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中华学生百科全书-第103部分
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水重返自然，人们要做的事情还很多很多。
变质的大气
空气与人类生活息息相关。但人们对它的利用，不是像对水、对矿物的
利用那样是有计划的开采，而是随时随地利用。同时，由于空气是人们看不
见、摸不着的东西，因此，由人类活动引起的大气层的变化，以及由此而造
成的危害往往是在不知不觉中形成的。
人类燃烧矿物燃料，会不断增加大气温度。这个过程引起的大气增温起
初是很微弱的，后来，随着生产的发展，向大气输送的人为热日益增多。以
1970 年为例，将全年燃烧的燃料全部折算为煤，大约有 75 亿吨，即相当于
释放出 6×1019 卡热量。若每年燃烧（包括核燃料）释放的热量，按照目前
的速度（5．5％）增加，到 21 世纪中期，人为热可使世界平均气温增高几度。
这将导致地球气候发生重大变化。由此可见，人为热对大气层的影响是不可
忽视的。
人类活动也改变着大气的组成。煤、石油和天然气等矿物燃料的燃烧，
可放出大量二氧化碳。观察表明，由于燃烧而排入大气的二氧化碳数量逐年
增加，近百年来，大气层中的二氧化碳增加了 10％以上。它不仅影响空气的
清新，而且会产生温室效应，引起地球大气增温。增温的结果，可能导致许
多地区干旱，同时会使地球两极地区的冰雪融化，导致海水上涨。如果地球
上的永久性冰雪全部融化，海平面将升高 60 余米，会使地球上人口最稠密的
平原地区大部分被淹没。像我国北京、石家庄、郑州、沙市以东的大片平原
将变成汪海大海。那里众多的居民就要真的去寻找逃避洪水的“诺亚方舟”
了。
尤为严重的是，人类大规模的工农业生产活动带来了大量的废水、废气、
废渣，有许多有害物质会直接或间接地进入空气，使空气受到污染。据统计，
目前世界每年要向大气排放六七亿吨各种有害物质。从大气污染物的组成来
看，粉尘与二氧化硫共占 40％，一氧化碳占 30％，二氧化氮、碳氢化合物及
其他废气共占 30％。这些污染物逸散在大气环境中，无疑会逐渐地改变地球
大气层的成分。而这些改变对于地球基本上是有害的，有时甚至会给一些地
区带来灾难
世界每年排入大气的有害气体总量表
污染物 排放量（亿吨） 来源
煤粉尘 1。00 燃烧煤
二氧化硫 1。46 燃烧矿物燃料
一氧化碳 2。20 汽车、工厂燃烧不充分的废气
二氧化氮 0。53 汽车、工厂在高温燃烧时的废气
碳氢化物 0。88 汽车、烧煤、烧油和化工的废气
硫化氢 0。03 化工厂的废气
氨 0。04 化工厂的废气
据报导，近 100 来，全世界因空气污染发生的重大人身伤亡事件近 20
起。其中较严重的有：1930 年比利时的马斯河谷空气污染事件，一周内死亡
60 多人；1948 年美国宾夕法尼亚州的多诺拉事件，一个仅有 14000 居民小镇
竟有 43％的人因污染危害而患病，18 人死亡。特别值得一提的是 1952 年英
国伦敦烟雾事件，在那次事件中，一周内便死亡 4703 人，是危害最严重的一
次。
那是 1952 年 12 月 5 日的一个清晨，伦敦上空风尘不动，人们跟平时一
样，照常做着他们各自每天已经习惯了的事情，却不知道一场灾难已经降临。
不知从什么时候开始，人们发现空气中迷漫着一种黑色的烟雾，继而，逐渐
感觉胸闷难受，咽喉疼痛，咳嗽不止，呼吸急促，年老体弱者感受尤其明显。
黑色烟雾笼罩着伦敦城，一连数日不散，很多人因此而死去，更多的人则病
倒不起。这场烟雾给伦敦人造成极大的恐慌。后来经研究，这种杀人的烟雾，
原来就是工厂里和居民取暖、做饭排出的煤烟。它在一定的大气候和小气候
条件下积蓄起来，最后达到致命的程度。其中为害人体的主要成分是烟尘和
二氧化硫。
呻吟着的生物们
在自然界的所有要素之中，人与生物界的关系最为直接和密切。生物界
是人的食物和衣着的来源，也是人类生活其他原材料的供给者，人的衣食住
行都离不开它。因此，人类的生活和生产依赖着生物界，同时也深刻地改变
着生物界的面貌。
在人类早期，还是依靠采集和渔猎为生的时代，地球上的动植物很少受
到人的影响。后来，人们发现某些植物及其果实可以人为地进行再生产，他
们便垦荒生产，种植和改造野生植物，并培育新的植物品种（农作物）；人
们还将某些一时吃不完的动物圈起来，进行畜牧、放养，并培育新的动物品
种（家畜）。当今世界的农作物都是经过人类千百年来改造和培育而来，如
稻、麦、菽、粟、棉花、甘蔗、亚麻等都与它们的野生种大不相同；现在的
家畜家禽也是经过人类千百年来改造和培育而来，如牛、马、狗、羊、鸡、
鸭等，也都改变了它们原来野生的习性。因此，这些农作物、家畜家禽，实
际上是在人类的改造手段下，为地球生物圈增添的新的内容。
根据现代的考证和研究，不同的农作物和家畜家禽，是在世界不同地区
由各个文明民族分别创造出来的。后来，随着世界性交往日益频繁，它们被
带到其他地区播种和饲养，才逐渐传播开来。例如水稻、大豆、蚕、驯鹿等
起源于我国，后来才传到其他国家；而我们所熟悉的小麦、大麦、山羊、绵
羊等，最先则是由西亚、北非地区的人民驯化的；玉米、马铃薯、花生、向
日葵、西红柿等，到了明代才从美洲传入中国；北美洲驯养动物很少，绝大
多数家畜家禽是哥仑布发现新大陆之后才被带到那里定居的；原来澳洲大陆
没有牛羊，而现在的澳大利亚和新西兰则是畜牧业最发达的国家，被誉为“骑
在羊背上的国家”。
人类在长期的生产活动中，创造了许多新的植物品种和新的动物品种，
但由于急功近利，也消灭了许多不应该消灭的物种。特别是在现代的社会里，
许多物种由于人类的破坏行为正在迅速消失，这样做的结果。不仅使人类失
去了对生物种类选择利用的机会，而且也破坏了生态平衡，给地球带来了灾
难。
在历史上，森林的面积是很大的，世界陆地曾有 2／3 为郁郁葱葱的森林
所覆盖，其面积约为 76 亿公顷。由于人们恣意砍伐，面积不断缩小。1950
年全球森林面积约为 50 亿公顷，到了 1975 年，只剩下了 25 亿公顷，25 年
间减少了一半。热带雨林是地球上物种资源最丰富，生物生产量最高的森林，
对维持地球上的生态平衡至关重要，现在也遭破坏，目前正以每年 1000～
1500 万公顷的速度被砍伐掉。热带雨林一旦被砍伐殆尽，赤道地区将变成荒
野，整个地球的气候便会因此而恶化，其后果不堪设想。森林遭破坏给人类
造成无可挽回的灾难的事例是很多的。如美索不达米亚、小亚细亚和希腊等
人类文明策源地的衰落，我国黄土高原的水土流失，沙漠化的逼进等，都和
砍伐掉那里原有的森林有关。
尤其令人忧虑的是，人类经济活动不仅使不少生物种灭绝，其灭绝种类
也越来越多，灭绝范围也越来越大，灭绝速度也越来越快。当然在自然界不
断演化的历史长河中，物种的生生灭灭是经常发生的和正常的现象。但是，
物种的生与灭在大自然的支配下基本保持着平衡。然而自从有了人类之后，
物种生成的过程减慢了，而其灭绝的过程则加速了。据统计，近两千年来，
已经有 110 种兽类和 139 种鸟类从地球上消失了，而其中 1／3 是近 50 年内消
失的。在这些被灭绝的动物中，至少有 3／4 是由于人类直接捕杀造成的，另
1／4 则是由于人类破坏其生存环境引起的。许多鱼类、昆虫、软体动物和植
物，就是由于其生存环境遭受人类破坏而灭绝了。大型兽类和鸟类亦不例外，
在我国历史上有过记录，而今已经在自然界绝迹的著名动物有犀牛、新疆虎、
野马、糜鹿、白臀叶猴等。近 30 年来，我国野生动物数量急剧减少，正面临
灭门之灾的有野象（约 100 只）、大熊猫（约 1000 只）、野骆驼（约 1000
只）、黑颈鹤（500～1000 只）、扬子鳄（约 500 只）、白鳍豚（约 200 只）、
东北虎（不过 30 只）、朱鹮（28 只）、坡鹿（约 100 只）等数十种之多。
现在全世界的物种大约有 500 万到 1000 万种，其中已被人们认识并有记
录的约为 180 万种。由于人类的直接或间接影响，就全部生物种估计，目前
平均每天就有几个物种灭绝，并且，灭绝的种数与日俱增。
要知道，一个新的生物种的形成，在自然演化史中往往要经历千百万年
的时间，一旦绝灭，就再也无法创造。人类利用生物品种的历史表明，我们
无法预言哪些生物对我们有用，常常是有些似乎最无用的物种，因某种“巧
遇”而突然变成医药、工业、农业和科学研究方面很有价值的，甚至是不可
替代的原材料。这方面的例子国内外都有。例如，在哥伦布登上美洲大陆之
前，欧亚大陆的人还不认识橡胶树，当本世纪初橡胶制品成为人类生活中不
可或缺的东西时，橡胶植物便成了种植园中的绿宝。因此，地球上每失去一
个物种，我们的后代就会失去一次选择利用的机会。而且，生物种对于维持
自然界的生态平衡，起着至关重要的作用，每消灭一个物种，就有可能增加
一分破坏生态平衡的危险性。因此，从目前状况看人类活动对生物界的影响，
是不利因素大于有利因素，人类非下大气力改变这种状况不可。否则，后患
无穷，受害的必然是人类自己。
古老的二进制与今天的电脑
“1＋1＝10”。看了这个算式，同学们或许会大吃一惊：这作者准是糊涂
了，“1＋1＝2”是天经地义的，怎么会“1＋1＝10”呢？这问题的确让人疑惑。
不过，你要是了解二进制的话，那这问题就不成为问题了。
在人类采用的记数法中，不仅有十进制，还有八进制，十二进制，十六
进制等等。其中，最低的进位制是二进制。
在二进制中，只有 0 和 1 两个基本符号，0 仍代表“零”，1 仍代表“一”，
但“二”却没有对应的符号，只得向左邻位进一，用两个基本符号来表示，
即“满二就应进位”。这样，在二进制中，“二”应写作“10”，“三”应
写作“11”，其他以此类推。
不同进位制的数是相互联系的，也是可以互相转化的。下面是十进制数
和二进制数的关系对照表，请同学们比较一下，看看你能从中悟到点什么：
自然数 一 二 三 四 五 八 九 十 ……
六 七
十进制 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ……
二进制 10 111 100 101 111 1000 1001 1010 ……
看了这个表，你便会明白，为什么“1＋1＝10”了。你也许发现，在二进
制中，用 0 和 1 两个数码就能表示出所有的自然数。这就是二进制的优点。
正因为如此，被誉为“人类文明最辉煌的成就之一”的电子计算机，便采用
了这二进制的数字线路。很显然，机器识别数字的能力低，10 个数字要用 10
种表达方式实在复杂，而对付两个数字，就简单容易得多了。
那么，这作用非凡的二进制是谁最先发明的呢？西方数学史家认为，它
是 17 世纪德国著名数学家莱布尼兹的首创。公正地讲，莱布尼兹是一位卓越
的天才数学家，1671 年，当他还只有 25 岁时，便发明了世界上第一台能进
行加、减、乘、除运算的计算机；1684 年，他又与牛顿几乎同时各自独立地
完成了微积分的研究。应该承认，莱布尼兹是欧洲最早发现二进制的数学家；
但就世界范围来看，二进制的发明权在中国，这便是那神秘的八卦。
八卦，是我国古代的一套有象征意义的符号，古人用它来模拟天地万物
的生成。其符号结构的素材只有两种，即阳爻“——”。和阴爻“——”。
这两种素材互相搭配，以三个为一组，便产生出八种符号结构：
我们可以看出，每个卦形都是上、中、下三部分，这三部分称为“三爻”。
上面的叫“上爻”，中间的叫“中爻”，下面的叫“初爻”。如果我们用阳
爻“——”表示数码“1”，用阴爻“——”表示数码“0”，并且由下而上，
把初爻看作是第一位上的数字，中爻看作是第二位上的数字，上爻看作是第
三位上的数字，那么，我们便会发现，八卦的八个符号，恰好与二进制吻合。
因而，我们有足够的根据说，八卦是世界上最古老的二进制。其实，这
一点连莱布尼兹本人也不否认。他曾和清朝的康熙皇帝通过信，就 64 卦问题
交换过看法。莱布尼兹认为，64 卦的排列，就是把 64 个数字用二进制写出
来。由此可见，莱布尼兹的二进制是从中国的八卦得到的启发。尽管他的研
究更完备、更系统，但从创造的时间来看，莱布尼兹却落后于中国几千年。
八卦最早记载在《周易》一书中。据说，它最先由圣人伏羲所画，后经
周文王、周公、孔子的探究推演，发展成了完备的体系。
如果从传说中的伏羲画八卦算起，八卦的产生将有 5000 年之久，几乎与
我们中华民族的历史同步。即使不这样算，以《周易》所记载八卦为源头，
八卦在我国的产生也有近 3000 年的的历史。这是任何国家任何个人所无法比
拟的。这样看来，谁能说八卦中的“二进制”不是古代数学的“世界冠军”
呢？
祖冲之的世界纪录
圆周率是求圆周长、圆面积、球体积时经常用到的，在生产实践中用途
非常广泛。因而，有关它的计算，一直是古今中外数学家们关注的课题。在
国外，古希腊的阿基米德计算过圆周率，曾求得圆周率的两位小数的精确值；
在我国，也有人很早便研究圆周率。成书于西汉初年的《周髀算经》，就有
“周三径一”的说法，认为圆周率是 3。到了西汉末
年，数学家刘歆又得出3。1547的圆周率值；而时至东汉，张衡则用 10 =
92
3。1622和 这两个数值作为圆周率。
29
三国时的数学家刘徽用割圆术的方法，求出圆周率的值是 3．14，取得了
我国古代关于圆周率研究的一个重大成果。
公元 429 年，祖冲之诞生在范阳郡遒县（今河北省涞源县）的一个士大
夫家庭。他的祖父、父亲都很喜欢数学。受家庭环境的影响，祖冲之从儿时
起，就对数学着迷。每当父辈们用“算筹”来计算时，他就瞪着好奇的大眼
睛，默默地瞅着那些“算筹”。渐渐地，他也能得心应手地摆弄这些用来计
算的小竹棍了。随着年龄的增长，祖冲之已不满足于那些简单的运算，他开
始研究前人的成果，希望在此基础上有更大的突破。
一天，祖冲之得到了一本刘徽作注的《九章算术》。他如获至宝。上朝
归来，便躲在书斋里潜心阅读。
随后不久，祖冲之便开始了他的计算工作。当时，没有计算机等先进的
计算工具，所有的只是一些作为算筹的小竹棍。祖冲之便利用这原始的计算
工具，每天在公务之余不停地计算着。从 12 边形、24 边形、48 边形、96 边
形、192 边形、768 边形、1536 边形、到 12288 边形，反复地运算。一根根
小竹棍被摸得通红发亮，一双手被磨出了厚厚的老茧。经过多年不懈的努力，
终于得出了比较精确的结论。
3．1415926＜π＜3．1415927
这个数值在当时的世界上是最精确的，直到一千年之后，才有人打破这
个纪录。
计算机的祖先——算筹和算盘
一次，一个中国代表团访问前西德某学校，主人请客人们参观完现代化
的电子计算机之后，又指着一幅挂图说：“这是世界上第一个计算器。”代
表团成员一看，原来竟是中国的算盘。
英国皇家学会会员、著名化学家李约瑟博士曾致力于《中国科学技术史》
的研究，待他全面地考察了中国古代的发明创造之后，以赞美的口气说：现
在流行于世的算盘，是中国人发明的，它可以跟中国的四大发明相提并论，
完全可以称为中国的第五大发明。
那么，这中国的第五大发明，也就是咱们中国人的绝活——算盘，是怎
样发明的？又是什么时候发明的呢？
算盘是由“算筹”脱胎而来。早在西周初年，为了计算，咱们中国人创
造了一种简陋的计算工具——算筹。这算筹就是用竹片等制成的小圆棍。计
算时，把它们或纵或横摆放在平坦的物体上，原理跟算盘相似。
所以，人们说，算筹是算盘的前身。那算盘是什么时候诞生的呢？这好
像还没有谁能说出具体的时间。不过，在一千多年前后汉人徐岳的《数术记
遗》中，已有“珠算”一词。
算盘问世最早最确凿的“视觉证据”，是在北宋著名画家张择端所画的
《清明上河图》中。据有关珠算专家考证，该图左端所画赵太丞药店的柜台
上放着一样东西，就是一架算盘。据此可知，早在宋朝，算盘就已在社会中
普遍使用。
元代以后，算盘更风靡于世。上至皇家显宦、豪商巨贾，下至平民百姓、
市井小贩，无不家藏户有。
时至明代，算盘完全取代了算筹。随着算盘的普及应用，一些指导珠算
的书籍也应远而生。如徐心鲁的《盘珠算法》（1573），柯尚迁的《数学通
轨》（1578），等。尤其值得一提的是，程大位撰写的《直指算法统宗》（1592）
一书，书内详细记载了珠算的口诀、技巧，被人们称为“商人的《四书五经》”。
这本书后来还流传到了日本，成了日本珠算的必备教科书。
明代初年，中国的算盘流传到日本。现在，日本的山甲市还保留着一把
古老的算盘。这把算盘的盖板反面有“文元子年”的标记。“文元子年”就
是中国明英宗正统九年。俄国的算盘，也是由中国传入的。到了 19 世纪 2O
年代，算盘又经俄国传播到欧洲。至此以后，算盘便开始走向了世界。
算盘的式样繁多，著名的收藏家陈宝定先生，共收集古今中外算盘 450
多种。中国乃至世界最大的算盘，收藏在天津历史博物馆内。它是清朝末年
天津沽衣街算盘作坊制造的，距今已有一二百年的历史。它的长度是按天津
达仁堂药店的柜台设计的，为 306 厘米，宽则为 26 厘米，共有 117 档。营业
忙时，五六个店员可以同时在大算盘上算账。
化学先驱——炼丹术
《周易参同契》这部著作，对于大多数同学来说，是很陌生的。然而，
要知道，它却是世界炼丹史上最古的著作。它的作者，便是被人称作神仙的
魏伯阳。
我国的炼丹术有着悠久的历史，它的兴起缘由，是希望找到长生不死的
神药。古人们曾经幻想，甚至相信人服了某种神丹妙药，不仅可以升仙化神，
与天地齐寿，与日月同辉，而且还能够坐视天下，役使鬼神，举家升仙，无
翼而飞，乘云驾龙，上天入地。因此，他们便开始了寻求仙药的活动。
早在战国，我国就有了关于神仙和不死奇药的传说。
秦始皇统一中国后，也效法前人，孜孜以求长生不死药。一些方士投其
所好，纷纷编织谎言，说东海“三神山”有仙药，吃了能够长生不死。秦始
皇信以为真，随即派人前去寻求。
海上寻仙求药不得，方士们又转而鼓吹食黄金，饮玉泉，铒云母，服丹
砂（天然红色硫化汞）可以天年永驻，与神仙相会。方士们的话使一些人深
信不疑，因而，进入西汉初年，一股求丹药、炼丹药的风气便在整个社会盛
行起来，并随着汉武帝的推崇，方士的推波助澜，而越炼越炽。到东汉时，
已掀起了一个不小规模的高潮。皇帝在金銮宝殿服“仙丹”，方士在深山密
室炼“仙丹”，百姓在茅屋田野�
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