人类社会物质文明发展的六个时代

杨英健，张邦维

(1. 北京印刷学院 社科部，北京 102600；2. 湖南大学 应用物理学院，湖南 长沙 41300)

人类社会至今已有大约300多万年的历史。人类社会的物质生活从非常低下的原始状态，发展到今天这样高度发展水平，这中间经历哪些阶段(或叫做时代)? 这是一个非常重要而且有趣的问题。作者之一的张邦维曾经提出： 典型材料是划分人类物质文明发展阶段的标准。[1]根据这种标准，我们将人类物质文明的发展过程划分为六个时代，即石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁/水泥时代、硅材料时代和纳米材料时代，这就是所谓的六时代论。

为什么典型材料可以而且应当作为人类物质文明发展过程的划分标准？为什么其他的东西，比如某种抽象名称不能或不适合于这种划分？这种划分标准主要是根据生产力还是根据生产关系的变化进行划分的呢？等等这些问题，我们已另文做了专门论述和讨论。为避免重复和行文过长，这里就不再涉及。

我们用典型材料对人类社会发展进程所做出的具体划分，如表一和图1所示。本文主要分析和论述各个时代的具体内容、具体划分时间、以及为什么是从这个时代转变到下一时代等问题。对于这样一个崭新的课题，明确地阐述我们的观点，是想起到抛砖引玉的作用，求得对它有一个比较统一和正确的看法。

表1 人类社会物质文明时代的命名和年代划分

一、石器时代

(一)石器时代何时开始

古人类从漫长的茹毛饮血时期到真正能够自己制造工具，中间必然有一个长期使用天然工具的过程。虽然至今尚无直接证据来证实其存在，但从逻辑推理来说，必然会存在这么一个使用天然工具的过程[2]211。这不难理解，因为如果不知道使用工具，便不会有制造工具的需要，更不可能开始制造工具。这也是与整个人类的历史发展过程相吻合的。我们的先祖，起初与他们分道扬镳的动物界在获取食物以维持生命所使用的手段方面，并没有太大的区别，也只是用手和牙齿。逐渐地，由于他们智力的发展远超过动物界，他们便知道使用天然的木棍和石块来获取食物和防卫自己。比如，他们不仅懂得如何用捡来的大石块和木棒来猎取动物，而且逐渐地认识到，在捕获猎物后，不光只是用手和牙齿撕开皮毛和割开筋肉，还用捡来的带锐边的石块进行切割。这样就逐渐地学会了使用工具。后来，在实践中他们又逐渐地认识到，某些石头，比如砾石在石块上摔破时，可以产生带锐边的石块，于是他们就慢慢地懂得了用石头来打击另一块石头，使其产生锐边的石块。这便是历史学家们所说的制造打制石器，也就是古人类制造工具的起源。

从学会使用天然工具到初始自己制造打制石器工具，这在人类整个物质文明的发展史中，是一个了不起的质的飞跃。这段时间很长。从此人类依靠自制的人造材料制造各种工具和器具，发展着人类的物质文明，迈向一个又一个灿烂辉煌的阶段。我们对人类物质文明发展阶段的划分起点，也就是从人类制造打制石器算起。

石器时代指人们以石材作为制造工具和器具的时代。这是一个非常漫长的时期，它的起止时限，含混不清、争论不已，而且因地域而异。一般认为石器时代开始于300万年前，即从非洲原始人自己制造打制石块工具开始。[2]214巴基斯坦与英国联合考古队对南亚次大陆北部锡瓦利克地区的土层进行了热发光与古磁测时工作，[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 万年前的土层中发现了手斧。在距今 120 万至 140 万年的埋有丰富古动物的砂岩层中发现了括削器和小型的砍砸工具。而且，在距今200 万年的土层中发现了包括一件石核石器和若干薄片石器的一组打制石制品。2003年，Semaw等人在非洲的埃塞俄比亚的戈拉(Gona)发现了距今260万年的人造打制石器，[3]这是目前出土发现的最早打制石器。挖掘出土证明，石器时代开始于距今250到300万年之间。

(二)石器时代的细分

根据制造石器工具和用具的水平，通常将石器时代划分为三个时代： 旧石器时代、中石器时代和新石器时代。而旧石器时代又细分为旧石器时代早期、中期和晚期，大体上分别相当于人类本身进化到达的能人和直立人阶段、早期智人阶段以及晚期智人阶段。这样的细分方法，似乎为多数人所采用。根据石器工具的发展，我们认为它们的起止时期如表1所示的划分。

(三)旧石器时代

旧石器时代(Paleolithic Period)又可划分为早、中、晚期。这主要是根据人类所制造石器工具的进步，因而谋生手段逐渐进步来划分的。早期旧石器时代人类广泛使用打制的比较粗糙的石器工具，以采集和狩猎为主要谋生手段。上述非洲戈拉地区粗糙打制石器的出土，使非洲被公认是人类的诞生地和文化发展的摇篮。东北亚地区是另一个早期旧石器时代的中心。1970年，在蒙古的亚赫山，发现了旧石器时代早期典型的阿舍利手斧、单台面石核和石片等。[注]北亚东北亚旧石器时代考古. http://2006.uua.cn/Ancient/Palaeolithic/200702/4756.html. 2007.2.13.近几年在中国安徽繁昌和重庆巫山等地出土的打制石器的年代也被认为超过200 万年。[4]这些石制品的共同特点是加工粗糙、类型简单。到大约170-50 万年前非洲出现的阿舍利文化(Acheulian)时期，才演变到较为规则精致的手斧、手镐和薄刃斧等工具类型。然后，由演变到距今40 万年前后在非洲出现以预制石核为特征的勒洼娄瓦技术(Levallois)。其特点是在剥离石片前对石核进行精细加工, 使之所产生的石片具备规则和预定的形态, 不必修整就可作为工具使用。

距今20-3.5万年之间的旧石器时代中期，在非洲、西亚和西欧地区代表性的文化为莫斯特文化(Mousterian)，广泛使用勒洼娄瓦技术生产形状规则的石片,并用石片加工各种刮削器、凹缺器和尖状器等。这些石器工具虽然较之早期的加工更精致、形态更规范、功能分化更具体，但总体来说基本上是早期工具的延续, 突破性不很明显。

到了旧石器时代晚期, 人类制作石器工具有了突破性的变化，懂得了采用直接打击、间接打击和压制等方法，掌握了用初级石器工具来制造较高级石器工具的技术。比如，用生产出来的长石片和细石叶等作为毛坯，制造出可以刻划古象牙的燧石刻刀(雕刻器)；制造出可以洞穿骨头和鹿角燧石锥子；以及制造出各种专用的刀、刮削器等。他们还把骨头和象牙磨细和擦光，制出了最初的复合工具。随着工具和生产技术的革命性的变化，装饰品和艺术品随之相继出现了，人类的生活有了明显得改善。出土的人造的居住建筑遗迹，表明此时期内我们的先祖已经从穴居逐渐地转化为自己建造住所。而且，此期间内，他们从亚、欧、非洲征服和开发了澳洲和美洲，到达世界的各个角落, 带去了当时的文明。

(四)中石器时代

中石器时代(Mesolithic Period)是旧石器时代和新石器时代之间的人类物质文化发展过渡性阶段。[5]随着人们采集活动经验的积累，在西亚一些地区，采集目标逐渐集中于大麦、小麦等野生禾稼，并已开始出现最早期的种植农业，即农业生产经济起源于这个时期。人们还从水域获取更多的鱼、贝类，以丰富食源。此时继续使用直接打制的大型石器，而占主体地位的，是间接打制的细石器。它的工艺更为成熟，并出现了用细石片镶嵌在骨木柄上的箭、刀等进步的复合工具。磨制石器工具也开始出现。镖、锥等骨器已较为精良实用。箭是中石器时代的最重要发明，由于它的射程长，速度快，成为当时人类狩猎的主要工具。已发现的最早木弓是在德国北部出土的，时间约在公元前第9000年。[注]Mesolithic in Europe, http://www.uua.cn/Ancient/2007/0307/4848.html.在渔业方面，鱼叉、鱼网的使用已相当普遍，并发明了木桨、独木舟。在英国出土的木浆和荷兰出土的木船经测定，都属于这个时期的器具，这也是现今已知的较早水上运输工具。这些发明的普遍使用，使狩猎等生产的效率大为提高。此时期内还有两点很重要。一是人们把粘土用火去烧，发明了陶器。[2]213二是人们的居住方式从流动分散居住开始向较集中的定居转变。[6]

(五)新石器时代

到了新石器时代(Neolithic Period)，磨制石器工具和器件已经很普遍，这是这个时期的主要标志。[2]214此时，我们的祖先已经相当熟练地掌握了通过首先选择合适的石料，打制成石器的雏形，然后放在砺石上加水和砂磨光等一整套磨制石器的方法。磨制石器的优点在于具有准确合用的类型和锋利的刃口。在新石器时代早期，人们只是把工具的刃部磨光，后来才进一步把石器的表面也磨光。

由于大约在公元前12000年地球上的一次气候大的变化，原有主要靠狩猎—采集来获得食物的途径变得愈来愈困难，加速了中石器时代已经开始的农业生产的转化速度，农业成了主要的生产部门和谋生手段。[2]213人们把一些野生动物驯化成家畜，将一些野生植物改造为种植的谷物，犁耕技术开始出现，这在历史上这称之为“农业革命”，是人类物质文明发展过程中的一个里程碑。人类还改进渔猎手段，从事制陶、纺织、木作等手工生产。为适应这种生产的变化，人们筑屋，基本上定居了下来。因此，以原始农业为主的综合经济繁荣高涨，人类大大地向前跨进了一步。

还需要指出，为适应于新石器时代经济分工的多种需要，生产工具也进一步分化，而以农业工具为主。[2]213比如，农业生产工具主要有磨光石斧、石锄、石铲，收获工具有缺口石刀和陶刀，加工工具有石磨盘、磨棒。较后又出现了双齿木耒、大型磨光石斧、骨铲、穿孔蚌锄，也出现了蚌镰、石镰和磨光穿孔石刀。原始战争的出现，使得在此时期内的石兵器也得到了发展，石兵器除了前述的石箭外，还主要有矛、镖枪、斧钺、刀、戈、盾和盔甲等。[7]

二、青铜器时代

农业和手工业在新石器时代的兴起和发展，光靠石器工具已无法满足需要，比如犁地，稍微坚硬点的土地就难于挖掘、翻转，而且效率很低。石器工具成了障碍生产和社会向前发展的主要因素。此外战争的发展也强烈地要求比石兵器更为锐利、杀伤力更强的兵器。古代人在长久的劳动实践中，在铜矿富有的地区发现了天然的铜，这种铜杂质较少，基本上是铜，呈现出金属铜的本来红色，称之为红铜。红铜质低且较软，易于用石器工具制造成各种工具、用具和兵器。中国河北省唐山大城山遗址发现两件带孔红铜牌饰，山西省襄汾陶寺墓地内出土一件完整红铜铜铃，甘肃、青海、宁夏一带的齐家文化，有好几处墓地出土刀、锥、钻、环和铜镜中，有些是红铜。[注]② ③青铜器时代，http://www.gg-art.com/copper/copper_index_b.php.这些都是使用红铜的证据。但人们相信，几乎在使用红铜的同时，就出现了青铜。

青铜最早出现在富含铜锡或铜铅等混合矿的地区，比如现今土耳其的安拉托里亚(Anatolia)地区。当时的工匠(smiths)将这样的矿石煅烧，冶炼出了铜锡或铜铅合金。铜锡合金的颜色青灰，故名青铜。青铜的熔点在700～900℃之间，比纯铜的1083℃为低，但具有优良的铸造性，硬度和强度高出纯铜不少，还有较好的化学稳定性。因此，青铜铸造技术的发明成了人类物质文明发展史上的又一个重要里程碑，给社会变革和进步带来了巨大动力。1975年甘肃东乡林家马家窑文化遗址(约公元前3000年)出土一件青铜刀，这是目前在中国发现的最早的青铜器，是中国进入青铜时代的证明。②综合其他考古资料，可以认为人类大约从公元前3300年迈入青铜器时代。

从出土和传世的大量青铜器可清楚地看见，青铜铸造技术在远古的中国已经发展到了登峰造极的地步。各种青铜器生产工具和兵器不仅使石器时代的一切无法望其项背，而且像青铜鼎、簋、尊、盘、爵等作为餐具、酒具、盛水器等实用器具得到了空前的发展。在制作工艺上，比如纹饰、铭文、镶嵌、失蜡法工艺和表面化学处理等③有了相当高度的发展，因而中国青铜器制作工艺之精巧绝伦、巧夺天工，显示了古代匠师们的高度创造才能。

三、 铁器时代

地球上铜矿资源较少，铜产量因而不高，广泛使用受到限制。加之铜材料虽然易于加工，但是强度和硬度较差，对于砍伐森林扩大农业生产、开凿和挖掘地下矿藏，尤其是制造更为坚韧锐利的兵器来说，难以满足需要。因此经过长久使用铜材、特别是奴隶社会中连年的战争之后，人类的祖先深深地感觉到要想向前发展和取得战争的胜利，必须找到比铜更为好的金属材料。地球上的铁矿资源相当丰富。而且铁器坚硬、韧性高、锋利，远胜过石器和青铜器。正如恩格斯所说： “铁使更大面积的农田耕作，开垦广阔的森林地区成为可能；它给手工业工人提供了一种其坚固和锐利非石头或当时所知道的其他金属所能抵挡的工具。”[8]159

人类接触和认识铁材料，是来自天外的天然陨铁。早在公元前4000年，古埃及人及苏美尔人(Ancient Egypt and Sumer) 就已经懂得利用天然的铁来制作矛及饰物。[注]Iron Age Summary. http://www.bookrags.com/wiki/Iron_Age.在埃及古王国时期的吉萨大金字塔中发现的两件铁器，就很可能是古埃及人用陨石铁制作的，因为当时的埃及人称铁为“天上掉下来的黑铜”。1972年在中国河北省藁城(Gaocheng)等地所出土的公元前1400年的铁刃铜钺，也是用陨铁锻成薄片嵌铸在青铜中制成的。[9]

尽管铜器时代的后期通过长期炼制铜材和烧制陶器人们已经掌握了达到1000℃左右的温度的技术，但是由于铁的熔点1535℃很高，尚无法熔化铁矿石直接冶铁，因此，当时的人们逐渐认识和首先发明了所谓块铁炼制技术。他们使用富铁矿砂和木炭混合煅烧，在较低的800～1000℃的范围内，木炭及其不完全燃烧产生的CO将富铁矿石(Fe3O4)中的氧还原而制得海绵状铁，再通过重新加热海绵铁、锻打，进一步除去一些杂质，使之致密化，而加工制作出所需要的工具、器具或兵器。

随着经验的增加，铁匠们提高了冶铁炉的温度，从铁矿石熔炼出铁，再通过逐渐掌握的铸造技术，制造出各种铸铁用品。或者再经过锻打，除掉一些碳和杂质，由生铁变为熟铁，再制作成用具。铁矿石在地球上的许多地区都富有，所以冶铁技术差不多在许多地方先后都涌现出来。2003年，由考古学家Rakesh Tewari等人在南亚次大陆的中恒河流域出土的铁器制品证明印度早在公元前1800年就有了制铁产品。[10]最近在中国西部发现早在公关前3000 年那儿就存在冶铁，但最先成为重要的金属材料是在公元前1200年。[11]在非洲的西部地区最先在公元前1000年之前就有了冶铁技术。[注]Iron Age Summary. http://www.bookrags.com/wiki/Iron_Age.这些考古出土的事实证明，世界上大体上在公元前1400年左右先后进入铁器时代。但是，至今尚无法确定究竟是谁最先发明冶铁技术。

铁材料的发明和使用是人类发展的又一个了不起的里程碑，铁器的广泛使用，生产力得到极大的提高。到铁器时代结束、下一个钢时代出现为止，人类物质文明已到达近代高度发展的起点。

四、 钢和水泥时代

经过铁器时代很长时期的发展之后，无论是从工具、用的器皿和物品以及武器，都有了长足的进步。但是，由于铁本身所存在的固有缺陷，诸如易锈、发脆、塑性差，其切削和其他加工性能很不好，因此不论是生铁还是熟铁都难于加工成各种复杂形状的物品。铁材料无法满足人类发展物资和文化的需求，成了严重阻碍社会物质文明发展的主要因素。特别是对于西方资产阶级民主革命后出现的新兴资产阶级来说，他们急需发展生产力以生产出更多更好的产品满足社会的需要，从而证明他们比被推翻的封建阶级更为优秀，更适合于管理国家和社会，以巩固他们刚刚从封建阶级那里夺来不久的政权。此外，人类的天性是始终追求未知的东西和真理。当时的人们当然会考虑发明比铁更为优越的材料，以满足他们探索未知的欲望。所有这一切，促使了钢的发明，而钢的发展和进步使人类的物质文明进入到钢时代。

事实上，在铁器时代，中国的祖先就发明了钢。在公元前722到480年的春秋战国时代，群雄割据，战事连年不断，刺激了诸如剑、刀、戟、矛、箭头镞、战斧以及盔甲等武器和工具数量的增加和质量的提高，以及先进技术的发展。铁匠们，其中最有名的是一位叫做欧冶之的人认识到，必须改进手拉风箱和熔铁炉的质量，才能生产出更好的武器和工具。最重要的是，他们认识到只有使用木炭才能产生更高的温度，从而使当时普遍在低于1000℃下所生产出来的脆性海绵状铁的质量得以改善。尤其是，他们将高温下烧红的工件捶打后投入盛满水的水桶中，然后又将工件高温烧红，投入水中，如此反复很多次。这样一来，实际上是除去了原有铁中所含的不少有害杂质，并降低了碳含量，从而至少使表面一层变成了低碳钢。这种方法就是我们的先祖们创造的、历史文献所说的“千百次捶打炼钢法”。这与后来实际冶炼低碳钢的原理和方法相同。不仅在历史文献记载中，而且近年来从当时的墓穴考古挖掘出来的许多武器看，充分地证明了这些的确是事实。

在中国之外的其他文明古国也对炼钢技术做出过他们的贡献，比如大约在公元前300年，南印度的金属工匠就用坩埚练出了钢，[12]生产出几百年后成为著名的“大马士革”剑钢的“伍兹钢”，激发了数代工匠、铁匠和冶金学家。

虽然炼钢技术在铁器时代就取得了一些进展，但还不能说是真正能够生产出钢了，尤其是无法制备出各种钢材，也不能进行大规模生产。在有关所有铁和钢的知识的基础上，英国的发明家贝西默才算是在1856年真正发明了炼钢技术，他使用流动的空气吹向熔化了的铁水中，使杂质氧化而分离，同时氧化掉部分碳，从而练出了低碳钢。这种后来被称之为贝西默的炼钢法在钢铁工业中几乎使用了将近120年。贝西默创立了英国舍费尔德贝西默钢铁公司，但是到1859年该公司就出现了亏空，到了1870申请到专利之后，他才赚了100多万英镑。必须指出的是贝西默炼钢法的原理并不是他首先发现的，因为早在公元前130年的中国汉代，公元200年时的日本，以及到1600年时的欧洲就已经在普遍使用，只是规模很小而已。贝西默的工艺则能够进行大规模生产，从而导致钢时代的到来。

此后，在英国和欧洲能够又快又便宜地大量生产钢了。紧跟着各种形状的钢材也就逐步地生产出来了。因此，就大大地刺激了工具和武器质量的提高。有了这种先进的材料和相关技术，使欧洲利用他们的舰船队统制海洋，利用他们的钢枪和大炮统治世界很长一段时间。所谓的日不落大英帝国也就是在此后逐渐形成的。

世界的钢产量在1900年达到了2800万吨，其中美国占1020万吨，英国700万吨。[注]U. S. Geoogical survey, iron and steel statistics, Last modification: April 16, 2007. http://minerals.usgs.gov/ds/2005/140/ironsteel.pdf.从1871到1900年，全世界总共生产了2.4亿吨钢。1755年，英国人斯米顿受命重建英国爱狄斯顿的灯塔，[12]原来的灯塔是用波特兰的石头建造的，经过了许多试验之后，斯米顿发明了水泥，把那些石头缝全都塞好。1824年，英国的另一个发明家阿斯派丁用石灰石和粘土放在一起燃烧发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.这种水泥是一种比只用粉碎的石灰石制造的水泥更好，使之成为日后的主导建筑材料。钢和水泥结合在一起的钢骨水泥结构，使得现代化的高楼、道路、桥梁、港口和运河在欧洲和北美广泛地建造起来了。从此世界的物质文明取得了前所未有的长足进步。所以，我们说，从1900年世界进入了钢/水泥时代。

在进入了钢/水泥时代之后，人类的物质文明逐步迈入更高的水平，而此正是由于钢的发展的结果。我们只以制造各种器件的工具所必须的工具钢的发展为例加以说明。碳素工具钢的切削速度和温度分别为5～8 m/min 和 200～250 °C，无法满足加工一些特殊材料较高切削速度和温度，以及制造更为复杂器具的要求。所以，相继发明和发展了合金工具钢→高速工具钢→硬质合金→碳化硼和人造金刚石等超硬切削材料。这种情况再一次证明了材料是人类社会物质文明发展的关键和中心之所在。

五、 Si材料时代

第一次和第二次世界大战都发生在钢/水泥时代。世界大战破坏和延缓了人类物质文明的发展。但是，战争也刺激和推动着更高水平的工具、器件和武器的发展，而此归根结底受制于材料的发展。

战争要求通信技术更为快速和准确。早在1938年，Bell实验室建立了以凯利为首的一个研究组，他们研究基础问题，旨在研发出固体器件以替代已有的笨重落后的真空管和电磁开关。那时，全美有Bell实验室所制造的这样的真空管和器件数百万个。军方的要求是很迫切的，因为在一架标准的无线电发报机中，40%的重量和50%的体积为笨重的真空管和干电池所占据。这个研究组当时主要研究Cu2O检波器。由于战争，他们很快就全部转向于研发先进的雷达设备。战争一结束，凯利立即恢复了固体物理研究组，请萧克利担任组长，并请来了巴丁和布莱廷参加。这个研究组强调材料和固体物理问题的基础研究，旨在研发出取代真空管的固体三极管。在经历过无数次的实验和克服了一个又一个的困难之后，他们最终发现了晶体管效应，并于1947年12月制备出了世界上第一支点接触Ge晶体管。[13]萧克利、巴丁和布莱廷三个人，因而在1956年获得了诺贝尔物理学奖。

晶体管的发明对于人类物质文明的重要性是再怎样强调也是不为过的。

有两点必须指出。第一，重建的固体物理组放弃了他们成功地制造了整流器的Cu2O和Se材料，转而选择Si和Ge材料。虽然他们已经对Si和Ge材料有了相当的了解，但他们还是继续研究其提纯，特别是掺杂等基本问题。现在，我们可以说，如果他们当初固守Cu2O和Se 而不转向于Si和Ge的话，那第一只晶体管是无论如何也制造不出来的。当时他们对于Si材料还不是那样的了解深透，所以后来才改用Ge做成的。材料的重要性，当然还有与之相关的制备工艺的重要性，在第一只晶体管的发明中的作用再明显不过了。第二，晶体管只能用半导体材料而绝不能用钢铁或水泥材料来做。没有半导体材料Si和Ge，就没有晶体管，就没有IC, 就没有计算机，就没有一切电子器件和装置。

第一只晶体管发明之后，跟随着材料的改进和加工工艺的进步，相继出现了一系列重大事件，使得人类物质文明进入到了更为辉煌灿烂的状态。这里我们只罗列1960年左右的一些重大事件。1952年制成了单晶Si, 1954年5月10日德克萨斯仪器公司宣布制成商用生长结型Si晶体管。[注]Donlan Bob and Pricer David. Pushing the Limits: Looking Forward...Looking Back, Microelectronic Design: Vol. 1. 1987.Si晶体管比Ge晶体管易于制造，又能耐更高的温度。1958年7月德克萨斯仪器公司的吉尔比发明了第一块IC。[注]Integrated Circuits, 1958: Invention of the Integrated Circuit. http://www.pbs.org/transistor/background1/events/icinv.html.1960年Bell实验室的坎格制造了第一只MOS场效应晶体管，[14]两年后的1963年，仙童半导体公司的万拉斯发明了CMOS晶体管，[注]Wanlass Frank M. Low stand-by power complementary field effect circuitry. U.S. Patent, Number 3356858. Patented Dec.5, 1967.形成了至今为止所有高密度IC的基础。第一台电子数字计算机ENIAC是1946年由宾州大学的埃克特和毛奇立用了18000只真空管制造的，[注]Computer History. http://library.thinkquest.org/18268/History/hist_m.htm.目的在于计算设计火箭的弹导。这台机子宽8×100英尺，重80 吨。每秒钟它只能做5000次加法和360次乘法。1954年Bell实验室制造了第一台全晶体管计算机TRADIC，用了700 个Ge点接触晶体管和10000只Ge二极管完全取代了电子管，大小为三英尺见方。由于全部使用晶体管，使用功率降到了100瓦以下，而比电子管计算计算机运算速度快了20倍。1961年3月，德克萨斯提起公司为美国空军制造了用587块IC制成的计算机，其重量和体积都只有同样功能晶体管计算机(要用8500只分立元件)的1/50。

正是因为上述围绕着1960年前后的许多第一次发明，使得用于各个方面的各种电子器件有了高度的发展，人类的物质文明在随后的数十年里才显得如此之光芒四射。这里我们只例举IT产业和互联网进行简单的说明。看看其难以令人置信的发展速度和状况，以及材料和相关的制造和加工工艺的决定作用。

IT和互联网的关键产品是计算机，而计算机的核心是CPU(芯片)和硬盘。先看CPU。CPU主要取决于晶体管，而硬盘主要取决于磁记录材料。从最初到现在，计算机CPU使用的元件经历了电子管→晶体管→微米集成电路(IC)→亚微米IC→纳米IC等几个阶段。我们不会全部都去述说它们，而只是说及Intel 的CPU。Intel在1971年出台的第一个CPU 4004，包含了2300晶体管，而在2007年7月发布的四核QX6850 CPU，所包含的纳米晶体管为5.82亿只，这就是说，在过去的35年内晶体管的数目增加了25万3000倍。而关于其速度的比较，美国有人作了这样的计算，假如1971年汽车的速度是每小时60英里，而旧金山到纽约的距离是3000英里，那么按现在纳米晶体管增加的速度，只要10秒钟就可以跑到了。而CPU的性能，比如运行速度、每秒钟百万条指令数(MIPS)以及高速缓冲内存，在36年内从108 KHz、640 Bytes和0.06 MIPS分别增加到2.66-3.0 GHz、64 Gb and 11000 MIPS，增加的倍数分别为28万、1亿和170万倍。[注]Intel Microprocessor Quick Reference Guide - Product Family, http://www.intel.com/pressroom/kits/quickreffam.htm.但是，CPU每只晶体管的价格却从1968年时的一美元降低到2002年时的0.0000004美元，降低了250万倍。[15]这些都是由于晶体管的典型尺度，即栅极长度的急剧减小所致，在CPU 4004中为10微米，而在四核QX6850 CPU中减小到了65纳米。看起来CPU中晶体管典型长度只减小了154倍，但正是由于这样的减小，才引发了今天的IT和与之相关工业的如此辉煌的发达和成就，从而引起了世界翻天覆地的变化。可以清楚地看到，CPU的急速发展，有一条红线，我们把它称之为小型化，在牵引着它前进。不可想象，没有Si材料和与之相关材料比如栅极介电材料的发展和进步，[16]小型化红线绝对牵不动它，当然也就不可能有今天这样发达的CPU了。

硬盘的发展情况相类似。世界上第一块硬盘驱动器RAMAC是IBM在1956年制造的，至今50多年过去了。RAMAC的储存量为4.4 MB, 50片24英寸的Al合金组成，重达970公斤。今天则不可同日而语了。就只说2006年4月份出来的Barracuda 7200.10硬盘，它的储存量为750 G, 而其大小只有3.5英寸，重量只有几盎司。储存能力50年内增加了15万倍。原因是由于硬盘面密度的增加，RAMAC的只有2 Kb/in2=2×10-6Gb/in2，而2006年10月报道的达到了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500万倍。而其决定因素是由于磁盘磁头和盘片材料的发展和进步，比如磁记录材料从氧化物磁性材料→MR(磁电阻材料)→CIP GMR(平面巨磁电阻材料)→CPP GMR(垂直巨磁电阻材料)→HAMR(热辅助磁记录材料)。[14，17]这同样证明了，小型化这条红线也同样在牵引着磁盘的急速前进。没有磁头和盘片磁性材料的发展和进步，小型化当然牵引不动，也就不可能有硬盘如此大的进展。

上述所有事实和分析雄辩地证明了计算机和整个IT工业的进步，互联网的发展，主要靠的是材料以及与之相关的加工工艺的进步。任何人都可以清楚地看出，唯有Si材料和其他相关材料才能胜任，钢和水泥是无论如何都是无法胜任的。所以一个以Si材料为标志的崭新的人类社会时代出现和形成了。与孕育她的钢和水泥时代相比，Si时代更为活跃、更为辉煌，从各个方面都远远超过了钢和水泥时代。因此，钢和水泥工业被称之为“夕阳工业”。今天，虽然钢和水泥仍然是重要的材料，但是从总体和全局上来说，毕竟已是“昨日黄花”，毕竟只能是被Si材料时代的光辉所笼罩，再也不可能像昔日那样的独自辉煌了。

从上面所说的全部事实和分析，再考虑到全世界半导体的销售额在1960年达到了8亿美元，[注]Intel Microprocessor Quick Reference Guide - Product Family, http://www.intel.com/pressroom/kits/quickreffam.htm.我们认为Si时代当可从1960年开始。

六、 纳米材料时代

像钢铁材料时代孕育了Si材料时代一样，Si材料时代也孕育了纳米材料时代。人类从新世纪开始，进入了纳米材料时代。那么，纳米材料究竟是如何演变和发展的？为什么说人类社会物质文明已经发展到了纳米材料时代？如何论证在新世纪开始，人类进入了纳米材料时代？等等这些问题，不是很少的篇幅就可以论述得清楚的。为避免篇幅过长，我们只得在另一篇文章《人类进入了纳米材料时代》中作专门的论述。

必须强调，人类社会物质文明发展的所有上述六个时代各自的发展，以及从这个时代转变到下一个更为发达的时代，都没有涉及到和受制于某一个国家民族的生产关系和政治制度的改变，而只是完全受制于典型材料的发生和发展。也就是说，我们的论述中，基本上不与某一个国家民族或地区的阶级斗争、政治制度和生产关系挂上钩。特别有意思的一个现象是，在我们所说的Si材料时代之内，世界上的生产关系和社会制度在一批国家和地区内，即前苏联和东欧各国，在20世纪80年代末90年代初都开了倒车，从社会主义退回到了资本主义制度，虽然不能说这些国家物质文明的发展没有受到某些影响，因而进展速度缓慢了一些，但就全世界范围来说，影响是很小的，计算机和IT技术、互联网照样大踏步前进。还必须指出，Si时代中全世界物质文明翻天覆地的伟大变化，也并不是来源于其他国家生产关和社会政治制度的根本转变和进步，因为世界上主要国家如中国、英国、法国、德国、日本、美国、澳大利亚、加拿大、印度、巴西、意大利等等国家的社会政治制度和生产关系，在此40年内都没有根本性的变化。当然，各个国家内部的改革和生产关系的微调整和进步，不能说没有，但无法用来佐证全世界物质文明的巨大变化和辉煌成就，这恐怕是谁也不好否认的。

七、 结论

从生产力→工具的观点出发，我们认为对于人类社会物质文明发展历史阶段，当以典型材料作为划分标准。按照这一标准，人类社会物质文明的发展，可以划分为六个时代： 石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁/水泥时代、Si材料时代，以及纳米材料时代。这就是六时代论。

对各个时代中物质文明发展的主要内容和脉络、他们的演变和发展过程，进行了分析和论述。特别是论述了一个时代是如何孕育和培植替代自己时代的，一个新的时代是如何必然从原有的时代中喷薄而出的。

从这个时代转变到下一个时代的具体时间范围作了较清楚的论述。 所有各个时代发展的事实，都雄辩地证明了材料是发展的基石和推动力。反过来，又毫无疑虑地证实了只有典型材料才是划分时代的最好标准。所有的各项分析和论证，都只是紧紧地与典型材料相关联，而与政治制度和生产关系并没有挂钩。人类社会的物质文明，从新世纪开始，进入到了纳米材料时代。

人类社会物质文明发展时代的划分是一个重要而有趣的课题。我们提出六时代论的企望，在于抛砖引玉，求得对此课题较为正确和统一的看法。

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