第1章 开端
很难说科学具体是在什么时候诞生的，有可能是在史前猎人发明出一张完美的弓时，也有可能是在火的发明时，可能没人知道科学真正的开端，而且，由于缺乏相应的历史记录，人们也不知道人类最初是如何进行推理和创新的。
即使有一些历史记录存在，也很难将真正的科学与神话、魔法和神秘主义区分开来。在所有的寓言、童话、神话传说、史诗和冒险故事中，都有富有想象力的新奇事物。故事的创作者是纯粹出于幻想写下这些内容，还是亲身体验过某些伟大的发明呢？人们认为是前者。古代的文学寓言故事并不能用作判定早期科学发展成就的依据。
出于如此保守的立场进行评判，埃及的金字塔无疑是人类历史上最早需要使用到大量科学技术才能取得的成就。建造金字塔的目的是确保法老（Pharaohs）以及其他特权阶层在死后顺利进入另一个世界，这当然需要用到复杂的技术。如果没能掌握人们今天所说的“科学”的基础知识，是不可能发展出这样的技术的。
古埃及最早的金字塔建于公元前27世纪，是作为陵墓而存在的。金字塔的规模、艺术结构和精湛的工艺，展示了古埃及非凡的工程技能水平。玛斯塔巴（mastaba）可能是最早建成的金字塔，它是平顶长方形结构，内部倾斜的侧面由泥砖或石头制成，竖井向下延伸至下方的墓室。第一座玛斯塔巴是由法老左塞（Pharaoh Djoser，公元前2670）建造的，其底座长约120米，宽约108米，高约60米。最初是一座玛斯塔巴陵墓，后来演变成一座约60米高的金字塔。该陵墓一共有6层，层层叠建，呈现出阶梯式结构。
一些早期建成的金字塔采用的是阶梯式结构。通常，建设者从阶梯金字塔底部开始，然后添加石块进行堆积，形成一个连续的斜坡，在上面覆盖一层光滑的石灰石。
很难确定金字塔是由哪一位科学家设计的，一定有很多人曾参与其中。据说，有一位活动于公元前2960年左右，名叫伊姆霍特普（Imhotep）的古埃及学者，曾被明确任命为埃及萨卡拉（Saqqara）阶梯金字塔的建筑师。萨卡拉金字塔可能是古埃及第一个主要的石头结构建筑。伊姆霍特普不仅是位出色的建筑师，还是一位杰出的维齐[3]、数学家和医生。还有一些古代手稿表明，伊姆霍特普曾经就尼罗河地区长达7年的饥荒，向左塞尔（Djoser，阶梯金字塔的法老）提出治理建议。后来，希腊人将伊姆霍特普认定为希腊医神阿斯克勒庇俄斯（Asklepios），这导致许多历史学家怀疑伊姆霍特普是否真有其人，也许伊姆霍特普就像印度史诗中出现的天体建筑师维斯瓦卡玛（Viswakarma）一样，是虚构的。不管怎样，当笔者讲述科学的起源时，阶梯金字塔的设计者确实值得一提。
在古埃及数学的黄金时代，有一位名叫阿赫摩斯（Ahmose）的抄写员，他的名字在一篇古埃及数学论文中出现过。阿赫摩斯是一位活动于公元前1000年左右的抄写员，他抄写过一篇数学论文，该论文的内容涉及简单的方程、分数和散见于早期一些匿名作品中的基本数学问题。虽然古埃及人在一些数学著作中体现出很强的创造力（见知识框1.1），但他们从不注重方法的推广，也懒得把数学作为一门科学和逻辑学科大力发展。
知识框1.1：莫斯科纸草书
莫斯科纸草书实际上是古埃及的数学文本，可以追溯到大约公元前1850年，目前保存在莫斯科的一个博物馆里——除此之外，它与莫斯科其实没有任何关系！书中包含了对数学各个领域共25个问题的探讨。其中，问题14中的讨论尤其值得关注。这个问题试图计算出方形金字塔“平截头体”上下两个底面x和y之间的体积和高度h[见图（A）]，这可不是件容易的事。
巴比伦人和埃及人都得出了在二维空间中相应问题的答案，即将三角形截断后得到的a边和b边平行，且高为h的梯形面积[见图（B）]，这用公式（1/2）h（a+b）即可得出。以此类推，巴比伦人假设金字塔平截头体的体积为（1/2）h（x+y），其中x、y为面积，结果算出来的答案是错误的。而莫斯科纸草书表明，古埃及人设法“猜”出了正确的公式：
！靠直觉得出这个公式是古埃及数学的一项重要成就。
把数学作为一门科学学科来发展，要再等上一千多年——等到米利都的泰勒斯（Thales，约前624—约前547）出现。泰勒斯是希腊科学、数学和哲学名副其实的奠基者。泰勒斯出生于米利都（位于现在土耳其的西海岸）。他曾四处游历，足迹遍布古埃及和古巴比伦尼亚，他还从古巴比伦人那里学到了很多知识。那时，天文学已经在古巴比伦发展起来了，古巴比伦人还制定了计算日食和其他天文现象的详细规则。根据历史学家希罗多德的讲述，泰勒斯曾成功预测了公元前585年的一场日食，从而可能阻止了一场战争的发生（见知识框1.2）。
知识框1.2：日食可以阻止战争！
米底人和吕底亚人正在进行一场旷日持久的战争，双方军队准备在公元前585年的5月28日再进行一场战斗。据说，米利都的泰勒斯预测当天会发生日食。当然，那天的确发生了日食！双方军队都认为日食是一种预兆，战斗不仅立即中止了，双方甚至同意休战。
这个故事来自古代历史学家希罗多德的记述（泰勒斯如何准确预测出日食的发生，仍不得而知，这让一些历史学家怀疑这个故事的真实性）。如果希罗多德的描述是准确的，那么这次日食在发生之前就被成功预测，确实是最早有记录的重大天文事件。因为天文学家可以计算出历史上发生过的日食的日期，这次预测的日食指的就是公元前585年5月28日的那场日食。艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov）称，这场战斗是目前已知的最早的历史事件，他还将泰勒斯的预测称为“科学的诞生”！
泰勒斯还从埃及数学中获得一些概念，并以相当公理化的方式对其进一步发展。他理解证明的必要性，能够利用给定的条件，一步一步有逻辑地推导出结论。这真是令人震惊的进步，因为逻辑证明才是现代数学的基石。
泰勒斯证明了以下五个基本定理：（1）任意一条直径都能将圆分成相等的两部分；（2）等腰三角形的两个底角相等；（3）两条相交直线所形成的对顶角相等；（4）如果两个三角形有一条边以及这条边上的两个角对应相等，那么这两个三角形全等；（5）半圆上的圆周角是直角。在泰勒斯之前，人们通过直接测量也得出了以上结果，而泰勒斯的天才之处在于，他能从基本公理出发，通过逻辑推理来证明这些定理。例如，他证明上述第（3）条定理的方法如图1.1所示，x是y的补角，y是z的补角，因为与同一事物相等的两个事物彼此相等，所以x=z。
图1.1 两条相交的直线所形成的对顶角
泰勒斯还关注更基本的自然问题，比如“宇宙是由什么组成的”。他最终没能得出“正确”的答案，但这并不重要——因为即使到了今天，人们也不知道答案是什么！重要的是，他提出了这个问题，并有史以来第一次在回答这个问题时，没有诉诸当时普遍流行的神话传说。通过这种方式，泰勒斯在很大程度上影响了他的同代人和后代人。每当希腊人罗列出他们的“七贤人”时，泰勒斯总是排在第一位。