第九章 艾萨克·牛顿——理性时代的开拓者
正是牛顿的贡献，为后来的工业革命奠定了科学基础。
第一节 从故乡到剑桥
17世纪英国的大众教育已经相当普及，正是靠普及教育，使得英国后来人才辈出。
如何教育出有创造力的学生，一个大家都认可的原则就是要帮助学生找到自己感兴趣的课题。
和一般大学生习惯于接受书本知识不同，牛顿从来不轻信书本上的结论，他总是需要用实验和数学计算验证前人的看法，得出自己的结果。
第二节 万有引力定律的发现和微积分的发明
与其他物理学家不同，牛顿认识物体之间相互的引力不是根据天文现象猜测到的，而是从他自己建立的经典力学理论推导出来的。
布莱尼对微积分最大的贡献在于他使用了一整套完整的数学符号，而不是微积分本身。
微积分只是牛顿在研究物理的过程中发明的数学工具
柯西的微积分建立在公理化的体系下，最为完备和严密。
牛顿、莱布尼茨和柯西是对微积分贡献最大的三位数学大师。
第三节 站在巨人的肩上
牛顿的贡献不仅仅在于一项孤立的发现和发明，而在于他的工作几乎为所有这些相关学科奠定了理论基础。由他确立的科学体系包括：
- 以微积分为基础的高等数学
- 以牛顿三定律为主线建立的经典力学
- 以光子说为基础的光学
- 以万有引力为基础的天文学
3.1 数学
笛卡尔在解析几何上开了头，而牛顿站在笛卡尔的肩上完成了整个体系的构建。微积分、解析几何和后来的线性代数，是整个高等数学的基础。
3.2 光学
中国明末的科学家方以智（1611-1671）在《物理小识》中综合前人研究的成果，对色散现象作了总结。
这也反映出中国古代的物理学知识大都是零散、经验性的知识，缺乏定量分析。
牛顿利用凹面镜反射的原理设计了放大镜，避免了光的散射问题。
在牛顿及其之后的时代，人类开始有意识地利用科学知识指导实践。
3.3 力学
牛顿是经典力学的奠基人，他的力学三定律是整个力学的基础。
牛顿为后人示范了一个自然科学的研究方法，即自然科学的结论能够证实或证伪，如果不能证实或者证伪则不属于自然科学的范畴。
3.4 天文学
万有引力定律将地球上和天上的物质的运动规律和相互作用统一起来，实现了划时代的重大突破。
第四节 生活中的牛顿
牛顿对政治和管理工作的兴趣不亚于学术。
第五节 科学与伪科学之间
牛顿留下多达百万字的手稿中有不少内容是没有什么意义的炼金术和神学。
在科学研究上，正确的方法比正确的结论更重要。
第六节 遗产
牛顿奠定了近代科学的基础，并确立了唯物论的物质基础。
牛顿是个划时代的人物，《原理》一书的发表标志着人类从此进入理性时代。
在科学方法上，牛顿强调一切从实验和现象出发，并把实验和数学推理相结合作为治学之道，巧妙地运用归纳法和演绎法，得到科学的结论。
牛顿在在处理数学与自然科学的关系上，致力于数学与自然科学的相互印证、渗透和补充。
大航海时代的地理大发现导致了英国资本主义萌芽和发展，机械的发展，冶金的发展，航海的需求，工程和测绘的发展，都是牛顿对力学、天文学、几何学和潮汐现象研究的背景。
第十章 荷英时代——为什么英、荷统治世界
第一节 罗卡角的夕阳——葡、西的殖民时代
与整个殖民时期欧洲人通过创造而获得的总财富相比，掠夺来的财富只占非常非常小的比例。
葡萄牙绝大部分的财富来源于东西之间贸易带来的暴利。
西班牙主要的财富来源是美洲开金银矿和来自荷兰地区的税收，而不是来自贸易的利润。
西班牙和葡萄牙习惯了高价从外国购买商品，国内的工商业反而极度萎缩。
第二节 海上马车夫——荷兰的崛起
荷兰人利用他们的渔船给欧洲其他地区运输货物。
荷兰是世界上第一个资本主义国家。
东印度公司面向全社会发股票融资，是现代公司的始祖。
信托责任（法律责任、道德责任、专业知识）不仅是现代管理的基础，也是现代商业的支柱。
阿姆斯特丹银行立法规定，任何人不得以任何借口干涉银行的商业自由。
在公司成立的头十年里，东印度公司没有派发股息，而是将全部的利润投入到扩大对外贸易和修建基础设施上，
真理：一个维护少数人富裕的国家，虽然可以强大一时，但是很难持久。
荷兰人发明了一种新的资本运作体制——他们于1609年在阿姆斯特丹建立了世界上第一个股票交易所。
荷兰人创造了现代经济制度。
在17和18世纪里，人口不到三百万的荷兰，其贸易额居然占据了全球贸易额的一半。
在荷兰诞生了一个信守信托责任的专业管理阶层，这些专业人士使得工商业摆脱了古代和中世纪缺乏规范性的状态，变得井井有条。
第三节 从重商主义到自由贸易——英国的崛起
伊丽莎白一世对商业和议会采取了开明的政策，最重要的是，英国从那时开始了影响它后世几百年的国策——重商主义。
光荣革命之后，英国从一个旧式的封建王国变成了一个君主立宪制的现代国家。
英国和荷兰主要是经营而非掠夺，更多地从事生产而不是直接开采贵重金属，因此发展是可持续性的。
亚当·史密斯可以算世界经济学史上最有名的经济学家了，他的巨著《国富论》可谓是经济学界的《自然哲学的数学原理》。
亚当·史密斯重要观点摘要：
- 人的社会活动尤其是经济活动是以谋求个人的利益为目的。
- 在市场经济中，供求规律会创造出最高效的资源分配模式，并朝着有利于市场经济的方向发展，创造出越来越高的生产力。
- 分工协助对提高劳动生产率的有着非常高的重要性
- 财富是劳动创造出来的。
如果说荷兰人奠定了现代的商业基础，那么英国人则确定了现代经济和商业的游戏规则。
第四节 工业革命
欧洲各国工业革命都是从纺织业开始的，1800年，英国棉纺业基本上实现了机械化。
英国建立了一整套将发明转换为生产力的机制，而且有一个崇尚科学技术的社会大环境。英国是最早实行专利法的国家。
英国对发明的保护和奖励，在全社会引发了一种对新发明和发明家狂热的崇拜。
工业革命之前，科技进步大抵遵循这样一个过程：从劳动中获得经验，根据经验改进工具、发明创造，再根据发明创造提炼出技术，最后从技术里总结出科学的原理，这个过程非常漫长，而且通常要走很多弯路才能找到真正解决问题的方法。
瓦特系统地学习了数学、力学、化学和热力学，做了很多实验，并且仔细计算过热能转换为机械能效率的问题。
1851年，英国在伦敦举办了第一届世界博览会，这届博览会向全世界宣告了英国黄金时代的到来。
结束语
对经济活动，英国人通将原来需要通过权力来管理和经营的工商业变成了市场经济，让从业者自由竞争，通过看不见的手来调节。
第十一章 谈出来的国家——美国的建国过程
华盛顿等人不仅创造了一种新型的国家——它的权利由民众共享，内部各个原先的殖民地（后来的州）高度自治，而且开创了以和平方式而不是武力协调各个地区、各个利益集团之间的权益，然后在此基础上建立共和国的先河。
第一节 本杰明·富兰克林
1.1 童年
富兰克林幼年养成了爱好读书的习惯让他受用终身。
1.2 社会责任
富兰克林建议大家把各自的藏书拿出来免费分享，后来在此基础上建立了费城第一个公共图书馆。
富兰克林还为社会做了许多事：
- 建立消防队
富兰克林在1736年组建了北美第一支消防队，队员全是志愿者。
- 创办大学
1743年，开始筹建“青年教育学院”，八年后学院成立，是宾西法利亚大学前身。
- 1851年,在费城建起了美国第一家医院——宾夕法尼亚医院建立医院。
1.3 科学家
富兰克林在科学上最重要的贡献是证明了雷电和电是一回事，发现了电荷守恒定律，并且发明了避雷针。
富兰克林的主要发现包括：
- 电是单向流动的，并且提出了电流的概念；
- 合理地解释了摩擦生电的现象；
- 提出能量守恒定律
- 定义了我们今天所说的正电和负电
1.4 政治家和外交家
1766年2月13日，富兰克林到英国的下议院陈述废除《印花税法案》的理由，他成为了北美殖民地人民心目中的英雄。
1787年，富兰克林参加了制宪会议，并且成为宪法起草小组的实际负责人。
富兰克林的一生诠释了什么是美国梦。
第二节 托马斯·杰佛逊
2.1 年轻有为
美国的《独立宣言》被誉为人类历史上第一份人权宣言，而它最重要的起草者是托马斯·杰佛逊（1743-1826）。
约翰·洛克认为政府和人民之间是一种契约关系，人民承诺纳税来维持政府，而政府承诺保护人民的利益。
2.2 政治家的杰佛逊
富兰克林一直是英国人争取的对象，而杰佛逊则是英国政府宣布的叛徒。
1800年，杰佛逊当选为美国第三任总统
2.3 最聪明的总统
杰佛逊不仅是杰出的政治家，还是科学家、发明家和建筑师。在众多美国国父和历届美国总统中，杰佛逊被公认为智慧最高而且多才多艺。
第三节 乔治·华盛顿
华盛顿21岁那年成为英国在北美军队的一名军官。
1776年，北美独立战争打响。
1788年的立宪会议上，华盛顿被全票推选为新成立的美利坚合众国首任总统。
华盛顿有极高的道德品质，坚毅而自律，并且时刻约束自己的行为。
第四节 从大陆会议到独立
从北美十三个殖民地建立的过程来看，它们起初都不是王室将土地分封给臣民的，而是移民们自己开拓出来的。
1763年，英国把常备军派到北美殖民地，却要求殖民地提供给养；同时第一次向殖民地征收直接税。
费城为了纪念1776年这个历史性的年份，把费城的职业篮球队起名为“76人”队。
在战争中，美国之所以能打败强大的英国，取得独立战争的胜利，很大程度上是靠西班牙、荷兰特别是法国的帮助。
1783年，英美两国在巴黎签署了和平协议，北美十三个殖民地从此正式独立。
第五节 谈出来的国家
美国宪法赋予民众的权利非常大。
美国通过立宪成为近代第一个共和体质的国家，并且将很多民主思想付诸行动。
结束语
美国的立国，是人类历史上第一次通过协商而非武力解决纠纷，从而达成一致，最终建立起一个多民族统一的国家。
第十二章 科学时代——从笛卡尔到达尔文
第一节 笛卡尔和方法论
笛卡尔强调感知的重要性，按照感知的方式，把人的认知分为三类：
- 第一类是生来就有的观念；
- 第二类是从外界学来的观念；
- 第三类是自己创造的观念。
笛卡尔系统地阐述了科学的研究方法，他指出，研究问题的方法分四个步骤：
- 不盲从，不接受任何自己不清楚的真理。
- 对复杂的问题，尽量分解为多个简单的小问题来研究，一个一个地分开解决；
- 解决这些小问题时，应该按照先易后难的次序，逐步解决；
- 解决每个小问题之后，再综合起来。看看能否彻底解决原来的问题。
笛卡尔将科学发展的规律总结为：
- 首先提出问题；
- 然后进行实验；
- 从实验中得到结论和解释；
- 将结论推广并且普遍化；
- 在实践中找出新的问题，如此循环往复。
第二节 从炼金术到化学
炼金术约有2500~3000年的历史，而且横跨了诸多文明。
在从炼金术到化学的转变过程中，科学的方法起了关键作用。
首先他们对自己做过的实验都有详细的实验记录。
另一个贡献，就是定量分析这种实验的结果，量杯、天平、比重计和各种简单的测量工具被用于他们的实验。
定量分析带来的另一个结果就是，在科学上从尊重权威变成尊重事实。
拉瓦锡的主要贡献之一是发现了氧气，并且提出了氧气助燃的学说。
拉瓦锡的另一项重要贡献在于通过实验证实了在科学史上极其重要的质量守恒定律。
拉瓦锡等人指出每种物质必须有一个固定名称，单质命名尽可能表示其特性，而化合物的命名要尽可能反映出其组成成分。
1789年拉瓦锡发表了《化学基础论》，定义了“元素”的概念。
今天全世界都采用法国人发明的公制，而它的奠定者就是拉瓦锡等科学家。
第三节 焦耳
英国的啤酒商詹姆斯·焦耳发现能量转换和守恒定律。
1840年~1843年，焦耳对电流转换成热量进行大量的实验和研究，得出了焦耳定律公式。
Q=I²Rt
焦耳的另一大贡献是确立了分子运动论，他用分子运动的理论解释气体受热后压强增大的原因。
在焦耳之后，所有的科学家都懂得在实验开始前设置基准（baseline）的重要性。所有的新实验都是在和基准做比较。
第四节 分析与综合——生物学大发现
1665年，胡可用自制的显微镜观察软木塞的薄片，观察到软木细胞（小格子）
真正完善细胞学说的是两位经常交流的德国科学家施莱登和施旺。
在科学方法上，细胞学说的意义在于人们懂得了要了解一个整体，需要将它先分解成部分进行研究，然后再从对局部的认识上升到对总体的认识。
细胞学说直接为19世纪的另一项重大发现——达尔文的进化论，打下了基础。
在《物种起源》中，达尔文提出了完整的进化论思想，说明物种是在不断的变化之中，是由低级到高级、由简单到复杂的演变过程。
达尔文在第二部著作《动物和植物在家养下的变异》对进化的原因进行了合理的解释：
- 过度繁殖
- 生存竞争
- 遗传变异
- 适者生存
《物种起源》的问世，第一次把生物学完全建立在科学的基础上，以全新的生物进化思想，推翻了神创论和物种不变的理论。
第五节 证实与证伪
在广义上，只要能够用科学的方法证实和证伪的，都可以成为科学。
科学可以包括五大分支：
- 形式科学（formal science），包括数学、逻辑学、计算机科学等；
- 物理科学（physical science），包括物理学、化学等；
- 生命科学（life science），包括生物学、医学；
- 地球和空间科学（earth and space science），包括天文地理等；
- 社会科学（social science），包括哲学等。
任何科学的结论至少在理论上要存在一种观测的方法，来表明这个结论不总是真的。不能提供这种验证方法的学说就不是科学的。
科学不仅要找到正确的结论，而且得到这个结论的过程必须遵循科学的方法。
伪科学除了禁不住科学的检验，常常还具有如下特征：
- 没有实验根据的断言；
- 证据和结论之间不符合逻辑；
- 不能根据其理论设计具有可证伪性的实验，或者所依赖的实验不具备可重复性。
- 以偏概全，存在多种可能的解释时，只选取对自己有利的那种。
科学更看重的是过程，而不是结论。真正的科学家之间的争论，不是争论谁对谁错，而是要给出一种验证的方法，使得任何人能按照这种方法，得出同样的结论。
结束语
中国没有科技诺贝尔获得者一个重要原因就在于是否遵循科学的方法。
第十三章 缩短的距离——交通和通信的进步
第一节 史蒂芬森和铁路
1830年，史蒂芬森父子建成了人类第一条连接两个大城市的铁路——曼切斯特到利物浦的铁路。
1846年，全英国投资到铁路上的钱抵得上英国的出口额，比英国政府的税收要高得多。赫德森的庞氏骗局到了1848年结束。
铁路使得人类曾经梦想的日行千里成为了可能，相对距离大大缩短，社会从此开始走向一体化。
第二节 莫尔斯和电报
铁路缩短了人与人之间物理的距离，而电报则缩短了人们之间通信的距离。
最早帮忙普及电报业的是新闻记者。
第三节 毛奇的胜利
毛奇被誉为拿破仑之后最优秀的军事家，他不仅指挥普鲁士军队赢得了统一德国的两次大战（普奥战争和普法战争），而且开创了现代的军事思想。
到了19世纪中期，毛奇最早认识到随着电报和铁路的出现，部队在行军时可以分散，然后再会战集结，对敌人形成合围。
1862年，俾斯麦担任了普鲁士首相，普鲁士开始了统一德国的进程。
电报的使用，使后方的总参谋部可以及时得到前线各战场全部的信息，从而做出对全局最有利的决定。
第四节 由电话到现代通信
世界上第一台可用的电话是贝尔和他的助手沃特森在1875年发明的，专利则于第二年被批准。
贝尔的贡献不仅在于发明了实用的电话，而且还靠着他精明的商业头脑，推广和普及了电话。
第五节 电报和电话进入中国
中国第一条电报线出现在1871年。
1887年，时任台湾巡抚的刘铭传铺设了连接台湾和大陆的海底电缆，这是中国首条海底电缆。
电话进入中国，是在19世纪和20世纪之交。1900年南京最早自办市内电话局。
第十四章 闪烁的能量——点的发现和使用
第一节 雷、电和磁
富兰克林让玻璃摩擦后产生的电荷称为正电，而把琥珀摩擦后产生的电荷称为负电，同时他定义电流的方向是由正电到负电。
发电机和电动机都是在搞清楚了电磁原理之后发明的。
1827年出版的《电动力学现象的数学理论》是电磁学史上的一部经典论著，奠定了电磁学的发展基础。
在电学和电气工程的发展过程中，实验和理论要先于实践，这和人类在过去几千年里认识事物的方法不同。
第二节 点的普及和使用
这个世界不仅需要技术，而且技术需要市场，从此，爱迪生一生没有再做过任何没有市场的发明了。
爱迪生最重要的贡献是发明电灯和各种电器以及在美国建设民用电网。
在发明白炽灯的整个过程中，爱迪生不是蛮干，而是不断总结失败的原因，不断改进自己的设计。在科研中，不乏勤奋的人，但是更需要爱动脑筋的人。
作为一个企业家，爱迪生必须让自己的企业活下来，然后才能有所发展。
特斯拉一生从各种专利上挣了不少钱，但他不是一个精明的实业家。
第三节 第二次工业革命
当电力作为工业的主要动力登上历史的舞台时，便引发了美国的工业革命，也称为人类第二次工业革命。
电的使用创造了一个今天产值高达3万亿美元的化工产业。
第四节 电的产生
1866年，德国工程师西门子根据电磁感应原理发明了发电机。发电机的诞生使得大规模、低成本（相比电池）发电成为现实。
在今天的技术条件下，核电是成本低、相对安全、温室气体排放少的首选能源。
第五节 核聚变发电
核聚变的原理和太阳发光的原理相同，它是将原子量小的元素快速碰撞，变成原子量较大的元素，在这个反映中，会有质量的损失，而根据爱因斯坦的质能转化原理，损失的质量会变成巨大的能量。
在等离子态，电子基本上和原子核分开了，处于游离状态，原子核之间就可以相互接近。
核聚变是目前已知的唯一一个没有污染、取之不尽用之不竭的能量来源。
结束语
火的使用促进了人类的进化和文明的发展，而电的使用让我们从黑暗走向光明。
第十五章 打开潘多拉的盒子——原子能的使用
第一节 一分为二的液珠
1939年1月的《自然》杂志上，迈特钠和佛里施一起提出了一个物理学上的新概念：核裂变。
第二节 科学家的责任感
爱因斯坦预言了世界上最强大的能量所在，而迈特钠和哈恩找到了它们。
一个中子撞击到铀的原子核后，释放出巨大的能量，还可以产生出三个中子，如果这三个中子再撞击到其他铀原子核上，就能释放出三倍的能量和9个中子，这样一来就有可能产生连锁的反应。
有些时候，讲故事比讲道理更能说服人。
第三节 难以完成的使命
1942年12月2日，人类第一个核反应堆建成并开始工作了。
第四节 曼哈顿计划
格罗夫斯选定了颇有争议的物理学家奥本海默为原子弹的技术总负责人。
第五节 德国的核计划
为什么德国人没有研发出原子弹：
- 综合国力的比拼，德国远不如美国
- 得道多助，失道寡助，缺乏足够多的专业人士
- 纳粹对核研究工作的组织不得力
- 科学家们的思想混乱、心理矛盾
第六节 潘多拉的盒子被打开了
从客观上讲，原子弹没有改变二战的结果，但是加快了它的结束。
第七节 原子能的和平使用
中国出产世界上35%的煤，但是采煤死亡人数却占了全世界的80%。
综合考虑成本、清洁性和安全性，公平地讲核能是最好的能源。
第十六章 两个人的竞赛——苏美航天发展的历程
军事的需求往往会推动科学技术的发展，而这些技术民用化之后又促进了人类文明的进步。
第一节 寻找冯·布劳恩
德国V-2火箭的设计师冯·布劳恩。
第二节 特殊的囚徒
前苏联航天之父谢尔盖·科罗廖夫
第三节 第一回合：人造卫星，科罗廖夫胜
1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星。
第四节 第二回合：载人航天，科罗廖夫再胜
1961年4月12日，前苏联完成了史无前例的太空飞行。
第五节 第三回合：登月，冯·布劳恩完胜
阿波罗计划是人类探索太空和未知领域最庞大的计划。
1969年7月16日，阿姆斯特朗等启动登月
结束语
相信移民，重用移民，这是美国强大的重要原因。单比较这一点，前苏联就已经输了。
