以物理之视角，探索人类文明

李家春

在著名科幻电影《2001太空漫游》的开场，有一个意味深长的桥段：人类的先祖以动物的骨骼作为武器，击杀猎物，并在同类竞争中取胜；而后，他兴奋地将这根兽骨抛向天空，它随即幻化成了在宇宙中遨游的星舰。这个桥段包含了深刻的哲理，也就是说，零星经验和原始技术始终伴随着人类进化一路走来，而迄今已形成的科学知识体系则加速了人类社会的文明进步。

数百万年以前，由于气候变化和地质变迁，原始森林变成了稀树草原。为了生存，石器时代的先人学会了直立行走、制作工具、钻木取火，从而逐步进化成现代人，并产生了语言、文字和原始部落。公元前800—公元前600年，荷马时代后的希腊逐渐建立了城邦制，在该体制下的自由民有暇看天问地，思索大自然规律。随后三百年间就相继出现了像泰勒斯、毕达哥拉斯、苏格拉底、柏拉图、亚里斯多德、欧几里得等大师，产生了先进的哲学思想、伟大的科学成果，建筑、文学等艺术成就也极其辉煌。阿基米德作为流体静力学的创始人，他的名言“给我一个支点就能撬动地球！”耳熟能详，因此，希腊就成为人类文明的发祥地。

14—15世纪的欧洲冲破了中世纪宗教的桎梏，文艺复兴成为科学加速进步的动力。我们可以回想起诸多令人印象深刻的事件：开普勒分析第谷的天文观察数据发现了行星运动三大定律；伽利略通过对自由落体、抛物体等运动的实验，开创了动力学的先河。伟大的牛顿站在巨人的肩上，于1687年写下《自然哲学的数学原理》，统一了宏观物体（低速）运动的普遍规律，使经典力学成为自然科学最早的理论体系，从而催生了17—18世纪以蒸汽机为动力的第一次工业革命，推动了采矿、冶金、机械、纺织、铁路技术的进步，促进了社会的繁荣和发展。

18—19世纪，人们对热和能量本质的认识有了飞跃，尤其是焦耳对热功当量做了精确测量，最终由克劳修斯等提出了热力学的理论，能量守恒定律成为19世纪三大发现之一。与此同时，从法拉第的电磁感应实验，到麦克斯韦方程组统一了光、电、磁现象，為物理学大厦奠定了坚实的基础。这些科学成就导致了19世纪后期以电动机、内燃机为动力的第二次工业革命，促进了电气、电子、石化、钢铁、汽车等工业的发展，美国和德国跃升为资本主义世界的后起之秀。

19—20世纪之交的科学发现令人惊叹！迈克尔逊和康普顿实验，导致了爱因斯坦等建立了相对论和量子力学，不仅统一了时空、质能的观念，也揭开了宇宙和微观世界的奥秘。这些重大发现推动了人类物质和精神文明的飞速进步，使人类进入了原子能、空间和信息时代。

今天，人类对物质运动规律的探索仍未止步。随着经典学科本身的细化和“边缘学科”的涌现，人们可以更深入地探寻诸如宇宙物质、量子纠缠、基因编辑、认知规律等直观生活经验之外的世界，对物质流、能量流和信息流认识的提升必将在能源利用、交通运输、通信物流、生态环境、人类健康等方面发生革命性变化，不断丰富人类的物质生活和精神生活。当然，这也有待科学家为创造更美好的未来而不懈努力。

在这一期的《知识就是力量》杂志里，我们试图为你展现瑰丽神奇的科学大厦已经达到的高度，虽然愈多的质疑很可能意味着愈多的谜团，但正是这种不断探索和勇于创新的科学精神，将为人类文明注入持久的生命力。