侯云，科学硕士，知乎“盐选专栏”主理人，简书优秀科普作者。现从事互联网行业工作，博学而好读书，是一名生活观察爱好者、科技史思考者和不安分的斜杠青年，致力于用故事表达科学与人文之美，对科技发展历史脉络及未来趋势进行过深入研究并有独到见解，拥有7年科研和科普写作经历，写作风格生动有趣、发人深省。

第一章 计算简史：算筹、提花织布机和晶体管
算筹和算盘
纳皮尔的骨头和机械计算器
雅卡尔提花机
19世纪的软件程序员
霍尔瑞斯制表机和蓝色巨人IBM
二进制和继电器计算机
真空管和电子管计算机
晶体管和芯片
微处理器、个人电脑和智能手机
超级计算机
最后的问题
第二章 抗菌简史：微生物战争
哈默林的花衣吹笛人
查士丁尼瘟疫和建安大瘟疫
放血疗法、鞭笞者兄弟会和鸟嘴面具
黑死病的影响
第三次鼠疫大流行
古人的治病良药：啤酒和发霉的面包
显微镜、巴氏杀菌法和疫苗
抗菌武器库：苯酚、百浪多息和青霉素
淘菌时代：抗生素滥用与超级细菌
第三章 轮子简史：太阳图腾崇拜与交通方式
胡夫金字塔
太阳图腾崇拜和轮子的诞生
出租马车和公共马车
钢铁巨兽——火车
轨道马车、缆车和有轨电车
蒸汽汽车、内燃机汽车和电动汽车的“三国演义”
交通工具演变的蜂鸟效应
第四章 飞行简史：风筝、达·芬奇手稿和飞行器
人类对翅膀和飞行的渴望
风筝：木鸟和纸鸢
富兰克林的雷电实验
达·芬奇手稿
莱特兄弟和“飞行者一号”
飞艇和飞机争霸史
第五章 能源简史：火焰的奥秘
地球化学能源时期
火——能量的一种表现形式
淬火的陶器时代和青铜时代
化石燃料革命：煤炭和蒸汽的工业革命
电力革命
爱迪生和特斯拉的电流战争
火的终极奥秘——核聚变和“人造太阳”

数学是人类文明皇冠上一颗璀璨的明珠。原始人类需要弄清楚自己有多少只羊，或者劳动了一整天，采集到了多少野果，数学因此而诞生。
数学的本质在于计算，而计算和计算工具息息相关，人类从建立数学学科开始，便在不断寻找能够方便计算或是加速计算的工具。计算工具其实是人类智能的延伸，其中蕴含着人类对快速和精确最原始的渴望，它们似乎是有生命力的技术系统，在帮助人类改造世界、建立璀璨文明的同时，也像其他生命体一样，有着无意识、确定的进化方向，朝着智能化的方向不断进化，生生不息。
智能化计算工具进发出的巨大生产力，比自人类诞生起社会生产力的总和还要大得多。人类在它的帮助下将文明层次提升到了新的高度，进入了高速发展的信息时代，并逐步开启了万物互联的智能革命，创造出了信息自由联通、物质极大丰富的富足新世界。
人们最早使用的计算工具是自己的十根手指，这从古英语中“digit”一词中可以看出来，“digit”既代表“手指”，又代表“数字”。显然，手指是最方便也最简单的计算工具，毕竟它可“随身携带”。智人使用石块打猎，当捕到的猎物数量超过10时，手指就不够用了，这时智人会使用石块来辅助计算。不过，用手指和石块来计算实在是太低效了，数量超过一定限度就没办法继续了。
这难不倒聪明的智人们，他们观察周围的自然环境，发明了结绳计数和书契计数。结绳计数很好理解，就是用绳子打结记数，“书契”读起来十分文艺，其实也非常简单，就是在竹片、龟壳和骨头上留下刻痕用以计数。
1937年，考古学家在希腊北部维斯托尼斯湖（Lake Vistonida）附近挖掘出了一根40万年前的狼腿骨，上面有55道刻痕，这是目前发现的有关书契计数最早的证据。在远古时期的中国也有类似的工具，青海省海东市乐都区的一个原始社会末期的墓葬中出土了49枚骨片，每枚骨片上面都有3～5个刻痕，使用这些骨片能够记录1～60之间任意一个数字，可以说是十分精巧了。
算筹和算盘
结绳计数和书契计数十分简单易懂，因此迅速在人类群体中普及开来，人类的语言和文字中渐渐出现了纯粹的数学符号。数学符号的出现让人们能够将思维的过程写下来，也就是将思维实体化，一种高级的思维模式出现了，智慧的微光开始点亮，并慢慢演化成照耀人类文明的巨大太阳。
古埃及人早在公元前3150年左右就在尼罗河沿岸建立了统一的国家，同时发明了象形文字。伟大的母亲河尼罗河的定期泛滥，让古埃及人每年都需要重新测量耕地面积，因此古埃及人很早就掌握了高超的数学知识，这从宏伟的金字塔建造过程中的精确测量中可以看出。古埃及人发明了十进制的数学符号，1～9的单个数字用相同数量的竖线表示，从10开始，10的次方用不同的符号表示，用弓形表示十位数，绳索表示百位数，莲花茎表示千位数，手指头表示万位数，小青蛙表示十万位数，而百万位数的符号是一个举着手的人，表示这样巨大的数字只有神才知道。在古埃及的文化中还没有“0”的概念，自然也没有表示“0”的数学符号。
在遥远的东方，更先进的计算工具开始涌现，让当时的计算能力和科技水平有了质的飞跃。早在春秋战国时期（公元前722年左右），中国人就发明了算筹用来计数和计算。所谓算筹，实际上是一些长短粗细一致，由象牙、金属或兽骨制作的小棍子，每270根称为一束，可以随身携带，随时随地进行计算，这个伟大的发明就像是古代的便携式计算器，是当时世界上最先进的十进制计算工具，使用起来十分方便。
《老子》一书中有提到，“善计者不用筹策”，其中的“筹策”就是指算筹，可见在当时算筹已经十分普及。中国古代的哲学经典《易经》中的八卦图案由长短不同的横线组成，这些横线的雏形就是算筹。
算筹有与自身相匹配的计数方式和算法。用算筹表示数字，有横式和纵式两种形式，在横式中，横摆的每一根算筹都代表数字1，表示数字6～9时，在横着的算筹上面竖着摆一根小棍，这根小棍就代表数字5。在纵式中，纵摆的每一根算筹都代表数字1，在其上面横摆的每一根都代表数字5。算筹的算法规定，个位数和百位数必须用纵式算筹表示，十位数和千位数必须用横式算筹表示，从而让不同数位之间区别开，以免计算时弄混。
古代中国人不仅可以用算筹做加减乘除的四则运算，还能够乘方开方，甚至连多元高次方程都能解出来，这让人不得不佩服古代人的智慧。
P2-5

当谈到人类文明和科技发展历程时，大多数人会关注那些伟大的英雄人物，认为是他们引领了人类文明的发展和进步。不过，本书另辟蹊径，试图从工具的角度出发，以一种工具史观来思考人类文明的过去、现在和未来。
书中重点讨论了五种工具的发展历程：计算机、抗菌药、轮子、飞行器和能源。这些工具在迭代进化的过程中对人类社会造成了广泛而深刻的影响。它们是人类改造世界的智慧结晶与驱动力量。

当我写下这篇序时，2019年刚刚过去一半。今年是五
四运动100周年，相比100年前，中国的现代化进程取得了
举世瞩目的成就，2018年，中国GDP总量首次突破90万亿元
人民币，成为仅次于美国的世界第二大经济体，人均GDP也
达到将近1万美元，中国经济的高速发展离不开科技创新，
毕竟科技是第一生产力。
其实科技渗透在现代生活的方方面面，比如我正在打
字的这台电脑。电脑凝结了人类数千年来累积的文明成果
，尤其是电脑的核心部件——芯片，其构造的复杂性和精
确度超乎想象，是人类工业皇冠上最璀璨的明珠之一，呈
现出绚丽夺目的科技之美。
很久之前，我就对芯片产生了浓厚兴趣，开始研究起
芯片的由来和发展历程，结果一发不可收拾。波澜壮阔的
科技史及其发展规律让我深受启发，也开始思考现代生活
中其他科技工具的发展历史，比如汽车、飞机、电气设备
、抗菌药等，这些思考最终凝结成了这本书。
当我们对生活中随处可见的工具习以为常时，它们仍
在马不停蹄地迭代进化。了解工具发展的历史脉络，能让
我们更好地把握科技发展规律，预测未来工具的进化趋势
，从而提前做好知识和技术储备，在充满机遇和挑战的中
国复兴之路上，占据优势地位，掌握主动权，取得成功。
当谈到人类文明和科技发展历程时，大多数人会关注
那些伟大的英雄人物，认为是他们引领了人类文明的发展
和进步。不过，从一个更宏大的视角来看，工具也有其自
身的发展路径和必然的进化趋势。工具的出现是为了解决
人类发展过程中面临的具体问题，但它们又带来了全新的
问题，直到更为先进的工具诞生。这种循环周而复始，这
一连锁反应式的变革模式在人类文明史中反复出现，最终
会引发其他意料之外的创新和变革，并成为人类文明进步
的驱动力，带领人类走到繁荣的今天。
本书另辟蹊径，试图从工具的角度出发，以一种工具
史观来思考人类文明的过去、现在和未来，相信会带来不
一样的阅读体验。本书中对工具的定义较为宽泛，除了指
有实体的物品或机器，还包括能源、科学和技术等一切改
造世界的知识和力量。
书中重点讨论了五种工具的发展历程：计算工具、抗
菌药物、轮子、飞行器和能源。这些工具在迭代进化的过
程中对人类社会造成了广泛而深刻的影响。
从远古时代的结绳计数和书契计数，到计算速度达到
每秒数十亿亿次的超级计算机，人类的计算工具发生了翻
天覆地的变化。智能化计算工具进发出的巨大生产力，比
自人类诞生起社会生产力的总和还要大得多。人类在它的
帮助下将文明层次提升到了新的高度，进入了高速发展的
信息时代，并逐步开启了万物互联的智能革命，创造出了
信息智能应用、物质极大丰富的富足新世界。
黑死病成了文明的催化剂，催化了现代医学和抗菌药
物，动摇了中世纪严苛的宗教束缚，就像是一剂猛药让宗
教统治土崩瓦解，让资本主义、人文主义和科学主义在文
艺复兴的土壤中生根发芽，人类从此走上了现代化的快车
道。
原始民族对太阳图腾的崇拜，催化了轮子的诞生，一
进而导致了交通方式的变革，轮子成为马车、汽车和火车
等便捷交通工具的一部分，并最终改变了城市布局和人们
的生活方式，让人类文明向前加速发展。
2000多年前诞生于古老东方的风筝，穿越辽远的时空
，在2万公里外的美洲，让富兰克林了解了闪电的奥秘，也
帮助莱特兄弟验证了飞机使用翘曲机翼的可行性，让人类
在天空中自由翱翔。
蒸汽机、发电机和核反应堆这些能源工具中包含着“
火”最本质的奥秘——将能源物质中蕴含的能量释放出来
，并转化为其他能量形式，这成了工业革命和电力革命等
一系列能源革命的基础。火焰的奥秘贯穿人类科技发展史
，不断催生新的能量形式和能源工具，带领人类走到能源
极大丰富的今天。
现代社会其实是围绕工具建立起来的，这些工具凝聚
了人类最伟大的创意和奇思妙想，也让今天的我们能够享
受到前所未有的科技便利。
一个多世纪前，李鸿章用“三千年未有之大变局”描
述晚清时期的中国。今天，不仅仅是中国，整个世界都在
发生着日新月异的变化，新工具和新技术层出不穷。从人
类文明发展的角度来看，我们将逐渐迎来一个人类和工具
融合共生的时代，信息和智能革命正在触及世界的每一个
角落，人类社会的组织形式、生活方式和道德观念都在发
生巨变。我们将如何与自己创造的工具相处，怎样适应工
具带来的巨大变化？接下来，让我们一起深入到浩渺的工
具发展史中寻找答案，探索工具蕴含的奇特奥秘，看看工
具是如何驱动人类社会走到今天并改变世界的。
2019年7月9日星期二
于深圳

本书试图从工具的角度出发，以一种工具史观来思考人类文明的过去、现在和未来。
书中重点讨论了五种工具的发展历程：计算机、抗菌药、轮子、飞行器和能源。这些工具在迭代进化的过程中对人类社会造成了广泛而深刻的影响。它们是人类改造世界的智慧结晶与驱动力量。