（公元前5000—前600）
当物质文明以“断颈速度”，将我们带往一个谁都无法预见，或者说以前也从未猜出的端点时，我们只能无力地任由一切如此进展。过去100年发生的变化比罗马帝国1000年发生的还要多，更超过了石器时代的10万年。在很大程度上，这些变化来源于蒸汽、电和石油，以及多种工业技术的应用，并且它们正在影响着我们生活中的一切。这些变化出现在医药和外科医学中可能会拯救我们的生命，但在战争中却可能使我们陷入彻底毁灭。从更加抽象的角度讲，这些变化已经对我们的哲学观念、宗教和对生命的总体看法产生了重要的影响。
本书非常希望能够梳理自然科学的发展历史，并找寻出它在获得今天的力量和重要性的道路上所历经的步伐。要完全达到这种效果，我们应该回顾过去，看一看尚没有自然科学的时代，看一看我们的穴居祖先开始注意为什么黑夜后继白昼，为什么火可以毁坏，以及为什么水从山顶流到山下等现象之前的时代。
而我们无法做到这些。我们的早期历史隐藏在过去的雾霭之中，我们最想要了解的关于过去的事实游离于我们的探寻之外。我们也许将永远不会知道，是哪些人或民族首先发现了火可以通过摩擦产生，或者首先发现了轮子、船帆和杠杆原理，但我们仍然还有早期人类在他们的茅屋和山洞中所留下的，或者与死者埋在一起的工具和武器，还有古埃及人的金字塔和他们墓穴中的器物，以及苏撒、伊瑞克、乌尔城和克诺索斯的建筑物、图画和家居用品。从这些碎片遗迹中，考古学家可以重新构建这些早期民族的某些生活场景，而且可以发现原始科学在其中起到的作用。
对科学的兴趣变得系统化的最早证据，来源于幼发拉底河和尼罗河河盆地区的文明，时间大约可以追溯到公元纪年前的第4个千年和第5个千年。人类当时还处于新石器时代，但正在迈进“青铜时代”（青铜在公元前3800年左右已经开始在克里特岛使用，在古埃及第5王朝，即大约公元前2800年或更早也开始使用，这些模糊的遥远时代仅基于非常笼统的猜测），他们学习着如何通过一种锌混合物将太过柔软的铜变得坚硬，进而将所得到的合金制作成工具和武器。这一阶段人类在艺术方面的发展远超过科学，可以看到的是，他们已经开始制作雕塑、陶器和珠宝，并且其中的技艺表现高超。
上述两种文明各自有独特的地理位置，但并非完全迥然不同，因为它们在文化、艺术甚至宗教方面都显现出某种共同之处。已经发现的大量证据显示，在公元前5000年以前，一个和平的、充满艺术的和具有高度才能的种族离开了他们在亚洲中部的栖息地，进入美索不达米亚——一片位于幼发拉底河和底格里斯河的“两河之间”区域，这里正是被称为“人类摇篮”，或更加准确地被描述为人类文明摇篮的地区。在与当地土著种族融合的过程中，他们产生了新的人群——苏美尔人，并继而将文明提到更高，达到了其他任何原始民族都不曾达到的层次。苏美尔人具有令人瞩目的工程技艺，诸如大约于公元前5世纪在美索不达米亚下游地区所建立起来的灌溉系统，以及宏大的庙宇和宫殿都是例证。即便在公元前5世纪，他们的手工工艺已经达到可以利用陶工旋盘来制造精致陶器，并用一种棕色赤铁矿混合碱盐和钾制成明亮的黑漆装饰。在乌尔地区的墓地中出土了公元前3500年具有精致工艺的金、银、铜和贝壳制艺术珍品。
外来入侵者中的一些人停留在了美索不达米亚，但是其他人似乎继续向前进入古埃及，带去了某些苏美尔人的影响。同样，这里也迅速形成了高度文明，如人们可以非常科学地界定天文年的长度。古埃及人以前的历年为精确的365天——12个月，每月30天，再加上额外5天的圣日或“天空日”。但由于天文年中，地球绕太阳运行的时间长于365日，两个年份并不同步，每年的自然事件，如尼罗河的泛滥，都在历年法中的时间上稳定地向前推移发生。由于尼罗河泛滥的发生并不十分规律，因而无法用来确定天文年的确切长度，因此古埃及人不得不开始寻找更加精确的时钟。
他们在升起的东方星座中找到了依据。每一颗星星都要比前一天早升起几分钟，所以每天早晨都可以看到一些新的星星，而它们在前一天的同一时间，还未升起就淹没在太阳的光亮中。天狼星第一次可见的日子与尼罗河的泛滥极为巧合，并且在每个天文年中重复发生，因而形成了一种标志，这就是一个准确的天文钟，指示着每个确切的天文年。观察发现，第一个可见的天狼星的升起，在历年法中前进的速度，是每4年一天，从而天文年被视为有365¼天，并且第一次可以看到的升起的星星在1461年后会回到其初始位置，古埃及人称这个期间为“天狼星周期”。一个新的周期在公元139年开始，据此可以计算出起始的那一个周期何时开始。可能的情况是，古埃及人的历法开始于公元前4240年出现的那个周期，也就是说，即便在这个早期，他们已经通过真正的科学观察获得了有关一年长度的准确知识。
在第一个王朝开始之前（大约公元前3400年或更早），古埃及的匠人就一直利用铜、金、石膏和象牙进行熟练操作，他们已经发现，可以通过加热沙子和钾碱或苏打，以及金属氧化物制作出一种装饰用釉料，并且知道，可以通过在其融化物中加入一点铜将其变成蓝色。
他们已经开始使用写作材料——钢笔、墨水和纸，并在采用一种字母和确定的数字系统（见埃及节注释）。通过这些，他们对当时的事件进行记录，包括跟踪尼罗河涨潮中所达到高度的数据。但是，也许他们文化中最引人注目的证据是胡夫金字塔，大约建于公元前2900年。该金字塔的底部是一个完美的四方形，其各边为精确的南北向和东西向，这样确切的图形，即便在沙地中将其画出来也绝非易事。更加出众的是这个地基上面矗立的结构，其面是完美的平面——或者在其外罩被剥离之前，并且所有都是精确的51°50'。其“砖头”是2.5吨重的石板，并且相互完美适配，其间隙紧密，甚至无法插入刀刃。法老的墓室位于结构的中心，顶为56块石板，各54吨重，它的放置蕴涵着高等几何知识和发达的工程技巧。
在其东部地区有印度和中国，二者在公元3000年以前即具有高度发展的文明，并且可能也具有高度发展的科学。中国人保留着自公元前2296年以来的彗星出现的记录，《尚书》是一部当时的文献集录，记载了尧帝命令保存的有关最长日和最短日以及昼夜平分点的史实。他们可能已经能够预测日食、月食，因为有记载说两名天文学者因为没能做出预测而被处死，“盲人音乐家敲着鼓，官员们骑上马，人们聚集到一起。这时，亥和霍就像两个木偶，没有看到也没有听到，因其不能计算和观察到星星的运动，招致了死刑”。
这些情况表明，天文学在中国一定已经达到了较高水平，印度的情况大概与此类似，但我们不得而知。幸运的是，这个问题对我们的探索而言并不十分重要，因为我们更注重结果而不是播种。我们的主要研究不是自然科学的起源，而是它的发展，而值得记载的发展直到公元前6世纪才开始。这起初是在希腊的艾欧尼亚，即形成小亚细亚西部边缘的锯齿状海岸线和岛屿地区，然后从这里逐渐延伸出去，先到达希腊大陆，然后逐渐散布到欧洲其他地区。
希腊仍然还是一个新的文明地带，在它的东方有成熟的文明，如中国、印度、波斯、美索不达米亚、腓尼基、克里特和埃及，在它的西方还是文明未曾触及的地带——荒凉、野蛮的日落之地。科学，如同文明的其他部分一样，从东方向这个区域照来曙光。思想和知识开始从东方的初始文明地区流入这些西方新兴的文明地区，通常是通过贸易促成的，但偶尔的殖民化或军事征服也起到了催化作用。印度和中国对西方科学的贡献仅仅通过近似媒介的传播，所以我们如果对这些较远的东方文明忽略不计，而将注意力集中在成为欧洲直接踏板的较近地区，也不算大错。这些地区中首当其冲的是美索不达米亚（或按照现代定义为古巴比伦王国）、古埃及和腓尼基，让我们看一看这些文明在公元前6世纪做出的贡献。
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