科技，生活加值中：仿生技術×全像攝影×磁浮列車，科技就是人類和自然共譜的協奏曲！

科技史的第一頁，要從猿人發現火的那一天算起；
上至月球下至馬里亞納海溝，大至太陽系小至量子力學，
對自然的好奇、征服未知的野心，就是人類進步的無限動力！

▎光無處不在，但人類花了上萬年才學會它的正確用法
原始人懂得用光照亮夜晚，驅趕敵人和野獸；
古代人學會用光打摩斯密碼，傳遞簡易訊息；
現代人則能夠把光送進密閉纖維，一秒傳輸千萬條資訊！

▎參考大自然的設計，哪裡算抄襲？
不僅達文西的撲翼滑翔機是參考鳥類翅膀的骨骼結構設計而成，
由迷你透鏡組成的「蠅眼照相機」，更直接照抄了蒼蠅眼球結構！
除此之外，還有蛇的紅外線感受器、海豚的聲納通訊……
在實用科學的領域，人類哪比得上大自然的創意！

▎方便的現代生活，都是前人努力的結晶

◎當你打開電腦追劇……
串流平臺的伺服器主機正將影片資訊拆成無數零和一的電子訊號，「光纖」線路再把電流轉換成光束，讓影片內容傳送到遠在千里之外的電腦主機。
我們手中的輕薄電腦，則是近百年來無數科學家從最基礎的「馮紐曼架構」，不斷發展、改良而來的智慧結晶；更別提電腦運轉的動力，還是依靠火力發電廠燃燒的熱能，轉換成電能後供給至家家戶戶，我們才能天天坐在懶人桌前愜意享受呢！

◎當你出門坐上公車……
引擎裡安裝的四衝程汽油引擎又被稱為「奧圖循環」，是汽車工業中最重要的產物之一，它依靠柴油的燃燒作為動力來源，經由複雜的機械零件，將熱能轉換成機械能，擔任公車的「心臟」不停運轉使整台車前進；而近年隨著技術的革新，更有油電混合公車上路，為環保再添一份力！

好奇沒有邊界，科技的追求也沒有極限；
這場目不暇給的科技饗宴，翻開每一頁，都是一場嶄新冒險！

本書特色：
本書從現今生活中最重要的數種科技領域著手，簡要而不失專業地介紹各種技術的發展歷程，以及當代至未來的研究方向。使讀者在享受便利的現代生活之餘，也能了解科技產物背後的原理，滿足讀者研究、求知的興趣，學會感恩前人的努力、珍惜有限的地球資源。

盧祖齊，化學系畢業，對於新奇的科技產品總是迫不及待想要嘗鮮，會一點木工，喜歡自己動手組裝家具。

前言

人類文明的發展史，實際上就是一部科技的發展史。科技的力量可以化腐朽為神奇，促進人類文明日新月異的發展，甚至以超乎想像的步伐改變人類文明發展的歷程。

放眼古今中外，人類社會的每一項進步都伴隨著科學技術的創新：日新月異的工業技術為我們找到了大自然的寶藏和能源；不可思議的生物技術不僅為病患開啟了希望之門，也改良了作物栽種過程與收成結果；包羅萬象的物理技術實現了古人千里傳音的夢想，也為他們彌補無法登天的遺憾；妙趣橫生的化學技術既為我們留下了精美的瓷器，也製造出用途廣泛的合金；而我們生活中還有更多不可或缺的貼身科技，幫我們處理堆積如山的垃圾，也極力挽救著日益惡化的地球環境。這些技術的突飛猛進，都為人類文明開闢了更廣闊的空間。

如今，科學技術的進步已經為人類創造了龐大的物質財富和精神財富。而隨著知識經濟時代的到來，它那永無止境的發展力和無限的創造力，也繼續為人類文明做出更加偉大的貢獻。

為了讓各位讀者了解更多科技知識，我們特意精心編寫了本書，從科技的起源、航空航太、生物醫學、材料工程、交通運輸、工業科技、通訊傳播、雷射技術、海洋工程以及能源工程等幾個方面，全面而詳細的介紹了科學技術的發展，以及科技為人類帶來的巨大進步。

同時，為了使內容更豐富，書中還增添了「小知識」一欄，以更靈活的形式，向讀者補充更多的科技知識。

希望透過閱讀本書，年輕的朋友們可以補充自己的科技知識，並用知識充實自己的頭腦，為未來的科技發展及進步做出出色的貢獻。

前言

科技起源
早期猿人
火的發現
捕魚和狩獵
原始農業和畜牧業
陶器和銅器的出現
農業與手工業的發展
語言和文字的出現
知識的起源

航空航太
航空飛行器
飛船的出現
撲翼機
人力飛機
螺旋槳飛機
噴射機
太陽能飛機
核能飛機
直升機
翼地效應船
氣墊船
磁性飛機
火箭
軍用偵查衛星
通訊衛星
導航衛星
科學探測衛星
地球資源衛星
氣象衛星
太空船
太空站
太空梭

生物醫學
仿生學
生物電
生物磁學現象
生物光學現象
生物熱現象
什麼是
生物發光
放屁蟲與化學武器
光合作用
生物膜
生物醫學工程
生物醫學材料與人工器官
遺傳工程
基因工程
什麼是複製
試管嬰兒
細胞工程

材料工程
金屬材料及特性
合金
金屬銅
金屬鋁
貴金屬
特殊金屬
鋼鐵
超導材料
半導體材料
無機非金屬材料
玻璃
有機高分子材料
功能高分子材料
複合材料
載能束
非晶態材料
高溫超導
奈米材料

交通運輸
交通運輸的起源
陸地交通運輸
早期汽車的出現和發展
現代汽車的發展
汽車的結構
汽車的造型
火車的出現
列車的飛速變化
磁浮列車
地鐵的出現
水路運輸

工業科技
18世紀的工業萌芽
家庭工業及傳統手工業
製造業階段
工業革命前的準備
第一次工業革命
紡織業的飛速發展
紡織機的發展
礦業和冶金業的變革
機械製造業
現代工業的誕生
電氣化時代
石油工業
化學工業的崛起
第三次技術革命

通訊傳播
古代通訊
現代通訊先驅
無線通訊
微波通訊
衛星通訊
光纖通訊
全球定位衛星系統
認識廣播
電影的出現
電視技術
通訊網路
電腦技術
電腦網路
神奇的機器人
印刷技術
攝影
未來的空間通訊站

雷射技術
光的本質
雷射和雷射器
雷射機制
雷射器種類
雷射武器
雷射手術刀
光動力療法
雷射電腦
全像攝影
雷射加工
雷射與印刷術
雷射雷達
雷射與工農業

海洋工程
海洋的形成
海水的來源
海洋與生命
海底真相
海底寶藏
探測海洋
聲波探測
海洋觀測
潛水類型
海水淡化
海洋醫庫
海水煉金

能源工程
能源
太陽能
水資源與水能
海洋能
風能
地熱能
生質能源
核能

科技起源

早期猿人

早期猿人是人類發展最初階段的代表，包括生活在更新世早期與更久以前（約相當於距今250萬～180萬年左右）的人類，特徵是能夠直立行走，並能製造簡單的礫石工具。

根據已發現的森林古猿化石與足跡，可推算出他們約生活在1,200萬～900萬年前，分布在歐、亞、非三洲，可能是人類和現代類人猿的共同祖先。森林古猿成群生活在熱帶或亞熱帶森林的樹上，靠摘取樹上的果實和林中可食植物為生，還沒有直立行走習慣。

直立行走：隨著地球上氣候的變化，林間空地和莽原出現，部分古猿來到地上尋找食物，牠們也許是覺得後肢站立令視野更開闊，便漸漸採取了這種姿勢。因為採集的食物需要攜帶，前肢便有了它們的任務。如此，猿學會了直立行走。

採集食物：學會直立行走的猿群最初用天然石塊和木棒作為肢體的延續，手握石塊和木棒，他們便能砸碎堅硬的植物果殼，並輕鬆挖出地下植物的根，或用以擊殺其他動物。無疑，新的生產工具是防衛敵人、以及與同類爭奪食物、地盤或異性的武器。

走出森林，到林中空地或莽原上尋求新生活的猿群，主要靠採集為生。石塊和木棒提高了採集效率，但收穫物並不如森林中豐富、易取得。在走出森林後，猿群開始撿拾池水溪河中的蚌蛤為食，並學會獵捕小動物。

在採集過程中，猿群對可食性植物和植物果實的熟悉，以及在最初的肉食生活中對水生、陸生動物的了解，為後來培育植物和狩獵、捕魚提供經驗。

打磨石器：約380萬年前，猿群學會了打製加工石英石、黑曜石、燧石和其他堅硬石塊，這些打製產品是粗糙、不規則的砍砸器、刮削器、尖狀器、石片器和手斧。對猿來說，這是工具使用的革命；對人類來說，這是歷史的開始。這些經過製作的石器，除了在砍砸時更有效率外，還能切割植物塊莖和肉類。人類進入了舊石器時代。

在使用舊石器的同時，早期猿人也使用木棒。東非的早期猿人以這種程度的科技生活了約200萬年（從380萬年前到180萬年前），終於在體質上進化為晚期猿人。

直至西元前1萬年左右，猿人製作石器的工藝並未再發生變化。不過，在其他方面，技術的發展也推動了人類由晚期猿人向早期智人、晚期智人轉變。

火的發現

學會用火是猿人在技術上的決定性進步。有人類學家認為，380萬年前生活在東非肯亞的早期猿人已開始用火，170萬年前生活在中國境內的元謀人則確定已經開始用火了。這是人類首次利用自然力量，這大大改變了猿人的生活品質。

利用火烤食物：已開始用石製工具採集和小規模狩獵的早期猿人，偶然發現被火燒過的某些植物種子和獸肉很好吃，於是開始主動利用火。

猿人對火的利用，最大好處就是把食物烤熟。熟食能使食物中的營養更容易被身體吸收，不但縮短消化過程，也使從前不宜食用的動、植物，尤其是魚類，可以食用了。這樣一來，食物來源擴大，並對人類肢體和大腦的發育產生有益的影響。

火可禦寒：由於猿人多居住在洞穴中，而火可以驅散洞穴中的潮溼，從而減少疾病的發生，也降低了死亡率。用火照明，為黑暗的洞內帶來光明，也方便晚間烤肉、分配食物、準備第二天的活動等。另外，在洞外的火堆還可以驅走趁著黑夜來襲的猛獸。

火改善了人類的生活品質，給人類更多安全感，並擴展了人類的生活空間，使生活於熱帶和亞熱帶的猿人得以向溫帶和寒帶緩慢遷徙，他們因而擺脫了人口成長或原居住地區食物來源減少帶來的危機。

人工取火：對於猿人來說，火焰難以攜帶，且火種不易保存。在新生活環境下，火越來越攸關猿人生死存亡，這也促使他們學會人工取火。

在舊石器時代中期，晚期猿人的後輩──早期智人，終於發明人工取火的方法。最早的人工取火方法可能是用燧石相擊點燃易燃物，或以木材相互摩擦生火。也許可以把能否用人工方法取火，看作從晚期猿人到早期智人的歷史分界線。

捕魚和狩獵

猿人在學會使用火後，水中動物的可食性增加，漁獵也成了晚期猿人的重要產業。他們用石塊或木棒打魚，或在水中捉魚。

最初的狩獵工具：石器和木棒是猿人狩獵的最初工具。火烤熟肉的美味刺激著狩獵者的興趣，用火烤硬尖端的木矛便成了狩獵的新武器。晚期猿人的狩獵活動具有相當的規模。

隨著晚期猿人活動領域向高緯度推進，冬季的活動需要用獸皮來遮風禦寒，這推動了狩獵活動的進行。同時，也正因狩獵活動規模的擴大和禦寒的需要，使得晚期猿人在後來發明了骨針。越來越多的骨器逐漸加入石器的行列中。

狩獵活動中不時有人員犧牲，帶給人類更多對死亡的感受，深深影響了人類的精神，並由此產生圖騰崇拜。與此同時，猿人在生存方式改變的過程中，逐漸摒除了雜亂的性關係，形成了血緣家族。

勞動的分工：對猿人來說，採集、捕魚和狩獵三者兼而行之。在血緣家族內部可能有分工，並隨活動區域和季節變化而改變。比如，夏季和初秋可能有較多捕撈活動，秋天是採集的大忙季節，而冬季和春天則可能是狩獵的高鋒期。

弓箭的發明：約1.5萬年前，是舊石器時代與新石器時代之間的中石器時代。當時人們已學會把石器鑲嵌在木棒或骨棒上製成鑲嵌工具，但此時最重要的發明是弓箭。

弓箭的出現，代表著人類首次把簡單工具改革成為複合工具，並學會利用彈性物質的張力。弓箭比起舊式的投擲武器射程更遠、命中率更高，而且攜帶方便。它先是提高了狩獵的效率，後來也一度成為戰爭的重要武器。

狩獵的高效率工具出現，幫助人類獵獲大量動物。在捕殺動物過程中，人類累積了更多動物方面的知識。然而，狩獵的高效率也使人們開始無計畫、無節制的盲目捕殺，導致食物來源陷入不穩，並產生危機。在氏族和部落形成後，自然界不再能滿足人類日益增長的肉食需求。於是，人類在約1萬年前進入新石器時代，開始創造新的生產方式──原始農業和畜牧業。這時，人在體質上已經逐步趨近現代人。

小知識：新石器時代

新石器時代是人類物質文化發展在石器時代的最後一個階段，以使用磨製石器為代表。這個時代，在地質年代上已進入全新世，繼舊石器時代後，經過中石器時代的更迭而發展起來，屬於石器時代後期。年代大約從1.8萬年前開始，結束時間從距今5,000多年至2,000多年不等。
新石器時代是磨製石器的時代。這些磨製石器由打製後的粗胚細加工而成，十分精美，其功能也較為專門化，如石斧、石槌、石刀。其次，由於人類開始了原始農耕，還發明了掘杖、木鋤、骨鋤和石鋤等。
這個時代，是人類尋找新生活地區和改變生活方式的時代。原本四處漫遊、狩獵的氏族和部落，也開始定居或較長期的居住於某處，從北緯50度到南緯10度之間的很多地方都是原始農業和畜牧業的地理範圍。

原始農業和畜牧業

隨著人類不斷發展，原始的農業和畜牧業也逐漸出現。

原始農業：原始農業是直接從採集業演化發展而來的。人們採集過去早就賴以為生的野生植物果實，先用火燒掉樹木荊棘，然後用掘杖或石鋤播種到土地上，成熟後再來收穫。

發明木犁和利用牛、馬、驢來耕種是晚一點的事。原始農業應用採集生活中累積起來的生物生長知識。播種了就能收穫，也證明人類是從實際操作了解事物的因果邏輯。由於自然環境的差異，世界各地所耕種的農作物不同。中東人最早種植小麥和大麥，中國人最早種植小米和稻穀，玉米、馬鈴薯和南瓜的故鄉則在中美洲與秘魯。

原始畜牧業：原始的畜牧業從狩獵活動中發展而來，從獵物之中飼養易於馴服的動物，並且讓其在馴養中生殖繁衍。

人類最早馴養的家畜可能是綿羊，接著是狗，然後是山羊、豬、牛、驢、象、馬、駱駝等。與採集和漁獵相比，原始農業和畜牧業的出現是一場產業革命，因為它代表人類已由單純依靠自然界現成的賜予，走向透過活動增加天然物產量。

這個革命是在新石器時代發生的，它使人類得到比較穩定的食物來源，因此有了相對固定的居住地點──原始村落。同時，由於畜牧業為農業提供利用牲畜耕作的可能性，農業獲得了進一步發展的新要素。

陶器和銅器的出現

在原始村落中，定居的人類出於取水的需求，或出於儲存、烹飪食物的需求，發明了陶器。陶器易碎，比石器輕，形狀、規格也不同，盛裝水和食物無異味，因此和木器同為家居生活主要器皿。可以確定的是，只有具有長期用火經驗的人類才能發明製陶技術。製陶技術也是後來冶銅煉鐵技術的基礎。

由於生活和生產狀況大致穩定、勞動和收入關係相對明確，具有婚姻關係的男女對偶婚制也陸續出現了。

在穩定的母系原始社會聚落裡，再次出現了新技術革命，即金屬工具的出現。人們在燒製陶器的過程中，多次接觸金屬礦石，並逐漸學會冶煉它們。銅器作為石器、陶器、骨器、木器的補足，對生產或生活都相當必要。

在新石器時代晚期，人類已開始使用金、銀、銅和隕鐵等天然金屬。約西元前3,000年，人類發明了青銅。青銅是銅與錫的合金，熔點在800℃左右，比純銅低，硬度比純銅高，易於鍛造，被用以製造武器、工具、生活用具和裝飾。

銅器時代，也是青銅器成為主要生產和生活器具的時代。不過，石器和其他器具並未被完全取代。