早就出现

    了大规模的灌溉系统，这样的工程需要调动大量人力，也需要稳定的中

    央集权来调度和掌控。数千年来，中央政府运营维护灌溉系统，同时也

    把控着社会的权力，守卫着自己的地位，维持着严格固化的社会，所以

    阶层之间的流动非常困难。个人完全无意也无力利用技术改变自身命

    运，进而跻身上层社会。所以，新发明尽管诞生在东方，却在西方才有

    可能引发大范围的变革。简而言之：中国人用火药制造喷火箭甚至手

    雷，西方人却用它来摧毁城市。

    硝是制造火药的主要原料，有详细记载的第一份制硝配方出自1044

    年的中国著作《武经总要》，此时距离海斯廷斯之战的爆发还有22年。

    欧洲人则是在猪圈、地窖和粪沟里发现了天然形成的硝，它是由粪便中

    的细菌与土壤里的石灰和尿相互作用生成的。畜圈的外墙常用粪土修

    砌，人也会在墙根下解手，这样的条件正适合硝的生成。后来人们发掘

    了硝石矿，开始大量产硝，不过依然盛传主教酒后的尿液有特殊功效。

    人们挖掘出硝石或是从墙上刮下含有杂质的天然硝以后，把它和泥土、草木灰和石灰一层层铺好，然后引水缓慢渗透混合物，收集渗下的水，加入碱液和明矾煮沸。当时这些材料都是纺织业常用的收敛剂，用来给

    刚剪下的羊毛和新织的布匹除油。沸腾的溶液浓度升高达到饱和，析出

    晶体。这就是纯净的硝。硝与碾碎的硫黄和木炭混合，就成了火药，引

    燃后会剧烈爆炸。到13世纪晚期，有记载表明德意志地区已经出现了火

    药“工厂”，还有个名叫“希腊人马克”的人出版了一本书，专门介绍火药

    的配方和使用建议。

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    一口钟翻了过来，往里面填上石头和火药，因为早期的射石炮看起来真

    供氧的技术，获得了足以熔化生铁的高温。)第一门射石炮也许就是把

    铁炮直到14世纪晚期才开始出现，那时人们掌握了用水力风箱为鼓风炉

    种铜锡合金，熔点较低、易于加工。(熔炼出铸铁需要更高的温度，铸

    矛盾，因为数百年来，钟一直是和平的象征。铸钟用的是青铜，这是一

    史的迷雾中。最早的大炮“射石炮”出自铸钟匠之手，不得不说，这有些

    是谁想到用火药推动石头从金属管中射出去的？真相已经湮没在历

    图片来源：Ann Ronan Picture Library.

    终析出硝的晶体。

    却，继而被灌进右边的锅炉里再次煮沸，然后在右上的浅盆中蒸发，最

    这幅图描绘了德意志的一家制硝工厂。浓缩的液体先在左边的高桶里冷

    及人对火药有所了解，它在埃及被称为“中国雪”，因为硝土是白色的。

    欧洲对火药的记载最早出自阿拉伯旅行者伊本·贝塔尔。他记述道，埃的和一只口朝上的钟差不多。不过，13世纪末一份手稿的插图里曾经出

    现过一件模样古怪的东西，它看起来就像一只长颈花瓶，但纤细的瓶颈

    里飞出了一支箭。

    102

    利用大炮攻陷城市的记录首先出现在意大利夫留利地区一座名叫奇

    图片来源：Reproduced by permission of The British Library.

    能固定在阵地上；新式长管炮小了很多，可以架在轮子上拖动。

    这幅15世纪的画中出现了新式大炮的身影。老式的射石炮体积很大，只维达莱的小城，离现在的斯洛文尼亚边境线不远。早期的射石炮庞大而

    粗陋，经常炸膛，往往在轰击对方之余，杀伤自己的炮手。这些大炮的

    精度也不敢恭维，而且每天只能开几炮。所以当时，大炮最主要的作用

    是威慑，很少真正开炮造成杀伤。射石炮搬起来很不方便，14世纪的人

    们习惯把它们固定在巨石之间，等到战斗结束再拆下来。尽管是摆设，射石炮营造出的心理威慑还是相当惊人的。但凡听说敌方运来了大炮，城镇就会立即投降。不过，随着火药的质量和可靠性不断提高，并且炮

    弹从石弹升级为铁球，大炮很快成为摧毁城墙的利器。到15世纪中期，没有哪个城主胆敢不装备大炮，军队对这种惊人的新武器的需求飞速增

    长。少有发明让人如此贪婪地渴求，军费随之越发高昂——稀缺的不是

    支持野心所需的物资，而是货币本身。

    中世纪的欧洲一直囿于货币紧缺的困境，15世纪晚期，黑死病的阴

    影散去后，货币更是短缺到无以复加的程度。一方面，某些地区的物价

    翻了两番，另一方面，虽然很多幸存者通过继承遗产而使财产翻番，但

    新贵们迅速增长的购买胃口仍然使得市面上流通的货币越来越不够用。

    为解决这个问题，探矿者在位于如今德国北部的哈尔茨山脉中寻找更多

    银矿。1516年，他们在如今捷克境内的亚希莫夫镇(时称约亚希姆斯塔

    尔)的山中发现了史上规模最大的银矿之一。就采矿而言，此地还拥有

    两大优势：有众多瀑布以驱动采矿机械，木材的储量也很丰富。木头既

    能用作建筑材料，也能烧成木炭熔炼矿石。约亚希姆斯塔尔银矿发现以

    后，成千上万的寻宝者蜂拥而来，在矿井中挖掘财富。1516年到1540年

    间，约亚希姆斯塔尔的产量达到最高峰时，135条矿脉每年的银产量总

    计可达300万盎司，镇上的造币厂日夜不停，以最快的速度铸造出一枚

    又一枚银币。这种银币被称为“约亚希姆斯塔勒”，简称“塔

    勒”(Thaler)，这个词最终演变成了现在的“dollar”(美国、澳大利亚

    等国的货币单位)。

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    后世。身为一位医生，鲍尔同时还拥有古典文学学位。他曾在意大利游

    的格奥尔格·鲍尔被派到这里担任医师。他将以笔名“阿格里科拉”闻名

    1520年，这座小镇的人口已经暴涨到了1.5万以上。1527年，33岁

    图片来源：Osterreichische Nationalbibliothek.

    经过冲洗，被送到画面最上方的市场里出售。

    的地面上有繁忙的井口，马拉动绞盘，把矿石送到地面上；接着，矿石

    工的社区生活。前景里，工人在草草挖成的早期矿道里工作；工人头顶

    这幅15世纪90年代的画作描绘了约亚希姆斯塔尔附近库特纳霍拉的银矿学，在那期间对科学产生了兴趣。在约亚希姆斯塔尔工作3年后，他辞

    掉了职务，转而研究采矿领域的问题。1533年，鲍尔开始撰写一部全面

    介绍矿冶的百科全书，这部巨著历时17年终告完成。1556年，《矿冶全

    书》甫一问世就引发了巨大反响，直到200年后，矿工仍把这本书奉为

    圣典。《矿冶全书》涵盖了采矿冶金的方方面面：地质学、成分测定、熔冶、矿井建造、排水。在介绍排水的章节中，鲍尔试图解决一个正在

    整个欧洲的银矿、铁矿、盐井和明矾井中频繁出现、让人头疼的问题。

    鲍尔写道：“积水太多是矿井被废弃的一大人为原因……如果矿井太

    深，机器就无法抽干地下水。”

    鲍尔介绍了3种排水的方法，但无论是独立使用还是联合使用，它

    们都无法排干那些最深的矿井。排水机的动力或来自水车，或来自马拉

    绞盘。排水方法有若干种。其一是把疏松的、吸水性强的布块扎成小

    球，以一定的间隔绑在往复转动的链条上，再将链条缒下到达积水的地

    方，布球经过积水区时会吸饱水，等它回到井上再由人拧干，如此循

    环；其二是把巨大的木制螺丝一头浸到水里，随着螺丝旋转，水会沿着

    螺纹向上流出井口；其三是在转动的水车轮轴上安装一个曲柄，曲柄连

    着一个内置活塞的竖直圆筒，圆筒底部敞口并带阀门，浸在水里，曲柄

    驱动活塞，将水抽入圆筒，底部阀门关闭，上方的另一个阀门打开，下

    降的活塞便会让水通过阀门流出去。这是当时最有效的排水方法，但它

    有一个令人费解的限制：活塞最多能把水抽到水平面上32英尺的高度。

    16世纪40年代，人们在南美洲发现了大量银矿，欧洲的采银活动逐渐衰

    落，不过铁矿仍是欧洲经济的支柱，矿井排水的问题深深困扰着16世纪

    的矿工。

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    一座32英尺以上的装置并不容易。随后托里拆利意识到，如果用密度远

    水只能被抽起32英尺高，一定与积水承受的空气压力有关。然而，搭建

    说了巴利阿尼的疑惑，托里拆利决心深入研究。他相信，矿井底部的积

    里拆利在罗马结交的一些朋友私下里一直在做实验，试图制造真空。听

    间开始对真空的问题产生兴趣。虽然伽利略说过真空不可能存在，但托

    名叫埃万杰利斯塔·托里拆利。托里拆利是数学家，曾在罗马求学，其

    一个来自意大利北部法恩扎的年轻人来到佛罗伦萨做伽利略的助手，他

    略并未上心。直到1641年，伽利略去世之前3个月，事情才出现转机。

    阿尼的热那亚人写信给伽利略，请求他解释32英尺的神秘限制，但伽利

    1630年，这个难题依然悬而未决：一位名叫乔瓦尼·巴蒂斯塔·巴利

    图片来源：Crown Copyright, Science Museum, London.

    思路是“以水治水”。

    水泵能抽出地下32英尺处的积水。请注意当时是采用水车驱动提水泵：

    左侧的系统核心部件是链条和布球，只适合水不太多的情况。右侧的提

    阿格里科拉《矿冶全书》中的插图，分别介绍了矿井排水的两种方式。大于水的水银做实验，就可以把一切设备的规模都缩减到114，因为水

    银的密度是水的14倍。

    1644年6月，托里拆利给罗马的同行兼朋友米开朗基罗·里奇写了一

    封信，阐释他自己的助手温琴佐·维维亚尼做的一个实验，并在页面边

    角处画了几幅示意图。维维亚尼在6英尺长的管子里装满水银，然后用

    手指堵住管口，把管子倒转过来立在同样盛有水银的盘子里。挪开手

    指，管子里的水银立即流进了盘子，但是水银柱下降到离盘子里的液面

    还有大约30英寸的地方就停住了。托里拆利认为，出现这样的现象，此

    时管内水银对管口液面的压强一定恰好等于盘面上方的空气重量对盘中

    水银的压强。要是空气没有重量，管子里的水银就应该全部流进盘子

    里。他写道：“我们生活在空气海洋的海底。”这个实验的意义还不止于

    此。管子顶部因水银下降产生的空间中容纳的正是那原本不应存在的东

    西：真空。托里拆利写道：“如果我的推测属实，那么空气海洋中的压

    力一定与我们在海中所处的深度有关。”

    里奇意识到，罗马教廷绝不会善意对待这一宣告，因为托里拆利的

    发现还牵涉到更加深远的问题，例如行星之间是否是真空。于是他把托

    里拆利的信抄了一份，寄给了巴黎的马兰·梅森神父。梅森神父是一名

    杰出的方济各会修士，主持着一个“远程”科学沙龙，其中云集了许多激

    进派思想家：梅森与欧洲各地的科学家保持着通信，而且会把各方面寄

    来的信件誊写转寄同好，这为他赢得了“欧洲邮箱”的美称。托里拆利的

    信正是以这种方式寄到了梅森手里，当然，梅森第一时间就把复本寄给

    了同样对真空问题有兴趣的朋友，巴黎一名税务员的儿子布莱兹·帕斯

    卡。收到信的当时，帕斯卡正忙着在巴黎的赌场里研究概率论，两年

    后，他来到了鲁昂。在鲁昂，帕斯卡验证了托里拆利的实验，不过他用

    的是水。不幸的是，帕斯卡无法检验托里拆利理论的第二个部分，因为

    鲁昂附近没有高山；幸运的是，帕斯卡的姐夫弗朗索瓦·佩里埃住在法

    国中部群山环绕的克莱蒙费朗。帕斯卡写信给佩里埃，请求他帮忙完成

    下一步实验。

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    1648年9月19日，托里拆利去世1年后，佩里埃和几位可靠的朋友

    图片来源：Crown Copyright, Science Museum, London.

    他们发现所有直径相同的管子里水柱的高度一致。

    托里拆利的实验同时证明了气压和真空的存在。在这场早期的实验中，(当地教士和市政委员)一起，先是在多姆山脚下放了一个倒置着水银

    管的盘子，然后带着另一套同样的设备慢慢爬上山。在4000英尺高的山

    顶上，佩里埃把水银管倒置过来，在不同地点、不同的天气状况，记录

    下水银柱的高度：墨丘利神庙遗迹内外、风口和避风处、雾里、雨中、阳光下。无论在哪里，结果都正如托里拆利信中所预言，山顶上水银柱

    的高度比山脚下的低。他们得出结论，山顶上的大气压力较小，所以只

    能支撑这么高的水银柱。所有人都兴奋不已。气压计就此问世。

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    告诉皇家学会，辉光是由玻璃和水银摩擦产生的(就像居里克摩擦硫黄

    发现在气压计充有一半空气的时候，辉光最为明亮。1705年，豪克斯比

    辉光。他制造了一种带有进气阀门的管子，测量流入管子的空气体积，国的弗朗西斯·豪克斯比第一个做到了能随心所欲地重现皮卡德看到的

    快有人给它命名为“生命之光”。在众多实验者中，伟人牛顿的门徒、英

    晃，发现越使劲，气压计的光越亮。这一发现引起了许多人的兴趣，很

    然发现了一件怪事：他手里的气压计竟然在发光。他将气压计晃了又

    一个深夜，让·皮卡德高高兴兴地挥舞着气压计从巴黎天文台回家，突

    此为起点，最古怪的探索路径要数一位法国天文学家的发现。1675年的

    射线)在各种气体中传播的方式，发明了阴极射线管和雷达。然而，以

    气球和喷气发动机；以此为起点，科学家开始探究光线(后来还有其他

    了氧气，提升了呼吸系统疾病的医疗水平；以此为起点，最终诞生了热

    此为起点，人们开始研究真空(参见第二章)、探索气体的性质，发现

    枢纽。气压计的发明和大气压的概念瞬间打开了无数条创新的思路。以

    山顶实验展现出变革过程中某些关键的时刻：诸多线索汇聚于同一

    图片来源：Macmillan London Ltd.

    升降。天气晴好时气压高，阴雨天气压低。

    现代气压计的雏形。气象条件不同导致气压变化，水银柱的高度也随之球时产生的光芒一样)，基于同样的原理，其他材料，例如琥珀和羊毛

    制品，摩擦时也能发光。

    次年，豪克斯比造出了一台感应发电机。通过转动一根连接在巨大

    驱动轮上的曲柄，可以使一个抽成真空的玻璃球旋转起来。玻璃球上有

    一个阀门，可以由此向球内注入空气。玻璃球转动时，如果轻轻把手放

    上去，就会出现神秘的“光亮”；玻璃球内空气半满时，光的亮度达到峰

    值。豪克斯比提到，伴随光亮而来的噼啪声让他想起了闪电。旋转的玻

    璃球还会吸引金属屑、丝线等物品。豪克斯比建议，这些现象值得进一

    步研究。1729年，斯蒂芬·格雷发现，如果用灯芯绒布用力摩擦玻璃

    管，也能产生一定的吸引力，这种力还可以传递。若是在绒布上系一根

    绳子，哪怕它有800英尺长，摩擦时，绳子另一头也能吸起羽毛。

    豪克斯比的感应发电机。请注意球体左侧打开的阀门，它用来控制向抽

    成真空的玻璃球里通入多少空气。

    图片来源：Ann Ronan Picture Library.

    接下来的几年里，电学研究呈现出游乐场的气质。科学家带着满车

    的设备满欧洲巡回演讲，奇妙的电火花和引力看得观众目瞪口呆。这场

    狂欢结出了许多古怪的果实，其中一颗便是詹姆斯·格雷厄姆在伦敦建

    立的“疗养殿堂”。这家疗养院以“宇宙神力电磁床”为噱头，宣称豪克斯

    比发电机制造的电场拥有神奇的疗效，可以让不育的夫妻获得生育能

    力。不少名流仕女为他们站台背书，扮演“健康和婚姻女神”，其中就有

    艾玛·里昂，即后来的纳尔逊将军的情妇，大名鼎鼎的汉密尔顿夫人。

    一个名叫克里斯蒂安·豪森的德国实验者也引发了巨大的骚动，他把小

    男孩关在木框里充当导体，然后用发电机给他们通电，观察他们能不能

    把其他东西吸引到身上。

    110阿姆斯特丹成人教育协会举办的一场关于电学的演讲。范·斯威顿教授

    指着玻璃管里闪动的电火花，他的助手在一旁摇静电发电机的手柄。一

    位观众饶有兴趣地盯着左侧黑板前方的一项新发明：莱顿瓶。

    图片来源：Mansell Collection.

    1745年，来自波美拉尼亚 的神父埃瓦尔德·尤尔根·冯·克莱斯特

    和荷兰物理教授彼得·范·穆森布罗克让电学研究更进一步。两人不约而

    同地开始尝试用豪克斯比式发电机给装满水的玻璃瓶“充电”，希望将电

    储存起来。他们做到了。玻璃瓶被“充饱”后，轻轻一碰瓶壁，就会感觉

    到明显的电击。这种电容瓶在荷兰的莱顿大学得到了改进，并且由此得

    名“莱顿瓶”。莱顿瓶启迪了下一步的研究。1746年，法国一家修道院的

    院长让-安托万·诺莱叫许多修士手拉手站成一圈，然后将莱顿瓶放到

    一名修士手里，观察修士们一个接一个被电得跳起来的情景。诺莱以典

    型的法式风情享受着实验科学家的崇高地位，正如当时一位爱慕他的贵

    妇在信中所写：“院长写信告诉我，他交往的不是达官贵人就是佳丽。

    这样美好的生活哲学显然很快就会传遍巴黎。愿上帝护佑它永远流

    传!”

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    图片来源：Macmillan London Ltd.

    电。

    口的竖柄给莱顿瓶充电。用导体接通竖柄和瓶身外的金属层则可以放

    世界上最早的电容器，莱顿瓶。玻璃瓶里灌满了水，使用者可以通过瓶由于听信电具有神奇疗效，无数病人被电得直叫。18世纪，英国甚至有

    人建议用电击来减轻穷人的痛苦。

    图片来源：Ann Ronan Picture Library.

    到1749年，电力已经应用于采矿和引爆火药。1786年，又出现了一

    条爆炸性新闻：动物体内存在电流。意大利博洛尼亚大学的解剖学教授

    路易吉·伽伐尼发现，如果用金属轻触青蛙的腿，蛙腿上的肌肉就会抽

    动。10年后，他的同胞亚历山德罗·伏打发现，伽伐尼当时之所以会观

    察到肌肉抽动，其实是因为他使用了两种不同的金属。伏打把铜片和锌

    片交替叠成一堆，放进水里，再向水中加入少量酸，然后发现这堆金

    属“三明治”产生了持续的电流。1800年，他发表了自己的研究成果，并

    且向市场推出了“伏打堆”，这是世界上最早的化学电池。科学家对电的

    兴趣越来越浓厚，并开始重新审视电和它产生的吸引力有何关系。19世

    纪初，两个法国人把1480片金属组成的伏打堆放进水里，却发现它并未

    指向北方：按照他们的预想，如果电真的和磁有关，伏打堆理应偏转，表现出指南针的特性。但事实上，放在旁边的一根细钢条的确偏转了，二人却觉得这事无关紧要!就这样到了1820年，一位名叫H.C.奥斯特的

    丹麦人在哥本哈根讲课，下课前，他为了演示一个实验，给一段导线通

    了电。结果他发现，恰好放在附近的一只指南针居然动了。电流一接

    通，磁针立即偏转。于是奥斯特推断，既然电流会影响磁针，那么电流

    周围一定基于某种原因伴有一个磁场。

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    朋友也曾向他讲述过奥斯特、斯特金、法拉第和亥姆霍兹的研究背后的

    了。”此前他一直用音叉来帮助学生感受声音的振动，麻省理工学院的

    望：“如果能找到每个音节的确切形状，听不见的人想学说话就简单多

    现固定的模式：每个音节都有独特的图形。这名苏格兰人大喜过

    波浪线的形状也会随之改变。最重要的是，这些形状并非任意，而是呈

    薄膜，推动短刷从烟熏玻璃上扫过，画出一条波浪线。如果声音变化，在烟熏玻璃上的短刷。对着圆锥筒说话的时候，被集中起来的声音振动

    端蒙上一层薄膜，再把一根细棍的一头贴在薄膜上，另一头连着一把放

    仪，这种设备是法国人里昂·史考特发明的。史考特在一个圆锥筒的窄

    人联结到了一起。1874年，他在麻省理工学院第一次见到了声波记录

    以上所有人的工作，最终由波士顿一位试图教聋哑人说话的苏格兰

    音叉，使音叉振动发声。

    连着电路的电磁铁放在音叉旁边，通过电路的开关控制磁铁吸引或放开

    制很有兴趣)发现，如果对着钢琴唱歌，琴弦也会振动。于是他把一块

    1857年，德国科学家兼钢琴家赫尔曼·冯·亥姆霍兹(他对耳朵的工作机

    实验，他把磁铁放在马蹄状的线圈里旋转，结果线圈中产生了电流。

    上，制造出了世界上最早的电磁铁。紧接着迈克尔·法拉第做了相反的

    此：1825年，英国人威廉·斯特金把一根通电的导线绕在一条软铁棒

    谈论奥斯特的发现时提出，那个磁场想必正是由电流创造的。确实如

    头，虽然当事人奥斯特不可能知道这一点。同年，法国人安德烈·安培

    哥本哈根的这间教室成了现代社会最重要、影响最深远的发明的源

    图片来源：Macmillan London Ltd.

    和磁有关。

    场，导致磁针向磁场两极偏转。经过 ......