1.1 从原始文明到农业文明的进化

有人说过，人类是可以制造和使用工具的高等动物，由此可以看出，人类和其他动物的最大区别就在于创造和使用工具。几百万年前，古人类自从选择了直立行走，就与其他动物走上了不同的道路，如图1-1所示。

对于火的创造性使用彻底改变了人类的生活方式；之后，生产材料和生产技术的不断创新，使用石材、青铜、铁来制造工具改变了人类的生产方式。可以说，早期人类的创新集中在各种工具的发明和使用上，人类进化过程阶段如图1-2所示。

1.1.1 文明之“火”

在人类进化的漫长时间里，人类既不会利用自然火，也不会生火。远古人类同动物一样，过着茹毛饮血的生活。他们在山林间穿行，食生肉，饮生水，靠动物的皮毛保暖。那么是什么促使人类想要掌握火种的呢？当时的情景也许是这样的。

秋日的天气十分干燥，午后的阳光如同夏天一样强烈，森林中干枯的落叶耐不住高温自燃起来，火苗顺着干燥的落叶瞬间吞噬了整个森林，森林中躲闪不及的飞禽走兽葬身火海。远古人类目睹了这一切，在他们眼中火就像一只饥饿的猛兽一样，贪婪地吞噬着一切生灵，所到之处哀鸿遍野，所有的东西变成焦炭，之后，远古人类进入森林寻找食物。经过火烧之后，那些飞禽走兽的脂肪变成芳香类物质飘散开来，使森林中除了焦炭的味道还若有若无地存在一股食物的飘香。远古人类循着味道找到被烧死的飞禽走兽，大为惊喜，因为大火不仅使他们省掉力气捕猎食物，还使食物变得更加可口。

远古人类对火的感情是复杂的：一方面希望出现火；另一方面又畏惧火。希望出现火是因为大火过后森林中有大量美味的食物，靠近火源时会感受到温暖；畏惧火是因为大火蔓延时的肆虐狂暴，生灵涂炭。随着远古人类越来越深入地认识自然，他们发现火并不是可怕的猛兽，而是和大雨一样会不时出现的现象，所以为了得到美味可口的食物，或是出于对温暖的渴求，远古人类克服了对于火的恐惧，想要控制火的想法也逐渐出现在远古人类的大脑中。于是在某次山火肆虐过后，有人创造性地将并未熄灭的火堆保留了下来，并且为了不让火熄灭，部落里分配人专门照看火种，及时添加柴火。火种如图1-3所示。

想要确切地知道人类从何时开始利用火已经是不大可能的事情了，但考古发现，很早以前的远古人类就已经开始利用火了。目前，在我国发现的最早的人类使用火的证据是在距今约170万年前的云南元谋人遗址地层中发现了炭屑和烧过的骨头。不仅在我国，在欧洲早期旧石器文化遗址中也有使用火的证据。

在能够生火之前，远古人类只能依靠自然火灾保存火种。通过这种方法使用火是很困难的：一是保存困难，一阵风就可能将来之不易的火种吹灭，抑或照看火种的人打个盹的工夫火种就熄灭了，火种一旦熄灭就只能等下次自然火灾的出现；二是使用火的地点有限，只能在远古人类的洞穴附近，而遇到重大灾害需要改变住处的时候就只能将火种遗弃。种种不便使远古人类萌生了造火的想法。通过不断观察，他们发现高温可以生火，于是人类的发展又向前跨出了一大步。目前，关于远古人类如何取火的方式，广泛认可的方式有两种：敲击燧石取火和钻木取火。《韩非子·五蠹》记载：“上古之世，人民少而禽兽众……有圣人作，钻燧取火，以化腥燥；而民说（通‘悦’）之，使王天下，号之曰‘燧人氏’。”自从发明了人工取火、掌握火的使用后，人类的发展就开启了一个新的篇章。

火：人类智慧产生的原动力

火的创造性使用提高了人类获取营养的手段。远古时期，在人类还不会使用火的时候，人类如动物一样吃生肉，然而吃生肉不易消化，获得的能量也是有限的。为了获取足够的蛋白质、脂肪和热量，远古人类每天不得不花费大量的时间采集和摄取食物。但是火的出现，改变了人类的饮食习惯。长期食用熟食，促进了人类的进化，因为熟食容易被消化和吸收，可以增加营养，进一步促进人体大脑的发育。与人体的其他器官相比，人脑的能耗是最高的，大约占身体总能量消耗的20%。曾有人研究过其他灵长类动物的新陈代谢，发现它们生吃食物转化的能量不足以支持特别高耗能的器官。饮食习惯的改变，使人类获取的能量增加，在漫长的进化过程中，人类的脑容量增加，并且通过火加热食物，可以杀死食物中的致病菌，减少疾病，大大提高了人类的存活率和寿命。另外，火的使用还扩大了食物的来源和种类，可以烹饪较难消化的食物。

火：人类生存的保障

远古人类风餐露宿、居无定所，为了找到避风挡雨的山洞，需要与野兽竞争。即使找到合适的山洞，为了保障自身的安全，也需要抵御野兽的侵袭。山洞中阴冷潮湿，为了获得更加舒适的生活空间，需要使山洞变得干燥温暖。人类掌握生火技能后，使他们的居住条件改善了很多，也使他们的生存环境更加安全。群居的原始人类在山洞口架起熊熊燃烧的火堆，除了可以烹饪熟食，还可以取暖、照明以及抵御野兽的侵袭。火使人类增强了抵御严寒的能力，扩大了人类的活动范围，使人类不再受气候和地域的限制，能够在寒冷的地区生活，提高了人类的生存率。远古人类对于黑暗的恐惧也因为火的出现而减弱。另外，火还是原始人狩猎的重要手段之一，其他动物并不像人类一样会利用火，野兽对火有一种天然的恐惧，所以原始人类用火驱赶、围歼野兽，一方面保障自己的安全，另一方面提高狩猎效率，解放生产力。可以说，火为人类的生存筑起了一道安全之墙，大大提高了人类的安全保障。

火：人类进步的助推器

人工取火的发明标志着人类终于掌握了驾驭火的能力。人类对火的使用从最初的烹饪食物、取暖和照明，逐渐发展到生产上。

火促进了农业的发展，人类利用火开创了原始的农业生产方式——“刀耕火种”，即先用石斧（后来用铁斧）将树木杂草的枯根朽茎砍倒，待晒干后焚草为肥，再在清理过的土地上进行耕种，以提升种植的产量。

火促进了原始手工业的发展。在使用火的过程中，人类发现可以利用火生产工具。狩猎用的工具，如弓箭、木矛等经过火烤矫正，制作过程难度降低，能得到更加复杂的形状，并且经过火烧后的木材在表面上会形成一层十分稳定的碳，使木材不容易腐烂，延长了工具的保存时间，促进了工具性能的改进。工具生产效率和性能的提升，促进了人类狩猎和耕种的效率提升，有助于人类的分工合作。

随着人类越来越多地使用火，人类逐渐学会利用火烧制陶器。考古发现，我国陶器的发明和使用已经有上万年的历史。在多处新石器时代的遗址中都发现了大量的陶器。最初人们可能是在平地上堆放柴草，将陶器坯体放在其中烧，由于这种开放式的烘烧温度较低，烧制的陶器成品率低、质量差。后来人们发明了窑炉，入窑坯烧是制陶器的关键，窑炉大大提高了烧制温度，烧制温度一般为1000℃～1200℃，为此后陶器和瓷器的发展奠定了基础。

在长期使用火的实践过程中，人类发现了冶炼矿石的方法，逐渐发明了金属冶炼方法，为青铜器的出现奠定了基础。而青铜器的出现结束了人类长达几十万年的石器时代，开创了青铜器时代，为后期人类进一步解放生产力提供了条件。

恩格斯曾说：“就世界性的解放作用而言，摩擦生火还是超过了蒸汽机，因为摩擦生火第一次使人支配了一种自然力，从而最终把人和动物界分开。”纵观人类文明发展的历史，从来没有一项发明能像火这样影响巨大、深远。人类认识、使用和掌握火，是人类认识自然并利用自然来改善生产和生活的第一次实践。自从人工取火的创新后，人类文明的每次进步，火的作用和影响都不容忽视。

1.1.2 工具的进化从石器、青铜器到铁器

材料是人类文明的物质基础，人类文明的每次发展都伴随着使用材料的巨大进步。据此，人类历史的发展时期可以分为石器时代、青铜器时代、铁器时代和新材料时代。人类从开始学会使用工具，历经了几十万年的石器时代，直到青铜器时代的到来，人类使用的材料才进入一个快速发展的时期，石器时代如图1-4所示。

石器时代

从世界范围看，人类开始制造工具大约是在300万年前。最早的工具大概没有什么标准，一物可以多用。在坦桑尼亚奥都威峡谷发现的最早石制工具大约距今200万年，其典型的石器是用砾石打制的砍砸器。

在旧石器时代，制作石器最原始的办法是敲击或碰击一块石头使之形成刃口，即成石器。打制切割用的带有薄刃的石器有一定的方法和步骤：先从石块上打下所需要的石片，再把打下的石片修整成石器。初期，石器是用石锤敲击修整的，边缘不太平齐；到了中期，使用木棒或骨棒修整，边缘比较平整了；到了后期，修整技术进一步提高，创造了压制法。压制的工具主要是骨、角或硬木。用压制法修整出来的石器已经比较精细。

到新石器时代，石器制造技术有了很大进步。首先，对石料的选择、切割、磨制、钻孔、雕刻等工序已有一定的要求。选定石料后，先打制成石器的雏形，然后把刃部或整个表面放在砺石上加水和沙子磨光，这就成了磨制石器。

穿孔技术的发明是石器制作技术上的又一个发明创造，它基本上可分为钻穿、管穿和琢穿三种。钻穿是用一端削尖的坚硬木棒，或在木棒一端装上石制的钻头，在要穿孔的地方先加些潮湿的沙子，再用手掌或弓弦来转动木棒钻孔；管穿是用削尖了边缘的细竹管来穿孔，具体方法与钻穿相同；琢穿即用敲琢器在大件石器上直接琢成大孔。穿孔的目的在于制成复合工具，使石制的工具能比较牢固地捆缚在木柄上，便于使用和携带，以提高劳动效率。

原始社会时期，生产工具的改进增强了人们与自然界做斗争的能力，社会生产和生活的天地变得日益广阔起来。但由于当时人们所能支配的物质只不过是石、木、骨、角、利用天然纤维简单加工而成的绳索等，这就限制了工具的创造和发展。

青铜器时代

随着时代的演进，农业和家庭手工业不断发展，不仅对石器的需求量增加，而且对石器的质地要求也更高，因此采矿业就发展起来了。人类在长期使用火的过程中发现，石块在火中灼烧之后容易裂开，于是在采石中遇到比较大的石块时，人们会架起火堆通过火烧使石块自然分裂。在这个过程中，人类逐渐掌握了用火冶炼矿石的经验。远古人类在烧制石器的过程中发现，某些矿石可以被熔化，而熔化冷却后凝结的块状物体硬度较高，经过再次加热之后还能熔化再凝结。经过一次次的实践，远古人类发现了冶炼铜矿、制造青铜器的方法，揭开了青铜器时代的序幕。

青铜器是一种世界性的文明象征，青铜器的发明是人类文明史上的一大奇迹。世界上的不同地区进入青铜器时代的时间有很大差异，中国和希腊开始于大约公元前3000年，不列颠晚至公元前1900年，而两河流域和埃及在公元前3000年已进入青铜文明鼎盛期。在其他几个文明地区，最初发现的是纯铜，也称红铜，由于硬度较低，不太适合制作生产工具。后来人们发现在冶炼时加入其他矿石后，会得到硬度较高的合金，即青铜。青铜较红铜有很大的优越性，用青铜制造的刀要比用红铜制成的刀锋利得多，并且青铜的熔点比红铜的熔点更低，青铜熔液的流动性更好，也就是说青铜具有更好的冶炼性能。

虽然我国进入青铜器时代的时间不是世界上最早的，但中国的青铜器在世界上享有盛誉，无论是制作技艺还是艺术价值都是无可比拟的，它显示了中国在先秦时期高超的技艺和文化水平。在我国先秦古籍《周礼•考工记》中记载了“六齐”规则，即冶炼青铜的六种配方：“金有六齐，六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。”当时的人们已经认识到青铜的成分与性能的关系。1939年，考古学家在安阳市武官村发掘出土了一个殷代的庞然大物——后母戊大方鼎，如图1-5所示。后母戊大方鼎是目前世界上出土的最大的青铜器，重达832.84千克，需要12个强壮的成年男子才能抬起来，可见当时铸造之不易。1965年在湖北江陵出土的越王勾践剑，如图1-6所示，是春秋晚期越国的青铜器，剑身上因镀有一层纳米晶铬而千年不锈，剑刃至今还十分锋利，被称为“天下第一剑”，可见当时青铜制作技术的精湛。湖北随州出土的曾侯乙编钟，如图1-7所示，重达2567千克，其音域之宽广堪与现代乐器媲美，跨5个八度，比现代钢琴只少1个八度。

青铜器的发展极大地改变了人类的生活面貌。青铜器是人类社会生活中广泛使用的第一种金属制品，用青铜器制成的各种生产工具、生活用具和武器大大促进了生产力的发展，提高了物质文明，推动了社会的进步，促进了氏族社会的瓦解和奴隶社会的诞生。在美索不达米亚地区出土的青铜镰刀和镶嵌着青铜的犁，说明了青铜工具在农业生产领域的应用。这些农耕技术广泛传播到欧洲、埃及等地，牛拉耕犁的使用进一步提高了农业生产的效率。在我国的考古发掘中也发现了一些铜制的生产工具。中国古代之所以能够比欧洲早几千年出现封建社会，其中一个很重要的原因就是中国古代社会生产力很早就得到了很好的发展，而这与当时中国的冶炼技术的高度发展密切相关。中国在春秋晚期已经发明了生铁冶炼铸造技术，比欧洲早1900年。

青铜器的铸造不是一件轻而易举的事，有一整套科学的冶铸技术，包括采矿、熔炼、制模、翻范、配料、抛光等。青铜铸造业的出现在科技史上具有里程碑式的意义。随着青铜冶炼技术的发展，在青铜器时代，除了铜、锡外，人类还掌握了铅、金、银、汞的冶炼方法。这些有色金属的开发和利用使古代的青铜文化更显得丰富多彩，同时也奠定了金属冶炼的基础，为铁的冶炼发展奠定了基础。

铁器时代

青铜器时代，人类冶炼青铜的温度为800℃左右，这也是当时人类所能制造出来的极限温度，但是铁的熔点在1500℃左右，所以当时的人类不可能冶炼铁。但是在土耳其却发现了距今4500年的铜柄铁刃匕首。研究发现，这个匕首是由当时的赫梯帝国制造的。在我国也发现了商朝的铁刃铜钺，但当时人类还处于青铜器时代，并不具有冶炼铁的技术。

根据检测发现，这些铁中含有镍、钴和硫元素。进一步研究发现，这些铁属于陨铁。当陨石穿过地球大气层时，与大气层摩擦产生大量的热，达到冶炼铁的温度，陨石经过燃烧后留下来的就是直接可以使用的铁合金。不仅仅是现在的研究，当时的文字记载也同样证明古代的铁来自陨石：古代苏美尔人把铁称为“天上的铜”；赫梯人的楔形文字也记载了铁来源于天上；埃及也有文字记载在建造金字塔的时候用到了“天上的石头”；在西亚的一些民族中还流传着一个传说：铁既然是从天上掉下来的，那么天空肯定是一个大铁盘。

由于当时获取铁全凭运气，所以铁在当时极为罕见，一部分被用来为贵族制作饰物，另一部分则被用来制造武器。据记载，埃及国王向赫梯国王写信想要一把铁匕首，赫梯国王回信说要用黄金来换，可见铁在当时是多么珍贵。

由于铁合金的硬度要远远大于铜合金，而且韧性也比铜合金要好，所以拥有炼铁这种高科技的赫梯帝国在当时的实力是十分强大的。文字记载：赫梯民族是一个十分好战的民族，当时他们主要的武器就是铁制斧头、短剑和弓箭，与其他国家的青铜制武器相比，优势是很明显的，当时赫梯帝国的军队人数最多达到30万。赫梯帝国作战的主要方式是身披铁甲的马拉战车扫荡战场，战车所过之处战无不胜、所向披靡，让当时的古埃及王国苦不堪言。

当时赫梯国王把炼铁技术视为珍宝，命令他的国民不准将炼铁技术传到国外，所以炼铁技术并没有迅速发展起来，直到赫梯帝国灭亡，炼铁工匠散落到世界各地，炼铁技术才传播到世界的其他地方。我国铁器的大规模应用出现在春秋战国时期，《管子·轻重乙》曰：“一农之事必有一耜、一铫、一镰、一鎒、一椎、一铚，然后成为农。一车必有一斤、一锯、一釭、一钻、一凿、一銶、一轲，然后成为车。一女必有一刀、一锥、一箴、一鉥，然后成为女。”

齐国在春秋时期国力强盛，为第一霸主，与其发展冶铁技术是密不可分的。《管子·地数》曰：“山上有赭者，其下有铁。山上有铅者，其下有银。”可见管仲对于铁矿已经有了细致的观察。《管子》中有：“商山铁褐，下有铁，取而鼓之，国之基。”章鸿钊的《石雅》篇记载：“籍盐铁之利以至富强。”可见当时管仲已经认识到了炼铁技术对于齐国发展的重要性。郭沫若先生也曾说过：“齐桓公之所以能够划时代地成为五霸之首，在这儿可以找出它的物质根据。煮海为盐积累了资金，铸铁为耕具提高了农业生产。”

铁器的使用使农业快速发展，人们使用锋利的铁器砍伐森林、开垦土地，与之前使用的石制、木制和少量青铜制的工具相比，大大提高了效率，为人们提供了大量的粮食。农业的发展进一步促进了手工业和科技的发展，极大地推动了人类文明的发展。

通过创新，人类在渔猎和农耕时代站稳了脚跟，创造性地使用工具是人类在与大自然的竞争中得到的智慧。