本书由科普鬼才、耶鲁大学博士克利福德·皮寇弗一手打造，是为对科学有浓厚兴趣的读者倾情奉献的科学知识百科，它能带领读者按照时间顺序了解科学发展史中最重要的时刻。    

继大获成功的《数学之书》和《物理之书》之后，皮寇弗博士又将带领我们探索科学发展史中的里程碑，他将科学史上最重要的思想家和重要科学思想、科学发现汇集成了这一本精美的书籍。
   

书中每个条目包含一个简短的说明和精致的配图，带领你走进复杂多变的科学世界。在这本书的帮助下，科学的爱好者们能解锁关于科学发展史全方位的有趣信息，激发出对科学更浓厚的研究兴趣。

时间旅行是可能的吗？

什么是莫比乌斯带、超立方体和超越数？

浩瀚的宇宙中还藏有哪些未知的秘密?

这些只是这本插图精美的书中涉及众多引人深思的问题的一小部分……

从理论基础到重要实践，在这本书中我们将遇到神秘的暗能量，也许有一天它会使星系离散，让宇宙在可怕的大撕裂中结束。我们还会看到开启量子力学科学的黑体辐射定律、哥白尼日心宇宙学说、进化论、抗生素和元素周期表，还有蒸汽机和麻醉术都会在这本书中出现。我们将穿越时空，从发明青铜（约公元前 3300 年）、铁的冶炼（约公元前 1300 年）和罗马混凝土（约126 年）发展到第一次工业合成当今世界上最常见的塑料——聚乙烯（1933 年）。在生物学领域，我们将见证小麦的种植和动物的驯化，我们还会探寻化石记录、食物链和昆虫舞蹈语言。

正如作者在书中所说：“我们大脑的进化，使我们可以逃脱非洲稀树草原上狮子的追杀，但它可能并不是为揭穿现实世界的重重面纱而构造的。为了揭开世界的奥秘，我们不但需要数学、科学和计算机来增补大脑的能力，甚至还需要从文学、艺术和诗歌中汲取营养。” 让我们从头到尾，从一个条目到一个条目，编织起知识之网，满怀敬畏地凝视人类思维的进化，在无边无际的想象之海上航行吧。 

克利福德·皮寇弗（Clifford Pickover）

科普鬼才克利福德·皮寇弗是一位多产作家，涉猎主题从科学、数学到宗教、艺术及历史。他出版了超过四十本书，并被翻译成数十种语言，畅销全球。皮寇弗在耶鲁大学获得分子生物理化博士学位，在美国拥有七百多项专利，并担任多本科学期刊的编辑委员。他的研究成果屡屡见于CNN、《连线》杂志、《纽约时报》等重要媒体。他也是“里程碑”书系中《数学之书》《医学之书》《物理之书》的作者。

译者：

杨大地，毕业于重庆大学，长期在重庆大学从事教学科研工作。曾任重庆大学数学系主任，数理学院副院长。曾担任中国计算数学学会常务理事，重庆数学学会副秘书长。

001 约公元前 1.8 万年 伊尚戈骨骸

002 约公元前 1.1 万年 小麦 ：生命的主粮

003 约公元前 1 万年 农业

004 约公元前 1 万年 动物驯养

005 约公元前 7000 年 水稻栽培

006 约公元前 5000 年 宇宙学的诞生

007 约公元前 3300 年 青铜

008 约公元前 3000 年 骰子

009 约公元前 3000 年 日晷

010 约公元前 3000 年 伤口缝合

011 约公元前 2500 年 古埃及天文学

012 约公元前 1850 年 拱形

013 约公元前 1650 年 莱茵德纸草书

014 约公元前 1300 年 铁的冶炼

015 约公元前 1000 年 奥尔梅克罗盘

016 约公元前 600 年 毕达哥拉斯定理和毕氏三角形

017 约公元前 600 年 污水处理系统

018 约公元前 350 年 亚里士多德的《工具论》

019 约公元前 350 年 柏拉图多面体

020 约公元前 300 年 欧几里得的《几何原本》

021 约公元前 250 年 阿基米德的浮力原理

022 约公元前 250 年 圆周率 π

023 约公元前 240 年 埃拉托色尼测量地球

024 约公元前 240 年 埃拉托色尼的筛法

025 约公元前 230 年 滑轮

026 约公元前 125 年 安提基特拉机械

027 约 50 年 齿轮

028 约 126 年 罗马混凝土

029 约 650 年 零的出现

030 830 年 花拉子密的《代数》

031 约 850 年 火药

032 1202 年 斐波那契的《计算书》

033 1284 年 眼镜

034 约 1500 年 早期微积分

035 1509 年 黄金比例

036 1543 年 《人体的构造》

037 1543 年 日心宇宙学说

038 1545 年 巴累的“合理手术”

039 1572 年 虚数

040 1608 年 望远镜

041 1609 年 开普勒行星运动定律

042 1614 年 对数

043 1620 年 科学方法

044 1621 年 计算尺

045 1628 年 血液循环系统

046 1637 年 笛卡尔的《几何学》

047 1638 年 重力加速度

048 1639 年 射影几何

049 1654 年 帕斯卡三角形

050 1660 年 冯 · 居里克静电起电机

051 约 1665 年 发明微积分

052 1665 年 《显微图谱》

053 1668 年 驳斥自然发生说

054 1672 年 测量太阳系

055 1672 年 牛顿棱镜

056 1678 年 精子的发现

057 1683 年 人体内的“动物园”

058 1687 年 牛顿 — 伟大的启迪者

059 1687 年 牛顿运动定律和万有引力定律

060 1713 年 大数定律

061 1727 年 欧拉数 e

062 1733 年 正态分布曲线

063 1735 年 林奈的生物分类法

064 1738 年 伯努利流体动力学定律

065 1760 年 人工选择（选择育种）

066 1761 年 贝叶斯定理

067 1761 年 癌症病因

068 1761 年 莫尔加尼 ：“病变器官的哭喊”

069 1783 年 黑洞

070 1785 年 库仑定律

071 1797 年 代数基本定理

072 1798 年 牛痘接种

073 1800 年 电池

074 1800 年 高压蒸汽机

075 1801 年 光的波动性

076 1807 年 傅里叶级数

077 1808 年 原子论

078 1812 年 拉普拉斯的《概率的分析理论》

079 1822 年 巴贝奇的机械计算机

080 1824 年 卡诺热机

081 1824 年 温室效应

082 1825 年 安培电磁定律

083 1827 年 布朗运动

084 1828 年 发育的胚层学说

085 1829 年 输血

086 1829 年 非欧几里得几何

087 1831 年 细胞核

088 1831 年 达尔文和贝格尔号之旅

089 1831 年 法拉第电磁感应定律

090 1836 年 化石记录和进化

091 1837 年 氮循环和植物化学

092 1837 年 电报系统

093 1839 年 银版照相法

094 1839 年 橡胶

095 1841 年 光纤光学

096 1842 年 全身麻醉

097 1843 年 能量守恒

098 1844 年 超越数

099 1847 年 塞麦尔维斯 ：教会医生洗手的人

100 1850 年 热力学第二定律

101 1855 年 贝塞麦炼钢法

102 1855 年 细胞分裂

103 1856 年 塑料

104 1858 年 莫比乌斯带

105 1859 年 达尔文的自然选择理论

106 1859 年 生态相互作用

107 1859 年 分子运动论

108 1859 年 黎曼假设

109 1861 年 大脑功能定位

110 1861 年 麦克斯韦方程组

111 1862 年 病原菌学说

112 1864 年 电磁波谱

113 1865 年 消毒剂

114 1865 年 孟德尔遗传学

115 1869 年 元素周期表

116 1874 年 康托尔的超限数

117 1875 年 玻尔兹曼熵方程

118 1876 年 吉布斯自由能

119 1876 年 电话

120 1878 年 酶

121 1878 年 白炽灯

122 1878 年 电网

123 1887 年 迈克尔逊—莫雷实验

124 1888 年 超立方体

125 1890 年 蒸汽轮机

126 1890 年 心理学原理

127 1891 年 神经元学说

128 1892 年 病毒的发现

129 1895 年  X 射线

130 1896 年 质数定理的证明

131 1896 年 放射性

132 1897 年 电子

133 1899 年 精神分析

134 1900 年 黑体辐射定律

135 1900 年 希尔伯特的 23 个问题

136 1902 年 遗传的染色体理论

137 1903 年 莱特兄弟的飞机

138 1903 年 经典条件反射

139 1905 年  E=mc 2

140 1905 年 光电效应

141 1905 年 狭义相对论

142 1908 年 内燃机

143 1910 年 水的氯化

144 1910 年 主序星

145 1911 年 原子核

146 1911 年 超导电性

147 1912 年 布拉格晶体衍射定律

148 1912 年 大陆漂移说

149 1913 年 玻尔原子模型

150 1915 年 广义相对论

151 1919 年 弦论

152 1920 年 氢键

153 1920 年 广播电台

154 1921 年 诺特的理想环理论

155 1921 年 爱因斯坦 — 伟大的启迪者

156 1924 年 德布罗意公式

157 1925 年 泡利不相容原理

158 1926 年 薛定谔的波动方程

159 1927 年 互补性原理

160 1927 年 食物网

161 1927 年 海森堡不确定性原理

162 1927 年 昆虫的舞蹈语言

163 1928 年 狄拉克方程

164 1928 年 青霉素

165 1929 年 哈勃宇宙膨胀定律

166 1931 年 哥德尔定理

167 1932 年 反物质

168 1932 年 中子

169 1933 年 暗物质

170 1933 年 聚乙烯

171 1933 年 中子星

172 1935 年  EPR 佯谬

173 1935 年 薛定谔的猫

174 1936 年 图灵机

175 1937 年 细胞呼吸

176 1937 年 超流体

177 1938 年 核磁共振

178 1941 年 掺杂硅

179 1942 年 来自原子核的能量

180 1945 年 “小男孩”原子弹

181 1945 年 铀浓缩

182 1946 年  ENIAC

183 1946 年 恒星核合成

184 1947 年 全息图

185 1947 年 光合作用

186 1947 年 晶体管

187 1948 年 信息论

188 1948 年 量子电动力学

189 1948 年 随机对照试验

190 1949 年 放射性碳测年法

191 1949 年 时间旅行

192 1950 年 弈棋机

193 1950 年 费米悖论

194 1951 年 海拉细胞

195 1952 年 元胞自动机

196 1952 年 米勒—尤列实验

197 1953 年  DNA 的结构

198 1955 年 原子钟

199 1955 年 避孕药

200 1955 年 安慰剂效应

201 1955 年 核糖体

202 1956 年 平行宇宙

203 1957 年 抗抑郁药物

204 1957 年 人造卫星

205 1958 年 分子生物学的中心法则

206 1958 年 集成电路

207 1959 年 抗体的结构

208 1960 年 激光

209 1961 年 破解蛋白质生物合成的遗传密码

210 1961 年 第一批宇航员

211 1961 年 绿色革命

212 1961 年 标准模型

213 1963 年 混沌与蝴蝶效应

214 1963 年 认知行为疗法

215 1964 年 大脑偏侧性

216 1964 年 夸克

217 1965 年 宇宙微波背景辐射

218 1966 年 动态随机存取存储器

219 1967 年 内共生学说

220 1967 年 心脏移植

221 1967 年 土星五号火箭

222 1969 年 阿帕网

223 1969 年 第一次登月

224 1972 年 基因工程

225 1975 年 费根鲍姆常数

226 1975 年 分形

227 1977 年 公钥密码学

228 1978 年 心智理论

229 1979 年 引力透镜

230 1980 年 宇宙暴胀

231 1981 年 量子计算机

232 1982 年 人工心脏

233 1983 年 表观遗传学

234 1983 年 聚合酶链式反应

235 1984 年 端粒酶

236 1984 年 万物理论

237 1987 年 线粒体夏娃

238 1990 年 生物域

239 1990 年 哈勃望远镜

240 1990 年 万维网

241 1994 年 全球定位系统（GPS）

242 1998 年 暗能量

243 1998 年 国际空间站

244 2003 年 人类基因组计划

245 2004 年 勇气号与机遇号在火星

246 2008 年 克隆人类

247 2009 年 大型强子对撞机

248 2016 年 基因治疗

249 2016 年 引力波

250 2017 年 证明开普勒猜想

“这是人类历史上最持久和最伟大的探索，这种探索是为了认识宇宙，了
解它从何而来，它是如何运行的。很难想象有这样的一小群居民，住在一个小星系中绕着一颗不起眼的恒星旋转的小小行星上，他们的目标却是希望完
全理解整个宇宙。这个小
小的生灵群落居然真的相
信他们能够完成这个庞大的使命。”——莫雷·盖尔曼
(Murray Gell-Mann)，摘
自约翰·博斯洛(John
Boslough)的《斯蒂芬·霍金的宇宙》(Stephen
Hawking's Universe，
1989)
   科学和数学的范围
   

今天，科学家和数学家无处不在，他们研究着各种各样高深的课题和基本定律，致力于了解自然、宇宙和各种现实事物的行为规律。物理学家在思
考多维空间、平行宇宙以及虫洞连接空间和时间不同区域的可能性。生物学家、医生和伦理学家在考虑器官移植、基因治疗和克隆生命，而DNA和人类基因组的研究则涉及了关于生命本身的基本秘密。
数学的有用性使我们能够建造宇宙飞船，探究宇宙的几何形状。有趣的是，基础物理学中的大量发现
也促成了一系列医疗工具的诞生，帮助人类减少痛苦并拯救生命(例如，X射线、超声波、磁共振成像
等)。     

科学家和数学家的发现往往导致新技术的产生，但它们也可能改变我们
的哲学和我们看待世界的
方式。例如，对许多科学
家来说，海森堡不确定性
原理意味着物理上的宇宙实际上并不以决定论的形
式存在，而是一种神秘的概率集合。对电磁学的理
解和进步，导致了无线电、电视和计算机的发明。对热力学的理解则导致了
汽车的发明。
   

正如你在阅读这本书时所看到的那样，科学和数学的精确范围一直没有被界定，也不容易被界定。我倾向于将这个范围划得更广泛一些，包括工程和应用物理学、天体物理学，甚至一些哲学的内容
。尽管范围划得如此之大
，但大多数科学领域都有一个共同的特点，即强烈依赖数学工具来帮助科学家理解、验证和预测自然世界。
   

阿尔伯特·爱因斯坦曾经说过：“这个世界最难理解的事情是它是可理解的。”事实上，我们似乎生活在一个可以用简洁的数学表达式和物理定律来描述或近似描述的宇宙中
。然而，除了发现这些自
然规律之外，科学家还经常深入研究一些人类从未考虑过的最深刻和令人难以置信的概念一从相对论和量子力学，到弦论和宇宙演化的大爆炸本质。量子力学给我们带来了观察世界的新视角。这个世界看来是如此古怪和违反直觉，以至于它引发了关于空间、时间、信息和因果问题的思考。尽管量子力学的理论似乎过于神秘，
但是这些研究也应用在许多领域，并衍生出各种技术，包括激光、晶体管、微芯片和磁共振成像。    

这本书也是为许多伟
大的科学和数学思想背后的人而写。例如，物理学
是现代科学的基础，它在
千百年内吸引了许多优秀的天才人物，包括一些世界上最伟大和最聪明的头脑，如艾萨克·牛顿、詹姆斯·克拉克·麦克斯韦、玛丽·居里、阿尔伯特·爱因斯坦、理查德·费曼和斯蒂芬·霍金等。这些人
帮助我们改变了思考宇宙的方式。在医学领域，安布鲁瓦兹-巴累和约瑟夫·
李斯特改变了我们处理伤口和疾病的方式。法国外科医生巴累(Pare 1510一1590)在手术中使用结扎止血，防止患者大量失血
；英国外科医生李斯特
(Lister，1822一1912)倡
导使用石碳酸(现在称为
苯酚)作为伤口和手术器械消毒的手段，大大减少
了术后感染。但在这些成就之外，对放射性进行了开创性研究的物理学家和化学家玛丽·居里夫人提醒我们关注科学中的冒险
，她说：“我是个认为科学有大美的人。当一个科学家在实验室里时，他不仅是一名技术人员，他还像一个孩子那样面对着奇妙的自然现象。这些现象像童话故事一样给他留下了深刻的印象……如果要说我身上最重要东西是什么，那肯定是冒险精神，它和人类的好奇心一样无坚不摧。”
   

欢迎阅读《科学之书》，它的选题范围从基础理论到重要实践，引人入胜且发人深思。在本书中我们将遇到神秘的暗能量
，也许有一天它会使星系分散，让宇宙在可怕的大撕裂中结束。我们还会看到开启了量子力学科学的黑体辐射定律、哥白尼日心宇宙学说、进化论、抗生素和元素周期表，还有
蒸汽机和麻醉术都会在这
本书中出现。我们将穿越时空，跨越年代，从发明青铜(约公元前3300年)、
铁的冶炼(约公元前1300
年)和罗马混凝土(约126
年)发展到第一次工业合
成当今世界上最常见的塑料一聚乙烯(1933年)。在生物学领域，我们将见证小麦的种植和动物的驯化
，我们还会探寻化石记录
、食物链和昆虫舞蹈语言
。
   

在一些读者看来，在
一本关于科学的书中看到
这么多数学条目似乎有点不寻常。确实，我是在有意地强调数学。毕竟，数学已经渗透到每个领域，
在生物学、物理学、化学
、经济学、社会学和工程
学方面都发挥着宝贵作用
。数学可以用来描述夕阳
色彩的分布，也可以用来
说明人类大脑的构

伊尚戈骨骸
   1960年，比利时地质学家和探险家让·德·海因策林·德·布劳克(Jean de Heinzelin de Braucort，1920—1998)在今天的刚果民主共和国境内发现了一些带有标记的狒狒骨骸——伊尚戈骨骸，上面有一系列的刻痕，最初被认为是石器时代的非洲人用来简单计数的一些骨棒。然而，根据一些科学家的说法，这些标记展现了远古人的一种远超计数本身的数学能力。
   

这些骨头是在尼罗河源头附近的伊尚戈(Ishango)发现的，那里是旧石器时代晚期远古人的家园，后来火山爆发将这一地区掩埋了。一些骨头上分别有3道刻痕和加倍的6道刻痕，4道刻痕和加倍的8道刻痕，以及10道刻痕和减半的5道刻痕。这可能意味着对加倍或减半的朴素理解。更令人惊讶的是，有的骨棒上刻痕的数目都是奇数(9，11，13，17，19和21)。还有一支骨棒甚至包含了10到20之间的质数，而每支骨棒上的刻痕总和为60或48，它们都是12的倍数。    

在伊尚戈骨骸之前，已经发现过一些骨头上存在的数字刻痕。例如，在斯威±兰发现的列朋波骨骸(Lebormbo Bone)是一根3_7万年前的狒狒腓骨，有29道刻痕。在捷克斯洛伐克也发现过一根3.2万年前的野狼胫骨，上面有分为5组共57道刻痕。有人甚至大胆推测伊尚戈骨骸上的标记是石器时代的一位妇女在记录她的月经周期，进而提出了“月经创造了数学”的口号。即使伊尚戈骨骸只是一个简单的计数工具，这些数字符号似乎也标志着我们脱离了动物界，走出了符号数学的第一步。看来伊尚戈骨骸谜团的完全解读，还有待于其他类似的骨骸发现之后才有可能。
   

小麦：生命的主粮
   小麦是最早被种植并大量储藏的谷物之一，它让人类从狩猎采集时代进入了农耕时代，并协助人类建立起城邦国家，进而发展成巴比伦和亚述帝国。小麦最初是中东肥沃的新月地带和亚洲西南部的野生植物。人们根据考古学证据追溯小麦的起源，发现它原本只是野草，比如野生二粒小麦(Triticum dicoccum)，在公元前1.1万年，人们在伊拉克采集它作为食物；还有单粒小麦(T.monococcum)，它于公元前7800一公元前7500年生长在叙利亚地区。在公元前5000年之前，人们就已经在埃及的尼罗河谷种植了小麦，据《圣经·旧约》，约瑟夫于公元前1800年在这里监督小麦的储藏。
   

小麦是天然杂交种，源于各种谷物的异花授粉。在数千年的时光里，农民和培育者们将谷物交又杂交，以最大限度地提升他们认为最可取的品质。在19世纪，各种性状优异的单基因品系被筛选培植出来。随着孟德尔遗传定律渐渐被人理解，两个品系被杂交繁育，其后代同系交配10个世代以上，以获得某些特性并使其最大化提升。20世纪见证了杂种谷物的发展和培植，它们都是基于各种理想的性状被挑选出来，这些性状包括大穗、短茎、耐寒、抗虫以及对真菌、细菌和病毒的抗性。
   

在最近数十年中，细菌被用来传递基因信息，以培植转基因小麦。人们研发这样的转基因作物(GMC)，以获得更大的收成、降低对氮的需求，并产生更多的营养价值。2012年，面包小麦的全基因组测序完成，人们发现其含有超过96000个基因。这标志着人们在生产改良基因小麦的过程中又迈出了重要的一步，从此，特定的优良性状可被嵌入小麦染色体特定基因位点之中。
   

如同水稻是亚洲膳食的主要成分一样，小麦在欧洲、北美和西亚也牢牢占据了主粮的地位。小麦是世界上最多人食用的粮食，世界小麦贸易量也大过于所有其他谷物贸易量的总和。
   农业
   人类初始只是狩猎采集的小团体，四处寻觅浆果和其他可食用植物，而后，农业作为一种应用生物学渐渐发展成了培植和耕作庄稼。这种积极主动的行为出现在不同时代与不同区域，并依据环境条件发展出各种规模：考古证据表明，农业的起源时间可追溯至1.45万～1.2万年前的冰河时代末期。伴随着远古文明的兴起，农业最早的兴旺出现在各大河流的河谷中，每年的洪水不仅为这些河谷带来了水分，还长期提供一种天然肥料——淤泥。许多农业发源地都是这样的河谷，其中包括位于美索不达米亚的底格里斯河与幼发拉底河之间的新月沃地以及埃及的尼罗河谷，还有印度的印度河流域、中国的黄河流域等。
   

对于人类实行农业并得到不同成果的现象，有这样的解释：有些专家坚称农业的产生是因为人口数量始终在迅速增长，食物采集或狩猎已不能满足人们对食物的需求，当时的人类想要有计划地满足不断增长的食物需求；另一种相反观点是，农业也许并不是应粮食短缺而生，而是因为农业形成了稳定的食物来源之后，导致了一定区域内的人口显著增长。双方都可以列出证据以支持自己的观点。比如在美洲，耕作开始发展之后，村庄才开始四处涌现；而在欧洲的村庄和城镇则是在农业发展之前或同时出现。
  

农业的发达不仅有赖于任性的大自然为之提供良好的气候条件，还要取决于早期农民的各种能力——灌溉、轮作、施肥以及育种(有意识地选择培植那些性状更优良的植物)。用来获得野生食物的简陋工具被替换成了那些用于农业生产的工具

皮寇弗关注着我们已知现实以外的领域。

——《纽约时报》（The New York Times）

克利福德·皮寇弗是我们这个时代最有趣、最发人深省的作家之一。

——知名主编迈克尔·舍默（Michael Shermer）