第一章 遠古人類對簡單物理的應用
距今約250至400萬年，地球上出現了最早的猿人。
人類祖先首先進行了手和腳的分工，用自由之手製造工具，提高了勞動效率。人類最早製造的工具就是石器。石器製造宣告了人類勞動的開始。
猿人製造的典型石器是用"以石擊石"的辦法敲打而成的石斧和石刀，它們被用來襲擊野獸、挖掘植物和當作萬能的工具來使用。
在坦桑尼亞奧杜穀發現的距今200多萬年前的砍砸器，在我國雲南發現的距今170多萬年的刮削器，都屬於這個時期。這個時期屬於舊石器時代早期。
而到了晚期，即距今四五萬年以前，人類通過對勞動手段和勞動工具的客觀規律的思考，開始了科學勞動的開端。
人類從打製石器產生技術知識開始，就知道了"其然"。再由"其然"尋求其"所以然"，從而發展到主動創造科學知識的地步。
在此基礎上，人體形態已進化到不再與現代人存在重大差別的程度，稱"新人"或"智人"。他們製造石器更加精細，並學會給石斧和石刀裝上木柄或骨柄。這就意味著工具已走向複合化。
隨著石器的發展，出現了較為複雜的工具--弓箭，從而產生了狩獵這個最早的生產部門。發明弓箭，需要長期經驗的積累和比較發達的智力。
在我國山西朔縣舊石器時代遺址中發現的石鏃，說明至少在2.8萬年前人類已經使用了弓箭。
由於工具的不斷改進，人們可以捕獲到更多的野獸飛禽，一時吃不完，把捕捉的野獸圈養起來，成為家畜，這些活動促使了畜牧業的誕生。這個時期，母係社會開始瓦解，建立了父權家族。從此，人類進入了新石器時代。
在這個時代，人們學會了在石器上鑽孔，創造了石器磨製工藝，還為製造石器而專門開采和選擇石料，使石器的功用更高，類型更多，用途也趨於專一。這時的石器有石斧、石刀、石、石紡輪、石鏟、石鐮、石臼、石杵和石犁，它們被廣泛用於狩獵、捕魚。
在整個石器時代，正是靠石器工具的不斷改進，才使人類更有效地采集植物，獵取動物，促使了原始社會生產力的迅速發展。
上麵介紹了在舊石器時代和新石器時代，人類的祖先憑自己的智慧和經驗製造了石斧、石刀和弓箭，我們可以用物理原理說明其優越性。
壓強和壓力成正比，和受力麵積成反比。石斧和石刀的鋒刃很薄，就是為了減少受力麵積，增大壓強，使它們在不大的壓力下就能夠進入物體裏去。現在我們才知道它們的廣泛運用。
日常生活中的釘子、針、錐子等的尖端要做得很小，就是來增大壓強。而大型拖拉機和坦克自身很重，又經常在潮濕、鬆軟的土地上行駛，為了防止壓壞田地和陷進地裏，需要大大增加它們跟地麵的接觸麵積。
人們給大型拖拉機和坦克安裝了履帶，就是為了增大受力麵積，減少壓強。祖先們在無意識中已運用了物理原理，增強了生存能力。我們應該珍惜祖先給我們留下的財富，努力學好物理。
弓箭的使用既用到了物理上的壓強，又用到了牛頓第三定律。當箭給弓弦一個作用力時，弓弦也給箭一個反作用力，這樣弓弦才能把箭射出。這種微妙的思想也被祖先們挖掘出來，足見祖先思想的進步。
新石器時代另一發明是鑽孔技術。這是古代技術發展的第二個標誌。
人類最初利用的是天然野火。起初，人類懼怕火，不知火為何物，進而對火好奇而接近火。有了火，人們可以用它來防止野獸的侵襲，又能用它圍攻獵取野獸；有了火，人們還能用火取暖、照明，從而擴大了人類活動的空間。為了用火，他們不得不把從森林或草原野火中取得的野火，視為神聖的東西悉心保存。
我國距今170萬年前的雲南元謀人和距今80萬年前的陝西藍田人，都留下了用火的遺跡。距今40至50萬年的北京人，在他們居住過的洞穴裏留下了厚達6米的灰燼，說明他們已掌握保存火種的方法和控製燃燒的能力。
有了火，人類才能從"茹毛飲血"進步到吃熟食階段，促進了人體特別是大腦的發育。但是，野火保存必然受到時間和空間的限製。後來，人類終於掌握了人工取火技術--"鑽木取火"或"擊石取火"的方法。
當時，人們利用弓弦的彈力把弓弦環繞在鑽杆上，把往複運動變為回轉運動，從而製成鑽具。人們利用鑽具的摩擦，成功地製造了火。鑽木取火是人類史上第一次偉大的發明。
在我國古籍中，曾有"木與木相摩則燃"和"燧人氏"教民"鑽燧取火，以化腥臊"的記載和傳說。
人工取火的實現，標誌著人類已經"在實踐上發現機械運動可以轉化為熱"，"第一次使人類支配了一種自然力，從而最終把人同動物分開"。
有了隨時可以製造火的技術，才能使火進入人類生產和生活的各個領域。在生產上，人們首先發明用火燒製陶器。
開始的時候，人們把食物放在木製容器內，再放在火上加熱使它變為熟食。但木器是可燃物質，放到火上後會一同燃燒，這樣解決不了問題。
後來人們想到一個辦法，在木器外麵附加一層粘土，加熱時不易損壞木器。加熱後，粘工硬化脫落而成器皿，從而使人們想到用火直接燒製陶器。
這是人類用火的一個重大意義。從原始人的遺物中可以證實。古代文物陳列館中的陶器和陶俑顯示了火在古代人類生活中的重要地位。
製陶技術的出現，標誌著人類對材料的加工第一次改變了材料的性質，從而創造了一種人工材料，並在加工過程中第一次使用了自然能源。
人類最早使用的金屬是天然銅。在采集天然銅的過程中，又發現了常與天然銅伴生的孔雀石礦。
燒製陶器的長期實踐，使人們發現，用木炭代替木材作燃料可以獲得更高溫度。如果把木炭和孔雀石一起放在陶器中燃燒，即可煉出銅來。隨後，人們又發現了青銅冶煉技術。
由於青銅（銅、錫、鉛的合金）比純銅熔點低，硬度更高，鑄造性能和機械性能都很好，所以比純銅得到廣泛應用。
目前考察己發現的最早青銅器，出現於公元前3500年的埃及和美索不達米亞地區。公元前2000多年在印度和中國也已出現了青銅器。公元前1400-1100年，青銅器在我國已經十分普遍。
由於銅礦匱乏，青銅產量有限，主要用於製作小工具、武器和祭器以及宮殿中用具和墳墓中的陪葬品。殷商中期，用青銅器鑄成農具，已開始成為基本的生產工具。此時，青銅還不能取代石器被廣泛使用，人類進入了一個所謂"金石並用時期"。
人類在用銅的同時，還學會了用鐵。最先使用的鐵，同樣也是取自大自然中的天然鐵。
在埃及金字塔中發現的公元前2900年的鐵器，我國出土的商代中期的鐵刃青銅鉞的鐵製刃口，都是用隕鐵鍛成的。
隨著青銅冶煉的發展，約公元前2000年前，居於亞美尼亞山區的基滋溫達人又掌握了煉鐵技術。
當時的冶爐溫度不高，尚不能去掉爐渣，鐵也不能熔化。所以隻能把富鐵礦石燒紅，在較低溫度下進行固體還原，得到混雜爐渣的海綿狀"塊煉鐵"。
後來人們學會通過錘打方法去掉爐渣，經反複加熱和錘打鍛成鐵器，並使表麵滲碳硬化。這樣，鐵器才進入了實用時期。
在西亞，公元前12世紀亞述人已開始用鐵劍作戰、鐵鋤耕地；在南歐，荷馬史詩關於公元前11至9世紀古希臘的傳說中越來越多地提到鐵器；在南亞，印度自公元前10世紀開始煉鐵；在東亞，中國在西周時期也留下了許多用鐵的記載。
由於鐵礦比銅礦蘊藏豐富，世界各地都能找到，而鐵器比銅器又更堅固、鋒利、耐用，所以當人類一旦掌握煉鐵技術後，鐵器便迅速普及並取代了石器，使人類進入了鐵器時代。
恩格斯在談到使用鐵器的重大意義時曾指出：鐵器"把我們引向野蠻時代高級階段，一切文化民族都在這個時期經曆了自己的英雄時代：鐵劍時代，但同時也是鐵犁和鐵斧的時代。鐵已在為人類服務，它是曆史上起過革命作用的各種原料中最後的和最重要的一種原料。......鐵使更大麵積的農田被耕作，開墾廣闊的森林地區，已成為一種可能。它給手工業工人提供了一種極其堅固和銳利，非石頭或當時所知道的其他金屬所能抵擋的工具"。
鐵器的使用，在人類曆史上引起了生產工具的革命，從而大大推動了農業和手工業的發展。
隨著生產和技術的進步，人類積累了越來越多的知識。製造石器，要求人類摸索岩石的性質和對石頭進行加工的方法。
取火和用火煉製銅、鐵，要求人類掌握發熱的方法、燃燒的條件和加熱知識。
製作弓箭，要求人們綜合運用木、竹、骨、角、筋腱、皮革等多種材料的機械性質。
在這些知識中，事實上已經包含力學、物理學的萌芽。在石器向銅器和鐵器轉換的年代，生產力有了前所未有的發展。鐵器文明不隻是技術的發展，還推動了科學的誕生。
且說公元3000年南北埃及統一，形成縱貫尼羅河上下遊的奴隸製帝國。在這裏，像在美索不達米亞地區一樣，古代文明也是以大河兩岸的農業生產為基礎而發展起來的。
尼羅河水每年一度有規律的泛濫，在沿河平原留下一片沃土。古埃及人自古就靠耕種這片土地生活和繁衍，他們很早就懂得水利是農業的命脈。
相傳埃及第一王朝的美尼斯王，就在孟裴斯城外修建了大壩和水庫，並把整個尼羅河水利係統置於王朝管製之下。以後古埃及的曆代王朝，也都重視興修水利。
青銅器的大量使用，在尼羅河流域略晚於兩河流域，約在公元前16世紀以後。但留下的壁畫和浮雕說明，當時埃及人已掌握用腳踏風箱為煉銅鼓風的技術，從而提高了冶煉的溫度。
古埃及的手工製造技術發展得很早。第一王朝時期已能生產麻布；已出土的建造於公元前2800年的巨型木船，長47米。說明當時埃及的紡織與造船技術已達相當水平。
公元前27世紀至公元前16世紀，曆代王朝法老為自己營造的宏偉墳墓--金字塔，乃是世界奇跡。
金字塔是用石料、銅、木材和植物纖維等材料建成的。最大的金字塔高146.5米，底邊長232米，用230萬塊平均重約2.5噸的巨石砌成。
當時他們已掌握了防腐藥物和香料配製技術，法老們死後，被製作成木乃伊存放在金字塔裏，塔前配有獅身人麵像護衛。
古埃及人早在公元前4000年就把尼羅河汛期開始的一天定為一年之始，稱為先陽升日。
這是因為，他們發現，每當夏季太陽快要升起時能在地平線上看到天狼星的那一天，尼羅河的汛期就已到來。兩個先陽升日相隔正好365天，這是最早的太陽曆。
金字塔修建的嚴格方位，一些廟宇的巧妙設計（如使一年裏白晝最長的那天陽光恰能直射進廟宇照亮祭壇上的神位），都說明古埃及人有豐富的科技知識。這些技術中包含著物理學、化學、天文學、醫學等方麵的知識。
封建社會以前，古希臘的科學與文化在歐洲占領先地位。
公元前800-600年，巴爾幹半島南端地中海沿岸地區首先推廣了冶鐵技術，從而使生產能力顯著提高，進入了奴隸社會，這就是古希臘。
希臘進入奴隸社會的時間，比巴比倫、埃及、印度和中國都晚。
希臘半島的地理位置，使它與地中海沿岸以及東方各國建立了頻繁的貿易往來，商業發展到了較高水平。隨著商業交往，希臘人廣泛吸收了巴比倫、埃及以及東方的文化，使希臘文明在充分繼承各大河流域文明的基礎上繼續發展。
古希臘時期，沒有不可抗拒的王朝統治，也沒有僧侶神權的淫威，加工手工業者和商人重視現實、自然和科學，追求天理，反對天命，促使了自然科學的產生和發展。
希臘獨特的政治經濟與生產力的發展使人們關心的是自然，他們研究思考的是"世界"的本質及其來源。
在古希臘城邦湧現出的一批自然哲學家中，最早的著名學者是被西方史學家稱為"科學之父"的泰勒斯。
他從小受埃及科學文化的熏陶，在自然科學上做出了一定的貢獻。
在天文學方麵，他預測公元前585年5月28日將出現日全食。並得到事實的驗證。他當時計算出的太陽直徑略小於現在實際觀測計算的準確值。
埃及人運用幾何學已有幾百年的曆史，但從未提出過一個定理。泰勒斯提出了定理，並用幾何學上影子與實物長度成正比關係的原理測量計算了埃及金字塔的高度。
他還確定構成宇宙的根本物質是水，水沉澱則成泥，幹了則成土，稀薄則化為氣，氣加熱則變成火，任何物質都源於水。這就是宇宙成因一元論學說。這一係列思想使他建立了米利都學派，成為自然科學首創者之一。