資水東流——技術大停滯

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資水東流——技術大停滯

發表 由 lung 于 周日 1月 22, 2017 10:35 pm

風雲之聲
https://zhuanlan.zhihu.com/fengyun
技術大停滯——範式春夢中的地球工業文明(8)| 資水東流
https://zhuanlan.zhihu.com/p/24986634?refer=fengyun

如何看待天涯網友「資水東流」關於未來科技發展的文章?
https://www.zhihu.com/question/35324647
第一版:發達國家粉碎機和經濟危機背後的根本原因:技術大停滯
http://bbs.tianya.cn/post-worldlook-886641-1.shtml
第二版:空間受限下的經濟危機和人類社會的熱力學平衡: 技術大進步的停滯
http://bbs.tianya.cn/post-develop-1503114-1.shtml
第三版:範式春夢中的地球工業文明:低熵體的困境和下一級技術臺階
http://bbs.tianya.cn/post-develop-2042060-1.shtml
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發表 由 lung 于 周日 1月 22, 2017 10:41 pm

導讀

煙花爆炸的瞬間絢麗且美,但人眼看到的時候,爆炸已經接近尾聲。此文是我讀過的最發人深省的文章之一。地球文明已經進入一個關鍵點!在黑暗的宇宙森林中,行星上的化石能源是一根小火柴,如果能夠點燃,那麽將會獲得整個森林;如果不能,就會困死在地球上!


本文最初是即興所寫,後來在和網友的互動中,學習思索了不少觀點。第二版是把第一版的敘述整理一下,使之系統化和條理化。


第二版網址如下:
http://bbs.tianya.cn/post-develop-1503114-1.shtml


本文的若幹觀點其實在讀博的時候就已經隱隱約約萌發,寫過一些小文章,和若幹同學有過爭辯和交流。工作後,和海內外同事同學商討過此類問題。不少人在自己領域都感覺到了相似的問題,曾經和不少網友一樣懷疑各國政府,尤其是美國政府隱藏了若幹高端科技。但2008年危機後,已經快7年了,美國政府甯可改變統計方式來降低失業率數字,也沒有推出革命性的創新,所以所謂的黑科技存在概率很小。後來在天涯隨意浏覽,看到一個帖子,心有所感,在天涯隨手而寫,在和網友互動中,帖子越寫越長。


帖子被很多熱心網友轉發,有幾位好友還反饋了若幹轉帖地址。沒有預想到的是,本人被貼上了很多標簽。看了前面的,給我貼上“五毛”。看了中間的,扣一頂“美分”帽子。看了後面的,罵我反科學,是宗教極端分子。除了貼標簽外,若幹網友的回帖給出了不少真知灼見。在這一年內,和學校諸多同事探討辯論,關注了不少網友的反饋,越來越感覺到有一些觀點需要更加詳細地加以說明和拓展。


由于是在網絡發表,因此本文沒有像學術論文那樣嚴謹,但相關引用網址本人會盡量給出。另外,第一版和第二版中的很多網友回帖,思想深邃,富有洞察力。爲了維護敘述風格的統一,他們的很多發言經過修改後,融入到本文之中,在此加以感謝。


本人最初提出技術革命的停滯,只是一種個人觀點,並不強求大衆認同。一位著名物理學家【袁岚峰按:量子力學的奠基人、德國物理學家馬克斯·普朗克】說過,新觀念無法駁倒持有舊觀念的人,是通過新生一代更願意接受新觀念而最終戰勝舊觀念。本人相信,時間會給出最終的結果。但在辯論中,本人深深地震驚于網友的幾種思維方式,這也是本人寫第三版的原因。




普朗克


第1種反駁思維:你在胡說,我們現在處于一個技術大爆炸時代,怎麽可能會出現技術革命的停滯?


很多人把技術大爆炸當成了一種不言而喻的真理。如果追問下去,你怎麽知道現在是一個技術大爆炸時代?大部分人很茫然,是媒體報導的,是老師說的,是書上看到的,各種回答都有。少部分人會舉例,你看100年前如何,現在如何。極少數人會引用曆史上的案例,比如專利局長例子,比如比爾蓋茨的例子,說明不能小看技術進步。


曾經看到過一個“農場主假說”:一個農場裏有一群火雞,農場主每天中午十一點來給它們餵食。火雞中的一名科學家觀察這個現象,一直觀察了近一年都沒有例外,于是它也發現了自己宇宙中的偉大定律:“每天上午十一點,就有食物降臨。”它在感恩節早晨向火雞們公布了這個定律,但這天上午十一點食物沒有降臨,農場主進來把它們都捉去殺了。 【袁岚峰按:這個故事的作者是英國數學家、哲學家伯特蘭·羅素。】


羅素


過去200年的技術飛躍,讓人類逐漸形成了一種思維範式:技術會不停地快速發展下去。在過去幾十年中,這種觀念被媒體和科技利益集團不斷渲染強化。很多人陷入了某種範式牢籠,根本沒有考慮過,這種觀點是否正確。技術大爆炸只是對有限歲月的一個簡單總結,但在邏輯上,千萬不能把技術大爆炸當成是自證的真理。只要看看工業革命前的曆史,就會發現,在人類曆史上,文明停滯的時間遠遠超過工業革命以來的200年歲月。


在後面還會詳細闡述這種觀念是如何形成的,具有什麽缺陷。


第2種反駁:誤把科學當技術。


科學本質上是認知的範式,而技術的核心是實踐。


很多網友會舉出各種各樣的例子,說明1969年後,除了IT技術,其它領域一樣有若幹大進步。比如在和幾個生物學博士辯論中,他們舉了很多生物學上的新發現。但本人很震驚地發現,這些人不停地做實驗和發表數據,但做的成果又很難轉換到實際中。新聞報導中有很多生物技術的噱頭,比如那個“餓死癌細胞”來治療癌症。但實際稍微懂點數理方面相關知識的人都明白,從牛頓提出第三運動定律,到阿波羅11號利用這個原理登月,中間需要克服的技術難關數不勝數。從發現某種生物分子現象,到利用這種規律來治病,目前根本沒有實現手段。生物學發表論文很容易,但相關人士就業超級艱難,本質上就是這個原因。若幹生物學的大牛對本人猛噴,卻忘記了生物學領域長期誤導大衆,把科學當成了技術,一直在畫大餅。


阿波羅11號登月


同樣,很多搞天文學的人也犯了這個毛病。


後面還會詳細討論這種現象,並對生物學的困境給出個人觀點。


第3種反駁:被IT技術炫花了眼。


IT技術所特有的噱頭是新聞報導追逐的熱門,導致很多生活在“比特世界”的人類,忘記了“原子世界”的真實性。極端點,即使人類實現了實時無限數據互連,人類也不可能靠數據生存,人類依舊需要能源和資源。正如彼得·蒂爾所說:“人不是信息,而是血肉之軀。我們作爲物質性的存在,比作爲信息性的存在更重要。所以,世界各地的照片不重要,如何以更廉價的方式到達那裏更重要;發明癌症的治療方法比發明癌症的診斷工具更重要。”


過去40年中,IT是唯一取得巨大飛躍的技術領域,深深影響了人類社會。很多人沈迷于手機電腦的翻新換代,怎麽可能有技術停滯呢?在帖子後面,本人會表明,IT技術不是人類科技樹的主幹,只是一個比較大的分叉。即使在過去40年內成就驚人,IT技術在深度上也遇到越來越多的問題。


第4種反駁:混淆了技術改進和技術革命。


若幹網友在辯論中,承認現今前沿領域有停滯現象,但認爲技術的積累最終會解決此問題。


必須指出的是,量變不一定能導致質變。


一般意義上的技術進步是指沿著一條技術道路對現有技術進行深入挖掘,或者是引入外部其他技術來進行外延擴展和改進。


比如手機,從黑白屏到藍屏,到彩屏,到觸摸屏,信息溝通越來越方便,就是一系列典型的技術改進。電腦技術的更新換代,從單核到雙核,從640 K內存到4 G內存,軟件版本的升級,window95,windows 98,xp,win7,神舟一號,神舟二號……發動機材料的改進,等等,都是屬于技術改進範疇。


技術革命是技術範式完全發生變革的結果。從技術軌道來看,單個技術系統的革命實質上是從一種技術系統的發展軌道跳躍到另一種技術系統發展軌道上去,因此技術革命是技術發展史上不連續的重大事件。


技術革命和技術進步不同,意味著一種劃時代的新技術的發明,及其所導致的“根本性創新”的出現。所謂根本性創新,是指那種能夠導致投資高潮、産業結構發生變革的技術創新。


當人力、畜力、水力、風力等構成的動力系統的發展走到了盡頭時,人類發明蒸汽機動力,跨越了數千年來橫亘在人類文明前的技術台階。


當機械式計算系統的發展走到了盡頭時,人類發明了電子計算機技術系統,實現了計算技術的革命。


由于國內馬列主義教育的長期熏陶,很多人都熟悉一句話,量變導致質變。乍一看,這句話很合理,與日常一些生活經驗相吻合。很多人把這句話用在科技進步中,認爲技術進步最終會導致技術革命質變,人類社會現在一樣處于技術積累中。但實際上,這句話在技術領域適用面很窄。很多情況下反而是質變引領量變。


可以舉一個例子:


瓦特改進蒸汽機後,整個19世紀,蒸汽機一直在改進,更安全,效率更高。蒸汽機的改進會引起若幹附帶技術的完善,但如果一直遵循蒸汽機的原理,加熱水來産生動力,這樣的動力系統存在極限,推重比太低,人類永遠也無法推動飛機上天。直到內燃機這個革命性的能量轉換器出現,才有可能造出飛機。在內燃機出現後,一系列的技術改進,最終導致了火箭的出現。


萊特兄弟的飛機


技術上的質變,往往指的是技術革命。只有開辟一條全新的技術道路,才能真正的促進技術大進步,跨越技術台階。


同事勸誡,第三版中的1.5和8.3這兩節最好不要貼出,畢竟本人還要在這個體系中混飯吃,不能開地圖炮,得罪太多的人。第二版中有一些簡單闡述,有興趣者可以去看看。


另外,由于天涯論壇特有的馬甲刷屏習慣會導致內容零亂,因此,第三版在新浪博客和天涯同時發表,以新浪博客爲准。


背景簡介:本文是資水東流博士的作品《技術大停滯》的第三版《範式春夢中的地球工業文明:低熵體的困境和下一級技術台階》,原發于新浪博客(
http://blog.sina.com.cn/s/blog_3c4e19860102vyps.html

http://blog.sina.com.cn/s/blog_3c4e19860102w4ll.html
),作者授權風雲之聲發布。全文87000字,風雲之聲分爲多期連載。你不需要同意作者的所有觀點,事實上許多觀點也都可以商榷。但作者提出的基本問題是真實存在的,事關人類的生死存亡,你一經思考就會深深印入腦海,萦繞于心。對于關心人類命運的讀者,這是一篇不可不讀的文章。


附:全文目錄如下

 前言

1 文明和技術

1.1 範式粗談

1.2 人類文明所經曆的範式轉換

1.3 範式牢籠

1.4 科學和技術之間存在的鴻溝

1.4.1 科學的本質

1.4.2 技術的核心

1.4.3 從瓦特談起:蒸汽機引發的正反饋

1.4.4 需求不是救命稻草

1.5 科技利益集團



2 科技利益集團鼓吹的範式春夢:所謂的技術大爆炸

2.1 渲染和洗腦

2.2 論文和專利:天文數字後的荒謬

2.3 比特世界和真實世界

2.4 部分和整體



3 範式春夢外的陰影

3.1 人類面臨的技術窘境

3.1.1 能源轉換技術的停滯

3.1.2 新能源的窘境

3.1.3 農業,醫療和生物技術

3.1.4 信息技術深度上的麻煩

3.1.5 其它方面的技術

3.2 衆多的技術噱頭

3.2.1 早早敗落的太陽能/光伏噱頭

3.2.2 經久不衰的人工智能大噱頭

3.2.3 神乎其神的量子計算機噱頭

3.2.4 牛逼哄哄的納米材料噱頭

3.2.5 近年來的新噱頭

3.3 博士民工和生物技術的挫折

3.3.1 生物噱頭的緣起和影響

3.3.2 研究範式和問題



4 低熵體的困境和所面臨的技術台階

4.1 從熱力學第二定律談起

4.1.1 《道德經》的智慧

4.1.2 負熵流和文明層次的躍進

4.2 科技樹的主幹和分叉

4.3 永遠的50年和可控核聚變

4.3.1 永動機之夢

4.3.2 可控核聚變的難産和噱頭 

4.4 冷靜思考:未來不一定會更好


5 台階前的坑:人類社會的宿命

5.1 耗散結構理論的社會學意義

5.2 大競爭環境的消失

5.3 被全球化抹掉的差異性和人類社會的熱力學平衡

5.4 老齡化自鎖

5.5 如何填坑?  



6 台階的本質:複雜度魔鬼

6.1 何謂複雜度

6.2 紛繁世界背後的兩條規則:適者生存和資本回報預期

6.3技術進步和技術革命:複雜度的變遷

6.3.1 運輸/動力系統的演進例子

6.3.2 技術革命的特點和複雜度的變化

6.3.3 正在面臨的高複雜度科學魔鬼

6.3.4 源自技術根底的困境

6.4 高複雜度帶來的諸多惡果(more is different)

6.4.1 吾知也有涯和生死競賽

6.4.2 維護成本

6.4.3 來自社會的負反饋

6.5 簡單的數學推導



7 寂靜星空所隱含的恐怖前景

7.1 大寂靜和費米悖論

7.2 細思恐極的三種情景

7.3 宇宙大篩子

7.4 一根小火柴



8 反思和總結

8.1 複活節島的悲劇

8.2 冷靜不代表悲觀

8.3 研發需要範式革命

8.3.1 從中心極限定理和大數定律說起

8.3.2 現行科研體制的弊端
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發表 由 lung 于 周日 1月 22, 2017 10:44 pm

1 文明和技術


什麽叫文明?百度上的解釋如下:英文中的文明(Civilization)一詞源于拉丁文Civis,意思是城市的居民,其本質含義爲人民生活于城市和社會集團中的能力。引申後意爲一種先進的社會和文化發展狀態,以及到達這一狀態的過程。對于文明出現的判定標准,主要是城市的出現,文字的産生,國家制度的建立。其中最重要的前提條件是城市的出現,可以說城市是文明的發源地。但所有史書在講述一個個具體文明時,都會從農業革命開始,因爲沒有農業革命帶來的剩余糧食和負熵流,又何來城市及其有序生活?


電腦遊戲文明6


因此,所有文明的誕生都可歸結于一次技術台階上的躍進:包括固定太陽能的農業技術,金屬冶煉技術,馬匹,建築技術和傳播信息的文字技術。在那之後,雖然明面上不是那樣顯眼,但潤物細無聲,技術的發展深深地影響了文明的進程。


正如一位網友所說,一般情況下,某種生物的種群數量和生存資源呈現簡單的反比關系。人類的不同之處在于加入了另一個變量技術因素,形成三者互動。在人口和資源呈反比關系的基礎上,技術與人口、資源都呈正比關系。每一次重要的綜合技術革命,都能帶來人口和資源的重大變革,進而引發社會變革。當技術進步遇到瓶頸的時候,經濟會惡化,導致社會發展出現階段性倒退。總而言之,長時間演化之下,技術和所處社會相互耦合,相互影響。當技術趨于停滯時,人類發展的空間也逐步限定。


有學者專門撰文指出:“在第一次技術革命與第二次技術革命、第二次技術革命與第三次技術革命之間發生了世界性的經濟危機,分別是1857年和1929年—1933年發生的經濟危機。迄今爲止的世界性經濟危機都出現在前一次重大革命性技術結束之後和下一次重大革命性技術出現之前。而08年的金融危機,至今余波未央,實際上是由第三次技術革命到了衰竭期而造成的。”


本人不是技術決定論者。人類文明的進步,絕對不是取決于技術一個因素。比如,即使在21世紀的現代美國,也仍然有大批窮人,更不要說其它國家了。不能奢求用技術來解決貧富分化問題,但技術水平決定了文明的空間。而且必須指出的是,人類社會整體技術水平的提升,最終也會惠及到社會的各個階層。很簡單的一個事實,當今世界上,除開那些戰亂地區,其它國家最窮的群體,也比農業社會時期窮人的日子過得要好。


一定的技術水平,會塑造相應的文明規則。以農業社會爲例,物質生産上,農業社會靠體力幹活,所有文明的家庭傳承都是男性主導。社會道德總是和社會現實相匹配。最簡單的一個例子,農業社會的低技術水平,決定了嬰兒的高死亡率,在這種環境下,宣傳計劃生育和優生優育就是民族的自殺,生育文化先進的文明肯定會在長期競爭中獲勝,比如華夏文明。另外,幾千年的農業社會曆史,大部分文明都趨于技術停滯,技術條件決定了帝國的疆界有限。疆界之外,統治的收益很小,抵不上成本,只能視爲蠻荒之地。最先進的知識分子也難以想象邊界之外,還有著同等程度的文明。


物質生産方式、道德規範和思維模型會相互反饋,相互約束,最終會形成一個超穩固的結構,這就是“文明的範式”。


這種文明的範式是一把雙刃劍,某些時候起潤滑作用,某些時候是社會的牢籠。


1.1 範式粗談


範式(paradigm)的概念和理論是美國著名科學哲學家托馬斯·庫恩(ThomasKuhn) 提出並在《科學革命的結構》(The Structure of Scientific Revolutions)(1962)中系統闡述的,它指的是一個共同體成員所共享的信仰、價值、技術等等的集合,是從事某一科學的研究者群體所共同遵從的世界觀和行爲方式。在庫恩看來,範式是一種對本體論、認識論和方法論的基本承諾,是科學家集團所共同接受的一組假說、理論、准則和方法的總和,這些東西在心理上形成科學家的共同信念。瑞澤爾認爲:範式是存在于某一科學論域內關于研究對象的基本意向。它可以用來界定什麽應該被研究、什麽問題應該被提出、如何對問題進行質疑以及在解釋我們獲得的答案時該遵循什麽樣的規則。


《科學革命的結構》封面


範式是一科學領域內獲得最廣泛共識的單位,我們可以用其來區分不同的科學家共同體或亞共同體。它能夠將存在于一科學中的不同範例、理論、方法和工具加以歸納、定義並相互聯系起來。


範式概念的提出是科學哲學上的一次革命,在那之後,範式概念被逐漸應用到其它方面。例如,工業人士認爲技術創新,從蒸汽機到計算機,可以引起産業結構(範式)的變化;經濟學家則運用稅收政策來促進公司結構(範式)的合理化;在管理學中還出現了一系列諸如組織範式、開放範式、同步範式、協同範式、參照範式和隨機範式等等雜燴新術語;社會學家更是把它奉爲至寶,用來描述所謂“社會範式”的變化。


在庫恩看來,兩種範式之間是不可通約的,“科學革命”的實質,一言以蔽之,就是“範式轉換”。


人類曆史上有過很多範式和範式革命。最著名的就是地心說和日心說。


希臘哲學家們認爲,永恒的、神聖的天體只能相應于其高貴的地位作勻速圓周運動。但天文觀察表明,少數天體,如太陽,月亮和一些行星的視運動卻並不如此,甚至還描繪出複雜的雙紐線軌迹。柏拉圖給他的學生們提出了一個任務:怎樣用若幹個特殊的勻速圓周運動的組合,去解決理想情況與現實的這個矛盾。


最終,托勒密給出了他的解釋。他認爲,地球處于宇宙中心靜止不動。從地球向外依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星,在各自的軌道上繞地球運轉。其中,行星的運動要比太陽、月球複雜些:行星在本輪上運動,而本輪又沿均輪繞地運行。這一理論體系符合日常經驗,並且能粗略地解釋天體運行軌迹,後來和宗教相結合,統治西方一千多年,被絕大部分人奉爲萬世不易的圭臬。這就是哥白尼之前的西方天文學範式。


托勒密天文學體系


地心說在很長時間內被認爲是真理,但長期的天文觀察表明,一個均輪加上一個本輪,和觀測到的實際行星運動軌迹還是有若幹差異,于是,一個本輪不夠,再疊加一個本輪,還不夠精確?再加一個!最終弄出80多個本輪,以至于有人哀歎:我若是上帝,絕不會創造出如此複雜的世界。地心說陷入危機之中。


最終,哥白尼提出了日心說這一和地心說截然不同的體系,開啓了一個新的範式,而開普勒和牛頓進一步完善了哥白尼的理論。新的理論簡潔明了,而且還可以預測未來星體的運行軌迹。天文學迎來一個全新的階段。
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發表 由 lung 于 周日 1月 22, 2017 10:47 pm

1.2 人類文明所經曆的範式轉換


如果把範式概念應用到技術文明上,那麽很顯然,采集和狩獵是一種範式,農業文明是另外一種範式。相對于農業文明,工業文明又是一種全然不同的事物。


人類在進化樹上邁出至關重要的一步後,在幾十萬年的時間內,依靠狩獵和采集爲生。據估算,一萬年前地球上疏散地分布著一千萬原始人類。 (
http://www.pep.com.cn/lsysh/jszx/jxyj/jxxc/201008/t20100827_805526.htm



那時地球上群體人口的規模很小,不超過50人,男人是主要的狩獵者,而女人則主要從事植物采集並靠此提供食物。這類生産活動的性質決定了當時人類社會的主要特征:


1 極低的人口密度,由于不能主動利用太陽能,人口數量不能超過由狩獵和采集獲得的食物所能承受的界限,據研究,每平方千米只有4人左右。


2 極度蒙昧,生存壓倒一切,沒有剩余物資供養額外人員,基本依靠動物性本能活動。


3 流動性強,沒有定居生活。


一句話概括,根本談不上任何文明。弱肉強食是部落的最大共識。


但在大約10000年前開始,農業,馬匹,車輪,冶金,文字所代表的一次技術革命,把人類從蒙昧時代解放出來,對世界的改造遠超之前的原始社會。關鍵技術進步體現在農業上,人類首次能夠主動的固定太陽能。新的負熵流使得人類社會能世代繁衍並逐步脫離蠻荒狀態,建立起秩序井然的文明。縱觀曆史,各大農業文明的特點都很相似:


1 比較高的人口密度,中國和印度這樣的農業文明極致,能夠1平方公裏養活50人。


2 定居生活,耕地需要固定勞動力。


3 金字塔般的秩序,底層農民供養上層統治者和知識分子。


農業革命把人類帶到了一個新的技術台階上,負熵流的大幅增加,意味著文明開始萌芽。在之後的幾千年時間內,各個文明的技術龜速前進,並且技術進步呈現出零星點綴狀態。由于技術的漏鬥效應,在此期間,地理位置不同的各個主要文明(隔絕和半隔絕的美洲文明、撒哈拉以南的非洲文明除外)之間相互擴散技術,最終達到了一種熱力學平衡狀態。在農業社會中,對于絕大部分人口而言,他們的基本生活方式和數十代前的祖先一樣,他們的能源利用水平和前人處在同一水平上。《全球通史》【袁岚峰按:美國曆史學家勒芬·斯塔夫羅斯·斯塔夫裏阿諾斯的名著】對此加以評論,公元1500年的世界和公元前500年的世界差別不大。對于工業革命以前的知識分子來說,停滯和一成不變是他們對世界的認知範式。




斯塔夫裏阿諾斯《全球通史》封面


18世紀的某次隨機擾動和正反饋,超過了一定的阈值,瓦特改良的蒸汽機引發了前所未有的工業革命。【袁岚峰按:其實我不認爲工業革命來自隨機擾動。歐洲在此之前幾百年就在向這個方向不斷努力,而其他文明並沒有向這個方向努力,所以歐洲實現工業革命、甩開其他文明,是理所當然的。】農業社會被逐漸改變,新的能源和動力革命讓人類文明擺脫了馬爾薩斯陷阱,越過了一個至關重要的台階。短短的200多年,全世界起了天翻地覆的變化。絕大部分人現在接受了一個完全不同的範式:文明永恒前進,未來代表美好。



瓦特與蒸汽機
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發表 由 lung 于 周日 1月 22, 2017 10:53 pm

1.3範式牢籠



一定的技術水平,形成一定的範式。不同範式下,相互看待對方很離經叛道,是超出想象力範圍的事物,比如農業社會的大衆無法想象工業社會的職業女性可以離開家庭,整天忙碌不停,工業社會的高中女生理解不了農業社會的早婚早育。



一種範式的樹立可能需要花費很長時間,但範式具有自穩性,而跳出範式,付出的不僅僅是時間。人類曆史上有無數例子表明,這種範式牢籠往往很堅固,要突破範式牢籠,需要勇氣和犧牲。



從大的方面來說,華夏文明近代的屈辱就是一個典型例子。農業社會時期,無論是深度還是廣度,華夏文明是最輝煌的文明。不管喜歡與否,華夏文明的核心就是深深根植于農耕社會的儒家思想及其官僚系統,接近3000年的熏陶,傳統華夏文明已經無法擺脫農耕這種範式,所謂的李約瑟之謎,實際上就代表著華夏文明深處于範式牢籠而不得自脫。即使在一波波的外力幹涉下,華夏文明也極不情願改變自身,行動總是位于屈辱之後,洋務運動,公車上書,清末新政,辛亥革命,五四運動,引入共産主義,曆史越來越偏激,最終以“大躍進”,文化大革命和計劃生育作爲標記符來徹底埋葬傳統華夏農耕文明。



在企業層次,柯達公司是固步自封的代表。接近100年的時間裏,柯達是光學成像技術的引導者和膠卷行業的領先者,柯達曾經造出世界上第一台數碼相機,但沒有推廣。曾經的王者,形成了一套自己的思維方式和利益團體,不願意改變自己的技術路線,自己給自己編造若幹關于數碼技術缺點的論文,但新的革命性技術一般都具有一個特點:最初可能很粗糙,但有遠大于傳統技術的潛力。化學感光膠卷已經到了極限,40年後,在數碼革命的風暴中,柯達宣布破産。





從小的方面來說,本人曾經關注一個現象。在上個世紀90年代,VCD在中國異軍突起,作爲一種新技術,短短幾年間,在中國社會迅速普及,但很奇怪的是,VCD在美國並沒有流行開來。美國人還是喜歡用錄像機。究其原因,中國人在VCD之前沒有經曆錄像機這個時代,而錄像機在美國家庭的擁有率很高,一般家庭,零售商,內容供應商和分銷商,幾十年來已經對錄像機形成了一種使用範式,用起來很方便,維修起來也很方便,不願意跳到VCD這條技術路線上。直到DVD這種清晰度遠超錄像機的産品出現,數字光盤才在美國流行起來。



如果從整體上概括,三次技術革命和隨之而來的一系列工業革命,摧毀了農業社會,也塑造了一個新的工業文明範式。





經過兩百多年的飛速發展,整個社會潛意識中有一種基本信仰:未來科技是神魔般奇妙,會讓我們的生活更好。絕大部分國家的社會規劃,資源開發和工業建設都是基于這種信仰。比如現在汙染了沒關系,以後會有辦法解決;現在城市規劃讓人長期花費大量能源奔波兩地,沒關系,能源問題以後不是大問題;發達國家人買一雙襪子,都是從萬裏之外運來,沒關系,運輸成本很低;等等。



絕大部分人很少真正地想過,技術能夠一直飛速增長嗎?如今這個基于化石能源的高能耗工業文明能夠一直持續下去嗎?



就人類社會整體而言,實際上已經陷入了一個範式牢籠,這個牢籠由多種因素構成,有社會制約,有資源約束,有體制束縛,更有技術本身的負反饋。



但深處春夢中的大衆不願意醒過來。在IT技術耀眼惑人的同時,其它領域技術上的停滯現象越來越明顯,一個很簡單的事實,回頭看看四五十年前的社會氛圍,那時年輕人夢想著駕駛宇宙飛船征服廣袤的星海,現在呢?宅在家中享受淘寶成了時尚。



人類的工業文明是建立在廉價能源基礎上的,現在能源技術遇到了大瓶頸,看不到革命性突變的任何苗頭,估計很少有人能夠想象如果技術大進步突然停滯個百來年,沒有找到大規模新層次廉價負熵流的來源,全世界會變成啥樣。



但曆史上是真實發生過的,前面已經說過,第一輪技術大爆炸把原始社會轉變到農業社會,之後整個人類社會在技術上以龜速爬行了數千年才迎來工業革命。



如果真的發生了停滯,人類社會根本就沒有做好應對的准備。


喧囂的背後,陰影在持續擴大。
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回復: 資水東流——技術大停滯

發表 由 lung 于 周日 1月 22, 2017 10:54 pm

1.4 科學和技術之間存在的鴻溝


知其然,知其所以然,造其然,利其然。這是個人對從科學到技術創新所要經曆的四步驟的歸納。一方面,人類的很多知識,往往都是卡在後兩個階段,無法轉換爲市場需要的技術。少數知識,比如光伏發電,即使能投入生産,其實也沒有達到利其然的地步,背後是大量的政府補貼。另一方面,很多理論上已經劃定範圍的東西,出于牟利的目的,卻又披著耀眼的技術外皮閃亮登場,被若幹商業組織兜售給大衆,最典型例子就是“水變油”和“技術奇點”。


1.4.1 科學的本質


科學本質上是認知的範式。


康德有句名言,人的理性爲自然立法。人類具備有先天綜合的能力,即把感性材料綜合爲相互連接的表象,進而歸納出若幹原則,這些原則可以用來解釋衆多的蕪雜現象。當然,現代科學體系一般都遵循奧卡姆剃刀原則,即用最少的來解釋最多的。


科學從知其然開始,知其然就是觀察世界或通過實驗,把衆多現象(其中可能彼此看上去是風馬牛不相及)總結起來,歸納到同一因果鏈。

比如牛頓觀察到大海潮汐,月亮的運轉和地球繞太陽運動,他認識到這背後有一個共同的因素在起作用。

 

很多科學領域,比如力學,電磁學,熱力學,化學,都已經超越了這一階段。

 

但生物學的很多分支,還處于這一階段。


而知其所以然就是科學共同體提出的一套範式,找出內部規律,用相對簡潔的規律來解釋龐雜的外在現象,如果能夠數學化,那就意味著真正的知其所以然。


牛頓提出三大運動定律,萬有引力來解釋諸多現象,配合微積分,演繹出一個龐大的體系,他的解釋很讓人信服,實驗精度很高。


麥克斯韋在電磁學上作出了類似的貢獻,相似的例子還有愛因斯坦,薛定谔,香農等。


比較低層次的有門捷列夫,元素周期表可用于定性解釋化學現象,但無法定量。


而生物學在這方面還沒有及格,大部分生物領域,找不出較好的方法來簡潔描述生物現象。舉一個很簡單的例子,都知道單眼皮和雙眼皮是由基因方面的差異造成的,但如何造成的?DNA如何根據堿基的不同,操縱物質一步步勾勒出單眼皮和雙眼皮?能用什麽數學方程來描述?



在此必須要慎重說明的是,對同一類現象,不同的學者可能會提出完全不同的解釋,比如對日升日落現象,就有地心說和日心說兩種截然相反的解釋體系。在科學史的研究中會發現,無論是新的,還是舊的理論體系,在它們的那些曆史時期,都能解決一些實際的問題。但是,它們對相同的觀察事實的解釋竟沒有相似之處。亞裏土多德的力學體系與牛頓的體系的關系是這樣,牛頓體系同愛因斯坦的體系的關系也是如此。


庫恩認爲,傳統的關于科學本質的進步性質以及知識的不斷積累增長的觀點,不管怎樣的言之成理,卻不能說明曆史研究中所呈現出來的實際情況!科學知識不是累積的,科學的曆史是由那些極具洞察力的新思想推動的,而不是連續積累的效應。如果說“常態科學”是緩慢、連續、穩定和積累的變化,那麽“科學革命”或“範式轉換”則是極少發生卻又極有意義的變化。“嬰兒科學”常常是從少部分人那裏探索出來的,如伽利略、牛頓、達爾文、愛因斯坦等。“常態科學”只是在科學首創確立以後的“精湛化”。



1.4.2 技術的核心


技術是人類超越于動物的關鍵所在,核心在于實踐。

 

馬克思在《關于費爾巴哈的提綱》的11條提綱中的最後一條中說道“哲學家們只是用不同的方式解釋世界,而問題在于改變世界”。這話如果套用過來就是,科學解釋世界,但對人類更重要的是技術可以改造世界。牛頓的理論最初只能用于象牙塔,而瓦特的蒸汽機是人類社會的一個關鍵轉折點。


縱觀曆史,人類與其它生物在生物領域的差別並無特殊意義,人類的生物秉性對于後來的人類文明而言,沒有起到決定性作用。人和動物的主要差別是技術應用。技術進步是促進人類社會發展的第一動力,承擔著人類文明進步的重任。如果沒有技術,人類肯定不會發生這麽多與其他生物不一樣的故事。以技術爲基礎,生産、商業、軍事、政治、科學、道德、文化、文明才有了著力點。


古希臘時期,有著衆多的科學理論,但這些科學理論並沒有大規模應用到當時的技術上。原因很簡單,技術的起源獨立于科學。這聽起來很不可思議,今天大衆已經習慣了“科技”這個詞,很多人會想當然的認爲技術來源于科學。但實際上,從石器時代制造第一個石頭工具開始,技術就開始萌芽了,而科學還在十萬八千裏外。在人類文明史的絕大部分時間內,技術的改進工作都是由工匠進行的,和科學家無關。很多時候,技術的改進取決于工匠的經驗積累。在長期實踐中,很多工匠對事物的規律不一定有理論上的認識,但經驗會告訴自己,怎麽做才能做下去,他們是在實踐中來應用規律,而不是理論上來闡述規律。直到第一次工業革命開始,科學才和技術慢慢結合起來。


不管理論如何,技術的中心就是流程和結構必須具有可操作性和可重複性。技術實踐的主要步驟是試錯,嘗試不同的流程和結構組合,找出一條可行的路徑。在這裏必須強調的是,現代科學對于技術的作用,很大程度上就是減少試錯的次數,所謂用理論來知道實踐,就是縮小試錯的成本和範圍。比如,萊特兄弟制造出飛機的時候,工程經驗甚于空氣動力學,但後來的飛機改進和升級,離不開空氣動力學方面的知識。F-22,J-20這樣的飛機,絕對不是靠純粹試錯能夠造出來的,肯定是理論和試錯並行。


從發展順序來說,技術可以分爲造其然和利其然兩步。


造其然,就是主動利用已知規律來造出自然界原本不存在的事物。這一過程本質是人對自然的反饋。早期的典型例子是弓箭,盡管不知道勢能和動能這樣的概念,但工匠們一樣可以根據經驗造出把勢能轉換爲動能的弓箭。現代的典型例子是原子彈,氫彈,火箭和宇宙飛船。分領域而言,機械,電子以及電力技術在這方面最成熟,相對不成熟的是化學和材料學,通過化學反應能夠得到某種物質,能測出物質的特性,但反過來,預期要求某物質具有若幹特性,如何通過一定的步驟,造出這種物質來?


利其然,雖然也是利用規律,但和造其然有很大的差異,很多造其然的行爲是不計成本的實驗室行爲,很多甚至是國家行爲,例如二戰中的曼哈頓計劃和冷戰中的阿波羅登月計劃。而利其然的核心就是要求技術及其産品在流程和結構上平衡好性能和價格,和所處的社會能夠成功互動起來,形成一種正反饋效應,並最終接受市場的檢驗。


這方面最典型的例子就是流水線生産的汽車。




在福特發明流水線生産技術以前,制造一輛汽車類似現今的飛機制造,一大群人圍繞著一輛車幹活,一個工人裝配某個零部件的時候,幾十個工人在旁邊看著,生産效率很低下,因此早期的汽車價格很昂貴。福特發明了流水線生産技術:每個工人在流水線上固定生産一種或少數幾種産品(零件),其生産過程是連續的,流水線上各個工作地是按照産品工藝過程的順序排列的。每個工作地只固定完成一道或少數幾道工序,流水線按照統一的節拍進行生産。在流水線生産情況下,汽車的生産效率急劇提高,汽車的生産成本開始下降。汽車售價下跌,銷售量增長,銷售量增長帶動零部件的采購量增長和零部件的價格下降,反過來又降低了生産成本,這樣形成了一種正反饋效應,1908年,福特T型車售價是850美元,一年銷量是5000輛,1916年,T型車售價是360美元,一年銷量是500000輛左右!


技術創新要達到“利其然”的地步,往往需要考慮多種因素,要考慮到可實現性,但大衆往往被媒體和科技利益集團誤導,把技術創新想得很簡單,利用大衆和政府的這種心理,過去幾十年,中國,乃至整個世界都充滿了各式各樣的科技噱頭。


在這方面,尤其以生物學領域最爲突出。上個世紀70年代開始,生物學領域的研發經費急劇增加,超過了其它領域的總和。由于實踐技術遲遲不能突破,一直只能爲了論文來發論文,爲了經費考慮,生物學界開始有意無意的傳播技術噱頭。比如,現在很多學校都開設了生物工程這個專業,但絕大部分其它帶工程頭銜的專業(如電子工程,動力工程)早就達到了利其然的地步,而生物工程專業的課程設置和培養方案和工程根本不占邊,反而和文科專業很類似。生物學領域連“知其所以然”都沒有達到,卻在大肆渲染“21世紀是生物學的世紀”,諸如“餓死癌細胞”這樣的大餅隔一陣子就畫一個。


阿波羅登月年代後的這些噱頭,極大地誤導社會,使得大部分人認爲現今仍然是一個技術爆炸年代。
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發表 由 lung 于 周日 1月 22, 2017 10:58 pm

1.4.3 從瓦特談起:蒸汽機引發的正反饋


這一小節的內容參考了網友馬前卒的帖子,在此表示感謝。


在詳細探討工業革命是如何爆發前,先給大家介紹一個模擬電路概念——遲滯比較器。這個例子說明了不能以連續可逆的觀點來看待事物。


一個正向+1 V阈值(可以是其它值)的遲滯比較器有一個輸入端,一個輸出端,在一定電源電壓下,緩慢調節輸入電壓,從-15 V到+15 V,觀察輸出電壓,會發現輸出電壓從-15 V 變化到+15V。由于輸入電壓是連續變化的,很多人會認爲輸出電壓也是連續變化的。但情況正好相反,仔細觀察後發現,輸入電壓從-15 V一直變化到接近+1 V(比如0.99 V),輸出一直維持在-15 V不變。一旦輸入電壓開始接近+1 V,輸出電壓急劇變化。輸入電壓從+0.99 V變到+1.01 V,輸出猛然從-15 V突變到+15 V。之後,輸入電壓從+1.01 V變到+15 V,輸出維持+15 V不變。


橫軸爲輸入電壓,縱軸爲輸出電壓,U-、U+爲兩個門限電壓值


從輸入輸出曲線上會發現,曲線在輸入電壓+1 V附近是90度垂直上升。原因很簡單,一旦越過+1 V阈值,電路上會産生一個正反饋效應,這個正反饋效應會使得負者越負,正者越正,輸出急劇變化。而且,神奇的是,一旦輸入越過+1 V阈值,輸出從-15 V變成+15 V後,再反方向把輸入電壓從+1.01 V調回到+0.9 V,甚至-0.9 V,輸出電壓保持+15 V不變。這表明,一旦越過某個阈值,電路環境會發生改變,不能想當然地認爲事物可逆。


在絕大部分人的心目中,認爲工業革命是一種自然而然的變化,時間夠了,蒸汽機自然會出現,自然會推動工業文明的到來。但事實是,工業文明的誕生需要越過一個關鍵的阈值點。


許多教科書上(曆史書、物理書)說瓦特是蒸汽機的發明者。這是誤傳。世界上第一台蒸汽機是由古希臘數學家亞曆山大港的希羅(Hero of Alexandria)于1世紀發明的汽轉球(Aeolipile),是蒸汽機的雛形。英國人薩維利(Savery)于1698年、紐可門(Newcomen)于1705年各自獨立發明了早期的蒸汽機,用于礦井抽水。由于效率太低,也只能在便宜煤炭充足的礦井中抽水。1769年後,瓦特的一系列革命性改進大幅度提高了蒸汽機的工作效率,讓蒸汽機在各個領域的應用成爲可能。


蒸汽機的原理並不複雜,英國科學家李約瑟曾提出一個著名論斷:蒸汽機=水排+風箱。他想用這一公式說明,沒有中國古代技術成就,西方近代革命的心髒——蒸汽機是不可能發明的。從蒸汽機的關鍵結構看,“風箱”解決了雙作式閥門問題,而“水排”則提供了直線運動和圓周運動之間的轉換設備。“風箱”是我國宋代發明,爾後傳到西方,18世紀在歐洲普遍應用;而“水排”1900多年前就在我國出現,《後漢書·杜詩傳》中有明確記載。從這個角度看,我國古代先進的技術已經爲蒸汽機發明打下了基礎,但最早發明“風箱”和“水排”的中國人卻沒有制造出蒸汽機。




李約瑟


除了中國之外,縱觀曆史,古埃及、古巴比倫和古代印度,都有著蒸汽機雛形的曆史記載。


工業革命的爆發,需要一系列條件。曆史上有很多顯赫帝國,西方的羅馬帝國,中東的波斯帝國,阿拉伯帝國,華夏的漢唐宋明,甚至于蒙古帝國,其所達到的技術水平,其所能動用的人力物力,其對于動力的需求,都不比18世紀中晚期的英國差。但偏偏各種因素幹擾,無數次有意無意的努力,總是離那關鍵的阈值點差那麽一點點。


農業文明的幾千年技術交流,英國這個海上帝國的體系容量,使得瓦特的革命性擾動終于在18世紀中晚期越過了一個關鍵的阈值點。


用馬前卒的話來概括:


蒸汽機和機床加工的工具可以顯著提高礦井的效率(煤、鐵的采掘),廉價的煤炭和鋼鐵通過冶煉工序,又可以反過來提高蒸汽機與機床的産量。另外,機床可以用來制造更多的機床和精密的蒸汽機,蒸汽機也可以提高機床進行金屬加工的加工能力。人類曆史上第一次有一系列的相關技術通過如此之多的相關工序互相促進,最終形成了一個加工能力和能源采集的正反饋系統。


這個正反饋不斷擴大規模,提升加工精度和個人生産效率,將其他部門卷入自升級體系,最終建立了一個大工業體系,爲整個經濟體系提供穩定的負熵流。


類似現象在之後的200多年還有多次,內燃機、免疫技術、電力和計算機都引發過相應的正反饋。當然,正反饋過程不可能無限制持續下去,正如上面提到的遲滯比較器受電壓電壓的約束,技術革命引發的正反饋會受到各種各樣的制約,如資源、市場和道德等等。當一種正反饋過程開始停滯下來的時候,危機開始醞釀。1929年和2008年的經濟危機就是典型例子。


就人類文明整體而言,正反饋的過程就是越過技術台階的過程,90度垂直的台階,需要90度垂直的正反饋助力。


1.4.4 需求不是救命稻草


科學理論的進展往往吹起美好但空虛的泡泡,技術進步卻能帶來真正的需求。



2008年爆發金融危機以來,世界經濟,尤其是發達國家,已經萎靡不振快7年了,而媒體上報導壞消息的時候,往往以“2008年金融危機以來”這樣的語句作爲展開點。和曆史上危機不同的是,本次危機的特點就是拖延時間長。1990年和2001年的經濟危機,持續時間都很短,市場反彈很快。從宏觀曆史看,如果不計1990-1991年的輕微衰退和2001年由于911事件所導致的美國宏觀經濟增速的短期下滑,自1979至1983年的美國和西方發達國家的經濟衰退到2008年以來的這場經濟衰退,整個西方世界已經保持了四分之一多個世紀的經濟增長。


本來經濟危機和經濟繁榮應該是循環往複的,但這次經濟危機後,似乎看不到經濟重新繁榮的征兆。個人認爲,此次危機之所以破壞程度深,對中産階級的打擊超過了以往危機,是因爲本次危機在反彈階段和過往危機有本質上的區別。從時間軸上來看,人類可能進入了一個新時代:技術革命(不是科學)的大停滯時期,技術改進還在發生,但看不到革命性質變的苗頭。


本次危機後,嚴格意義上講,2001年IT泡沫破滅後,西方突然發現,下一個産業突破點,下一個經濟增長點在哪兒呢?2001年IT泡沫破滅後,美聯儲爲什麽將聯邦利率大幅下調?因爲在找不到新型産業突破點的時候,必須依靠房地産泡沫來推動經濟發展,滿足資本牟利的需要。當2008年次貸危機導致金融崩盤後,房地産泡沫也就一去不再回頭,沒有了新的投資方向,所以有一個很奇特的現象:美國企業裏有著史無前例的充裕現金,國內失業人數一大群,但它們都不願意投資。【美國企業現金儲量達曆史最高水平
http://epaper.stcn.com/paper/zqsb/html/2011-02/21/content_245467.htm



而媒體上的常規報導都把這歸咎于“需求不足”。按照以往經驗,只要采用凱恩斯的理論,不停的刺激需求,危機就會過去。這7年中,美歐日采用了一切辦法來刺激經濟。除了行政部門的常規刺激政策,金融部門更是以超出常人想象範圍的方式來給市場添加助力。美聯儲一次又一次的搞量化寬松,加息更是一再拖延;歐洲央行許諾無限制的購買債券;日本幹脆以威脅以印鈔的方式來撬動市場。但即使在這些史無前例的“救心針”作用下,發達國家的就業市場依舊遠遠沒有恢複到危機前的水平,而民間的抗議示威則是一浪高過一浪。特別是歐洲那些二流發達國家,都快逼近國家破産的地步了。值得注意的是,在西方面臨窘境的同時,東方的中國也進入了所謂的“新常態”時期,傳統的刺激政策出現邊際效用遞減現象,以至于有人開始宣稱,今年【按:2015年】是最後一次看到7%的增長率。


因此,凱恩斯的刺激需求理論說明不了當前的窘境,熊彼特的創新衰竭理論反而被越來越多的的人所重視。


曆史一再表明,最根本的需求擴展,往往是由技術革命帶來的。


沒有蒸汽機和火車輪船,小農社會滿足于自産自銷,千裏之外的東西與我何幹?沒有內燃機和飛機,跨國旅行是探險,不是享受。


技術的可能性決定了人類需求的範圍。就目前看來,人類所需求且可達到的産品都處于效率改進的階段。自25年前互聯網和數字化手機勃興之後,人類社會沒有誕生真正的外拓型産品。


但不知從何開始,有一種說法開始越來越流行,需求決定技術。常常被引用的是馬克思的一段話:“社會上一旦有技術的需要,這種需要就會比十所大學更能把科學推向前進。”


這種觀點很具有誤導性,因爲它在很多情況下是正確的。不過,正如數學中要區分充分條件和必要條件一樣,不能想當然地把這句話看成是放諸四海而皆准的真理。


舉幾個例子。


商用市場對飛機的要求是越快越好,比如現在跨越太平洋需要十幾個小時,大部分旅行者希望能把這個時間縮短。但爲什麽航空公司做不到? 挾泰山而超北海,非不爲,實不能。


人類現在的技術造不出相應的高性能且各項指標都合格的航空發動機,或者說,有推力大的發動機,但成本太高,耗油量太大,可靠性上不去(比如協和飛機)。過去40年,對民用航空發動機的技術改進,只能用龜速形容,導致50年前定型的波音飛機現在還占據市場主流。當然,有人會反駁,速度太快不舒服,所以高速飛機沒必要。在人類步行6公裏時速的時候,認爲坐在60公裏時速的火車上很危險,很不舒服。火車60公裏時速的時候,不敢想象600公裏時速的東西怎麽可能舒服,但後來技術達到了600公裏時速的飛機很舒服。現在想象6000公裏時速不舒服,很恐懼,只是因爲長期的航空技術停滯,大衆習慣了波音飛機40年不變,難以想象10倍的速度增長。如果技術突然有了大爆炸,讓6000公裏時速飛機的成本極大降低,舒適度基本不變,大衆自然會擁抱新的旅行方式。


協和式飛機


另外一個極端例子:絕大部分人類都向往星辰大海,但當前的航天技術,就原理上而言都難以滿足這個要求,航天推進技術並沒有因爲人類的需求而有革命性進展。


那麽,需求推動技術增長這一觀點適用于什麽場合?個人認爲,當技術原理發生質變,技術不再是主要障礙,主要阻力來自于市場慣性和相關利益集團時,需求會推動那些眼光敏銳且雄心勃勃的創業者來推動技術的改進和相關産品的普及。


50多年前,計算機屬于國家和大企業的奢侈品,但無數小型機構和組織都渴望一台屬于自身的電腦,只不過當時的技術水平決定了電腦價格昂貴,保養困難,使用繁瑣。隨後爆發的集成電路技術革命,導致CPU領域出現了摩爾定律,電腦的性能飛速提升,同時價格急劇降低。現在隨便買一台個人電腦,其性能超越了50年前最頂尖的大型機,但價格不到(換算成黃金)50年前大型機的萬分之一。


因此,西方的經濟疲軟和東方的新常態,可能昭示著過去200年傳統經濟增長模式的動力開始衰竭。
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發表 由 lung 于 周日 1月 22, 2017 11:00 pm

2 科技利益集團鼓吹的範式春夢:所謂的技術大爆炸


任何利益團體都喜歡用大話訛人,比如計生委喜歡討論人口爆炸,石油集團傾向于宣揚石油即將枯竭,那麽科技領域喜歡用什麽來宣揚自己的重要性?


考慮到現今的科技研發日益依賴政府的財政經費,出于集體利益的訴求,科技利益集團在上個世紀80年代開始,提出了“技術大爆炸/科技大爆炸”這個概念。


利用印象時間差,輔之以媒體和大學的洗腦,以及科幻文學/電影的渲染,不知不覺之中,技術大爆炸仿佛成了一個不言而喻的真理。即使在一些知識分子雲集的區域,比如“知乎”等網站,時常也冒出一些“技術大爆炸在進行”的帖子。雖然很多發帖者所在領域還處在“知其然”地步,遠遠談不上“利其然”,但並不妨礙發帖者下意識地維護集團利益。


2.1 渲染和洗腦

洗腦的技巧可圈可點,是大衆傳媒時代最成功的推廣案例。


過去200多年的技術躍進,使得任何人都必須承認,18世紀以前的世界和20世紀末的世界截然不同。縱觀人類曆史,這只能用“技術大爆炸”來形容。所以,技術大爆炸是不容置疑的。與此同時,受利益集團控制的大學,幾乎所有的理工科教科書和部分文科教材,在序言裏都會出現“科學技術正在飛速發展”類的話語。看看教科書裏的內容,都是最近幾百年才出現的,有的甚至是最近40年才出現的,這難道不是一個證明嗎?當然,極少有人會想到,過去的成功並不意味著未來一定會同樣複制,歸納的結果無法用演繹來證明。但這不妨礙利益集團以史爲例,讓大衆接受“如今是一個技術大爆炸年代”概念。


另一方面,在過去40年,人類在IT技術方面的成就相當驚人。在短短的三十年內,無數過去只能爲精英所享有的産品和服務迅速普及到大衆,如手機、電腦、互聯網等等。IT技術帶來的信息化宣告了前蘇聯基于20世紀20年代對大工業生産的認識而提出的“現代化=電氣化”政策的破産。不少大公司或者轉型,就像IBM公司從大型機轉向PC,再從PC轉向信息服務一樣,或者像柯達公司那樣破産。所以,技術大爆炸至少在IT領域是成立的。雖然部分的成就不能肆意推廣到整體,IT技術的大爆炸掩蓋了科技樹主幹進展的貧瘠無力,但利益集團卻喜歡拿IT爲例子來反複強調這是一個技術大爆炸年代。一個媒體上喜歡引用的典型例子:30年前的大哥大是那樣的笨拙,30年後的蘋果手機是如此靈巧。


對于中國人來說,過去30年是消化吸收了西方300年的科技成果。30多年前的中國,大部分地區依舊是延續了幾千年的農耕社會,當中國融入世界,對世界技術成果的吸收是采用鯨吞方式。中國社會急劇變革,給普通民衆的感覺是技術太神奇,變化太快。對于西方國家來說,阿波羅登月後半個世紀,除了IT技術外,其它技術領域都沒有革命性改變。即使是IT方面,西方也是采用了近70年的時間來發展應用,遠沒有像中國那樣跨越式發展。過去30多年的印象讓普通中國人對“技術大爆炸”概念是頂禮膜拜,奉之爲圭臬。


除了明面上的渲染外,科幻電影/文學以潤物細無聲的方式在大衆的潛意識裏植入“神奇未來並不遙遠”的信念。


科幻小說是世界上接受程度很廣的一種通俗文學形式,科幻電影是好萊塢最重要並持之以碾壓全球的一種類型片。在科幻的世界裏,人類可以跨越宇宙,扭轉時空;癌症是小問題,複活恐龍輕而易舉;所謂的神奇納米材料上則可以作爲太空電梯的材料,下則可以構成微型機器人用來潛入人體血管;至于什麽人工智能,那是大路貨!連“意識上傳”都出現了,人工智能這種小癟三早就過時了。但請注意,所有這類電影/小說都發生在未來,至于未來什麽時候,對不起,那是科學家的事,我們是文藝工作者,只負責創作。


那這些作品是怎樣創作未來技術的?此類創作的特點就是對技術關鍵點采用“模糊處理”,簡單幾句似乎有理的論述就把技術解決了。比如,看到一張紙能被外界用力扭曲,嗯,這個可以擴展開來嘛,空間一樣能扭曲,于是所謂的曲率航行就出籠了,具體怎樣扭曲空間?找科學家去。


曲率推進


一定程度上,科幻作品激發了青少年對科技的興趣,對于科技的發展起了正面作用。但正如雙刃劍那樣,由于科幻創作者無需爲技術進步負責,他們魔幻般的創作給了大衆一種“技術大爆炸”正在進行的感覺,導致很多人認爲技術很容易實現。


2013年遇到一個劉慈欣的粉絲,他提出了一種新的能源解決方案:如果正反物質相互湮滅,釋放出來的能量會多得驚人,比核聚變多上幾百倍。我當時反問道:哪裏弄來反物質?通過粒子加速器能造出反物質,但造時所花費的能量比獲得的能量多得多,這樣的能源解決方案有意義嗎?

最近看到如下一則新聞:


《回到未來2》30年:科幻預言半數成真


2015年01月03日 08:28 信息時報我有話說(5,121人參與) 收藏本文

信息時報綜合報道在1989年的科幻影片《回到未來2》中,馬丁和小夥伴布朗博士乘坐時光汽車從1985年到2015年的未來世界,看到了很多不可思議的場景:飛行汽車、懸浮滑板……


《回到未來2》劇照


2015年終于來了,對于世界各地的影迷們來說,可能還有一個問題迫不及待想揭開——《回到未來2》中關于2015年的預言究竟實現了多少呢?

1.可穿戴技術

是不是覺得有點似曾相識?這不就是戴著谷歌眼鏡的馬丁坐著吃早餐的樣子嗎?這個高科技的産品常常被人們誤認爲是計算機眼罩,不過其實是可以接電話的眼鏡。


2.3D電影

(轉載者說明,其實也沒有實現,電影裏是裸眼3D,電影院需要帶特制眼鏡)


3.視頻通話

影片中,身處2015年的馬丁和同事是通過視頻通話交流的,跟我們現在的視頻聊天、網絡電話一樣的,只是我們視頻通話時屏幕沒有那麽大而已。


4.微波餐

吃的方面,影片中有一幕是濃縮披薩在一個“水合器盤子”上放置12秒後就會變成一個正常大小、可以吃的披薩,這可以說就是早期的微波餐。


雖然有不少預言實現了,不過《回到未來2》中的場景和發明還是有一些現在未能成爲現實。

1.磁懸浮滑板

影片中的“懸浮滑板”還沒真正實現。


2.飛行汽車

在新世紀,飛行汽車還是沒能成爲主流交通工具。


3.自動系鞋帶的鞋子

可以自動系鞋帶的鞋子和可以自行烘幹的衣服:看,不用手的!我們也希望2015年可以有。


4.時空之旅

穿越過去未來進行時空之旅,目前也還沒有辦法實現。


5.傳真機遍布

影片對于傳真機的預言是給了它重大的使命,說傳真機會在2015年普及。幸好沒有……

  


大學時候看的盜版《回到未來》三部曲,現在想來,30年來,實現的都是和IT技術相關的産品,與能源動力相關的都沒有實現。即使是IT技術,和人工智能相關的也是進展不大。


能源和動力技術的停滯已經很明顯了。
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回復: 資水東流——技術大停滯

發表 由 lung 于 周日 1月 22, 2017 11:03 pm

2.2 論文和專利:天文數字後的荒謬


在國觀第一版帖子中,很多從事技術工作的朋友回帖中都反映了自身領域的瓶頸和天花板,而另一方面,發現很多朋友(估計是學文科的爲主)都對技術的發展充滿了樂觀態度,認爲是如今是一個技術爆炸的年代,因爲他們日常所接觸的媒體常常出現如下一段話:


目前我們已經進入了科學知識的“爆炸”的時代。1995年,知識的量每5年翻一番,到2020年,世界的知識量每73天增長一倍。今天已知的科學的信息量相當龐大,科學知識正以史無前例的速度增長。任何人要跟上它都是不可能的。霍金在1998年白宮千年晚會上發表演講時曾說,如果科學知識仍然以現在的發展速度增長的話,到2600年,如果你將新書依次擺放的話,你要以每小時90英裏(144公裏/小時)的速度行走才能跟上新書出版的速度。即使是世界上最博學、最聰明的科學家也無法記住所有的科學知識。



霍金


注意:以上報導是由科學界的人提出的,但更多的科技工作者對此保持沈默。


第一次看到類似的報導是在讀初中的時候,當時覺得前景太恐怖了,難道自己越學,知識相對越少?感覺像莊子說的:“吾生也有涯,而知也無涯,以有涯隨無涯,殆已。”但後來隨著年齡的增長,尤其是在讀博後,開始發現這類報導的奧秘。這類報導你要說錯,也沒錯,但要嚴格意義上追究起來,卻又大錯特錯。


通常宣揚技術爆炸的人,最喜歡說的就是知識隔幾年就翻番,國際上所申請的專利一年抵得上過去10年,這種知識的指數式積累會使得技術相應的指數式發展。但正如某位網友指出的,信息和經驗不僅有數量上的多寡,還有價值上的高低。上個世紀80年代的年收入萬元戶是人人羨慕的對象,但持續30年的通貨膨脹讓月入萬元變成了苦逼的小白領。所謂的知識爆炸,實際上是超級注水牛肉。


首先,知識量如何定義?很難嚴謹的下定義。勉強拿發表的論文數來比擬,數量的確是在爆炸性增長。但仔細觀察,發現論文是越來越水,無論國內外,一篇論文,裏面有10%的知識屬于原創,都已經很不錯了。事實上,越來越多的論文,原創比例大幅下降。有時看國外的一本行業頂尖期刊,看完後,感覺裏面的30多篇論文,大部分有爲了論文而論文的嫌疑。


即使很多論文,具備了表面上的原創性,但如果仔細想想,這種知識沒有任何用途。




打個淺顯的比方吧,如果某位科學家在行業頂尖期刊上第一個發表論文,探討在木頭桌子上用工具刀雕刻玫瑰花,會讓桌子看上去比較好看。之前沒人考慮過在桌面上雕花,所以第一篇的原創性最高,是對人類知識的一種有益積累。但沿著這條思路下去,有人探討雕花需要花費的勞動時間和勞動工具相關公式,這也算很強的原創性。但之後,由于謀生和晉升的需要,相關論文會越來越讓人目瞪口呆。理論上,可以發表成千上萬篇論文來討論雕花,因爲世界上有成千上萬種花,每種花都可以寫一篇論文,每一篇論文都是原創的。


接下去,會有人來探討用斧頭雕,用菜刀雕,用錐子雕,每一個還振振有詞,你用工具刀,不可能在所有的場合都適應,我的工具在某些特殊場合可以用。


更要命的是,還會有人來探討在床上雕花,在地板上雕花,在椅子上雕花,在皮膚上雕,你能說有朝一日不會出現這種情況?


最後,還會有人來探討開直升飛機到岩壁上雕,開宇宙飛船到月球上雕。


無窮無盡的組合。一個例子就是國內某位大學做晶體研究的,一年能發表個幾百篇SCI論文,奧秘何在?就在于此。


當然,後面的論文不一定能在頂尖期刊上發表,可以發表在在其它檔次的期刊上。于是,一篇論文帶動了一個産業鏈。至于實際價值如何,內部心知肚明,能忽悠外部撥款者就行了。某位生物學研究者曾經在知乎網站上透露,某個分子式已經有好幾十年時光了,相關研究養活了一大批人,但實際應用爲0。


知識要爆炸了,科技人員的地位自然要提升,經費自然要多多益善,這就是宣揚知識爆炸的最大好處。


專利的奧妙也一樣,大家可以去看看蘋果公司近幾年申請的專利,絕大部分會笑掉人的大牙。

另外,前面一再強調的,很多科技工作者,有意無意地在混淆科學和技術。很多所謂的論文,對于技術工作沒有任何指導作用,有的甚至簡單地停留在“知其然”地步,離技術所要求的“利其然”標准差遠了。但大部分科技工作者成功地遊說撥款部門,讓他們樹立了一種“研發就是發論文”的印象,畢竟論文容易進行數字化考核。而現在科研界有一個顯著現象,大部分國內外的科學機構,申報課題和拉經費的目的,都是爲了維持一個課題的研究並養活一大群人。毫無疑問,幾百萬人靠這個過日子呢。考慮到以上因素,在利益集團的推動下,論文數量的指數式增長就不可避免了。
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發表 由 lung 于 周日 1月 22, 2017 11:06 pm

2.3 比特世界和真實世界


過去40多年來,半導體技術領域內的摩爾定律給全世界帶來了深刻的變化,對于大部分國家而言,每時每刻都有大量的人群沈浸在比特世界之中。在這一個“熵不增”的世界裏,每個人似乎都是王者,只要願意付出金錢,在比特世界裏可以無所不能。但過去40年,和比特世界的繁榮形成鮮明對比的是,現實世界在很多領域踯躅不前,甚至于若幹領域還有退步。最典型的是航天推進技術,按照NASA一位資深工程師的說法,美國已經沒有能力(不是金錢)制造土星五號火箭這一級別的巨無霸了。


相對于現實世界的憋屈,比特世界的擁護者信心滿滿。IT技術的終極樂觀者是雷·庫茲維爾及其奇點理論。他認爲,人類正在接近一個人工智能超越人腦的時刻,屆時人類(身體、頭腦、文明)將發生徹底且不可逆轉的改變。他認爲,這一刻不僅不可避免,而且迫在眉睫。根據他的計算,純粹的人類文明(“人類純文明”)的終結是在2045年。這一理論得到了不少人的擁護。


似乎一個美好的世界即將展開。


抛開庫茲維爾的立場(他是比特世界的巨人Google公司的副總裁)不說,仔細閱讀其代表作,似乎感覺到一種濃濃的傳銷味道,口號,口號,還是口號!如何實現人工智能?作者語焉不詳,說到時自然實現。真正深入IT技術就會明白,IT世界的一切突破都是“模擬”。按照矽谷著名投資人Peter Thiel的說法,比特世界重新安排那些已經存在、或者永遠不會存在的東西的虛擬映射,人類大腦想不出來的東西,也別指望IT技術。更不要說,真實世界是一個熵增的世界,比特世界並不能帶來真正的熵減。


美國經濟學家羅伯特·戈登提出過一個著名的創新性廁所實驗:


假設你需要在A選項和B選項之間做出選擇:A選項是保留2002年以前的電子技術,包括谷歌、亞馬遜、維基百科,可以使用自來水和抽水馬桶,但不能使用 2002年之後發明的任何新東西。B選項則是保留過去10年內發明的任何東西,如Facebook、Twitter網站和iPad平板電腦等,但不能使用自來水和抽水馬桶,你必須自己提水進入房間並把廢水提出去,即使在雨夜的淩晨3點,你也只能走過濕漉泥濘的道路去外面上廁所。你會選哪個選項?


大部分人的選擇是確定的,因爲人類的血肉之軀生活在真實世界內。


即使考慮到比特世界的喧囂,也必須指出一個事實:IT技術發展到現今這個階段,深度上很難繼續做下去,已經開始邊際效用遞減。諾貝爾經濟學獎得主保羅·克魯格曼2015年5月25日在《紐約時報》上撰文說,不要高估技術革命的影響,延續了40年的數字時代令人失望,新技術帶來了許多頭條新聞,但其經濟上的成就很一般。克魯格曼寫道:“道格拉斯·亞當斯1979年在科幻小說《銀河系搭車指南》的開頭說,地球上的生命太原始了,還認爲電子表是一個很巧妙的創意。但那是信息技術革命的初期。自那以後,我們已經有了很大的進步,可2015年重大的技術創新還是一個電子表,只不過這個電子表在你坐太久之後,會告訴你該站起來了。”

http://zhuanche.juhangye.com/201506/news_1142787.html


2.4 部分和整體

部分和整體的關系是哲學論上的一個常見問題,部分構成整體還是整體生成部分是爭辯了幾百年的老話題。經過幾百年的發展,人類如今的技術從明面上看是分門別類的,機械,動力,電子,化工,航空等等。當然,每一類可以細分下去,比如電子技術按不同分類標准,還可以分爲低頻與高頻,數字與模擬等。如果把不同技術門類之間綜合關聯起來,還可以産生大量的複合技術,如機電一體化。


紛繁衆多的技術門類,讓絕大部分門外漢眼花缭亂。即使是在某一領域的專家,很多情況下對其它相關技術領域也是了解甚少,更不要說還存在“隔行如隔山”的現象。一個機械類的能人,通常不敢去評價基因工程類的技術。在這種心理作用下,各個科技利益子集團卯足了勁地誇大自己領域的進步,因爲基本上是零風險。種種合力,給人的感覺就是新聞報導上天天有技術進步,我們所處的時代是一個“技術大爆炸”的年代。


但實際上,部分領域的技術進步和整體上的技術進步是兩回事。

首先要指出,某些細分領域的技術進步只是商業化應用推廣,不是真正的技術進步。最典型的就是車載GPS導航系統。在GPS引入汽車之前,每一個司機都必須准備一疊厚厚的交通地圖,除了長途司機,一般的私家車主被限制在很小的區域。引入GPS導航之後,汽車的活動領域被擴大了。對于私家車主而言,這是一個了不起的技術進步。但GPS導航技術很早就成熟了。在汽車之前,飛機和大型輪船早就配備了GPS,其GPS子系統的實現難度甚至大于汽車。在遷移到汽車過程中,GPS導航技術本身並沒有取得大突破。


其次,很多子類領域的技術突破實質上屬于“替代型”,不是屬于“開拓型”。比如說,飛機的技術突破,讓人類活動空間/旅行速度得到了極大地擴充。而mp3取代CD機,只是數字化媒體的一種替代,mp3並沒有賦予人類新的能力。替代型的技術創新,極容易導致零和遊戲,而開拓型的創新,往往能夠雙贏。現今很多所謂的技術創新,叫囂厲害,但最終反響平平,其原因就在于此。


從人性而言,很容易陷入subjective validation,遇到一個命題會因爲自己的某個信仰和立場而贊同它。比如一個費德勒粉絲會堅定支持“費德勒比納達爾強”,甚至費德勒輸給納達爾時他也會持有“費德勒在巅峰時期肯定比巅峰時期的納達爾強”這種觀點。一位手機軟件開發者向本人發了好幾封私信,質疑爲什麽會有“技術大進步的停滯”。和大部分網友不同,他舉例說明了自己領域技術的進步,主頻和內核是如何在短短十年內翻番的。很顯然,他所在領域的變化的確很快,這賦予了他強大的自信。但問題是,就人類整體而言,手機領域只是諸多技術領域的一小分支,手機領域的革命性進展,反映到整體上,可能帶來的進步並不是很大。智能手機說穿了就是一個小型化計算機,並不能完成一些獨一無二的任務。可以設想一下,人類如果沒有手機,難道就不能開采石油,航天登月?縱觀曆史,這樣的例子還有很多,比如條形碼、集裝箱、CT等。


很多子領域的技術進步,在其本身領域內,可能是革命性的創新,但絕大部分子領域,對于人類整體而言,所提供的貢獻也比較小,一個領域內翻天覆地的變化,可能只是整體上的一朵小浪花。舉一個例子,相對于傳統長途電話,IP電話是革命性的突破。但對于人類社會整體而言,原有電話系統已經能夠滿足95%以上真正有價值的信息交流,新的IP電話系統更多的是滿足邊緣信息交流需求。因此,即使IP電話的鼓吹者一再強調其重要性,人類社會從中獲取的真實效率改進是微乎其微。但在另一方面,此類鼓吹帶給大衆的印象就是:技術革命無處不在!
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發表 由 lung 于 周日 1月 22, 2017 11:09 pm

3 範式春夢外的陰影


工業文明200多年的成就讓大衆信心滿滿,科技上的樂觀主義滲透到社會上的每一處。即使是科技工作者,大部分對于橫亘在眼前的下一級技術台階也持“視而不見”的態度。本人很多年前在一個學術論壇偶爾談到技術可能遇到大麻煩了,很多人批評到,19世紀末,不少人說物理學的理論大廈已經構建完畢,今後只需要在細節上修修補補就行了,可20世紀湧現了相對論和量子論,把人類對世界的認識大大推進了一步。現在說“技術革命的停滯”,不是和當年的情況一樣嗎?


但經過近10年的思索和探討,個人認爲這一次的情況不同于上一次。上一次是認爲科學理論已經完美,今後不再需要完善。而這一次的情況卻是,即使人類在科學上有越來越多的理論,對世界的了解之處越來越多,但知其所以然不代表就能造其然。想發明的東西越來越多,但最終停留在紙面上的可能性越來越大,人類越來越難以推進技術的跨越。


當然,技術不會馬上就停止進步,技術改進目前仍然在進行,但增長的步伐會慢下來。由于新一輪技術革命遲遲難以到達,在以後的歲月裏,技術對社會的推動作用,不會像過去一個半世紀那樣顯著。技術很有可能進入一個“增長的停滯”時期,至于時間的跨度,如果不是永遠的話,也是一段非常長的時期。


事實上,人類社會目前在很多技術領域已經面臨窘境,就像深陷泥潭的巨獸,咆哮,掙紮,但被泥沙死死困住。而令人瞠目結舌的是,正如夜路行者喜歡大聲吹口哨,上個世紀80年代以來,處于困境中的科技利益集團越來越傾向于編織各種技術噱頭來維持媒體的注意力。而有意無意中,普羅大衆對于科技的印象被集中轉移到IT上,于是,摩爾定律成了家喻戶曉的名詞,網絡成了新世紀技術進步的代表。



3.1 人類面臨的技術窘境


上個世紀70年代以來,在媒體的IT喧囂之外,人類在很多技術領域進展甚微。


3.1.1 能源轉換技術的停滯


在至關重要的能源轉換爲動力技術方面,1969年後,人類的技術進步大幅放緩。


首先導致速度的停滯。在人類的大部分曆史中,依靠畜力,人類的最高速度保留在每小時25英裏。蒸汽機和內燃機出現後,1900年增加到每小時100英裏左右。飛機出現後,逐步接近音速,火箭是巅峰。人類迄今爲止最高紀錄是2.5萬英裏/小時,由1969年“阿波羅10號”創造。但一切到此爲止,上個世紀70年代,從倫敦到紐約的飛行時間是8個小時,現在仍然是8個小時。唯一以3個小時飛完這段航程的協和式超音速客機已于2003年退役。今天如果有人談論太空火箭、月球度假或者太陽系載人探險,簡直像癡人說夢(以上參考《未來的終結》一文)。


在火箭推進方面,沒有任何稍大一點的創新,導致太空運輸的單位質量成本依舊居高不下。納粹德國在40年代搞出V1和V2火箭,不到30年,土星五號火箭運載阿波羅登月飛船在1969年造訪月球,把人類的空間跨度拉伸了百倍不止。在當時,很多科學家預測20世紀末,人類將會在火星登陸。但現在看來,隨著航天飛機的落寞,由于推進技術沒有革命性的變化,再過50年都不大可能。傳說中的核動力火箭現在徹底銷聲匿迹。甚至可以這麽說,如果還是基于化學燃料的火箭推進,人類永遠被困死在太陽系內。



阿波羅10號


在航空技術方面,從萊特兄弟木頭雙翼飛機上天,到噴氣式發動機出現,到波音747投入服役,總共也就60多年的時間,變化只能用日新月異來形容。但從1970年開始,航空技術驟然減速,40多年前開始生産的波音飛機和B-52到現在依舊雄風不減。托IT技術革命的福,新型飛機更舒適,通訊更便捷,但在載重量和航程方面沒有大突破,從側面說明了航空技術以蝸牛爬的速度在前進。


在個人交通工具方面,還是基于4個輪子和內燃機的家用汽車,主體架構沒有任何創新。上世紀80年代拍的《回到未來》三部曲中,幻想2015年應該出現的磁懸浮踏板毛都沒有一根。


3.1.2 新能源的窘境


二戰前的兩次技術革命,本質上都是對新能源技術的開發和利用。二戰後,人類曾經對核能抱有厚望,但核裂變技術由于其固有缺陷難以擔當重任,而核聚變技術遙遙無期(後面還會專門論述可控核聚變的60年辛酸曆程)。在現今的能源領域,依舊是石油和煤炭的天下。


從上個世紀70年代開始,全球每一次能源危機,總是會有人跳出來呼籲新能源。每一次吹噓新能源的時候,總是說“技術進步很快,發電成本幾年內就會與火力發電平齊”。但事實卻是:到目前爲止,所有光伏技術和風電技術,其發電成本遠超火電,必須依靠政府的大量補貼才能生存。


以美國爲例,在第一次石油危機後,1974年,尼克松號召要在1980年實現能源獨立。30年後,奧巴馬對未來的展望是到2020年實現1/3的石油獨立。結果最終使得美國能源獨立的是頁岩油,而不是新能源。清潔科技已經變成“太昂貴”能源的代名詞,在矽谷幾乎是穩賠不賺的生意。


就像一位網友說過的,任何一項技術要想産業化,必須滿足産業化的要求,同時滿足多項指標。而現在國內常見的宣傳手法是大談某項指標,避開其它不利指標。以充電電池爲例,說某某新電池容量很大,卻回避生産成本,或者說某某電池的充電速度很快,卻不談壽命和可生産性。事實上,經過幾百年的發展,在絕大部分行業,除非基礎理論有重大突破,一般技術的進步是很緩慢的。很多進步是通過工藝和其它類別技術的引入來實現的。


諸如光伏發電、風電這樣的産業,都面臨著這樣一個問題:其基礎理論很早就出現了,但一直沒有革命性突破,不能大幅降低發電成本,無法靠自身的力量來推動産業化,只能依靠政府的財政補貼來實現産業化。但政府的財政補貼不可能永遠持續下去,如果再沒有重大突破,石油的替代品將不可能是清潔昂貴的風能、水能、太陽能,而是髒而便宜的煤炭。


3.1.3 農業,醫療和生物技術


在農業領域,和20世紀50年代以前不同,在世界很多地區,農業生産變成了一種能源密集型産業,播種、化肥、撒藥和收割都依賴于低成本能源。從上世紀80年代以來,糧食增産方面,水利、化肥和能源投入所做出的貢獻更大,而種子的培育,很大程度上沿用的是老方法、老技術。人類所期盼的基于基因的生物技術並沒有重大突破。因此,綠色革命從1950年到1980年期間使糧食收成增加126%,從80年代到現在卻只增加了47%,勉強跟上世界人口增長的步伐。


在醫療技術方面,可能大部分人感覺進步很大,因爲人均壽命大幅延長,但如網友q75所論述的那樣,這是兒童死亡率大幅下降帶來的進步,人的生理性壽命(無疾而終)時間並沒有延長的迹象,而兒童死亡率大幅下降的技術半個世紀以前就取得了。很多人對現今醫院的先進設施和豪奢大樓印象深刻,讓人感覺醫療技術很NB。但在CT、B超和分析儀等耀眼設施的背後,其實是IT技術的擴散。


人類在疾病治療技術上進展不大。很多疾病的病因仍然是一頭霧水,比如最簡單的口腔潰瘍,至今沒有一個讓人信服的結論。從上世紀50年代到2005年,癌症的死亡率只降低了5%。盡管數千億美元花在了研究上,但除去年齡、診斷是否及時等因素外,就癌症的治療方法而言,2014年和1974年並沒有大的區別。1962年,肯尼迪說,我們要把人類送上月球,7年後,人類真的實現了登月。1970年,尼克松向癌症發起“世紀之戰”,此後40多年間美國聯邦政府已經累計爲這場戰爭投入1000億美元,但勝利仍然遙遙無期。


不單是癌症,很多疾病的治療效果改進都是慢得令人發指。事實上,醫學和生物學這些年來的進步,要謝謝IT技術的進步和擴散,諸如CAT這樣的設備,對于醫療技術的改進,要甚于醫療技術本身的進步。對于醫療技術本身,已經開始有學者提出,技術進步開始變慢。【醫學創新已經減速了嗎?
http://www.thedailybeast.com/articles/2013/05/08/has-medical-innovation-slowed-down.html



而醫療技術陷入困境的另一個例子是藥物開發。從上世紀50年代開始,批准投資10億美元研發的新藥數量每隔9年就會減半,生物技術領域的這一“倒摩爾定律”深刻揭示了藥物開發面臨的難題。(這裏附帶說下,中國的發改委造就了無數的“新藥”,每次一降價,藥品名就多了一個馬甲。)


在生物學領域,從發現雙螺旋結構開始,無數次的宣稱要進入“生物學”世紀,要像牛頓力學那樣指導工程實踐,結果到現在爲止,對DNA的動力學原理依舊知其然不知其所以然。比如,爲什麽一個基因的改變會導致高鼻梁和低鼻梁的區別,中間過程是怎樣的。牛頓力學中,可以用微分方程來描述相關質點運動問題,但生物學中,快60年了,還只能觀察表明現象,不能深入揭示內在機理,更不要說利用其中機理,無數次讓人失望。搞生物的都只能拼命的發paper來申請資金,導致相關雜志SCI影響因子奇高。



DNA雙螺旋


生物工程描繪了不少美好的前景,但比較滑稽的是,雙螺旋結構的發現者、最偉大的科學家沃森2013年自我宣布:多少年來的研究,想通過基因序列來治療癌症和其他疾病,可以說是沒價值的。【現代醫學科學的發展與停滯——基因治療遭遇挫折
http://cppcc.people.com.cn/n/2013/0502/c34948-21341680.html



半個世紀前,人們曾樂觀的宣稱到2000年能了解大腦的思維特性,而現在人類對大腦的了解,比起50年前,沒有什麽大差別。如果硬說有什麽成果的話,就是認識到大腦的複雜性遠不能用現在人類的知識來描述。


3.1.4 信息技術深度上的麻煩


在目前火爆的IT領域,廣度上的拓展讓人印象深刻,PC和手機迅速普及,互聯網深深改變了很多事物。但在深度上,開始面臨一系列麻煩。


自香農提出他的理論後,通信的基本框架就沒有太大的變化,上個世紀70年代,爆發過有線到無線、銅線到光纖的革命性突破,在這之後,面對新世紀的通信需求,開始用“基站海”戰術來解決問題,現在更是出現了3G-4G-5G這樣的邊際效用遞減現象。當然,用量子通信這個概念忽悠一下外行還是有人樂意去做的。【袁岚峰按:量子通信是一種保密的方法,解決的是通信安全問題,跟3G-4G-5G這樣的傳輸速率問題無關。量子通信的原理,可以參見我的文章《從量子力學到量子衛星》(
http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI0NzQzMjU3Ng==&mid=2247485118&idx=2&sn=29cdc275cd3c45d1963163dea166de2a&chksm=e9b15251dec6db47fefadb36a952df6dd67831a3797f2d74c7daea10a9e0e7a44d92e1f30cbb
)和《你見到的否定量子通信的說法,爲什麽是錯的?》(
http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI0NzQzMjU3Ng==&mid=2247484399&idx=1&sn=0c01b31d473f5ed6fc73617972eb9af9&chksm=e9b15700dec6de163ca939d5486e79cdc3ef6976dd1301c4bbea0e66aaeef1d282905de29739
)。】


在信號處理領域,神經網絡熱鬧了一陣子,大家覺得前途渺茫都不搞了,然後出現了SVM等華而不實的概念,到了新世紀,把神經網絡包裝一下,披著深度學習的外衣再度出山。


目前所有計算機的鼻祖都是圖靈機,事實上,現在最新計算機的工作原理,和50年前的計算機沒有什麽大的差別。上個世紀80年代,日本曾經宣稱要發展第5代“智能”計算機,現在也偃旗息鼓了(大家還記得小時候的動畫片《阿童木》嗎?)。越來越多的學者認識到,很多問題不能靠摩爾定律堆疊計算能力來解決。其實有一個大家天天都接觸的例子,互聯網上現在爲了防止機器頂帖和注冊,竟然在使用類手寫的“認證碼”,靠大腦對不規則事物的識別能力來打敗計算機的計算能力。



驗證碼


至于外行人推崇備至的量子計算機和生物計算機,業內人士如果申請此類的國家自然科學基金,第一關通過的可能性很小很小。


3.1.5 其它方面的技術


在第一版帖子的回複中,很多專家給出了機械、建築、材料學和化學化工方面的觀點,普遍感覺前沿停滯。大家可以觀察一下自己的周圍,很多工藝和技術都已經有幾十年,甚至半個世紀的曆史了。
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發表 由 lung 于 周日 1月 22, 2017 11:25 pm

3.2.1 早早敗落的太陽能/光伏噱頭


從上世紀70年代開始,已經爆發了四次石油危機,最近一次發生在21世紀。面對高昂的油價,各大經濟體試圖通過發展新能源技術來擺脫困境,其中尤以太陽能最具吸引力。


太陽能,一聽名字就給人暖洋洋的感覺。所謂萬物生長靠太陽,太陽能天生就高端洋氣上檔次。伴隨著石油價格的一路上漲,光伏産業也在全世界(尤其是中國)蓬勃發展起來。



我國首個先進技術光伏示範基地落戶大同


除了高油價,光伏産業的興起另有幾個因素。首先看歐美。一方面,歐美,尤其是歐洲要在道德上裝逼,想推動全球溫室氣體減排並謀取主導地位,光伏産業引起了歐美人的“興趣”,通過了一系列的法律來推動光伏發電市場的形成,與法律同來的是大量財政補貼。另一方面,光伏器件的生産等于是把中國的廉價能源和環境成本固化下來,讓歐美在幾十年的時間內緩緩釋放。而對于中國,一個詞就夠了:GDP。我死後,哪管洪水滔天。各方合力下,光伏産業大幹快上,輿論界也隨之起哄,大唱贊歌。


但絕大部分人都有意無意的忽略了兩個事實:

(1)光伏産業的技術基礎是光電轉換,快100多年的曆史了。在這麽長的時間內,並沒有重大的基礎理論突破,使得經濟性的電力轉換效率達到産業化的要求。經常在一些刊物上看到報導,說光電轉換效率能達到20%,甚至30%。但所有這些報導,如果你深入探究下去,都是扯淡。打個比方:用黃金做的轉換器件,效率能達到30%,但這有實際意義嗎?


(2)光伏器件生産過程中的高能耗和高成本。盡管表面打著清潔能源的旗幟,但光伏器件的生産其實是一個高能耗産業。


兩者結合起來,導致光伏收回成本所必需的終端售電價格很高:
http://guangfu.bjx.com.cn/news/20130516/434557.shtml

根據資源狀況和發電成本測算出適用于各區域的光伏標杆上網電價,分別爲一類資源區0.8元/kWh,二類資源區0.9元/kWh,三類資源區1.0元/kWh,四類資源區1.1元/kWh。而水電上網電價不到0.2元,火電在0.3元左右。沒有國家財政補貼,電網公司除非是白癡,否則根本不感興趣。


依靠歐洲天量財政補貼發展起來的光伏産業,最終被2008年金融危機打回了原形。歐美2008年之前可以裝逼,但後來的金融危機和歐債危機暴露了歐洲很多國家已經寅吃卯糧,根本不可能再維持原來的巨額光伏補貼,有限的資金和市場要留給本土企業,于是歐洲市場對中國的光伏企業關上了大門。另外,歐洲當年開放市場的前提是中國先買它們的制造設備。歐債危機前,歐洲的光生産線和設備已經把中國塞滿了,全球産能都過剩了,自然要卸磨殺驢。于是從2012年開始,國內光伏産業陷入全面危機,無錫尚德甚至破産,給中國造成了大量銀行壞賬。


面對市場危機和高成本的指控,光伏發電相關利益團體依然嘴硬,振振有詞反駁道:未來隨著技術的發展,光伏發電成本價格會大幅下調;即使不下調,現在發電成本高,將來其它能源價格上去了,光伏發電就有競爭優勢了。


這種觀點利用了人性的一個弱點:健忘性。遠期目標能否取得,和現在獲利其實關聯性不大,但能忽悠則忽悠。光伏的口號從上個世紀80年代就開始鼓吹,相關産業鏈的利益集團一直用快了快了來遊說大衆。給出兩個例子:


(1)最早的如80年代初的報導:

安在轎車車頂上的太陽能發電機

【摘要】:西德的AEG·特勒豐肯公司在伏克斯瓦根汽車廠生産的帕薩特牌轎車車頂行李架位置上安裝了太陽能發電機,功率爲160W,可補充車用發電機,爲蓄電池作充電之用,從而能節約汽油消耗5%。目前正處于試驗階段,制造成本很高,經濟性不好。但據該廠專家稱,到八十年代後五年內,那時能源價格還要上漲,而太陽能發電機成本則將下降,投資在幾年內就能收回。
http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-SJQC198302017.htm

30多年過去了,不知道那些專家是否臉面依舊。


(2)再看2007年的報導:

然而,太陽能的前景是更加光明的。一些公司表示,技術的進步將在今後短短三年之內,使太陽能電池板裝置價格減半。德意志銀行也表示,到2014年,算上能源的節約,太陽能發電系統的價格將可以與傳統電力相抗衡。
http://www.chinace.org.cn/display.asp?id=323


現在到了2015年,光伏發電仍然沒有任何價格競爭力。


光伏産業鏈一直刻意回避的一個事實:光伏不是新技術,其基本原理已經出現百來年了。由于期間沒有爆發技術革命,一直進行的都是緩慢的技術改進。而且很要命的是,容易改進的地方都已經改進了,剩下的都是難啃的“大老虎”。目前光伏沒有任何技術革命的可能性。百來年都沒有趕上傳統電力的生産效率,難道下面10年就能來個大躍進?


另外,光伏利益團體把希望寄托在其他能源價格翻番上。但光伏其實是一個高能耗産業,從生産器件到維護,要耗費不少當期能源,光伏的高成本反映了産業鏈的高能源凝固度。現在的低能源環境,光伏是高成本,將來石油價格漲到300美元一桶,光伏的成本也會相應上升。


個人認爲,國家和社會對光伏和風電的策略應該是:在一些傳統供電難以企及的地方,可以采用光伏和風力發電。但國家有限的資金不應該像現在一樣大力補貼發電,而是應該鼓勵研發,期待真正技術革命的到來。在技術臨界點後,再來大力投資。


從長遠看,如果光伏發電的技術有比較大的突破,光伏發電的比較效益有可能體現出來,但光伏的能源密度太低,光伏的可行性必須建立在高能源成本的基礎上。過去300年,人類文明的有序度提高,依靠的是引入越來越廉價的負熵流,高能源成本維持不了現在的工業文明。


【袁岚峰按:光伏産業最近表現出了好的趨勢,加州大學洛杉矶分校物理系研究員徐令予的文章《光伏産業終于崛起中國將是領跑和受益者》光伏産業終于崛起 中國將是領跑和受益者 | 徐令予和《美國終于承認中國實現了光伏“白菜價”》
http://www.guancha.cn/XuLingyu/2017_01_03_387381.shtml
可供參考。光伏不是死路一條,而是很有希望的。在可控核聚變研發成功之前,光伏有望扮演非常重要的角色,承擔起延續人類文明的重任。】


3.2.2 經久不衰的人工智能大噱頭


對于人工智能的恐懼和期盼,最早可以追溯到到瑪麗·雪萊在1818年創作的小說《弗蘭肯斯坦》。作家生活在整個西方社會經曆深刻曆史變化的時期,當時第一次工業革命方興未艾,各類科學知識有了很大的發現,人類改造自然的能力空前強大。經過科學理性洗禮的廣大民衆普遍盲從科學。並對科技改變世界抱有各種幻想。當然,隨著技術的發展,大衆很快就認識到《弗蘭肯斯坦》中“造人技術"的荒謬,但“造人”情懷依舊。在那之後,隨著計算機時代的到來,面對計算機展現的強大計算能力,人工智能這個概念開始大行其道。而且很有趣的是,這個概念隔上個一二十年就熱鬧一次。


小的時候,大概是在80年代中期吧,我還在讀小學高年級,當時電視新聞裏、報紙上都在熱烈探討智能機器人概念。仿佛一夜醒來,智能機器人就要滿大街都是。很多專家學者在報導中痛心疾首的高喊,你看日本美國多麽多麽重視,投了多少錢來搞第五代電腦,再不搞智能機器人,中國就要亡國了。搞出智能機器人,人類就可以從人剝削人,變成人剝削機器了。


後來自己讀大學了,開始系統學習IT方面的知識,才知道當年那些報導是多麽的幼稚。何謂智能?人類大腦是已知的最複雜的組織結構。它有上千億個神經細胞(神經元),這個數字相當于整個銀河系星星的數目。神經細胞之間通過突觸相互聯結。即使從數字比照角度講,假定每個突觸有兩個狀態,那麽,人腦中所包含的不同狀態總數超過了整個宇宙中的基本粒子(質子和中子)的總數(不超過2的1000次方)。對如此宏偉複雜的結構,人類的認識還處于最原始的階段,沒認清自身的思維模式,就能搞出人工智能?


讀研時,數學系一位老師給我們上課,用一句話終結了人類按照馮諾依曼結構搞出人工智能的可能性:有限個零級無窮大,不可能模擬一級無窮大。但就是這麽淺顯的道理(在科技界內部),當時竟然沒人站出來說明。後來幫一位朋友整理學校內部史料的時候,突然發現,學校在80年代,竟然以人工智能的名義,申請了不少國家級項目。成果呢?幾篇無人再看的論文。也許,這就是80年代制造噱頭的目的吧。


進入21世紀,金融危機後這幾年,人工智能的概念又開始火起來。詳細一點的是雷·庫茲維爾及其奇點理論,說最早2029年實現技術奇點。名人新聞報導也不少,比如霍金說人工智能會導致人類滅亡,比爾·蓋茨說人類需要敬畏人工智能的崛起,馬斯克稱人工智能是人類生存最大威脅。美國最近這幾年相關書籍也出版了不少。大肆輿論轟炸和洗腦,讓普羅大衆感覺人工智能時代就要來了。



《奇點臨近》封面


但仔細觀察,這一輪人工智能熱潮背後有不少貓膩。(以下部分內容引用自
http://www.zhihu.com/question/27864852
中阿成的回答,在此加以感謝。)


首先看看,那些出版書籍的是什麽人:未來學家Ray Kurzweil,哲學家兼暢銷作家Nick Bostrom,暢銷書作家James Barrat,作家Carl Shulman和企業家Jeremy Howard。雖然上面的部分人曾經做過技術,不過後來都跑去賣概念了。美國是個極端愛好bullshit的國家,工業界金融界文化界很多人吹牛逼是不打草稿的,再加上作家一般都喜歡“語不驚人死不休”,這些人的話可信度要大打折扣。比爾·蓋茨等是名人,甚至可以說是若幹技術領域內的牛人,但隔行如隔山,他們並不是人工智能領域內的大牛。前沿大牛,如MIT的Patrick Henry Winston,Stanford的Richard Fikes之類的,絕對不會發表那些驚悚言論。事實上,經過50多年的挫折和探索,人工智能領域的口徑已經悄悄變化了,強人工智能是科幻,現在一般提及的都是機器學習(machinelearning),也就是說,先把弱人工智能實現了再說。


【袁岚峰按:實現弱人工智能也已經很重要了,2016年的人機大戰就是明顯的例證。人工智能絕不是不厲害,只是不像一些宣傳鼓吹的那麽厲害。這是一個主觀評價的問題,就像一個杯子裏有半杯水,你把它稱爲半滿還是半空呢?】


那麽,最近爲什麽很多名人讓人們警惕人工智能?知乎上有人給出了如下答案。


1.輿論造勢

爲推動他們期望的立法和或行業規則鋪墊,這樣他們可能實際成爲規則制定者。


2.人工智能的風險

弱人工智能使用越來越廣泛,即使沒達到強人工智能程度,也已帶來潛在問題和風險。


3.宣傳和廣告

比如Elon Musk是科技圈接受采訪最多的企業家之一,在電影裏客串,和好萊塢明星一樣活躍,爲的是影響力和布道。他希望做成的事情需要商界、名流、政府以及廣泛的社會支持,可以說,常常占據輿論頭條是他的職責所在。


再補充一點,奇點理論事實上是一場商業策劃的核心,完全是爲了Google的商業利益。奇點理論利用了大衆的健忘心理。說最早2029年實現奇點,但問題是,2029年時,還有人會記得這個許諾嗎?當年宣稱1999年能登陸火星的專家可不少,事後也沒有人去追究他們的責任。


因此,下一次再聽到有人談論人工智能,先搜索一下,看看他是幹什麽的,如果是作家和商人,那最好小心一點,安利無處不在!
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回復: 資水東流——技術大停滯

發表 由 lung 于 周一 1月 23, 2017 6:48 am

3.2.3 神乎其神的量子計算機噱頭


有一個概念,量子計算機的概念,在全世界流行,外國的教授和中國的叫獸,美國的商業巨頭和加拿大的新型公司,西方的暢銷書作家和東方的科幻作家,中國的自甘五和毛左,都爲鼓吹這個概念而結成了神聖同盟。


在這些鼓吹手背後,常見于網絡的言論有:“有了量子計算機,世界上所有的加密系統都不堪一擊”,“量子空間傳輸要實現了”,“率先造出量子計算機,中國崛起!”在密集信息轟炸下,很多對于量子計算機一知半解,甚至絲毫不懂的人都在大侃特侃量子計算機的優點和實現,仿佛量子計算機明天早上一醒來就會出現似的。一個最讓我驚愕的例子就是,我們學校一位研究社會學的導師帶的碩士研究生向我吹噓,量子比電子更小,量子計算機比電子計算機能力強多了。在他眼裏,量子俨然就是一種基本粒子。


所有技術噱頭的共同特點就是:這個東西神通廣大,現在雖然沒有,如果你給我點投資,不久就會出現。這種技術噱頭在二戰前肯定沒市場,但二戰後,各國政府一般都是定期輪替,輪替意味著記憶被刷新,換屆就意味著可以開始新的要錢循環。


量子計算機概念上個世紀70年代就出現了。我還記得看過一本描述未來的文章,似乎20世紀末,量子計算機就要把傳統計算機淘汰掉,結果40多年來,基本上連一台合格的原型機都沒有。上世紀末,本人到隔壁物理系選修了量子計算的一門課程,當時就納悶,理論上如此神奇,但怎麽用硬件實現?博士階段時,另一個研究約瑟夫森效應的同學私下裏坦言,難度很大很大。近十年過去了,量子計算機基本停留在紙面上,和經典計算機的摩爾定律形成了鮮明對比。


面對經費被砍的風險,很多科技工作者(國內國外都一樣)出于私心,過分強調量子計算的優勢和前景,甚至許以幾年以後你就可以訂購量子電腦的畫餅,做了很多誤導公衆,學術界和官員的宣傳。比如國內的那個著名潘教授,用光子實現Shor演算法作質因子分解15=5×3。但稍微想一想,三光子或五光子實驗已是困難重重,糾纏脆弱無比,如果數量過多,十光子糾纏此路可通?何況十光子糾纏與幾百個光子糾纏完全不是同一類型的難度,潘的最初論文到現在十幾年了,似乎沒有後續報道說取得重大突破。甚至有人聲稱已經證明,基于光子糾纏的量子計算機原則上沒有可放大性。


歐美雜志或媒體上對于量子計算機的宣傳,猛一看了不得,但仔細看看,那些吹喇叭的都是些鼓吹量子計算機近在眼前的要錢激進分子,或者說相關利益鏈上的人員,背後的最主要目的是借此寫申請書時可以向各國政府索要更多的支持。



到了2013年,量子計算機概念被打了一劑強心針,加拿大的一家公司:D-Wave公司宣稱他們造出了幾百個量子比特的超導量子計算機,全世界都被驚呆,難道春天就要來了?理論上,D-wave的裝置用到了量子隧穿效應,勉強可以算是量子計算機。


但好景不長,D-Wave公司將一台D-Wave Two型的512個量子比特的所謂量子計算機以1500萬美元賣給Google公司,以建立一個開放實驗室,供很多科學家在這台機器上做各種驗證,以確定聲稱的量子計算機是否有量子加速能力。2014年1月13日,以美國加州大學的Martinis和Lidar教授爲首的研究組,包括Google公司的研究人員,其中Lidar教授正是上述實驗室的主任,正式宣布:在503個量子比特的D-Wave Two型的量子計算機上的實驗數據表明,沒有任何量子加速的證據。其學術文章在:
http://arxiv.org/abs/1401.2910


這次科學界對加拿大D-Wave所宣稱的量子計算機的證據充分的駁斥,從某種意義上也布了其所謂量子計算機比經典計算機沒有任何加速優勢。


事實上,政府被欺騙了多次之後,也慢慢明白了其中的門道。以美國爲例,DARPA現在對量子計算機沒有任何興趣(美國國防部先進研究項目局,DARPA是Defense Advanced Research Projects Agency的簡稱,是美國重大科技攻關項目的組織、協調、管理機構和高技術預研工作的技術管理部門,2015財年DARPA預算申請總額爲29.1477億美元,較2014財年增加了1.36114億美元,大約資助200個左右的項目。)


美國DARPA2015年度預算日前在其網站發布:

http://www.darpa.mil/NewsEvents/Budget.aspx


根據該公開預算文件,原來支持量子計算研究的兩個項目被終止:第一個是名爲“Quantum Entanglement Science and Technology”的項目,2014年度預算僅爲4.65百萬美金,2015年被終止,無預算。第二個是名爲“Quantum Information Science”的項目,2014年度預算僅爲1.14百萬美金,2015年被終止,無預算。


美國DARPA終止量子計算的研究項目,是評估考慮其發展遇到嚴重瓶頸和預期非常困難,目前不值得繼續做較大規模的聚焦性的投入,而只適合于開展自由發散性、摸索性的基礎研究。


不過根據該公開預算文件,原來支持量子通信研究的一個項目繼續得到支持:這是名爲“Enabling Quantum Technologies”的項目,2014年度預算爲23.35百萬美金,2015年度預算爲30.97百萬美金。該項目公布的研究目標有多條,其中之一爲“集成原型宏觀量子通信系統進入量子通信試驗平台”。美國DARPA繼續量子通信的研究項目,是評估其發展具有一定的實用性,尚可做一些前瞻性的探索研究。


但請注意,所謂的量子通信,完全是挂羊頭賣狗肉,不是科幻作家筆下橫跨數百光年都可以實時通信的量子技術,完全是一種通信中的加密技術。換句話說,並不是一種提供全新功能的技術,離科幻愛好者期盼的空間傳輸更是差了十萬八千裏。


【袁岚峰按:我很贊同作者全文的基本觀點,但這一節的基本觀點我完全不贊同。對量子信息的宣傳如果說有偏差,那是媒體和外行說的,研究人員從來都是有一說一。量子通信的研究者一直都說量子通信是一種加密技術,不是科幻愛好者期盼的空間傳輸。怎能因爲媒體的胡扯和外行的腦補,就歸罪于研究人員?量子通信的原理,可以參見我的文章《從量子力學到量子衛星》(從量子力學到量子衛星:如何在量子科學領域談笑風生|袁岚峰)和《你見到的否定量子通信的說法,爲什麽是錯的?》(你見到的否定量子通信的說法,爲什麽是錯的? | 袁岚峰)。2016年,中國發射量子衛星,開通量子通信京滬幹線合肥到上海部分;歐洲發布《量子宣言》,也宣稱要大力發展量子通信與量子計算。關于量子計算機,本節所述的指出D-Wave的量子計算機沒有超過經典計算機的Martinis教授,最近加入了谷歌的團隊,計劃在2017年造出經典計算機的量子計算機。量子信息具有改變世界的革命性潛力。如果在當前這樣的關鍵時間節點放松對量子信息的支持,會造成曆史性的大錯誤。】



衛星量子通信示意圖


3.2.4 牛逼哄哄的納米材料噱頭


人類對于微觀物質的研究是逐步深入的。隨著配套儀器的進步,從毫米級,到微米級,再到納米級別,一切都是循序漸進,由點到面,由實驗室到工廠。物理定律並不因爲尺寸的變化而有跳躍式突變。

但從上個世紀90年代開始,相關專業的研究人員眼紅網絡泡沫和生物工程大噱頭所帶來的好處,心想你們八字沒有一撇都能吹,憑什麽讓我們堅守清貧?你們生物工程能吹21世紀是生物學的世紀,我們就拿出資料表明:到 2010年,納米技術將成爲僅次于芯片制造的世界第二大産業,擁有 14400億美元的市場份額。


于是乎,材料子領域開始鼓吹納米材料的神奇,認爲納米材料會給人類社會帶來革命性的變化。納米材料概念在20世紀末甚囂塵上,炙手可熱,無論國內外,一談高科技,除了IT和生物工程外,必談納米材料。比如有了納米材料,就能造太空電梯。有了納米材料,可以造出無數微米級的機器人,潛入人內髒裏,在體內切除腫瘤。(附帶說下,這些宣傳材料倒是給寫科幻小說的提供了不少素材)。


2001年IT泡沫破滅的時候,納米材料的宣傳達到了頂峰,大有“舍我其誰”的勢頭。當時申請自然科學基金,不挂個納米材料,還真不好拿出手。而各級政府也被忽悠得團團轉。2001年的報道中,據不完全統計,我國有一半的省市將納米材料列入當地“十五”期間的發展規劃。國家還成立了納米科技指導協調委員會,負責組織協調全國納米科技的研究開發力量,制定有關規劃。國務院批准了“國家納米科技發展綱要”。

http://www.people.com.cn/GB/paper1137/4415/499999.html


但鼓吹者沒有想到的是,很多東西一旦出籠,往往會出乎發起者的控制之外。


天下熙熙,皆爲利來;天下攘攘,皆爲利往。納米如此神奇,自然有精明廠家應聲而動。于是貼著各式納米標簽的納米家電、納米紡織品、納米衛生潔具、納米化妝品、納米車膜、納米基因等,一個個閃亮登場,紛紛把納米技術作爲新的賣點。在這種情況下,不少普通老百姓上當受騙,納米概念很快就聲名狼藉。


好吧,研究者可以指責商家無恥挂名,但研究者自己又做出了什麽成就?在下面的2001年報導鏈接中,科學家預言,納米時代的到來不太久。美國的一家公司預計在未來10年內,納米技術可能發展到能夠大量制造複雜的納米結構物質的水平,超越“量子效應障礙”的技術,從而達到實用化水平。

http://www.instrument.com.cn/news/20010515/000221.shtml


現在是2015年,納米材料雖有應用,遠沒有當初宣稱的那麽神奇,大家覺得自己的日常生活有什麽被納米大幅改變的嗎?對于相關利益團體而言,科研經費已經到手,當年的狂熱誰也不提。


但政府是健忘的,大衆是好忽悠的,這不,2014年又有了新的報導:即將改變世界的13大納米材料技術

http://tech.qq.com/a/20140516/047576.htm


報導風格又是老一套,說未來某某年會造出具有某種神奇性質的材料,潛台詞是快給我研究經費。


唉,連噱頭都造得沒有新穎性!


石墨烯是最近幾年來冒出的一個新噱頭,借助諾貝爾獎的名頭,吹得天花亂墜。但好比“正反物質湮滅提供能量”這樣的能源解決方案一樣,理想是美好的,現實是殘酷的,石墨烯遠沒有吹噓中那樣神奇。好幾年前,BBC的報導中,科學家就提醒大衆不要有過高期望。

http://it.sohu.com/20110607/n309512255.shtml

石墨烯


但國內外的資本市場能把泥巴吹成金子,石墨烯這個概念讓很多企業股價輕易翻番,至于事後如何,不關操盤手的事情。概念吹得太虛,連政府都看不下去了,提醒大衆要注意噱頭:

http://lights.ofweek.com/2015-04/ART-220020-8420-28947105.html

http://stock.stcn.com/2013/1230/11043729.shtml


帶一點噱頭色彩的是3D打印、雲計算和大數據。


3D打印很早就出現了,有一定用途,特別是在一些不適合大規模流水線生産的場合,比如飛機上的某些部件和模具制造,3D打印算是比較大的突破。但離開這些場合,其作用被極度誇大,什麽下一次工業革命這樣的牛皮都敢吹。人類曆史早就證明,規模化生産才是王道。


雲計算和大數據就不細說了,IT行業需要新的噱頭來吸引眼球。
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回復: 資水東流——技術大停滯

發表 由 lung 于 周一 1月 23, 2017 6:57 am

3.3 博士民工和生物技術的挫折


上面談到了很多技術領域的噱頭,但就鼓吹力度而言,和生物類噱頭一比,都是小巫見大巫。當然,天道循環,有扭曲就有矯正,生物工程/生物技術方面所面臨的困境也首屈一指。


前面提到的各種噱頭,可能濫用了國家的公共財政經費,可能騙了股民的錢,但對于研究者和學生而言,他們其實是獲利的。尤其是學生,從中學到的專業知識並沒有白白浪費,絕大部分人總是可以找到和專業相近的工作。但對于生物工程噱頭而言,以大時間尺度來看,除了那些賣儀器和試劑的商人,整個相關利益鏈條上的絕大部分人員都深受其害。生物技術遠沒有最初宣稱的那樣取得成功,教授的努力固然落空,而學生,特別是博士生,被徹底民工化(沒有貶低民工的意思,只是表明噱頭帶來的危害)!


3.3.1 生物噱頭的緣起和影響


回顧曆史,阿波羅登月後,美國感覺很多技術領域難以突破。考慮到雙螺旋結構發現後的迅猛進展,美國把生物工程作爲下一個技術突破點,在上面投入了巨額經費。從1970年代以後,美國 NIH(美國衛生研究院)的經費讓NASA唯有羨慕嫉妒恨。和現在大衆的感覺相反,IT技術當時並沒有現在的地位。IT技術的進步上個世紀80年代開始加速,到上個世紀末的時候達到高潮。在IT興盛的年代,美國爲了搶占未來的制高點,在生物技術上進一步加大了賭注。美國國會甚至通過法律,讓NIH的經費在世紀之交的短短幾年內翻番。美國是世界各國的模仿對象,各國學術界受美國影響,也紛紛遊說自己國家政府加大投入。于是,一個超級研發大泡沫被吹起,從美國擴散到全世界。大家可以看看最近幾十年的《Science》和《Nature》等頂尖學術期刊,大部分都是生物類的文章。在上個世紀八十年代到九十年代,再到新世紀的頭十年,生物工程概念炙手可熱,無數專家天天在吹噓21世紀是生物工程的世紀,似乎有了生物工程的突破,能源問題、環境問題和糧食問題都能迎刃而解。


但在大噱頭背後,有幾朵黑雲在很長的一段時間後才開始顯現。一是論文大泡沫,二是人才大過剩。


生物體系的複雜度遠遠超過了最初的估計。經過幾十年的研發後,生物學還是停留在知其然的地步,離知其所以然差遠了,更不要說用來指導實踐。生物研發人員往往吹噓基礎研究取得了很多重大成果,但絕大部分的所謂成果和技術應用是風馬牛不相及。借用知乎上一位生物內行人的話:生物行業的許多研究進展除了對科研本身以外,短期內(其實我想說很長時期)幾乎沒有任何實際意義。無論是什麽“某某蛋白解析,有望治愈癌症”,還是什麽“某某神經元在某種行爲遞質釋放增加,有望闡明此種行爲背後的神經生理機制”,這些研究基本上全是在自己的課題小圈子造成一定的影響,媒體斷章取義、望文生義(比如說2013年大牛Susumu實驗室發在《Science》的工作,“Creating a false memory inthe hippocampus”,硬是被吹成了盜夢空間的現實版),對現實生活幾乎沒有任何影響。
知乎提問“爲什麽生物相關專業畢業生就業前景如此慘淡?”
http://www.zhihu.com/question/22693140



大家可以關注一下周圍生活,現在已經進入21世紀15年了,基本沒有看到生物工程技術的大規模應用。應用無望的情況下,龐大的生物研發團隊唯有發表論文來吸引政府的關注。當年讀博士的時候,和隔壁一位博導及其博士生來往比較密切,該博導還另有行政兼職,有一次在其桌上看到了一份招聘海外教師的統計資料,當時就發現生物方面來應聘的特別多,尤其是文章的檔次很嚇人。而該博導告訴我,學校內部有一個默契,生物醫學類的影響因子和其它學科、尤其是工程類的要分開算。要知道,IT類的IEEE trans. on Info 也就比2多一點,有200多份生物醫學期刊影響因子超過5。如果一位博士能在IEEE trans. on Info 上發1-2篇論文,應聘基本無問題,如果是生物類的,影響因子在10以上的只算初具資格。


2007年SCI的影響因子大于20的期刊:


CA-CANCER J CLIN(臨床腫瘤雜志)

69.026 (1)

NEW ENGL J MED(新英格蘭醫學雜志)

52.589 (2)

ANNU REV IMMUNOL(免疫學年度評論)

47.981 (3)

REV MOD PHYS(近代物理評論)

38.403 (4)

ANNU REV BIOCHEM(生物化學年度評論)

31.19 (5)

CELL(細胞)

29.887(6)

PHYSIOL REV(生理學評論)

29.6 (7)

NAT REV CANCER(自然·評論:癌症)

29.19 (8)

NATURE(自然)

28.751 (9)

LANCET(柳葉刀)

28.638 (10)


從這個表單看出,生物醫學類的期刊很牛逼哄哄,秒殺其它學科。原因很簡單,無法産業化,只有多發論文,相互引用多了,影響因子自然高了。爲什麽發論文如此積極,因爲這是唯一的謀生手段。其它大部分理工科領域也接受政府資金來搞研發,但好歹還有市場提供資助,從業人員可以到社會上去找工作,而生物技術對政府資金的依賴程度遠超其它專業。生物工程主要靠政府養著,自然需要高影響因子的論文來忽悠政府。前幾年,清華和北大的海歸生命科學院院長大聲嚷嚷,說科研經費分配不合理,實質是這幫論文牛人在搶奪政府蛋糕時處于不利位置。


人多了,就會出一些奇怪的事。前面說過科技利益集團想盡一切辦法來維護自己利益,而生物方面的科技利益集團更是其中翹楚,因爲絕大部分生物方面的科研資金來自于政府,政府只要稍微減少資金,生物科研就很難搞下去。整個生物醫學科研系統,是建立在科研基金會永遠不斷增長的這個泡沫上。在這個泡沫裏,博士生、博士後被無節制地培養,遠遠超過社會能容得下的數量,而相當多醫學校及其科研人員全部建立在被認爲永不枯竭的科研經費上。現在這個泡沫要破了,這個系統性缺陷到了非全面解決不可的地步了。


最近的一個例子,美國政府這幾年削減預算,NIH過去的預算大概是NASA的兩倍,現在也要被砍了,結果大批生物科學家上街遊行。
人民網新聞“美舉行大規模示威 抗議削減NIH預算”
http://scitech.people.com.cn/n/2013/0411/c1007-21097988.html



論文牛逼的背後,有一個不容忽視的情況:生物類的博士/博士後大都混的很不如人意。最典型的就是方舟子(本人只論述事實,對方舟子沒有任何意見),做了那麽多年博士後,現在竟然靠完全和生物無關的職業謀生。爲什麽就業難,因爲人才極度過剩!


生物技術研發的特點就是需要大量人手來做實驗,NIH所激發的大泡泡在短期內造就了生物人才、尤其是博士人才的短缺。美國爲了吸引人才,開出了大量優惠條件,這些條件對21世紀初的中國人極具吸引力。生物好出國成了大衆的固定印象,逐級反饋到中國的教育系統,就是生物大擴招。


根據筆者個人印象,從初中開始,“21世紀的朝陽産業”、“下一輪國際競爭的核心”、“新時代的曼哈頓工程”等一類的口號不絕于耳,普羅大衆被生物工程這個概念輪番轟炸。在那個時候,生物工程專業是一個高大上的專業,頂峰時期,北京大學生科院招收了全國一半的理科狀元。筆者的一位初中同學和一位高中同學,都被感染得熱血沸騰,跳進了生物工程這個專業。筆者以前也沒有關注過生物專業背後的東西,但2007年的時候,同學從美國回來,聚會的時候,說了一句話:“我想把陳章良捅一刀,太坑人了。”誰是陳章良?查了一下,原來是一個海歸,擔任過北大的生科院院長和副校長,曾經是青年模範代表。此君在90年代的時候,在媒體上大肆鼓吹“21世紀是生物學的世紀”。當時中國的信息閉塞,中學生社會經驗又不夠,對他們來說,北大副校長是一個耀眼的圖騰和偶像。既然偶像這樣說,生物工程肯定前途大大的。于是乎,無數中學生選擇了生物工程專業。恰逢國家給了擴招政策,生物類博士難就業,加上SCI文章的刺激因素,各個高校樂得滿足中學生的要求,隨即大規模擴充生物類專業。十幾年下來,全世界範圍內,數以百萬記的學士,碩士,博士和博士後都遭遇到了就業難題。


轉帖一篇文章:爲什麽生物類專業這麽難就業
http://bbs.tianya.cn/post-no20-201048-1.shtml


也許有人會說,本科生當然是這樣了,如果是博士生那就不一樣了,看一下大約6年前廈大博士的就業吧。


先說下,想在廈大生物系做個老師,國內的生物博士畢業是絕對不可能的,清華北大的都不行。廈大自己的博士畢業只能留校做個實驗員,月薪4000不到,能留校做實驗員的還是一些比較牛的和導師關系比較好的博士。至于那些不牛的博士,他們看中的是廣大的中學校園,很多生物博士爲了爭奪一兩個中學生物老師的職位打的頭破血流。當時去四個人應聘兩個生物老師職位,其中兩個是廈大博士,一個是武大碩士,一個是泉州師範學院(二本),最後得到該職位的是一個博士和那個泉州師範的。


而第三方教育數據咨詢與評估機構麥可思研究院公布的《2014年中國大學生就業報告》中,就業十大紅牌專業,竟然有4個冠以生物的頭銜。
搜狐網新聞“最新中國十大坑爹專業出爐啦”
http://mt.sohu.com/20150728/n417671149.shtml


就業如此之難,就連行業領軍者都看不下去了,知乎上有生物學大牛的帖子
http://www.zhihu.com/question/28347460
,真誠的指出,趕快轉專業吧,否則前途黯淡。一個最簡單的事實,美國每年有大約10000名生物類博士畢業,但大學只能提供數百個教職崗位,而工業界提供的職位也少得可憐。那衆多博士怎麽辦,只能繼續做博士後,最終變成“千老”。單單在美國,就差不多有10來萬生物學博士後靠政府基金養活。


一個生物博士學位會把你帶到哪裏

生物探索網:“NIH VS ASBMB:如何緩解美國生物醫學科學家過剩局面?”
http://www.biodiscover.com/news/politics/120677.html


一個專業就業如此之難,如此之普遍,深深襯托出背後的技術困境。


3.3.2 研究範式和問題


生物技術的困境從源頭探索的話,可能是研發範式出了問題。


首先,生物技術秉承了物理化學所傳承下來的還原論方法。大量的生物學研究往往從單點出發,試圖解析每一種蛋白質的結構和功能,或者確定每一片DNA序列的功能,希望構建完整的字典來闡明生物的所有謎團。當年人類基因組計劃是基于此思想,曾經宣稱知道了基因序列就可造出完美嬰兒,結果自然失敗了。而現在很多生物學的論文,依舊是宣稱某某蛋白在某某過程中起到某某作用,研究方法依然是“敲除基因我們發現XXX,過表達基因我們發現XXX”。但生物體是一個極其極其複雜的非線性混沌系統,一個簡單的細胞,其複雜度超過航天飛機。在生物體內,絕對不是A輸入,就能每次輸出C,更不能簡單的遞推,2A輸入,能輸出2C,而更要命的是,甚至1+1=2也不成立。用一位生物學博士的話說,即使身高這個最簡單的phenotype就已經被證明是幾百個genomic loci相互作用決定的。還原論方法在物理領域的成功,並不代表在生物領域就能成功。


其次,生物學研發過度依賴于實驗,很難看到數理方法的應用。生物研究需要實驗,但從很多生物專業人士的抱怨中可以看到,實驗往往需要大量的時間和工序,超長的研究周期使得科研項目的風險大大增加,而大量的工序又需要很多人力,因此很多生物學博士被迫從事高強度重複性的實驗工作,結果很多博士民工化了。一方面,一個老板必須招收足夠多的學生來保持自己有足夠的産出。但是,對于20個學生來說,老板的職位只有1個。而且,PhD並非一般職員那樣可以作爲永久職位,所以即使科研界,也無法吸納更多的人,于是自然面臨過剩的人才培養。另一方面,很多實驗工作真心不需要前面那麽多年的培養,看到過一個例子:“我們實驗室一個前台接電話的小姑娘,跟我們做了一段時間實驗,現在進技術組了,跟我們從本科學到博士寒窗十年的師兄在實驗方面其實沒有什麽差距了。”這方面的極端是清華那位有名的施一公海歸,對學生說不要看文獻,會做實驗就行了,結果學生雖然發了Nature,到國外課題組後徹底悲劇了。


不停地做實驗和發表數據,但做的成果又很難轉換到實際中,這表明生物學還處于最原始階段,處于數據整理階段。生物學的哥白尼有了,施萊登,施旺,達爾文和孟德爾;生物學的伽利略也有了,雙螺旋結構的發現者,沃森和克裏克;但生物學的牛頓和萊布尼茨遲遲不能出現,生物學的瓦特更是不見蹤影。面臨窘境,生物學研發領域不願意承認這個現實,往往更傾向于用噱頭來麻醉自己。新聞報導中有很多生物技術的噱頭,比如那個“餓死癌細胞”來治療癌症的相關報導,但實際稍微懂點理工科的人都明白,從牛頓提出第三運動定律,到阿波羅11號利用這個原理登月,中間需要克服的技術難關數不勝數。


而生物學人才的培養模式也很有值得商榷之處。嘗試著看過幾本本科生物學方面的教材和一些生物學論文,感覺敘述方法和文科差不多。而很多生物學業內人士也表達過相似觀點,就是本科階段的數理方面基礎知識學的很少。進入研究生階段後,生物學研發注重實驗,一層層傳遞下去,最後掌控方向的生物學大牛往往難以具備堅實的數學知識,不能高屋建瓴地指出方向。


說到這裏,筆者先來談談轉基因食品。最近幾年轉基因食品在國內引發了軒然大波,圍繞轉基因食品是否安全,正反雙方展開了激烈辯論。筆者雖然支持轉基因(基于對數百萬研發工作者的信任),但對轉基因的原理不熟悉,用另外一個技術上的例子來側面剖析一下轉基因。一個顯而易見的事實是,絕大部分人從來沒有擔憂導彈試驗的安全性問題。甚至在導彈裝載了核彈頭的情況下,絕大部分也不去杞人憂天,擔心導彈落到自己頭上。爲什麽?因爲嚴格且清晰的計算會表明,導彈發射後,每一秒的軌迹,方位和速度都是可以知道的,甚至導彈如果發射後出現了內部故障,導彈內部的處理措施也會保證彈頭的安全性。所有計算和處理措施都是數學上清晰可見,地面實驗中可以重複實現。任何一個具備理性思維的成年人,都不會對其産生懷疑。




轉基因安全性問題,其根源在于生物技術上的模糊和難以預測性。正如前面提到的,生物學的哥白尼有了,生物學的伽利略有了,但生物學的牛頓遲遲不能出現。牛頓的系統化理論、數學工具以及實驗驗證,是近代科學技術大爆炸的源頭。遺憾的是,生物學到現在爲止,整體上依然是一門基于實驗和經驗的科學,大部分相關工作者其實都是做的數據收集和整理工作。無法用理論來指導實踐,這是生物技術最大的缺陷所在。比如,有人是白色皮膚,有人是黑色皮膚,生物技術只能告訴我們,這和基因有關。但DNA是如何控制相關物質分子,一步一步的構建出不同顔色的皮膚?在這構建過程中,基因的稍許差別是如何被放大,導致皮膚顔色的巨大差別?再複雜一點,人的手是如何被DNA依據自身信息造出來的?


生物技術無法用清晰的數學模型來回答上述問題,甚至目前根本沒有人試圖去解決這個問題。


人類只有苦苦等待下一位牛頓的出現。
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回復: 資水東流——技術大停滯

發表 由 lung 于 周一 1月 23, 2017 7:01 am

4 低熵體的困境和所面臨的技術台階


假設有A、B兩個商人,A營業額增長的規律如下:第一天100元,之後每天增加20元。第二天的增長率有20%。那麽,100天後,A的增長率有多少?20/(100+20*100), 不到1%。300天後呢?雖然每天有大約6000元入賬,但日均增長率接近于0,基本可以看成停滯不動。B的規律如下:第一天100元,之後每天在前一天的基礎上增加2%。第二天的營業額只有102元,看上去很小,比A差遠了。但300天後,B的當日營業額度在3萬8000元左右。


這就是指數式增長相對于算術式增長的威力。


如果再加上一定背景,比如A,B兩個人都向銀行系統貸款,需要在一年內償還高額的貸款本息,很顯然,銀行系統更願意把錢借給B,因爲資本的運行建立在複利基礎上。


馬爾薩斯在《人口論》中第一次指出,人類的資源當時看來在算術增長,而人口繁衍的規律是指數式增長。雖然很多人罵馬爾薩斯冷血無情,但就邏輯敘述而言,馬爾薩斯的理論無可辯駁。學過高中數學的都會知道,指數增長肯定會超過算術增長。但之後的200多年,即使人口急劇增長,人類社會的生活水平在穩步提高,人類沒有陷入馬爾薩斯陷阱。



馬爾薩斯



如果從經濟學角度考慮,這一悖論在索洛的經濟增長模型中得到了解釋。索洛模型認爲,當外生的技術以固定比率增長時,經濟將在平衡增長路徑上增長。因此,技術進步是經濟增長的主要動力。丹尼森等人通過對美國經濟增長的實證分析證實和鞏固了索洛的觀點。反之,當外生技術水平趨于停滯時,經濟將趨于停滯,投資僅能補償固定資産折舊和裝備新工人。


如果從熱力學第二定律角度看待問題,這一切都是建立在一系列資源/能源相關技術革命基礎上的。人類跨越了一個新的技術台階,找到了大規模新層次的負熵流,確保了人類社會能夠大範圍長時間保持在低熵狀態。


宏觀角度而言,技術是人類文明的基石,技術會把原來看成垃圾的東西變成資源,讓人類社會維持有序狀態。技術如果遇到天花板,人類發展的空間也逐步限定,閃轉騰挪的余地也會越來越小。


古代中國文明就是一個例子。


中國文明就地理隔絕度而言,在亞歐大陸諸多文明中排名第一。雖然和外界有交流,但比地中海區域的文明交流程度差多了。在農業社會的技術停滯情況下,早期的中國農耕文明,也就是唐朝之前,還能通過空間拓展來擺脫馬爾薩斯陷阱。但之後,中國文明陷入了困境,1000多年的治亂循環其實就是文明在遭遇技術停滯後的掙紮和無奈。


對于人類文明來說,在大時間尺度上,技術對新資源和能源的拓展必須符合指數式增長規律,這是資本和文明擴張的需求。因此,2008年的金融危機可能代表著一個新時代的到來:低熵體開始放棄增長之路。



4.1 從熱力學第二定律談起


曾經驗證過廣義相對論的世界著名科學家愛丁頓對熱力學第二定律做過如下評價:“我認爲,熵増原則——即熱力學第二定律——是自然界所有定律中至高無上的。如果有人指出你所鍾愛的宇宙理論與麥克斯韋方程不符——那麽麥克斯韋方程就算倒楣。如果發現它與觀測相矛盾——那一定是觀測的人把事情搞糟了。但是如果你發現你的理論違背了熱力學第二定律,我就敢說你沒有指望了,你的理論只有丟盡睑,垮台。”



愛因斯坦和愛丁頓



4.1.1 《道德經》的智慧


《道德經》裏有一句話:“天之道,損有余而補不足。人之道,則不然,損不足以奉有余。”很多人簡單地將其看成貧富分化問題,但實際上,這句話背後隱隱和熱力學第二定律以及現代耗散結構理論相對應。


熱力學第二定律有幾種表述方式,最能說明本質的是熵表述:隨時間進行,一個孤立體系中的熵總是不會減少。


什麽是熵?熵這個概念是由德國物理學家魯道爾夫·克勞修斯所提出的,貼公式比較麻煩,簡單點說吧,熵是組成系統的大量微觀粒子無序度的量度,系統越無序、越混亂,熵就越大;系統越有序,熵就越小。


熱力學第二定律指出:在一個不與外界發生物質和能量交換的孤立系統中,無論其初始條件和曆史如何,它的一個狀態函數“熵”會隨時間的推移單調地增加,自發的朝著均勻、無序、簡單、趨向平衡態的方向演化,直到達到熱力學平衡態。這實際上是一種退化的方向。


所以,在無外界幹涉的情況下,把一滴紅墨水放入一杯水中,最終整杯水會變紅。一棟房子會隨時間的流逝而最終倒塌,山峰會瓦解,行星最終會解體。


有序最終會變成無序,熵增的過程就是抹除差異性的過程。


因此,天之道,損有余而補不足。


在另一方面,生物學描述的卻是系統從無序到有序,由簡單到複雜,由低級到高級,由無功能到有功能的有組織的方向發展,這是一個進化的方向。同時,人類曆史一再表明,人類可以在一座荒蕪土地上,構建出一個巨大、繁榮、有序的城市。于是産生了一個克勞修斯和達爾文的矛盾,退化和進化的矛盾,似乎生物界包括人類社會遵循著與物理世界完全不同的規律,有著迥然不同的演化方向。


上面的矛盾最終由普利高津的耗散結構理論而得以解決。普利高津指出,要想維持一個系統的有序,系統必須開放,從外界引入負熵。



普利高津


對于開放系統來說,熵(S)的變化可以分爲兩部分。一部分是系統本身由于不可逆過程(例如熱傳導、擴散、化學反應等)引起的熵的增加,即熵産生(diS),這一項永遠是正的;另一部分是系統與外界交換物質和能量引起的熵流(deS),這一項可正可負,整個系統熵的變化dS就是這兩項之和:

dS=diS+deS


根據熵增加原理,diS>=0(平衡態diS=0),而deS可以大于或小于零。如果deS小于零,其絕對值又大于diS,則

dS=diS+deS< 0


這表明只要從外界流入的負熵流足夠大,就可以抵消系統自身的熵産生,使系統的總熵減少,逐步從無序向新的有序方向發展,形成並維持一個低熵的非平衡態的有序結構。這樣,普利高津在不違反熱力學第二定律的條件下,通過引入負熵流來抵消熵産生,說明了開放系統可能從混沌無序狀態向新的有序狀態轉化,從而解決了克勞修斯和達爾文的矛盾。


而“人之道,則不然,損不足以奉有余”,其背後的含義就是,在一定時空範圍內,人類作爲一種生物可以規避熵增原則,通過從外界引入負熵流(消耗外界的資源和能源),使得自身長時間保持高度有序,維持低熵狀態存在,這是人類的生物學意義所在。


開放系統能夠維持低熵的關鍵在于能夠從外界引入負熵,但如果把系統擴大一點,把外部也包含進去,就會發現,新的大範圍系統的總體熵是增加的,整體的無序度是增加的。


這個原理應用到生活中,所帶來的結果比較殘酷,說的直白一點就是:我們越是想讓一個地方有序,就越是會導致總體的更加無序。我們付出的努力越多,使用的技術越高,所導致的總體無序程度就越大。比如清理垃圾,雖然我們面前的垃圾不見了,可運輸垃圾和處理垃圾産生的消耗卻增加了,這裏還包括相關工具的制造耗費;再比如洗衣服,眼前的衣服雖然被我們洗幹淨了,可洗衣服所耗用的水、電、洗衣機、化學洗滌劑以及汙水的處理都隨之增加。這種事例隨時隨刻存在于我們身邊,總之,把一個地方弄幹淨,就會導致另一個地方變髒,而且,以現代人精益求精的標准,只會讓更多的地方變髒。


4.1.2 負熵流和文明層次的躍進


熵概念的提出引導人類從一個全新的角度來看待文明的變遷。


通過熵可以區分有效能量和無效能量,有效能量在開發應用過程中不可逆地轉化爲無效能量,並同時增加外部世界的混亂無序度——熵!因此,即使能量守恒,文明也會發現,一定時空範圍內,可用的能量似乎越來越少。爲了維持低熵狀態,追逐負熵流成了所有文明的本能。在文明擴張過程中,人類繁衍遵循指數式增長規律,相應地,負熵流也必須跟上步伐。


要滿足指數式擴張所需要的負熵流,大致有兩種方法。


第一種是同層次的量的擴張。農業文明負熵流主要來自于固定太陽能的糧食生産,因此,所有的早期農耕文明都把占據可耕地作爲社會的核心使命。以中國文明爲例,從黃河旁的兩個小部落開始,逐步向外拓展。到唐朝中葉的時候,中國文明最終把東亞大陸上能夠穩定産糧的絕大部分地盤占據了,文明邁上了頂峰。再比如煤炭的産量,英國從1800年的1000萬噸,到1850年的4980萬噸,再到1870年的11200萬噸,蒸汽機和煤炭的指數式增長最終使得英國成爲第一個全球性帝國。


第二種是引入新層次的負熵流。文明總會受空間的限制,相應的,同層次負熵流的數量擴張總有極限,這時,必須找到新層次的可開發負熵流,否則,文明就會遇到不可逾越的台階。19世紀下半葉,煤炭的極限開始顯露。一個很簡單的事實是:蒸汽機推重比太低,永遠不能推動飛行器上天。幸運的是,新出現的石油和電力幫助地球文明躍遷到新的層次,大大拓展了人類的活動範圍。


在工業革命以前,人類社會維持有序的外來負熵流主要來自太陽。通過農業活動,人類實現了太陽能的初步利用,獲得了糧食、燃料和建材,使得人類社會能世代繁衍並逐步脫離蠻荒狀態,建立起初等文明。這種農業文明,按照現在的眼光看來,其實是很低級的,有序度不高。依靠這種對太陽能的初步利用和負熵流,農業社會可以維持很長時間。事實上,由于技術天花板的存在,各大農業文明的負熵流獲取在很久以前就達到了極限,文明也隨即陷入停滯。


農業文明的極限最終被瓦特改進的蒸汽機所打破。


站在21世紀的時間坐標點,回顧人類文明層次的變化,可以看出,通過農業活動來把太陽能轉換成生物能,所提供的負熵流根本不能支撐如今的工業化社會。人類現在主要通過化石能源——過去數千萬年沈澱下來的太陽能來提供負熵流。


第一次工業革命,人類大規模開采煤礦,資本主義所展示出來的生産力是過去農業社會所不能想象的。第二次工業革命,石油和電力(部分通過水力發電來實現)成了能源産業的核心,人類對能源的利用達到了一個全新的台階,相應內燃機與電動機的開發和利用,讓龐大的地球變成了一個小小的村莊。


節奏到第三次工業革命的時候戛然而止。平常所說的第三次工業革命,從能源供應和控制角度來講,只能算是半次工業革命。


可能很多人會反駁,信息技術和生物技術在1945年後取得了很大進展。 不錯,20世紀50年代後,信息技術取得了飛速進展,生物技術也有若幹進步。但最關鍵的能源技術上,很可惜,邁出了幾小步,但之後一直沒有突破性進展。


從能源的獲取角度來說,裂變核反應堆被大規模推廣開來,但從目前角度而言,根本不能取代傳統的化石能源,在一次能源中占的比例很低。全球核電占一次能源比例中,世界各國平均水平是5.8%。


單從發電量而言,核電比例甚至是逐步下降(過去10年,中國修了很多火電廠)


從能源的轉換和利用上而言,蒸汽機、內燃機和電動機依舊占據著主導地位。火箭發動機、航空發動機都是第二次工業革命巅峰的産物,1970年後,改進逐步停滯,導致航天技術和航空技術差不多在以龜速前進。依靠現在的火箭發動機,登陸火星只是妄想。想象中的核發動機還是只能停留在科幻小說中。信息技術改進了能源的控制,提高了能源使用效率,但無法解決人類現在面臨的根本問題——新層次能源的來源和轉換。


開發負熵流遇到了麻煩,時間一長,經濟危機就不可避免了。不少學者認爲,2008年金融危機的背後是高漲的能源價格。從1947年到20世紀末,除了20世紀70~80年代之間在中東地區發生的幾次戰爭使其發生一次脈衝式波動外,國際原油價格一直趨于平穩。21世紀以來,受美國房産泡泡和中國經濟迅速增長的推動,國際原油價格一路攀升,2008年7月11日紐約原油期貨價格創下了147.27美元/桶的曆史最高記錄,高能源導致高通脹,高通脹導致高利率,泡沫隨即破滅。


能源短缺到金融危機的傳導路徑

從那以後,石油價格再也沒有回到上個世紀末的低價,能源問題成了橫亘在世界各國面前的攔路虎。歐債危機和中國經濟放緩可以讓能源價格暫時回落,但世界經濟若稍有大一點的增長,能源價格就會飙升。人類社會要想大步前進,跨上新的層次,外界必須能提供更多的廉價負熵流,否則的話,經濟危機只會一波接一波,直到人類文明的各個子團體暫時達到一種平衡態。但不幸的是,農業社會的平衡態理論上可以維持到太陽的末日爲止,現今工業社會的平衡態是一種建立在有限化石能源上的不穩定結構,不能長時間存在。


不跨越新的技術台階,開發新層次的負熵流,人類的文明層次就不可能發生質的躍進。
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回復: 資水東流——技術大停滯

發表 由 lung 于 周一 1月 23, 2017 7:06 am

4.2 科技樹的主幹和分叉


按照生物學家的分類,世界上有六大類生物。前三種是微生物,後三種依次是菌類、植物和動物。億萬年來,這六大生物一直在“共生進化”,且彼此交叉、纏繞,形成姿態萬千的生態圈。


在凱文·凱利的《科技想要什麽》一書中,提出了一種新觀點:“技術元素”的演化過程,仿佛有自己的生命周期。從語言到符號、文本,再到印刷品、留聲機、電視;從犁铧、刀斧,到水車、磨盤、唧筒,再到手工織機、蒸汽機、汽船和飛艇。“技術元素”已成爲“第七個生命王國”。


技術元素——觀念有機體——的進化與基因有機體相似,差異很小。二者有很多共同的特性:兩種系統的進化都從簡單到複雜,從一般到個別,從統一到多元,從個體主義到互利共生,從低效到高效,從緩慢變化到更大的可進化性。科技有機體隨時間變化的過程符合一種與物種進化的系統樹相似的模式。


換句話說,可以把人類的科技知識結構比喻成一棵樹:科技樹。那麽,什麽才是科技樹的主幹?個人認爲,最少在當前這個層次,有效能源的獲取、轉換、控制和利用是科技樹的主幹。


農業社會持續了(停滯)幾千年,如果單看農業社會,可能還看不出能源技術的至關重要性。但從蒸汽機開始,到內燃機,電動機,核反應堆,在這一過程中,整個世界逐漸融合成一個整體,人類文明開始大步前進,人口數量急劇增長,生活水平大幅提高,基礎設施一日千裏。過去曾經難以想象的百萬人口大城市如雨後春筍般出現,千萬人口的城市也日益增多。從文明層次上講,人類社會的有序度在過去200多年裏飛速提高。這一切的背後,都是通過大幅引入負熵流(有效能源)來實現的。


所以說,有效能源的獲取,轉換,控制和利用是工業文明的核心。


很多人會憤憤不平地反駁道,媒體天天報導,現今的世界是信息社會,信息技術才是科技樹的主幹。的確,IT技術現在看上去紅紅火火,新概念、新名詞層出不窮。但很遺憾,IT技術只是科技樹的一個比較大的分叉,而且,很有可能是讓人類走入死胡同的一條分叉。


拿進化樹來對比一下。


在生物學中,用進化樹來表示物種之間的進化關系。生物分類學家和進化論者根據各類生物間的親緣關系的遠近,把各類生物安置在有分枝的樹狀的圖表上,簡明地表示生物的進化曆程和親緣關系。在進化樹上,昆蟲綱屬于節肢動物門,哺乳動物綱屬于脊椎動物亞門。


如果單純從種類數量和形態數量上比較,昆蟲毫無疑問占據壓倒性優勢,昆蟲是地球上數量最多、最爲成功的一類動物,種數占地球上整個生物物種的一半以上,占動物總種數的四分之三。目前經科學描述的昆蟲種數已超過100萬種。從幹燥炎熱的沙漠,到冰天雪地的極地,它們在陸地上幾乎無所不在。
“從生理特點淺析昆蟲繁盛的原因”:
http://blog.sciencenet.cn/blog-39377-224247.html



另一方面,根據百度搜索結果,學界估計有5400種哺乳動物,相比昆蟲種類的數量,簡直是微乎其微。


昆蟲在進化的戰術上可以說是非常成功,衍生出龐大的種類數目,很多昆蟲特有的生物結構,確保昆蟲適應了陸地上的所有環境,形態更是千變萬化。


但從進化樹的整體而言,昆蟲無疑是失敗的。進化樹主幹上注重進化的核心——大腦,而分杈上講究種屬的生存率。一旦走上歧途,再多的缤紛斑駁也掩蓋不了一個蒼白的事實:昆蟲幾億年的演化,沒有導致智慧性物種的出現。比如,螞蟻和恐龍同時代,很早就過上了群居生活,但一億年來,螞蟻演化(不是進化)的結果還是螞蟻,而人類已經崛起。可以想象一下,沒有人類的大腦,鋪滿了昆蟲的地球在宇宙中又有何意義?


相對于可控核聚變等技術的挫折,過去40年,IT技術大爆發和大普及,導致摩爾定律變成了科技發展的代名詞。但請注意,曆史已經一再表明,文明生存效率的改進依賴的是能源技術的革命。IT技術的大部分創新屬于交流娛樂類,也許在文明不擴張的前提下能使人類更快樂,但建立在圖靈機上的虛擬世界永遠不可能重構真實世界。


4.3 永遠的50年和可控核聚變


2010年6月17日中國之聲報導, 中國能源網首席信息官韓曉平昨晚在接受中國之聲《新聞縱橫》值班編輯采訪時說:“不久前中國科學院工程熱物理所近80歲的蔡睿賢院士跟我們講,他說在他很小的時候,當時一些科學家就告訴他,50年後人類就可以使用可控核聚變,但是50年過去了,他告訴我們,他最近問這些科學家還需要多少年?這些科學家依然跟他說需要50年的時間。”


“永遠需要50年”,是關注可控核聚變人士的一個長久夢魇,而相關利益集團的噱頭則是接二連三的朝公衆潑冷水。


4.3.1 永動機之夢


在各個論壇發現一個現象,任何關于可控核聚變的報導,只要表面上看來有進展,立馬會引來熱烈的討論。如果進展是別國取得的,一般是祝賀人類文明進入新紀元,順便嘲諷石油國家馬上要完蛋。如果是中國獲得了突破,更不得了,滿屏的強國夢和屠日滅美。


之所以對可控核聚變如此關注,是因爲人類亘古以來就有一個夢:永動機的夢。


在很早的時代,即使沒有對熱力學定律有所認識,大衆潛意識中都明白,萬事萬物的運行都需要動力。但所有動力都必須耗費一定的資源和金錢。某種意義上,大部分工業品的價格其實就是生産流通過程中能源凝固密度的反映。因此,如若有能自己動起來的機器,豈不美哉?王力雄在小說《永動機患者》中就寫了一個樸素且執著的農民,他就是要造永動機。他相信,永動機開轉之日,就是家鄉人民脫貧之時。


如果用比較專業點的話來說,文明的進步在于從外部引入負熵流,而工業革命的本質就是開發出更大規模的廉價負熵流,實現文明層次的質變。


人工核聚變是人類曆史上造出永動機的第三波努力。


第一波被熱力學第一定律否決了,能量不能無中生有。


第二波被熱力學第二定律否決了,能量不但講量,還要講質。


第三波就是人工核聚變這個准永動機,目前理論上似乎沒問題,不可控核聚變也實現了,所以人類孜孜以求。


在1973年之前,人類文明根本沒有考慮過能源方面的匮乏問題,因爲技術的進展使得能源越來越多,越來越便宜。但阿拉伯石油禁運事件以及1979年的伊朗革命後,世界上多了一個詞:石油危機。工業文明的指數式擴展,使得石油和能源不再廉價,每次石油危機都會導致一次經濟危機。40多年來,人類想盡了一切辦法來擺脫這個魔咒,但進展不大。


前面已經討論過新能源的噱頭。常規能源中,首先看化石能源,即使是蘊藏量豐富的煤炭和天然氣,面對中國這個工業化新貴的饕餮胃口,也支撐不了長久,更不要說汙染問題。而裂變核能,即使考慮到增值反應堆,地球資源也真心不多,不能徹底取代化石能源,而且核汙染是殃及子孫數百代。


太陽能、地熱能、風能、潮汐能和裂變核能都還有一個致命缺點,無法方便地轉換爲巨型動力!


科幻小說作家劉慈欣曾經抱怨,明明太陽系中有十萬個地球的資源,結果人類卻花費了數十倍航天經費的資源來保護一個地球的環境。事實是,誰都想開發太陽系,但要擺脫地球引力的束,化學燃料火箭卻昂貴得過分。


依照宇宙資源的分布和人類當前的科技程度,可控核聚變是人類跨越技術台階的不二選擇。一方面,地球和宇宙中聚變資源到處都是,如果能夠實現可控核聚變,人類獲得了幾乎無限的廉價負熵流,人類工業文明第一次能夠長久持續下去。否則的話,人類文明耗盡化學能資源後,無法維持現今的水平,更不要說向外拓展。另一方面,采用基于可控核聚變産生的高溫等離子體來推動宇宙飛船,理論上是可行的,開發太陽系不再是可望而不可及的夢想。


考慮到可控核聚變的美好前景,在過去的50多年中,可控核聚變雖然沒有取得任何實質性的進展,但世界各國和科技界始終不敢放棄其上的研究,因爲人類承當不起這個後果。


4.3.2 可控核聚變的難産和噱頭


有一句老話:理想很美好,現實很殘酷。可控核聚變已經研究了50多年了,人類科研曆史上,可控核聚變的研發難度可以說是首屈一指。理論是沒有問題的,人工不可控核聚變——氫彈也早就實現了,自然界中也有核聚變——太陽的燃燒。但在地球上搞可控核聚變,真是達到幾乎讓人絕望的地步。




太陽


我初中時看報紙,說可控核聚變在20世紀末會實現。1999年時,說再過15年,可控核聚變會商用。到了2013年,在網上搜索,據《自然》雜志報道,預計在2019年ITER核聚變裝置將完成建設,比預期的要晚1年。而第一次ITER氘-氚聚變試驗則計劃在2026年進行,比NIF要晚15年左右。至于商用化,2050年後再說吧。


在網上看到一位物理學博士如此評價可控核聚變:


二十年前剛大學畢業到美國留學,去普林斯頓大學的等離子研究中心,龐大的研究中心讓我激動得不能呼吸。二十年後再去,還是那個樣,什麽實質性進展都沒有。不知道花了多少億美元了。


難點在什麽地方?


除了太陽這樣的巨大天體靠自身引力來實現核聚變外,在地面上搞核聚變最麻煩的反應條件就是——需要瞬間上億度的高溫才能引起核聚變反應(過去幾十年的冷核聚變全部被證明是騙局,請見“瓶中的太陽”一書,是《科學》期刊一名記者寫的,寫盡了50年來可控核聚變的辛酸)。如此高的溫度是用傳統加熱方法所無法達到的。人類研制氫彈時,用原子彈作爲雷管來引爆氫彈!即通過原子彈引爆得到達到核聚變反應的溫度,從而引起核聚變使得氫彈爆炸。但必須注意,氫彈是一錘子買賣,不能用來發電。


把粒子加熱後,還有一個技術問題,幾億度的高溫下,用什麽容器來容納反應材料,約束微觀粒子把核聚變反應長時間持續下去?美國NIF走的技術路線是用激光來加熱,慣性約束,另外一條技術路線托卡馬克,采用磁場來約束。前看來,NIF的路線基本是死胡同一條,除了忽悠經費和用于核武器試驗外,不具備任何可實現意義。而托卡馬克面臨的問題也很多,包括雜質的處理,高溫等離子體的Great Disrupture,很多現在還沒有任何理論上的解決方案,更不要說技術實現。(本文第三版和第二版中的帖子中,很多網友對此有過極其精彩的討論,推薦大家看看。)


長時間的失敗和經費被砍的危險,逼得可控核聚變業界有意無意地配合新聞界編制一個接一個的噱頭。最近兩個報導在各大論壇很火,一個是國外的,一個是國內的。


“繼中國東方超環之後,美國NIF也首次實現輸出能量超出輸入能量”

http://bbs.tianya.cn/post-worldlook-897507-1.shtml


“中國核聚變裝置突破極限一億度高溫持續1000秒 七年後將開建實驗堆”

http://bbs.tianya.cn/post-worldlook-933852-1.shtml


看第一個報導,美國NIF首次實現輸出能量超出輸入能量。初看這個報導的時候,大吃一驚,難道真正的第三次工業革命要來了?仔細看了該報導,注意其中最核心的一句話:


“9月底,美國利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置(National IgnitionFacility)利用192束高能激光聚焦到氫燃料球上,創造高溫高壓以點燃核聚變反應。在試驗中,反應釋放出的能量超過了氫燃料球吸收的能量。”


國家點火裝置的靶室(192束激光聚焦在小小的氘-氚靶丸上)


嚴格來說,該實驗中心並沒有說謊,反應釋放的能量超過了氫燃料球吸收的能量。但所有的新聞報導都是歡呼:輸出能量大于輸入能量。


看似相似但稍有不同的概念,本質上卻是大相徑庭。請區分幾個概念:整體投入能量,氫燃料球吸收的能量,反應釋放的能量和外界獲得的能量。


後來托南大同學到吳健雄圖書館查詢11月最新出版的學術期刊,才明白這個新聞報導的噱頭所在。具體數據記不起來了,但下面比喻的數量級大致還是對的。


整體投入能量是1000,激光激發的X射線能量是1,這個X射線輻射能“1”被氫燃料球所吸收,引起微型規模核聚變,釋放出來的能力是2,但這個2外界根本無法獲取利用。所以真正的投入産出比是1000:0。


但爲什麽新聞報導采用輸出能量大于輸入能量的標題,美國NIF中心卻保持沈默?


其實查查發表時間就能明白其中奧妙:


“美國核聚變國家點火裝置(NIF)首次實現輸出能量超出輸入能量”,原文作者: 更新時間: 2013-10-08 17:30
文章來源:
www.guancha.cn


2013年10月初美國發生了什麽事?美國聯邦政府和議會因爲債務問題和年度預算吵架,最終導致美國聯邦政府大部分機構關門。美國各個科研機構的經費被大砍特砍,比如NIH的經費大幅削減,導致很多生物科學家到國會山遊行抗議。NIF幾十年來搞核聚變,花了美國納稅人幾百億美元,基本沒有什麽大進展。在削減預算的背景下,如果不弄出個新聞,證明自己的工作有意義,NIF經費很大概率會被削減。


如果說新聞界在NIF的報導中采用的技巧是移花接木,那麽中國的那個報導就是信口雌黃,純粹以標題來忽悠人。大部分人都只看標題,不看實際內容,歡呼革命性突破。


實際情況是,標題內容是預期要取得的成果,根本不是現在取得的成果。可控核聚變在科研界以跳票而著稱,放衛星都快放了半個世紀了,說7年後要取得某某成果,只是索要經費的一種技巧,到時如果做不出來,隨便找個理由塞給政府部門就行了,反正這種事政府部門早就習以爲常了,又不會當真。


4.4 理性思考:未來不一定會更好


很多網友對于筆者宣稱的負熵流危機是不屑一顧,認爲是“羅馬俱樂部”的翻版。


1972年,“羅馬俱樂部”把成員的預言和推理過程寫成了一本書,名叫《增長的極限——馬俱樂部關于人類困境的報告》。他們預言,全球資源的枯竭將很快到來,煤炭只夠使用40年,石油只夠使用30年。除此之外,什麽臭氧空洞、貧富分化、水資源汙染、全球變暖等等都將在短則二三十年、長則不到一百年內爆發,而且個個都是能斷送地球性命的絕症。


《增長的極限》


40多年過去了,人類文明馬照跑、舞照跳,昂首邁入21世紀,似乎沒有完蛋的迹象。“羅馬俱樂部”的預言看上去錯得離譜。那麽,到底錯在哪裏呢?


的運行有兩端:供給和需求。有學者對于其報告進行了梳理,發現該報告對于人類需求增長的大部分預測都是准確的。
四十年前預言不幸成真:人類文明要到頭了:
http://news.mydrivers.com/1/371/371608.htm


但供給方面的預言過于保守,以靜態的眼光看待資源問題。現在回過頭來看,二戰後的第三次科技革命當時正在如火如荼地進行,由于一系列新技術的産生,人類找到並開采了更多的礦産,而這些是羅馬俱樂部當年無法想象的。這方面的典型例子是頁岩油。借助信息技術的威力,頁岩油的勘探和開采成本大幅下降,又逢新世紀中國需求推動石油價格高漲,美國2008年後不斷QE使得利率走低,頁岩油行業變得有利可圖,資本蜂擁而入,造成頁岩油産量大增。


頁岩油


由于預言落空,羅馬俱樂部上個世紀末就成了很多經濟學家的嘲諷對象。21世紀初的時候,“知識經濟”這個概念風靡一時,似乎人類找到了一條永恒增長之路。


40年前,羅馬俱樂部低估了技術的進步,進入新世紀後,人類又高估了技術的進步。這方面的典型例子就是2008年的金融危機。


現在說次貸危機是金融危機的導火索,那次貸危機又是什麽引起的?正統的解釋是把貸款給了沒能力買房的人。那麽,銀行爲什麽願意給貸?窮人爲什麽想到去貸款?原因很簡單,之前20多年的IT技術革命和與之而來的長期經濟增長,給了整個美國社會一個感覺:技術永恒進步,經濟永恒增長,未來會比現在好。因此,現在貸款錯不了,未來肯定能還錢。買房的人多了,房價自然上漲,這又反過來讓先貸款的人慶幸自己投資成功。但沒有想到的是,中國的工業化造成新世紀的石油價格高漲,美國去工業化後又找不到新的增長點,高通貨膨脹和高利率造成房貸泡沫破裂,進而造成2008年的金融危機。


2008年後,全世界出台了不少刺激政策。雖然美國的低利率造成頁岩油産量大增,但高石油價格一直維持到2014年中期,直到歐債危機爆發,加上中國經濟急劇放緩,石油價格才被拉下來。必須指出的是,現在的低石油價格只是針對前幾年而言,如果和上世紀90年代末相比,現在仍然是高價(扣除通貨膨脹影響後),因爲頁岩油等新型燃料的勘探開采需要高油價支撐。人類已經把容易開采的石油都開采了,新型地質條件的勘探是非常昂貴的遊戲,新型油田的開采建設是周期長投資巨大的差事,相比頁岩油,其它油源更難開采。這意味著從長期來看,盡管間或有波動,高油價時代會永久持續下去。


本文前面介紹了人類面臨的技術窘境,第三次技術革命差不多到了尾聲,技術的進步節奏已經明顯慢了下來。因此,羅馬俱樂部的悲觀預言並沒有被徹底解除,所謂的技術大爆炸更是一個噱頭,是科技利益集團誤導大衆的結果。許多與筆者爭辯的網友,在現實和網絡上,都把技術進步看成是很簡單的事情。比如說,某位網友曾經說:人類怎麽可能困在太陽系內,曲率引擎一旦實現,馬上可以跑遍全銀河系。曲率引擎這個科幻小說中的概念,還沒有任何理論基礎,在很多人的思維中,似乎已經是觸手可及。可事實卻很殘酷,人類航天推進速度已經快50年沒有任何稍大的進展。


如果說,個人思維太飛揚只是耽誤個人,但整個文明都這樣,後果就不堪設想。進入新世紀後,新能源上的一系列挫折已經在預示,未來很長一段時間內,高價格的化石能源依然是主流。文明的有序建立在廉價負熵流上,整個人類社會可能會經曆一段痛苦的調整曆程,確保能源消費步伐慢下來,才能達到可接受的平衡態。美國的低增長,歐洲和日本的貨幣貶值,中國的新常態,都是調整的一部分。


工業社會的人民,請祈禱印度、拉美、伊斯蘭世界和非洲永遠不要工業化,否則,平衡態在未來會被一次次地打破和重建!低熵體會越來越難以維持。
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回復: 資水東流——技術大停滯

發表 由 lung 于 周一 1月 23, 2017 7:10 am

5 台階前的坑:人類社會的宿命

第一版的初衷是用技術大停滯來解釋爲什麽有發達國家粉碎機這種現象。現在看來,因爲發達國家,尤其是美國,最先面對新的技術台階而又無力越過這個台階,而技術的擴散又侵蝕著領先者的優勢。

一塊水泥平地,中央放一個圓形漏鬥,漏鬥中灌了一些水,很顯然,漏鬥中的水會從下面流出來,向四周擴散,漏鬥中的水越多,擴散得越快。要想保持漏鬥中的水位不變,上頭必須不停的有足夠流量的活水注入,否則,漏鬥中的水最終都會擴散出去,導致水泥地上各點的水位相同。西方要想保持技術優勢,就必須不停的能夠實現技術創新,保證“漏鬥中有活水注入”。如果技術創新的腳步停下來,漏鬥中的水位就會下降。而新世紀以來,美日歐撞上了技術台階,面對中國的緊逼,日趨趨于窘迫。當然,就中長期來看,中國也會面臨這個台階。

現在問題是,從瓦特改進蒸汽機以來,工業文明跨越過一個又一個的技術門檻,爲什麽人類難以越過當前這個台階?

拿日常生活中的跨越台階來類比。首先,0.2m高的台階擡腿就過,但台階如果有2m高,顯然靠肉體力量過不去;其次,年輕時能過的台階,老年時是難以逾越的障礙;甚至還有一種現象,前面跨越台階太累了,先挖個坑躺下歇息一把,躺著躺著,人陷在坑裏不願意出來,面對眼前的新台階一籌莫展。

200多年的技術發展過程,總是從最容易的起步。就好比在蘋果樹上摘蘋果,最容易發現、最好摘的蘋果一定率先被人們收入囊中,然後再摘高一點的蘋果。剩下來的,要麽是處在人力難以企及的位置而無法采摘,要麽就是不好的蘋果,不值得采摘。上述這一過程正是技術複雜度上升的過程。三次技術革命後,人類社會面臨的技術台階,複雜度高得嚇人。

具有諷刺意味的是,最初人類用農業社會的很多思維來發展工業文明,順利的跨過了一個個台階。發展起來的工業文明讓衆多農業文明一去不回,人類社會從一個個的孤島彙集爲一個全球村,期間有流血,有爭鬥,而人類社會爲了避免內鬥,痛定思痛,選擇的很多制度和路徑反過來把人類的雙腿羁絆起來,讓跨越愈發困難。

5.1 耗散結構理論的社會學意義

前面提到,人類文明的熵減過程可由普利高津的耗散結構理論來解釋,那耗散結構得以成立的條件是什麽?

普利高津通過從平衡態到近平衡態再到遠離平衡態的研究,而後發現,在一個開放系統中,在從平衡態到近平衡態再到遠離平衡態推進的過程中,當到達遠離平衡態的非線性區時,一旦系統的某個參量變化達到一定的阈值,通過漲落,系統就可能發生突變,即非平衡相變,由原來的無序的混亂狀態轉變爲一種時間、空間或功能有序的新的狀態。這種有序狀態需要不斷地與外界交換物質和能量才能維持,並保持一定的穩定性,且不因外界微小的擾動而消失。這種遠離平衡的非線性區形成的新的穩定的宏觀的有序結構,普利高津稱之爲耗散結構。

兩個關鍵詞:非平衡態和非線性效應。

先看非線性效應,如果應用到社會學上,可以把非線性看成是不隨大衆,拒絕主流範式。

無論是個人,還是人類社會整體,都討厭非線性,喜歡線性。線性好啊,可預測,沒有突變,一切都在掌控中,就連學習數學知識,學生對于矩陣的熱情也遠超概率論。但曆史一再表明,技術發明和工業革命往往都出乎意料之外。比如柯達對于數碼相機的誤判,再比如前蘇聯選擇了電子管微小化技術道路,而集成電路芯片卻異軍突起。

回顧曆史,在科學技術的早期階段,小農經濟或個體工匠在社會上還占有一點地位,相應的,個人研發占據主流,從宏觀上講,呈現出隨機點分布的狀態。但從19世紀晚期開始,情況發生了變化,壟斷性企業開始出現,個人開始淪爲打工仔,而隨著科技複雜度和規模的提升,集體合作開始占據主流。二戰後,絕大部分領域都依賴政府或者公司的資金,早期的IT技術(上世紀八九十年代)是最後一個單槍匹馬也能幹出成績的領域。進入新世紀以來,政府或者大公司這樣的集體組織空前強大,個體的力量渺小可憐,專家委員會這樣類似的組織在決定技術路線上有著絕對話語權。而集體做出的決策,遵循理性的意願,往往更傾向于線性化選擇,因爲這是看上去風險最小的道路。但這樣選擇的結果,往往是加強範式牢籠,而不是打破範式牢籠。

一位網友指出,曾經有位學者去研究美洲的印第安人的部落消亡之謎,他發現,有個部落幸存了下來。其他部落的狩獵習慣是,每次由經驗最豐富的獵人決定狩獵線路。很顯然,這是一種符合理性的選擇。但是,這些部落統統滅亡了。而幸存下來的那個部落,他們的狩獵習慣是,每次由祭司占蔔,決定狩獵線路。只有這個部落幸存了下來。

其實,我們現在的科研制度,科研經費的應用,也和那些消亡的部落是一樣的,由最有權威的科學家來制訂科研線路,分配科研經費,這個估計是我們的科技走向滅亡的根本原因。我們需要的是,象印第安人的祭司一樣,用抛硬幣的隨機方法,來分配科研經費,來決定科研方向,來制訂科研線路。這樣,很多真正搞科研的人,他們的項目才能保存下來。要不然,我們的科技只能走向停滯。

5.2 大競爭環境的消失

現今媒體上常常提到一句話,這是一個競爭激烈的社會。但事實是,和曆史相比,如今的競爭烈度是小巫見大巫。

由于農業社會很早就進入了技術革命的停滯狀態,在工業文明興起之前,世界各個文明的生活節奏很慢,和現代的快節奏生活相比,似乎談不上什麽競爭。但在慢悠悠的生活之後,其血腥和殘酷程度不是現代人能想象的。雖然由于技術天花板的存在,沒有現代豐富多彩的殺人機器,但工業文明之前,國家層面上是徹底的弱肉強食和種族滅絕。這種習慣浸透在社會的每一個層面,進入工業文明的早期,人類社會的這種舊俗使得大炮巨艦主義變成了各個主權國家的神聖准則,戰爭若有失敗,割地賠款隨之而來,小國更是唯有任人宰割。因此,每個國家傾盡全力來占據技術的制高點。到了20世紀上半葉,兩次世界大戰更是把社會達爾文主義發揚得淋漓盡致。


火燒圓明園

冷戰期間,意識形態和地緣政治利益的雙重對立,迫使美蘇兩國都緊盯對方,不敢稍有懈怠。任何一方都不敢讓對方在某一領域占據絕對優勢,天文數字般的金錢投入到各個技術領域。你有載人航天,我就來登月;你有F-15,我就要造蘇-27……

而冷戰後又怎樣?全世界範圍內,一系列的條約和國際協定,讓武力對抗烈度急劇下降。全世界範圍內,經濟競爭大致替代了軍備競賽,即使中國也從來沒有覺得非要和美國來場第三次世界大戰。除了朝鮮這樣的奇葩,沒有國家會在內部整天宣揚“努力吧,我們現在處于生死攸關的時刻”。就個人層面而言,工業文明之前和工業文明的早期,大部分人都是一日不勞作,就一日不得食,底層陷入了一種圍繞勤勞的軍備競賽。個體勤勞程度差上一籌,溫飽都有問題,更不要說娶妻生子。二戰後的世界,生産力大幅提升,人權概念開始普及,八小時工作制逐漸推廣。在大部分國家,個體基本已經擺脫了動物般的求食—勞作循環,懶漢現象越來越普遍。至于尚武精神,早就被絕大部分國家抛到九霄雲外,現在流行的是萌和娘化。


艦娘,一款日本的艦隊養成遊戲中角色形象

但曆史一再證明,競爭孕育著進步。特別是進入20世紀以後,研發成了一種耗時耗錢的事業,資本就本性而言,是不願意幹這種累活的。唯有競爭,才能逼迫資本去投資一些利在千秋的研發工作。因此,世界大戰是技術革命最好的催化劑,軍備競賽是和平年代最大的技術助力。

第二次世界大戰期間,全世界對技術的巨大投入,把技術複雜度提升到一個二戰前不敢想象的地步,其中更是榨幹了德意志民族的精華。最典型的是原子彈,美國在其上投入的經費在現在看來是一個天文數字。僅爲制造分離同位素鈾所用裝置的電磁線圈,所動用的美國國庫的白銀和銀幣就達1.4萬噸!這在21世紀看來是一種自殺行爲,但二戰的壓力使得美國政府咬牙撐了下來。二戰的成果包括材料技術、電子計算機、雷達、核技術、噴氣式飛機和火箭技術,直到今天,人類還未脫離二戰所開辟的技術道路。


第一台通用計算機ENIAC

而二戰後的美蘇軍備競賽,巨額經費不計成本的投入,是1945-1969這25年技術大進步的一個直接原因。要知道,阿波羅登月計劃的高峰期間,NASA經費占據了美國年度預算的5%(現在是0.5%),阿波羅計劃的整體經費換算到今天接近一萬億美元!但現在大競爭環境基本上不可能再出現,世界大戰就不要想了,在核武年代,大國之間不可能出現大規模戰爭,而隨著蘇聯的解體,美國也失去了軍備競賽的動力。鑒于蘇聯失敗的原因,中國估計也不會傾全國之力來和西方對抗。中國更擅長的是采用水磨方式來和西方競爭,比如購買美國的巨額國債,絕對不會采用前蘇聯的硬碰硬模式。另外筆者懷疑,即使政府想軍備競賽,現在的普羅大衆也會事不關己高高挂起。

也許,只有出現小說《三體》中外星人入侵的情況,人類社會才會再現二戰和冷戰中的研發熱潮。

5.3 被全球化抹掉的差異性和人類社會的熱力學平衡

生命就物質性而言,是一種典型的耗散結構,是大自然的一次非線性突變。而文明的誕生,更是熵增環境下的一次異變。人類文明,本質上是一種更高層次的耗散結構。

前面提到耗散結構得以維持的一大關鍵是非平衡態。平衡態是系統信息全被抹去的狀態。而過去100多年來,整個人類社會的變化只能用翻天覆地來形容,而且這種變化很奇怪,世界各地的人類社會正在變得越來越相似!

在第二次工業革命之前,世界各地的差異非常大。伊斯蘭、印度、儒家、西方、東正教、非洲各大區域之間的差異很大,用現在的眼光來看,簡直是完全不同的世界。即使同一文明區域內部,差異也很大。比如同在歐洲,德國、西班牙的風格與氣質有很大的區別。這一點,可以從小說,繪畫等藝術作品中體驗到。再以中國爲例,100多年前,江南和西北的民俗、時尚與社會觀念大相徑庭。

但在第二次工業革命之後,交通和通信的便利正在使得全球趨于一致,同樣的工業化産品,同樣的交通通信設施和法規,同樣的理工科教程,越來越一樣的教育體系和藝術評價觀念。好萊塢的一部電影,可能會在全球激起同樣的票房熱潮。一部關于非洲荒野的紀錄片,可能在全球100多個國家或地區得到播放。若有突發新聞,第二天,所有報紙的頭條會一致。

這種變化在冷戰結束後愈發明顯。原本世界上還存在兩極對立,兩套科研體系,但蘇聯解體後,美式標准成了默認的唯一成功體系。以學術界爲例,不遵循科學共同體要求的異議者,連發表論文的權利都沒有。進入新世紀,互聯網和全球化熱潮洶湧,信息交流空前方便,全世界思維模式和社會結構越來越趨同,如果采用熵的類比,就是人類社會正在朝著“熱力學平衡”狂奔。

這種結構的改變,絕對會影響到科技創新。

在生物學界存在一種觀點,多樣性可以對抗病原體。自然界中的任何一種病毒,都不可能完全把人類殺死,因爲個體免疫系統多種多樣,總有人可以逃脫一劫,並把這種免疫能力遺傳給下一代。【相關鏈接:亂” 和“多樣性” 才是健康!】

範式牢籠就是一種病毒,多樣性則是人類打破範式牢籠的希望。科技創新不是一個線性過程,不是領導能夠規劃出來,更不是靠錢就能堆出來,需要的是衆多瞬間的靈感。全球化和信息技術的普及,導致大衆觀念慢慢趨同,而差異性在某些情況下至關重要。 比如,中國人看了幾千年的伏羲八卦,只是用于算命,但萊布尼茨卻從中看到了二進制。


伏羲八卦

以前看遺傳算法相關論文,論文中說遺傳算法相對于牛頓求導法的一大優勢就是依靠隨機性,能跳出局部最優點這個坑,找到全局最優點。政府和大衆希望大師能指出前進的方向,但可悲的是,在如今這個年代,大師們的觀念往往很多時候也是類似的,如果陷入到“局部最優點”這個坑,可能再也跳不出來!

整體而言,人類極有可能陷入了科技樹上的某條死路!

5.4 老齡化自鎖

現今世界有一個人類曆史上未曾出現過的現象:全世界範圍內,大部分國家生育率都在穩步下降。與此同時,醫療技術普及,老齡人口急劇增加。二者合力,據預測,到2050年,世界上老年人的數目將在曆史上首次超過年輕人的數目。而且,1998年較發達國家已經發生了這種年輕人和老年人的相對比例的曆史性扭轉。今天,世界的中位數年齡爲26歲。人口最年輕的國家是也門,其中位數年齡爲15歲,最年老的國家是日本,其中位數年齡是41歲。到2050年,預期世界中位數年齡將會增多十歲,到達36歲。屆時,人口最年輕的國家預期將是尼日爾,其中位數年齡爲20歲,預期最老的國家是西班牙,其中位數年齡爲55歲。【相關鏈接:聯合國老齡化議題-世界人口老齡化:1950-2050】

人口老齡化在20年前開始是西方世界政治和經濟所面臨的一個頭疼議題,而近年來,中國也開始感受到這股壓力。除了中國的奇葩媒體還在鼓吹老齡化的好處,西方紛紛把老齡化當成是一件生死攸關的大事。原因很簡單:任何危機和動蕩,如果沒有足夠的年輕人去消化,就會變成長久衰退。就像一個人年輕的時候,兩三天不睡覺也撐得住,換一個70歲的老人,立刻嗚呼哀哉。

在歐日美,二戰結束後的六七十年代嬰兒潮現在已經轉變成老齡潮(美國情況相對好一些),歐洲的福利壓力和移民問題很大程度上就是因爲人口老齡化帶來的壓力。希臘債務危機中,希臘爲什麽遲遲不敢違約?一個老齡化國家沒有勇氣和資源從産業鏈底層開始吃苦上爬。

而日本作爲一個拒絕移民的國家,其老齡化圖景可能是未來地球的樣本。日本的經濟狀況已經實實在在地驗證了人口老齡化對經濟的打擊。由于人口老齡化,內部需求萎縮,日本經濟在體系上呈現某種暮氣,如果觀看過很多日本的NHK紀錄片就可以感受到老齡化對日本經濟的影響和制約。人口年齡結構的老齡化,帶來了消費的結構性收縮、福利壓力和創造力下降的格局。日本被韓國和中國碾壓的一個重要因素就是人口年齡老化,使得企業在決策和管理上的僵化,日本企業缺乏二戰後初期的那種國家朝氣。

從深層次分析,老齡化對于技術進步的負面影響有如下幾點:

人在青少年時期,通常會有很多奇思妙想,往往會盼望著把日常看到的一些概念具像化。以技術領域爲例,機器貓的時空門,超人的射線,星球大戰中的激光劍,都曾經是兒時傾盡全力也要擁有的裝備。當然,隨著年齡的增長和閱曆的積累,特別是工作以後,人就會變得現實起來,好工作、好伴侶和好身體成了新的夢想。至于兒時的夢想,偶爾午夜會自嘲一下。等到垂垂老矣,也就無欲無求了。

個人是社會的細胞,而對于人類社會整體,早期工業文明的發展也激發過類似的夢想,並激勵著社會去爲此奮鬥。星際旅行、時空穿梭是二戰後一代科幻作家的最愛,無論東方西方,社會都洋溢著改天換地的樂觀主義精神。但隨著老齡化的到來,西方社會開始日漸保守,養老金問題成了媒體和政治辯論的焦點,登陸火星?那是財政自殺!


星際旅行

另一方面,心理學研究表明,絕大部分老齡人更趨于保守。大部分老齡人厭惡冒險,都不喜歡競爭,喜歡一成不變。對于老齡人,未來意義不大,過好當下的生活是最重要的。社會資源盤子中,老齡人更傾向于維持或擴大自己的份額,偏偏老齡人在話語權和人身關系上占據優勢。以前的社會,老齡人在數量上還不占優勢,在未來的老齡化社會,老齡人甚至在數量上都壓倒年輕人。

在工業文明崛起之前,世界上不可能有老齡化社會。工業文明崛起後,人類社會進入了一種新範式,二戰後更是享樂主義流行,快節奏生活使得全世界的生育率下降。所以,工業化文明遇到了自己創造的一把鎖,而且是一把很牢固的鎖。個體都是自私的,一個不容回避的殘酷真相:人老後,個體活久一點超過了虛無缥缈的可控核聚變。在投票權日益重要的世界,星辰大海可能永遠是一個幻想。

5.5 如何填坑?

三次技術革命後,人類開始遇到複雜度這個魔鬼。要越過新的技術台階,以前的很多推動技術變革的有益因素必須保留下來。

在享樂主義流行的世界,社會機制和思維必須改變,比如廢除養老金機制,避免養老問題上的公地悲劇,確保一個婦女生育兩個孩子,不要讓老齡化社會轉變爲深度老齡化社會。不能以減少資源消耗的角度來看待新生人口的減少,長期來看,那沒有任何意義。農業社會人均消耗資源少,但社會更淒慘。天行健,君子以自強不息,年輕人創造性推動的技術進步,能帶來新的負熵流和資源增量。


計劃生育口號曆史變遷

以統一思維模式爲特點的全球化必須停止,人類文明需要百花齊放。鼓勵成立相互對峙的科學共同體,容忍那些看似荒謬的學術觀點,並鼓勵競爭團隊揭露對方的噱頭。中國可能需要擺脫“搭便車”的思維,歐美的窘境在中長期來看,並非中國之福。中國建立一套不同于西方的研發體系,是人類之幸,也是華夏之幸。

由于人類率先摘取的是那些“低垂的蘋果”,不少領域以現在看來不算多的投入就取得了很大的成就,不知從什麽時候開始,大部分人想當然的認爲“知其然就能造其然”,這也是各種噱頭大肆橫行的根本原因。必須向大衆表明,很多領域,可能要付出極大的努力才能實現“利其然”。唯有如此,才能保證有持續合理的社會資源被投入到研發領域。要知道,人類曆史有數不勝數的例子表明,期望越大,極容易導致失望越大,並引發非理性的反撲! 早期的很多技術研發,相對成本較小,由于不依賴公共資金的投入,個體的堅持不懈確保了“陽光總在風雨後”。人類社會可能需要在某種程度上恢複早期的這種研發體制,可以大範圍鼓勵富翁遺産設立基金,依照其遺願專門資助某一領域的研發,減輕對公共資金的依賴。千百個富翁,就是千百種思維。
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回復: 資水東流——技術大停滯

發表 由 lung 于 周一 1月 23, 2017 7:17 am

6 台階的本質:複雜度魔鬼

人是複雜性的産物,但天性喜歡簡單線性的東西。世間所贊歎的那些理論,如歐氏幾何、牛頓力學、電磁學和廣義相對論,其數學形式都簡潔明了。這種風氣甚至影響到其它領域,比如經濟學。很多經濟學理論都明顯帶有牛頓體系的樣式,幾條基本“公理”,能推導出一個龐大的體系。這種還原論思想在科學領域根深蒂固,在過去200多年也取得了巨大的成績。但不幸的是,采用理想模型,這些理論對于簡單系統很適用,如果系統稍微複雜點,比如天體力學中的三體問題(三個質量相近的天體運動),情況會變得完全不同,很小的擾動,數學解就會千差萬別。人類逐漸認識到,課本上“現實世界簡單性”的觀念只是一種理想,幾乎所有的領域都普遍存在著複雜性現象。混沌理論的研究甚至表明,甚至很簡單的數學方程,比如

x(n+1)=l-ax(n)^2,

在參量空間擾動下都會産生極其複雜的混沌現象。


《三體》第一部英文版封面

最近幾十年的前沿研究表明,還原論在很多領域都遭遇到了困境。比如生物學領域,天量的大分子之間的相互作用不可能再走還原論老路。而在湍流、等離子體、氣候等領域,複雜性現象讓相關基礎理論研究裹足不前。

前面提到了進化樹和科技樹,生物的進化大致遵循“物競天擇,適者生存”這個規律,那麽,科技樹的演化遵循什麽規律?考察近代曆史,在研發團隊化的今天,剔除若幹偶然性現象,“資本回報預期”是一個關鍵。

在技術的早期發展過程中,人類的發明主要出于直覺和好奇心,很多技術産品看上去都帶有“簡潔爲美”的風格,比如輪子、天平、單擺和弓箭。但即使是這些現代看來很簡單的發明,也並不是所有文明都跨越了此門檻。典型如瑪雅文明,幾千年的曆史都沒有發明輪子。

在文明的演化過程中,簡單技術綜合起來,構成一個稍微複雜的技術,大大提高了人類工作的效率,典型例子如馬車、帆船。在此過程中,各種技術相互關聯,相互影響,部分産品的複雜度讓現代人也倍感驚訝,比如羅馬帝國鼎盛時期的渠道供水系統。在此階段,由于傳承關聯和資源禀賦,各個文明的技術成就開始分化,很多文明所取得的技術成就,其他文明甚至在數百年之後都無法複制。比如造紙術,西方就是在接觸了成品之後都無法弄明白其技術原理。原因很簡單,早期造紙術涉及的步驟很複雜,包括水浸、切碎、洗滌、蒸煮、漂洗、舂搗、加水配成懸浮的漿液、撈取紙漿、幹燥等一系列流程,中國文明由于蔡倫的隨機擾動成功跨越門檻,其它文明沒有此運氣。

進入工業時代後,在理論的指導下,人類嘗試著簡化單個部件模型,在此基礎上構造更複雜的技術,比如蒸汽機、內燃機,推動文明向前發展。200多年來,複雜技術系統不斷湧現,有日常生活離不開的機器設備的實物,也有讓全球文明凝聚的信息系統和規則。技術在複雜化的道路上越走越遠。今天的很多技術産品,比如波音747噴氣式飛機,包含數百萬個零部件,操作維護說明相關文檔可以堆滿一間房。再比如Windows操作系統,數千萬行的代碼,單個個體已經無法理解這樣的複雜度,必須采用分工合作等方式才能設計制造這樣的技術産品。

複雜度發展到現今這個階段後,技術進步所涉及的理論太複雜,技術實施複雜度或者超出了人類能力範圍,或者所要耗費的成本太高,預期回報時間太長,人類暫時已經無力再前進。

在一個人人爲己,資本爲王的時代,技術造就了一個扼殺自己的高複雜度台階。

6.1 何爲複雜度?

很多程序員網友看到複雜度這個詞,估計下意識會想到時間複雜度和空間複雜度,腦子裏進而湧現出O(N)或者O(NlogN)這樣的表達式。但複雜度的含義絕對不限于計算機領域,事實上,複雜度是一個很難精確定義的概念。學者提出了各種不同的定義,《科技想要什麽》一書中提到有42種定義:

在信息理論中,可以把複雜度理解爲接收者處理信息量需要付出的努力。

在分形理論中,複雜度表示系統的“模糊狀況”。

在語法學中,複雜度是描述一個系統所需要的語言的普遍性程度。

……

大量的定義,反而使得複雜度這個概念複雜起來。即使針對技術領域,也存在大量的定義,比如,國際貿易方面就提出了EXPY指數來衡量出口産品的技術複雜度。但就技術演化而言,本文提出的技術複雜度(強調下,不是科學複雜度)可以這麽理解:驗證和設計一個産品所需要的各層次人力資源量和技術部門的配合程度。

早期人類社會的技術複雜度很低,大部分技術産品的創造來自于對自然界的一種簡單模仿和利用。比如木質標槍,原始人類最初是從折斷的部分樹枝聯想到可以利用其銳性,但樹枝的折斷界面具有某種隨機性。爲了生存,人類開始想到可以把不具有銳性的界面改造成具有銳性。借助最原始的石斧,木質標槍因此誕生。這種原始標槍的制造不需要太多的腦力和體力,只需要最基本的工具,單個個體可以在比較短的時間內完成。

技術有個特點,和生物進化類似,誕生後就具有自我發展性。出于各種目的,人類開始改進最初的低複雜度産品。仍然以木質標槍爲例,爲了更進一步提高銳性和殺傷力,各種各樣的措施被人類發明出來。比如加裝尾翼提高穩定性;把標頭部分進行碳化處理;改用金屬材料提高殺傷力。改進的過程意味著複雜度大幅提高,個體已經不可能在較短時間內制作出來,需要外界投入更多的人力物力。

技術的相互關聯和相互嵌入,雖然提高了複雜度,但大大提高了人類的能力,因此,人類有動力持續加以改進。尤其是工業革命後,資本活躍起來,讓人類的技術複雜度以指數級擴展開來。一方面,廣度上,很多看上去普通的技術産品,比如自行車,其背後涉及的工業部門可能多達幾十個,勘探,采礦,冶煉,鑄造,機械和化工。現在沒有任何人能單個從零開始做出和流水線媲美的自行車。至于像土星五號火箭這樣的巨無霸,可能需要整個地球的産業鏈來支撐。在深度上,單個技術産品的原理已經不是靠工匠的經驗所能支撐,很多技術産品,需要的科學家和理論計算超過一線制作人員,比如噴氣式飛機和航母。很多技術産品的原理設計已經逼近經典理論極限,比如INTEL的最新CPU。


1969年7月16日,土星五號運載火箭搭載阿波羅11號在肯尼迪航天中心升空

日益升級的技術複雜度,終于造就了一種奇怪現象:資本推動了技術複雜度的升級,但最終厭惡現今的高技術複雜度。

技術及其複雜度,一如人類和自己身上的肌肉,肌肉的收縮提供動力,推動人類向前運動。一般情況下,肌肉越多,人跑的越快,但隨著肌肉的增加,肌肉本身要花費更大的能量來推動自身向前,跑步速度會開始下降。如果找不到優化肌肉的新方法,最終會出現一種情況:一個超級大胖子,再也不能向前邁動一步。

6.2 紛繁世界背後的兩條規則:適者生存和資本回報預期

相信很多人年幼的時候都有過疑問,爲什麽世界上有這麽多千奇百怪的生物?從大洋深處數百噸重的藍鯨,到叢林中的毒蠍;從翺翔天際的雄鷹,到寄生于人體內的蛔蟲,如此缤紛多彩的生物種類怎麽來的?而另一方面,人類很早就觀察到,生物的生存能力讓人歎爲觀止,舉一個例子,在美國死谷(Death V-alley)的鹽湖裏,那裏的水可以瞎眼傷皮,但是其中卻滋生了小蟲。在酷熱荒蕪的沙漠裏,無數小生物全靠黃昏的露水而活下來。這些生物生存的本能和力量叫人驚歎不已。

工業革命之前的世界,把生物界的奇迹歸功于上帝的設計。從18世紀開始,理性主義開始得到知識界的推崇,很多人開始在上帝之外試圖回答這個問題。而達爾文的進化理論是其中最成功的。

當達爾文寰球考察的時候,他發現很多看似不同的物種有著同樣的祖先,而後來,他又接觸到馬爾薩斯的繁殖和競爭概念。因此,“物競天擇,適者生存”這一理論開始萌芽,在《物種起源》一書中,達爾文正式提出了進化學說。


達爾文

生物永恒處于競爭之中,每種生物在繁殖下一代時,都會出現基因的變異。若這種變異是有利于這種生物更好的生活的,或者說具備競爭優勢,那麽這種有利變異就會通過環境的篩選,以“適者生存”的方式保留下來。因此,源自同一祖先的生物,在不同環境下,不同的基因變異被保留下來,日積月累,後代看上去就成了兩種不同的生物。

紛繁多彩的生物進化樹,動力學機制就在于簡單的隨機變異和“適者生存”四個字。

現代世界所構建起來的龐大科技樹,其背後的演化機制也很簡單——資本回報預期。

技術的演化和生物的進化有不同之處,比如說人類自由意識的影響,也有很多類似之處。一方面,二者都不可能脫離前代基礎,也就是說,完全全新的生物和技術都不可能存在,另一方面,二者都受基本物理法則所支配。很神奇的是,二者都能通過“交配”來産生新一代。

在早期的技術研發階段,除了利益回報之外,個人的智慧和好奇心也是一個重要的機制。但從19世紀晚期開始,情況發生了變化。隨著科技複雜度和規模的提升,個人天賦的比重開始下降,像愛因斯坦那樣一個人就可以開創一個全新領域的例子越來越少。與之相反的是,職業化、集體化和工程化開始普及。從愛迪生建立實驗室,到後來的貝爾實驗室,各種各樣的實驗室如雨後春筍般建立。這一轉變到了二戰中達到了巅峰,原子彈,導彈和計算機就是大規模政府投入後才發明的。

二戰後的技術研發,主要依靠集體(公司或國家)的力量,或者說,技術研發要看資本的臉色。

二戰後的技術演化過程中,不同種類的技術相互關聯和嵌入,形成各種各樣的新技術。但新技術是否能推廣開來,不在于新技術是否炫酷,而在于資本預期是否能從中牟利。比如說,ATM(Asynchronous Transfer Mode異步傳輸模式的縮寫)技術是一種建立在傳統電路交換基礎上的數據傳輸技術,在上個世紀90年代初很火,早期也受各大電信公司的歡迎。但ATM技術最終敗給了IP技術,原因很簡單,IP技術雖然有衆多缺點,但在現有網絡上就能運行起來,費用低廉;而ATM技術的部署成本太高,操作也很複雜,預期要投入天文數字般的經費後才能運營。資本最終做出選擇,IP技術完勝。

在一個資本統治的世界,任何技術創新都必須滿足資本的回報要求。在研究公司間競爭狀況時,克裏斯坦森提出過影響深遠的顛覆創新和維持性創新概念。而就技術本身而言,創新可以分爲三大類:

【創新者的窘境算什麽?資本主義的窘境更可怕!-哈佛商業評論】
http://www.hbrchina.org/2015-07-21/3188.html

性能提升型創新,效率提升型創新和市場創造型創新。

性能提升型創新體現爲新産品替代舊産品。一般情況下,此類創新産生的新工作崗位十分有限,因爲新産品是替代性的,一旦消費者購買了新産品,就不會再購買舊産品,比如購買了一輛豐田普銳斯後,你不會再去買一輛凱美瑞。在《創新者的解答》中,克裏斯坦森將這種創新稱爲維持性創新。所有成功的傳統公司都會試圖不斷複制此類創新,因此會爲其配置大量資源。

效率提升型創新是幫助公司以更低的成本制造成熟産品或服務,以便用更低價格出售給原有客戶。效率提升型創新有兩個重要的作用。一是提高生産效率,這對保持競爭優勢至關重要,但會帶來痛苦的副作用:削減工作崗位。二是釋放資本,使其運轉更高效。豐田的生産系統讓公司原本兩年的庫存周期驟減爲兩個月,幫助公司釋放了大量資金。

市場創造型創新則是通過對複雜或昂貴産品進行革命性的改進,吸引新的消費者群體,創造出全新的市場。計算機的發展是此類創新的代表。最初大型機造價高達幾十萬美元,且僅供一小批專業人士使用。個人電腦則將價格降至2000美元,使消費者群體擴充至幾百萬人。現在智能手機只要200美元,從而將消費者群體擴充至全球數十億人。

資本通常喜歡前兩類創新,因爲資本厭惡風險,而前兩類創新是在已有基礎上進行改進,風險較小。相比之下,市場創建型創新就沒有這樣的投資吸引力。因爲這類創新的投資回報期需要5到10年,而效率提升型創新只要1到2年就能見效。更糟糕的是,前者需要大量資本才能形成規模,而後者則會減少公司資本規模。

現在技術創新面臨的問題就是,在一個技術複雜度日趨高漲的年代,市場創造型創新的吸引力愈發下降。過去的低複雜度世界,個別資本還能聚焦長遠,以便實現對競爭對手的顛覆。而在現今這個年代,很多技術路線的探索可能需要大量時間和巨額資本,風險超高,預期回報也不明朗,資本自然敬謝不敏。也許,這是命中注定的“資本主義的窘境”。

最後說下,生物進化和技術演化都有違背基本規則的例外。比如說,寵物狗的很多形態根本沒有任何獨立生存能力,但人類幹涉後,人類的情感需求催生了各種稀奇古怪的寵物狗種類。同樣,資本也咬牙接受了冷戰中的軍備競賽。
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發表 由 lung 于 周一 1月 23, 2017 7:25 am

6.3 技術進步和技術革命:複雜度的變遷

當人類把低垂的“線性果實”摘光後,撞上了非線性/高複雜度台階。

6.3.1 運輸/動力系統的演進例子

人類最初的動力來源是自身肌肉,運輸、狩獵、種植、采集和灌溉這些體力活都是依靠自身完成的。對于原始人類而言,這一條動力來源道路方便簡潔。但很遺憾,作爲萬物之靈,人類有較多的靈巧性,但在體力上遠不如牛馬。依靠自身力量,人類能完成的工作很有限。比如,春耕時,如果靠人力來翻地,效率不到牛的一個零頭。

在文明進化過程中,人類逐步從自身體力轉向利用畜力,因爲這是一種符合經驗直觀的技術道路。這一過程對原始人類來說是比較麻煩的。首先,必須進行牲畜馴服工作。而後,采集草料,建造棚舍。而爲了更好的進行動力轉換,人類逐步發明了輪子、犁具、馬鞍、辔頭。相比于原來人類的雙手,現在的複雜度已經大大提高,專業分工開始出現。但技術改進帶來的好處開始湧現,依靠畜力的初級應用,人類的生産力有了本質性的提高。


徐悲鴻《八駿圖》

人類並不滿足于此,開始把畜力用于交通系統。

世上本沒有路,走的人多了,就有了路。在畜力出現後,爲了減少能量損耗,促進貨物流通,馬拉車逐漸普及開來。于是,必須造專門的道路來供馬車馳騁。要修路,即使是簡單的土路,也需要有人進行管理,有人提供工具,有人規劃進度和細節,有人負責造橋。而馬車本身,其複雜度也不是其它日常用品能比擬的,包括精密配合的軸承、方便的轉向構件、初級減震設計、馬匹控制系統等等,可以這麽說,一個馬車運輸系統所涉及的複雜度,是大部分農業工作的幾十倍、上百倍都不止。反映在宏觀層面上,大部分文明在演進過程中,都設立了專門的機構來維持馬車/馬匹系統的再循環。

古典文明時期,人類爲什麽願意維持這樣高複雜度的系統?因爲其帶來的好處是原始人類所不能想象的。

在原始社會時期,人類可以通過鍛煉來增強體力,通過改進籮筐來減輕肩膀的磨損,但當任務發生數量級變化時,不可能依靠個體肌肉力量的聚合來完成畜力系統(尤其是馬車系統)所能完成的工作。最淺顯的事實:在原始社會時期,不可能依靠人力挑動籮筐或推動手推車,在可承受的開銷之內,把谷物運到千裏之外,就是人數再多,再怎麽改進籮筐和手推車也沒用。因爲人本身的單位時間消耗擺在那裏。

畜力替代人力,是一場技術革命,其效果不是個體體力範圍內的任何技術改進所能達到的。

畜力系統興起之後,直到18世紀末之前,數千年的時間內,占據著人類動力運用方式的主流。在這期間,人類進行了大量的技術改進,複雜度穩步上升。以馬車系統爲例,車廂變大,座位越來越舒適,裝飾越來越精美。但必須指出的是,馬車系統的核心沒有得到太大的改進,也就是說,馬車的動力並沒有持續提高。

在長期演進過程中,無論戰爭還是商用,東西方的馬車,有一匹馬拉,有二匹馬拉,四匹馬拉,有八匹馬拉。但馬匹的數量並不能持續增長下去,也就是說,超過一定限度之後,不能依靠增加馬的數量來換取動力的增長。

有人可能覺得比較奇怪,多加幾匹馬爲什麽不能導致動力的增長?

很簡單,即使在現代工業也無法保證一個複雜多路動力系統輸出功率能完美疊加。實踐中,馬匹數量增加之後,系統複雜度增加,控制系統不可能保證所有馬的動力同時同方向,到了一定規模之後,相互之間抵消得越來越多。而另外一方面,馬匹增加了,馬的保養和草料負擔也增加了。增加馬匹後,如果馬場系統增加的動力不能抵消掉開銷的增加,那麽增加馬匹在經濟上是虧本的事。

因此,諸多文明在馬車系統上最終的演進都一致,在達到一定規模後,不再增加馬匹,而這一模式保持了數千年之久。

瓦特改進蒸汽機後,1814年,史蒂芬孫根據蒸汽機原理,研究出世界上最早的可以在鐵路上行駛的蒸汽機車。但它像初生的嬰兒一樣,醜陋笨重,走得很吃力,像個病魔纏身的怪物。


蒸汽機車

相對于已有的馬車系統,蒸汽驅動的機車劣勢很明顯。首先,必須專門鋪設鐵軌,修路的成本遠超一般的道路。而且不靈活,逢山不能繞路,遇水必須搭橋。其次,最初的火車本身結構複雜,價格昂貴,可靠性低,動辄故障。此外,火車需要大量的專業人員進行保養,相比于馬可以隨處覓食,火車必須使用煤做動力。

面對構造簡單、震動厲害、速度緩慢的這個怪物,有人駕著一輛漂亮的馬車,和火車賽跑,譏笑他:“你的火車怎麽還沒有馬車快呀?”有人責怪他的火車聲響又尖又大,把附近的牛都嚇跑了。

然而,史蒂芬孫堅信火車一定能夠超過馬車,具有遠大的前途。相比于馬車系統,火車的一系列缺點都可以彌補,因爲馬車系統已經沒有改進的潛力,而采用蒸汽動力的火車前途無限!

他以科學的態度,正視火車的缺陷,作了一系列改進和革新:減少了機車排氣發出的尖叫聲,加強了鍋爐的火力,提高了車輪的運轉速度。1825年9月,史蒂芬孫再次進行了試車表演,而這次,好事者的馬車卻被遠遠甩在後面。

之後就不用說了,火車速度越來越快,運載量越來越大,其作用是馬車系統根本不能想象的。

6.3.2 技術革命的特點和複雜度的變化

回顧畜力替代人力、蒸汽動力取代畜力的兩次技術革命,可以觀察到技術革命的幾個重要特點:

1 技術革命後的産品能完成原有技術道路上不可能依靠數量的堆積就能完成的任務。比如理論上可以依靠一萬架馬車運輸十萬噸煤到千裏之外,但花費之高,讓任何理性的經濟人都會放棄該選項。

同樣的道理,蒸汽機的任何改進和並聯都不可能推動飛機上天。

2 一條技術道路開辟之後,初期的特點是複雜度的提升慢于效用的擴大,因此,資本很願意投資技術改進。但之後,增加複雜度帶來的回報開始遞減。慢慢的,複雜度要進一步提升,花費的代價越來越高,而回報逐漸追不上複雜度擴張的步伐。

最典型的就是火箭技術。

沿著化學火箭的道路,初期依靠增加發動機的個數,增大內部攜帶的燃料,提升初始質量與最終質量之比,火箭推力迅速上升。1957-1969,短短12年,人類就從初離家門一躍而至月球漫步。但之後,人類發現這條道路不能再走下去,因爲理想條件下,質量比要取對數後才能反映到速度上,因此,依靠提升質量比,火箭質量指數式增長,才能勉強換來速度的線性增長,而1969年的一枚土星五號火箭價格,換算到今天可以造一艘核動力航母。如果要登陸火星,質量比會是一個天文數字,登陸火星的花費可以購買成百上千的核動力航母。任何國家,再怎麽財大氣粗,也不會承擔這樣的開銷。

不發生技術革命,人類只能止步于月球。

這種複雜度導致的邊際效用遞減現象在所有領域都存在。很多初期迅速發展的技術,在經曆了前期的技術大進步後,走到後期都是複雜度飛速上升,任何一點性能的改進都要投入大量的資源。比如初期集成電路的改進很方便,全世界有很多廠家都具備資金和實力,但到後期,動辄數十億美元的投資已經讓絕大部分企業無力承擔,基本上只剩下少數幾個玩家。

戰鬥機的升級換代也是如此,二代機全世界有幾十個國家能造,三代機只有少數幾個國家能造,4代機只剩下2.5個國家能造了。


殲-20

3 沿著舊有的技術道路,希望通過改進來開辟一條新的技術道路是不可能的。人類曆史上的技術革命都是非線性突變,沿著一條已有技術道路進行改進,這是大腦思維的一種線性習慣。算盤再怎麽改進,也不會産生類似計算機(不一定是電子計算機)這樣的工具。通過工藝改革,機械控制系統的精度可以上升,但永遠無法媲美基于電氣/電子的控制系統。沿著縮小電子管的道路走下去,不可能導致集成電路的出現。

因此雲計算、物聯網這樣的概念很大程度上都是科技噱頭,遠沒有其所描述的那樣能全方位改變人類社會。

4 技術革命難以預見。和大衆的思維相反,絕大部分情況下,難以預測技術革命的爆發點。因爲絕大部人的思維方式都是遵循線性規律,把發展曲線無限外延,而實際情況絕對不可能這麽發展。

比如在20世紀50年代,計算機已經出現,但極少有人能想象到後來軟件技術的大爆炸,即使到了20世紀80年代,也很難想象微軟這樣的企業會成爲世界市值最高的企業。所以,那些宣稱要領導産業革命的概念,生物工程和新能源等等,已經喊了數十年了,聲嘶力竭的吸引大衆注意力,其實只是反映了其內在幹貨不足,只能靠畫大餅來維持社會關注和資金投入。生物工程方面在上個世紀末在基因測序方面進展神速,秉持還原論的思想,很多人簡單的認爲可以用基因信息來治療疾病,但人體是一個極其複雜的非線性系統,最終人類發現此路崎岖坎坷。

高檔奢侈品專賣店是桃李不言下自成蹊,街頭小店才弄個大喇叭,天天播送“好消息,好消息,上市新品跳樓價”。

5 導致一條技術道路進行改進,最終複雜度迅速上升的原因,歸根到底是物理定律的限制。

現有火箭發動機都是基于化學燃料燃燒推進,按照齊奧爾科夫斯基提出的公式,能提升的空間現在看來是很小了。一位網友介紹到:今天最高比衝的實用型火箭發動機,波音公司的RL-10B-2,雖然在循環方式(完全膨脹)、推進劑類型(氫/氧)、噴管設計(大面積比、可伸縮的碳/碳材料噴管)三個主要方面都采取了最有利于提高比衝的措施,比衝仍然只達到了466.5秒,比起它的直系老祖宗,1958年開發的RL-10只提高了10秒多,可見提高比衝之艱難。


齊奧爾科夫斯基

通信中的香農公式限定了信道容量,無線信號的繞射性決定了頻譜空間有限。要想拓展終端能用到的流量,只能靠大規模部署基站來實現某種程度上的空分複用,但代價就是管理複雜度和成本的急速上升。

摩爾定律很快就要到頭了,因爲10納米以下,量子效應就要來進行幹擾。指望通過簡單計算能力的增加來實現強人工智能是一廂情願的幻想。

6.3.3 正在面臨的高複雜度科學魔鬼

現在橫亘在人類面前的新技術台階,其高複雜度既有理論上的,也有技術本身上的。

前面提到過,科學的意義在于爲技術試錯指明可能的方向,減少試錯的次數和成本。但科學發展到今天的龐大規模,一方面,已有科技道路的分工之細,子領域之複雜,已經遠遠超出前輩科學家的想象。另一方面,傳統的線性分析手段在新領域遭遇了困境。

科學體系的構建之初,很多科學家往往是全才,一人精通數個領域,比如牛頓在數學,力學和光學方面都成就斐然。即使在愛因斯坦的年代,也存在費米這樣的物理學全才。但科學大爆炸後,分工越來越細,現在這樣的人物已經不可能存在,絕大部分科研工作者都是關注于一個極小的領域。

舉一個例子:南方周末的報導:拯救宇宙中最宏偉的定理

南方周末 - 拯救宇宙中最宏偉的定理
http://www.infzm.com/content/110925

大致內容是四位數學家——斯蒂芬·史密斯(Stephen Smith)、邁克爾•阿施巴赫(Michael Aschbacher)、理查德•萊昂斯(Richard Lyons)、羅納德•所羅門(Ronald Solomon)——剛出版了一本書,延續著180多年來的工作,全面概述了數學史上最大的分類問題。這本書叫《有限單群分類》(The classification of Finite Simple Groups)。但對于代數學家而言,這本350頁的巨著是一座裏程碑。它是一般分類證明的摘要,或者說是導讀。完整的證明多達15000頁——有些人說接近10000頁——而且散落在由上百名作者發表的數百篇期刊論文中。它是數學史上最龐大的證明。

爲了保存“宏偉定理”長達15000頁的證明,幾位年老的數學家正在與死神賽跑。全世界能夠理解這些證明的人所剩無幾,他們害怕在年輕一代數學家接班之前就會離開人世。2011年的這本著作只是勾勒出了證明的梗概。實際文獻無與倫比的篇幅將這個證明置于人類理解能力的危險邊沿。“我不知道有沒有人將所有東西都讀過了。”所羅門說,他現在66歲,整個職業生涯都在研究這個證明。(他兩年前剛從俄亥俄州立大學退休。)在慶功會上接受慶祝的所羅門以及其余三位數學家,可能是當世僅有的理解這個證明的人,而他們的年歲令每個人擔憂。史密斯67歲,阿施巴赫71歲,萊昂斯也已經70歲了。“我們現在都老了,我們想在爲時已晚之前,將這些想法傳遞下去,”史密斯說,“我們可能會死,或者退休,或者把東西忘掉。

換句話說,全世界已經沒有接班人來從事這項群論(廣泛應用于粒子物理學)中的基本工作。這種情況不單發生在群論領域,其它很多領域也發生過。在一個科研工作者數量幾十倍于愛因斯坦時代的世界,由于分工過細和高複雜度,很多子領域竟然後繼乏人!盡管人類做出了很大努力,簡化前沿成就,讓後來者能更容易上手(舉一個例子,赫茲讓電磁場方程的數學表達形式更清晰簡單),但正如一位教育學者說過的,大部分人永遠學不會微積分,必須承認個人的智慧能力如金字塔般分層次,即使對于頂尖的那一部分人,再牛的輔助手段和先進教學方法,也無法讓他們在初中年齡之前掌握微積分。而微積分只是前沿的一個基本工具,後續的很多知識,其難度遠遠超過微積分。現今年代,真正能明白某個子領域前沿的人是少數。在這種情況下,很難指望該子領域繼續取得革命性突破,並帶動整個科技前沿的發展。

體量快要壓垮自身的同時,在很多領域,非線性這個魔鬼開始來騷擾了。

從牛頓時代開始,絕大部分科學家都厭惡非線性,往往采用各種疊加手段和理想模型來避開非線性。而大部分教科書(研究生階段之前),都是重點討論線性情況,對于非線性都是一筆帶過。原因很簡單,前輩的大部分理論成就,都是采用線性方程描述的!絕大部分非線性情況是找不出解析解的,只能采用各種複雜手段去逼近。理論儲備如此,自然希望處理問題也采用線性手段。

但真實的世界是非線性的。舉幾個例子。

第一個例子是孤立波。1834年秋,英國科學家羅素在河流中觀察到這個現象。羅素認爲孤立波絕對不同于普通的水波,應是流體力學的一個解,並試圖找到這種解,但沒有成功。因爲傳統的線性分析手段無法給出解釋。後來在非線性電磁學、固體物理、流體動力學、神經動力學等學科中,相繼提出了一些與孤立波有關的問題。在100多年的曆史中,孤立波與孤立子是推動非線性科學發展的重要概念之一。大家可以去搜索一下相關方程,其複雜度遠遠超過大部分人的想象。

科學網-孤立波與孤立子 - 王振東的博文
http://blog.sciencenet.cn/blog-205890-215194.html


孤立波

同樣,湍流等現象也是傳統流體力學所無法解釋的。

第二個是等離子體的非線性。人類對于托卡馬克裝置寄予了極大的期望,期盼“人造太陽”能一勞永逸地解決能源問題。但幾十年的研究下來,發現磁約束遠不是想象中那樣簡單。近年來相繼在托卡馬克實驗上發現了多種等離子體的約束模式,不同模式之間的轉換具有典型的非線性動力學特征,外部控制參數的小的變化會導致等離子體約束特征突然的、大的變化,是爲約束分岔(其實可以理解爲蝴蝶效應的變種)。

第三個是生物體。爲什麽一堆大分子結合在一起,就能自我行動,自我覓食和自我繁殖?爲什麽一個受精卵可以成長爲一個胎兒?線性手段根本無能無力。生物體這種自組織現象找不到合適的數學描述手段。

過去的幾百年,可以用各種線性手段來逼近非線性,但科學發展到今天,前沿顯然再也不能這樣做“縮頭烏龜”,而非線性天生就具有高複雜度!

6.3.4 源自技術根底的困境

前面一再提到,技術實踐的主要步驟是試錯。盡管現代科學理論爲試錯指明了方向,但真正落實到實際中,依然要靠試錯來找到一條“利其然”的可行路徑。技術的發展曆史一再表明,往往需要大量的試驗和金錢,才能使得技術及其産品精細化,進而引發正反饋效應。

以人類曆史上最重要的技術——如何生火——爲例來解釋下試錯的流程。

絕大部分現代人對于如何生火這個問題都覺得很茫然,不就是按一下打火機嘛。但打火機這個技術産品本身是科技樹幾千年進化的結果,原始社會時期,人類可能花了幾十萬年才掌握生火這項技術。原始社會早期的常見火種來自于雷電劈木和火山爆發,雖然這二者不可控,引發的火災帶來了災難,但烤熟的動物肢體也使得原始人類能夠嘗到前所未有的美食,火能帶來好處和利益慢慢在人類思維中固化。老天不可靠,人類開始嘗試主動生火。燧石擊火受原材料限制過大,鑽木取火比較普遍。來看一下典型的鑽木取火方案(下面一段源自百度):

取一節竹子,鑽一個小孔,往裏面塞入一定量的易燃物如幹燥的稻草。然後,取一根直徑比竹孔大的筆直的小木棍,把其中的一端削尖,只要尖頭可以卡入竹子的小孔中就行了。最後,把竹子固定在某個地方後,再將木棍的尖端部分插入小孔內,用雙手掌心夾著木棍使勁地搓,竹孔受熱後會使旁邊的易燃物著起來,這時手不但不要停下來還要用嘴對著竹孔內著起來的易燃物吹氣,直到易燃物完全燃燒起來,這時鑽木取火就算完成了。


鑽木取火

在原始社會時期,要發明出如上一套可重複的鑽木取火技術,會遇到很多問題。

首先,如何保證竹子上有一小孔?在最早的時期,人類還沒有發明出鑽孔技術,只能搜集大量的竹子,碰運氣看哪些竹子上面有小孔。竹子本身必須幹燥,內部越幹燥越好,如何獲得幹燥的竹子?必須放在太陽下暴曬很長一段時間,由于內部不容易觀察,爲了確保成功率,通常要准備一定數量的竹子。

其次,必須有一定量的易燃物,如幹燥的稻草和樹葉。哪種易燃物最好?這個也必須花費大量資源來確定。

再次,最早可以靠運氣搜集自身帶尖頭的枝條來進行實驗,但能“利其然”的技術顯然不能完全建立在運氣上。那如何把小木棍一端削尖?原始社會時期可沒有現今的金屬工具,只能依靠石斧。鋒利石斧怎麽獲得?依舊只能在自然界中碰運氣,通過大量篩選才能偶然獲得一把鋒利的石斧,但一把鋒利的石斧可以確保多根合適枝條成爲必然。

最後,不得不說,夾著木棍使勁地搓是一項很耗體力的運動,如果只搓幾下就放手,運氣不會眷顧。

這麽多技術關鍵點,都是必須要靠大量的反複實驗才能獲得突破。只有大量實驗和搜集,才能發現竹子必須幹燥,才能發現竹子上有小孔的好處,才能發現幹稻草容易點燃,才能發現鋒利石斧必不可少,才能發現手掌搓得通紅是必然的。

換句話說,精細化的技術,一般是在無數粗糙方案中脫穎而出的,或者說,耗費了大量資源後才能産生的。

掌握了鑽木取火後,人類可以依靠火本身來把竹子和稻草烘幹,讓生火更容易。顯然,這是一種正反饋。進一步,火使得食物更容易消化,來源更廣泛,而且是一種對付猛獸的利器,人類自身的數量和體質獲得了增長,這反過來也能讓鑽木取火更容易。最後,借助自然界中部分偶然存在的高品質礦石,火可以用來進行原始的金屬冶煉,獲取鋒利遠甚于石斧的原始金屬工具和鑽頭。

火是人類利用化學能的開始,人類文明由此濫觞。

鑽木取火的例子表明,技術及其産品精度的每一次提升,都需要大量的試錯。技術進步需要耗費資源和財富,幸運女神的青睐建立在大量的初級方案和産品上。從工業革命開始,這種試錯的成本越來越高,個人的好奇心在研發中作用逐步減弱。科技樹各個分支上能夠長久留存下來的技術,都是在周邊領域支撐技術和資源環境約束下能滿足資本預期回報的方案。

當技術發展到21世紀的空前複雜度,資本回報預期成了技術突破的關鍵。以可控核聚變這項21世紀的“生火”技術爲例,由于理論上的非線性,更需要大量的實驗來獲取突破。一種技術方案所涉及的基礎設施都耗資驚人,任何一次實驗都必須耗費大量資源,以至于全世界各大強國必須聯合起來才能承擔ITER的開銷。現在任何方案都看不出一絲成功的迹象,如果要找出一條可行路徑,人類社會要投入的金錢可能是一個天文數字。預期不明朗,資本估計不願意幹這種傻事。
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回復: 資水東流——技術大停滯

發表 由 lung 于 周一 1月 23, 2017 7:30 am

6.4 高複雜度帶來的諸多惡果(more is different)

1972年,諾貝爾獎獲得者,著名物理學家菲利普•安德森在國際上最著名的《科學》雜志上發表了一篇論文“More Is Different: Broken Symmetry and the Nature of the Hierarchical Structure of Science”(Science, 177 (4047): 393-396)。文中指出,過去數百年取得輝煌成功的還原論思想不能無限擴展使用。打一個比方,按照還原論的思想,分子物理受基本粒子物理支配,化學受分子物理支配,生物學受化學,心理學受生理學支配,社會科學受心理學支配。如果按照這種理論,那麽,應用關于基本粒子物理的幾條規律就能推導人類複雜的行爲,但人類直覺會發現不是這樣。Anderson指出,大型和複雜的基本粒子集合體的行爲,並不能按照少數基本粒子性質的簡單外推來理解。事實上,在複雜性的每一個層次,都會有嶄新的性質出現。簡單一點,就是整體絕對不是部分的疊加,複雜度會改變一切,或者說:more is different。


菲利普·安德森

過去數百年中,人類發明了多種多樣的手段來處理技術複雜度,如模塊化和流水線化。但技術複雜度發展到如今這個地步,很有可能迎來了一個“more is different”的時代。

6.4.1 吾知也有涯和生死競賽

當代科學體系、技術體系和工業體系的複雜度和規模性已經大大超出了二戰前的水平,這對于人類科學創造設定了悖論陷阱。前面已經指出,鑒于現代科學技術的龐大體系,像牛頓和費米那樣的全才已經不可能出現。就是對于一個狹小的領域,高複雜度也帶來一個很明顯的事實:人類大腦的學習速度跟不上複雜度的擴張,人類肉體的衰老速度超過了大腦的思考速度。

大量的心理學研究表明,絕大部分人在50歲以後,都會變得日趨保守。查閱一下曆史書就知道,絕大部分突破性的科研成果,都是在科技工作者中青年時代取得的。正如一位網友指出的,現代科學和技術的龐大積累已經成爲人類創造力的巨大負擔。在十八世紀、十九世紀和二十世紀前期,大多數科學家在很年輕的時候就做出了偉大的科學成就,而現在個人做出偉大成就的年齡已經越來越推遲。

對于科技而言,人類的個人創造力的黃金期是在十八歲到三十五歲之間,因爲這段時期最具思想奔放力,思想束縛也最少,許多最偉大的天才都是在這個年齡段奠定基礎的。牛頓和愛因斯坦的黃金創造就在這個年齡段,楊振甯獲得諾貝爾獎時是36歲,李政道是31歲,他們所獲獎的成就是在獲獎之前2年的發表成果。數學群論天才伽羅華在極其短暫的生命中做出了偉大的數學貢獻,他死亡時年僅21歲。與牛頓齊名的麥克斯韋在34歲時完成電磁場理論的經典巨著《論電和磁》,將電與磁、電與光進行理論統一。而麥克斯韋從24歲開始就確定了自己的學術目標,爲只能停留在實驗層面的法拉第進行理論層面的闡述。

除了科學領域,技術領域也一樣。愛迪生、比爾·蓋茨和喬布斯都是在很年輕的時候就嶄露頭角,做出巨大貢獻。

二戰後,高複雜度使得科學家和技術創造人員在人生創造力的黃金期仍然在學習而不是創造,很多人到30歲時才剛剛摸清楚本學科領域的框架,然後才開始起步進行科學研究,而這已經錯失了人生創造的黃金期,讓革命性的思想激蕩越來越難産。

盡管人類社會做出了種種努力來加速個體的學習速度(包括知識整理,路徑規劃,計算機輔助和模塊化處理),但不幸的是,學習的時間越來越長。30歲出頭才博士畢業已經是標配,真正弄懂前沿還要花上一段時間。學科必需的知識積累下去,總有一天,即使那些傳說中的天才,也要窮盡大半輩子功夫用于對舊有知識的學習。

高複雜度讓現在的博士對不起“博”這個字,爲了應付知識上的深度,很大程度上犧牲了知識的廣度。人類曆史上,許多科技突破都是觸類旁通,借用其它領域的進展來打破本領域的困境,最典型的就是愛因斯坦把黎曼幾何引入到廣義相對論中。現代研發工作者常常糾結于某個問題而不得其解,可能其它某個領域的方法或思想完全可以借鑒過來,但人性往往很容易陷入局部極值點這樣的困境而不得脫身,而高複雜度,把坑挖得比任何時候都深。

知識積累轉變成負擔,目前看來沒有什麽好的解決辦法。至少到現在爲止,人類大腦的思維能力還沒有表現出加速進化的苗頭,換句話說,人類大腦和500年前相比,沒有什麽變化。也許有人會提出異議,認爲天才的學習速度和思考能力遠超常人,但技術的一大特點是,技術是人和社會互動的産物,要把想法變成現實,需要大量相關人員來配合工作,光有天才是遠遠不夠的。

有不少人把希望寄托在人工智能上,甚至是具備創新能力的人工智能上,也有人認爲人類大腦還可以進一步開發,說不定生物學方面的進展會讓大腦革命成爲可能。但這是一場軍備競賽,可以預見,無論超級人工智能,還是大腦革命,所涉及的理論和技術複雜度都會奇高無比,那麽,人類在垂垂老矣之前,能夠克服這個高複雜度,造出“克服複雜度的工具”嗎?

莊子說:“吾生也有涯,而知也無涯,以有涯隨無涯,殆已!”對于人類來說,目前是:“生也有涯,而知也有涯,累矣!”


莊子

6.4.2 技術的維護成本

前文提到過,可以把技術元素看成是生命體。生物需要定時進食和休息,技術元素一樣需要維護。低級生物可能一點渣滓也能活下去,高等生物,如人類,需要耗費巨額負熵流;早期的技術不需要人類付出過多精力,現今的複雜技術需要整個人類建立一個龐大的制度來維護。

人類的技術演進流程好比在蘋果樹上摘蘋果,最容易發現,最好摘的蘋果一定率先被人們收入囊中,同樣,首先開發出來的技術都是低複雜度。以能源技術爲例,木柴的能源密集度最低,但很容易獲取,動動手就可,無需太多的技巧。其它領域的技術也一樣,在工業化到來之前的古典社會,絕大部分技術産品的使用和維護都比較簡單,即使一個生手,目不識丁,經過簡單培訓後,很快就能上崗操作。

但低垂的果實摘完之後,複雜度開始升高。煤礦的開采難度就遠大于木柴,需要一系列的配套設備和技巧。雖然煤炭提供的能源遠大于薪柴,但相關操作已經開始職業化。而石油開采難度進一步上升,具體需要進行勘測定位、方案設計、鑽井開采等一整套工作,這都需要人力與物力成本的投入,而且不是簡單的人力,是需要接受過一定教育程度的人力。

這種趨勢一直未見減緩,二戰後,不少技術産品的複雜度到了一個驚人的高度,比如核電站。不經過長時間的專業學習,根本不能明白其中原理,要熟練地使用技術産品,也必須經過長時間的培訓。

與技術産品複雜度同步,社會其它方面也變得逐漸複雜起來,最典型的就是財務稅收體系,現代財務體系的複雜度也不是過往曆史所能想象的。

即使不謀求技術的進一步發展,要維護現有的體系,人類社會也必須付出大量的成本。

義務教育就是一個典型例子:資本的牟利建立在大衆的專業技能上,工業化帶來的技術複雜度是義務教育被推行的最大動力。反映在社會層面上,就是大衆受教育時間的延長(包括學校教育和職業培訓)。工業革命前,人均受教育的時間可能還不到1年,後來變成3年,6年,9年,到了現在,大部分國家都基本普及了12年教育,很多國家高等教育都進入了大衆化階段。

另一方面,不少機構必須專業雇傭大量的人員來維護現有的設施,一個複雜産品涉及到方方面面的專業技術,並不是隨便拉一個人來就能幹活。比如筆者在公司幹活的時候,大部分時間竟然並不是在編新代碼,而是在維護前人留下的代碼,和系統其它方面的人進行聯調!

一個公司,尤其是大公司,真正展開探索性工作的微乎其微,公司的開銷大部分耗費在維護現有産品上。而對于使用這些産品的機構而言,不少開銷也來自對技術産品的維護上,最典型的,飛機發動機的壽命期維修保養費用竟然是購買費用的3倍以上。

所以,很多時候看上去嚇人的研發技術費用,真正用到刀刃上的只占一小部分。進入新世紀,NASA的年度經費雖然和高峰期不能相比,但絕對數目仍然嚇人,但爲什麽NASA在前沿技術上似乎沈寂了?除了複雜度本身的原因,NASA的大部分經費都用來維護和養人!

如果考慮到全世界都流行的經費挪用問題,比例會更小。

6.4.3 來自社會的負反饋

現代社會,無論科學還是技術,都和所處社會有著複雜的糾纏關系,影響社會,也受社會反饋,這種反饋,早期可能更傾向于正反饋,但如今已經變成負反饋。

前文提到過,二戰後的技術研發工作和以往有了很大不同,絕大部分領域,已經沒有了早期愛迪生那樣的“獨行俠”。一款新産品的開發,往往包含需求分析,方案設計,制作實現和測試評估等階段,大部分産品的研發費用,都超過了個人財力所能承受的範圍,必須依靠企業的力量來組織實施。而像大型粒子加速器這樣的科學研究設備,已經不是一個人或一群人能承擔得起了,只有國家出面,才可能建立相關的基礎設施。

很多科研工作者抱有一種奇怪的理想:科技研發是很高尚的事,科技投入是社會和國家的一種義務。但事實是,高複雜度下,由于不能確保科技研發會一路順風,甚至不能確保研發方向是對的,社會和資本對于相關投入持謹慎態度。當科技工作者要依靠外部經費才能開展研究工作的時候,科技工作者會突然發現:進步的最大阻礙不是大自然,而是所處的社會。

從知識進步的角度講,人類社會有義務提供無盡的資源來支持科技研發工作,畢竟要引進新的負熵流,離不開科技的躍進。但現實卻是另外一回事。

首先,社會是由形形色色的團體構成,大部分團體有自己的利益訴求,不可能,也不願意長期爲科技的巨額經費買單。比如,如果要投票削減福利來爲科技研發籌集資金,即使宣傳者把未來描繪得比天堂還好,大部分人還是會投票否決該決議。同樣,企業的首要目的是利潤和維持經營,研發目的是爲了賺錢。因此,撥款人思維的角度和科技工作者不同。撥款負責人必須考慮投入産出比。必須考慮來自公衆或董事會的壓力。



其次,人類社會由將近200個國家和地區組成,離“全球大同”還差得遠,國與國之間充滿了競爭和鬥爭。這種競爭有時是科技的推動力(比如冷戰期間的航天競賽),但在資本日益占據統治地位的21世紀,開始逐漸展現負面效應。

而現代科技的高複雜度帶來了一個很要命的缺陷:花費巨大。愛迪生當年進行白熾燈改進的時候,進行了500多種材料的驗證或試錯,但沒關系,花費不大,個人可以承擔。現代粒子加速器能進行500多次的實驗嗎?不經過一系列冗長的手續和准備,進行一次實驗都不可能。這種巨額花費意味著科技研發最終取決于各個利益團體的博弈。

下面給出幾段和技術有關的事實:

(1)超導超級對撞機(Superconducting Super Collider,簡稱SSC)。1993年10月21日,美國衆議院和參議院達成一致意見,停止修建SSC,1993年10月26日衆議院以332對81通過了最後的修正提案。該提案經過參議院程序性的步驟後,由克林頓總統簽署實施。至此,盡管已經投資了20多億美元,SSC真正壽終正寢了。

計劃要花掉80億美元,但冷戰後的美國人承受不了,提前終止。

(2)2011 年2月24日美國“發現”號航天飛機從佛羅裏達州肯尼迪航天中心發射升空,前往國際空間站,服役近27年的“發現”號將最後一次執行飛行任務。2011年 7月21日美國“亞特蘭蒂斯”號航天飛機于美國東部時間21日晨5時57分(北京時間21日17時57分) 在佛羅裏達州肯尼迪航天中心安全著陸,結束其“謝幕之旅”,這意味著美國30年航天飛機時代宣告終結。


航天飛機

1970年,在美國登月後,中國才把第一顆人造衛星送上天。2003年,中國人第一次進入太空,比美國人晚了40多年。但隨著航天飛機這條技術道路的落幕,美國花了幾千億美元,進展不大,中國在航天飛機上基本沒有投入。2011年後,中國和美國實際上站到了同一起跑線上,大家以後都得靠宇宙飛船。

(3)美國爲了造出原子彈,傾全國之力,花了20億美元(1942年的20億,當時一盎司黃金才38美元)。但後來的國家造原子彈越來越容易,比如巴基斯坦和朝鮮這樣的工業小國都能造。

(4)相比歐洲,美國是一個低福利社會,但其每年在福利上的投入是可控核聚變研發投入的百倍以上。

科技研發並不一定能保證成功,很多時候,前沿都是在試錯,探尋可行的技術道路。前文已經提過,精細化的技術方案和産品都是大量試錯後才會産生。在工業文明的早期階段,愛迪生進行燈絲試驗時,大部分試錯成本開銷不大,多試幾次沒關系。但隨著技術複雜度的提高,開銷急劇增大,試錯變得越來越昂貴起來。尤其是在探尋下一條可行的技術道路的時候,一步失誤,幾十年都難挽回。上面提到美國航天飛機道路,NASA本來指望航天飛機大幅降低太空成本,結果航天飛機的成本不低,故障率反而更高,美國人在這上面30年的投入基本打了水漂。

如果單是自己試錯失敗了不要緊,對自己也是一種經驗的積累,但問題是自身的失敗反而給競爭對手指明此路不通,不必投錢。現今中國對于航天飛機沒有絲毫興趣,全心全意走宇宙飛船路徑,NASA原本對中國的40年優勢被抵消了30年,而中國的花費相對小得多。

即使試錯成功,找到了一條技術路徑,但先行者的悲哀就是,巨額投入帶來的成功很容易被競爭對手模仿,而且往往是只需要耗費相對少得多的經費就能模仿,比如原子彈。

美國人作爲科技進步的領頭羊,後來也慢慢琢磨明白了,自己花錢進行科技投入,讓競爭對手沾光,冷戰時是迫不得已,但這種事還是越少越好。所以世界看到了美國終止超導超級對撞機的修建。原因很簡單,如果SSC實驗不能提供基本粒子的有用信息,建了也白建;如果能提供有用信息(注意,只是信息,還遠沒有達到利益階段),那世界其他國家豈不是白白分享?即使封鎖信息,但封鎖信息本身就是一種暗示,其它國家可以不慌不忙的建造自己的SSC,對其它國家而言,一點風險都沒有。

對于美國納稅人而言,除非巨額投入能夠帶來可觀的現實利益回報,或者面臨冷戰那樣的生死競賽,不計成本的進行科技研發的確是一種愚蠢的行爲。

總而言之,西方在冷戰後通過各種手段(尤其是美國的金融手段)占據了世界上的大部分財富,本應把這部分財富用于事關人類生死的前沿研發上,但沒有了蘇聯的威脅,面對高複雜度和預期不明朗,西方更願意把這部分財富轉爲金融資本來繼續剝削第三世界。因此,現在西方發達國家的研發工作,大部分都是在公司層面上進行的。真正能夠開辟一條新技術道路的研發,往往需要國家出面組織或擔保,但現實是美國人處于猶豫不決狀態,其它國家也不是活雷鋒,于是,三個和尚沒水吃的情形出現了。

6.5 簡單的數學推導

本節嘗試著用數學知識來解釋一下複雜度的變化趨勢。

首先要表明,技術複雜度的發展是一個混沌系統,影響技術發展的因素太多,無法精確預測未來技術的走向,本節中的數學推導只是聊勝于無,用來解釋一下以往技術的發展流程。影響技術的因素很多,其中人類的好奇心和探索欲是一個很難給與數學描述的變量,而且往往是技術革命的起點。因此,下面的微分方程不能解釋技術如何緣起,只能描述出現後的變化趨勢。好在人類曆史一再表明,技術發展依賴于資源投入。

從曆史上看出,在低複雜度的情況下,稍許的技術改進,都會帶來讓社會震驚的效果。在高複雜度的今天,技術開始遭遇社會的負反饋,改進效應在遞減。另一方面,社會資源有限,掌權者永遠關注的是社會的穩定,研發投入的份額有限。

複雜度用變量C表示。C值大,代表社會技術水平高。K代表社會承受度或最大資源投入比例。那麽,複雜度隨時間t演變的微分方程可以表示如下:

dC/dt = g(C,K,t)+f(C,K,t)

g代表初期的正反饋效應,但要注意,這種正反饋效應會隨時間變化而快速遞減。f表示中後期的資源投入比例,這個資源投入隨複雜度增長而下降。

對于技術發展而言,最好的情況是dC/dt=qC(q爲一個比例常數),用複雜度來推動複雜度,C的曲線變化呈指數增長。這是理想的技術發展軌迹,技術永遠處于爆炸中,但實際不可能出現這樣的情況。

如果能夠dC/dt=q,那麽,複雜度從頭開始就是線性增長,且永無盡頭,這也不符合人類的觀察事實。

綜合前面各節,可以看到,複雜度的變化有如下特點:

(1)技術的發展受資源(廣義上)推動,原則上,一個社會投入的資源比例越大,越能推動技術發展。

(2)能夠“利其然”的技術出現初期,往往具有正反饋效應。舉一個例子,原始社會中,原本絕大部分資源用于捕食,但弓箭技術的稍許改進可能導致捕獵效益上升,部落會自願投入更多資源來改進弓箭技術。也就是說,初期的複雜度增長,能夠反過來進一步推動複雜度增長。

(3)考慮到邊際效用遞減規律,中後期的複雜度上升,意味著社會維護成本的提高,進而擠占其它社會資源。繼續上面的例子,弓箭技術改進到一定程度後,一方面,部落需要分配較多的人手來生産弓箭,另一方面,容易捕獵的小動物都被捕光了,動物界剩下的動物很難捕捉。生態系統會給予負反饋。

(4)不考慮地球環境約束,不管複雜度有多高,社會總是能擠出一點資源來繼續提高複雜度,不會出現複雜度最終出現下降的情況。

考慮到以上特點,雖然無法精確得到g和f的具體表達式,但如果只是觀察趨勢,可以簡化如下:

dC/dt=a*C*exp(-b*t)+k*(1-C/(C+d))

其中,a,b,k,d是比例系數,值一般爲正。 a*C*exp(-b*t)代表正反饋項,初期上升,但衰減很快;k*(1-C/(C+d))代表中後期的社會資源投入比例(C很小的時候幾乎爲常數k),C越大比例越小,k爲社會所能容忍的最大投入比例。

好了,取a=5,b=1, d=5,把這個方程用Matlab仿真一下,得到的大致曲線如下:


技術複雜度仿真曲線

再次強調下,上面的模型推導很粗糙,f和g的表達式完全可以是其它形式,a,b,k,d可以是其它值。但本文只是發表個人觀點,表達趨勢即可,不強求大衆認同。

上面曲線可以看到,C的上升不是永恒持續下去。剛開始的時候,由于正反饋效應,C會快速上升,但之後,C的上升速度會減緩,最後,C的上升速度會趨于0,而C的值會接近某個“天花板”,這個上限值由a,b,k,d等參數決定。

要想把天花板這個上限值提高,最好的辦法是提高k,也就是社會承受度。比如世界大戰期間技術突飛猛進,關鍵就在于戰爭期間,各個政府面臨生死關卡,全力以赴,所有的社會資源都用于武器方面的研發,民生放到了最後,k值大大增加。

二戰的成果包括材料技術,電子計算機,雷達,核技術,噴氣式飛機和火箭技術。直到今天,人類還未脫離二戰所開辟的技術道路。

但k值的提升是有限的,在極限情況下,全社會所有的資源都用來進行科技研發,在和平時期,這是不敢想象的情景。而在核武當道的現今社會,不敢想象地球再度爆發世界大戰。
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回復: 資水東流——技術大停滯

發表 由 lung 于 周一 1月 23, 2017 7:39 am

7 寂靜星空所隱含的恐怖前景

上面論述了這麽多,可能很多人仍然認爲,技術大進步的停滯,你有證據嗎?在國觀第一版帖子中,很多從事技術工作的網友給出了各自領域的類似結論,但這些觀點可能文科類畢業的網友難以理解,因此,再給出兩個間接證據。

一個是曆史上的,古代中國文明的停滯。

《全球通史》上談到,古代中國文明所處的地理環境很特別。西北的沙漠,西部的青藏高原,西南的熱帶密林,北部的冰雪苔原和東部的大海,讓中國文明和其它同層次文明很難進行大規模交流。相比之下,地中海和印度洋周邊的交流就頻繁得多。因此,古代中國文明和其它各大文明的隔絕程度在亞歐大陸上首屈一指,導致中國文明和他們之間的差異遠大于其余文明彼此之間的差異(滅絕的美洲文明除外)。

從原始社會到古代社會的轉換過程中,農業、馬匹、車輪、冶金、文字所代表的第一次技術革命,把人類從蒙昧時代解放出來。而古代中國文明,尤其是秦漢以後的中國文明,在東亞區域內遙遙領先,中國文明很早就進入了一種技術停滯時代。1000多年的曆史中,由于中國文明所固有的結構特點,中國文明始終沒有開啓大航海時代和工業化大門。空間極限和技術停滯最終導致唐代中期以後,中國文明開始陷入馬爾薩斯困境,治亂循環一再出現。按照一位網友的說法,技術停滯以後,緊接著的是技術擴散,周邊的蠻族在軍事技術上縮小了與中原王朝的差距。因此,唐朝以後的蠻族政權,其戰鬥力和難纏程度遠超之前的匈奴和突厥。

細讀曆史會發現,唐以後的曆代政權,都在加強農業化和中央集權制度上力度加碼,滿清的僵硬科舉制和軍機處就是最後的産物。收盡天下之權和財,階層固化,確保中央穩固,這和近代技術爆炸的理念是背道而馳。如果沒有外來介入(西方擴張),中國文明會被困死在自己的範式牢籠中,直至農耕環境徹底崩潰爲止。

第二個是空間上的,從費米悖論推導得出的。

1950年,意大利物理學家費米提出了這樣一個問題:如果宇宙中存在技術遠遠超出人類的外星智慧文明,那麽,爲什麽我們還未能觀察到這種超級文明?這個問題現在被稱爲費米悖論。


費米

過去半個世紀,大量的觀點被提出來解釋費米悖論,最近國內比較有影響力的是劉慈欣的“黑暗森林”理論。


《三體》第二部英文版封面

個人觀點是,技術進步並不是大衆所認爲的加速進行,可能某些技術門檻過高,導致絕大部分文明無力越過,無法進行星際航行。

7.1 大寂靜和費米悖論

來做這樣一項粗糙的估計:銀河系直徑約爲10萬光年,一個高度智慧的文明,即使以千分之一的光速的速度飛行,也只需要一億年即可橫穿銀河系,這個時間遠小于銀河系的年齡(100億年)。因此,比人類早出現的智慧文明,如果向外傳播的話,到今天應該早已遍及銀河系甚至整個宇宙了。

其中一個可能的實現方式是馮·諾依曼自動機,一種可以自我複制的機器:外星文明向外發射許多微型自動機,遇到合適的環境比如行星和衛星、彗星等後降落,采集原材料並制造出下一代自動機;然後以降落點爲出發點,繼續向外擴張。這樣的自動機如果有5%的光速,在50萬年內就可以探測完銀河系大小的星系。如果銀河系內有文明比地球領先哪怕50萬年,人類也應該已觀察到該智慧文明。

到今天爲止,人類對宇宙的探索已經取得長足發展。在太陽系以內,所有行星和多個重要衛星都有飛船去勘察,對于小行星和彗星人類也發射過專門的探測器去進行研究;對太陽系以外的星體,人類一直在聆聽來自它們的無線電信號;人類甚至可以直接用望遠鏡觀測比較近的一些恒星,從恒星的光強和光譜中發現繞它們運行的行星,分析行星的大小、結構、大氣成分、表面溫度等信息。所有這些搜尋行動,至今都沒有發現外星文明的迹象。

用一位科學家的話說,宇宙充滿了大寂靜。幾千年來人類不斷通過各種手段都未能發現其他外星文明,感覺浩瀚宇宙就像一片大荒原,除了人類,啥也沒有,一片寂靜。

稍微按常理推想,就可發現這樣大寂靜的現象是非常不合理的:地球産生地球文明的條件並不苛刻,時間也不長,宇宙那麽大、産生的時間那麽長,怎麽可能只有一個地球産生了文明?從概率上來說,這是極不可能的,整個宇宙人類一枝獨秀的概率無限趨近于零。

7.2 細思恐極的三種情景

費米悖論有多種解釋,其中一種比較流行的觀點是人類過高估計了自己的觀察能力。

爲什麽無法觀測到外星文明蹤迹?因爲人類太弱小。很多人認爲人類科技文明才大約300年曆史,而具備稍好觀察能力也就是幾十年的時間。宇宙如此之大,這麽短的時間段內,觀察不到蹤迹是很正常的。畢竟人類文明才能初步到達大氣層以外,所能具備的觀測手段在宇宙層次可能極其原始。

但反過來想一想,人類可能因爲手段有限沒有發現外星人,但爲什麽外星人沒有發現人類?或者說,爲什麽外星人沒有毀滅地球人類?

目前公認的地球最早文明是兩河流域的蘇美爾文明,距今大約5000年曆史。如果存在大量能夠自由航行于恒星際的文明,他們的觀測手段應該遠超目前人類的技術水平,在5000年的信史中,爲什麽沒有外星人或者外形探測器的造訪記錄?人類可以鄙視古人的技術水平,但不能低估古人的智慧,古代文明只是技術積累有限,古代人的大腦和思維能力可並不比現代人差。迄今爲止,人類曆史並沒有留下遵循理性規則的記錄,表明有外星文明的存在。

有網友把這歸咎于“動物園保護計劃”(地球被外星人設定爲動物園)。認爲所有的外星文明都能遵循同樣的規則,只是一廂情願的美好設想。

而費米悖論的另外一種流行解釋,就是能夠存在文明的行星很少。

美國天文學家法蘭克·德雷克(Frank Drake)于1960年代在綠岸鎮提出的一條公式,用來推測“可能與我們接觸的銀河系內外星球高智文明的數量”。德雷克公式

N=Ng×Fp×Ne×Fl×Fi×Fc×FL

意思爲:

銀河系內可能與我們通訊的文明數量=銀河系內恒星數目×恒星有行星的比例×每個行星系中類地行星數目×有生命進化可居住行星比例×演化出高智生物的概率×高智生命能夠進行通訊的概率×科技文明持續時間在行星生命周期中占的比例。

曾經有很長一段時間,不少學者認爲地球是一個特殊存在,類似地球這樣的存在可能在宇宙中獨一無二。也就是說,德雷克方程的前面幾項相乘後,數值小到微乎其微的地步。但最近天文學的進展給了這種觀點致命一擊。

[NASA’s Kepler Mission Discovers Bigger, Older Cousin to Earth]
https://www.nasa.gov/press-release/nasa-kepler-mission-discovers-bigger-older-cousin-to-earth/

北京時間2015年7月24日淩晨0點NASA公布了一則消息,天文學家確認發現首顆太陽系外位于“宜居帶”上體積最接近地球大小的行星(代號爲“開普勒-452b”),這是人類在尋找太陽系外“第二地球”道路上的重要裏程碑。“開普勒-452b”的發現使已確認的系外行星數量增加到1030顆。


開普勒-452b

天文學家表示,迄今發現最接近“另一個地球”的系外行星名稱爲Kepler-452b,跟地球的相似指數爲0.98。這是至今爲止發現的最接近地球的“孿生星球”,有可能擁有大氣層和流動水。目前沒有證據證明開普勒452b上面有生命,因爲開普勒望遠鏡只負責照相,沒有辦法近距離觀測行星,這需要後期技術手段跟進,可能需要把工具送入軌道內。

首先要說明一下,發現這東西的望遠鏡叫開普勒,以“掩食法”搜尋系外行星,在2009年發射之後發現了上千顆系外行星,幾乎把已知的系外行星數提升了一個量級。必須指出的是,“掩食法”只能搜尋宇宙空間中極小的一部分區域,掩食法能發現的只是行星軌道平面正對著地球的那一小部分,並且對于恒星光照強度還有很苛刻的要求。但就在這麽小的區域內,在這麽短的時間內(開普勒望遠鏡只工作了幾年,掩食法確定一顆行星很耗時間),在距離地球並不遙遠(考慮宇宙尺度)的距離內,就發現了大量的行星,其中有不少行星和地球所處環境類似(除了上面提到的開普勒-452b,還有Kepler-186F等)。

可以合理推測,如果時間更長一點,或者在掩食法所不能觀測的區域內(成百上千倍于可觀測區域),潛在的合適行星數目會是一個天文數字。

地球的特殊性在持續下降中。

讓人細思恐極的第三種情景,外星探測器在哪裏?

如果說資本原則在所有文明中都存在,載人航行經濟上很困難,那麽無人探測儀器成本應該很低。人類載人航行只能夠到達區區38萬公裏外,但旅行者1號已經到了地球外200億公裏。短短幾十年,人類前前後後已經發射了很多探測器。

首先表明本人對宇宙文明的一些基本觀點:

1 宇宙是平庸的,宇宙太大,恒星繁多,絕對不單是地球能進化出文明。

也許有人說地球軌道離太陽近10%,或遠10%,人類都要滅絕,因此人類文明很特殊。但個人認爲,不能用現在人類的身體結構來認爲其他智慧生物的身體結構應當與人類類似。在其它種族認爲惡劣的條件下,進化出來的智慧物種應該是適應其環境的,他們反過來可能認爲地球很惡劣。

2 智慧生物的認知能力應該可以輕易的區分自然和人工。

任何一個心智正常的人(即使是未開化的原始人或未曾見識過現代文明的人)在原始深林裏走著,忽然撿到一塊手表,看到指針在有規律的轉動,一定知道,這塊表不是天生的,不是大自然構造的,一定是某個智慧人創造的。同樣,人類也可以輕而易舉地區分其它智慧文明的造物,而其它智慧文明,絕對可以判斷人類發射的造物不是天生的。

3 任何文明都有探索的欲望。

外星智慧生命或許已經由于自己的原因導致了毀滅。這些原因可能包括核戰爭,生物恐怖主義或者文明的逆向淘汰。但就算如此,他們的一部分技術成果應該還會保存下來。這並不是科幻,而是現實。事實上我們人類已經這樣做了:即便有朝一日人類作爲一個種族徹底滅亡,我們至少還將有5個人工探測設備遊蕩在星系之外,述說著曾經的人類文明的故事。

人類文明在未來肯定會繼續向宇宙發射探測器,數目還不會少。

宇宙天文數字的恒星,天文數字般的文明,只要能進化到比人類目前這個技術水平高一籌,發射成本大幅降低,發射的探測器數目會把宇宙塞滿。

那外星文明爲什麽不見蹤迹?

7.3 宇宙大篩子

美國學者Robin Hanson對于費米悖論做了深入研究,寫了一篇關于宇宙智慧文明的論文《大篩選,我們在其中走了多遠?》。大致意思如下:從宇宙的外觀上看,宇宙處于大寂靜(Great silence)狀態,沒有發現任何生命和文明的迹象。由此可以推知,能夠在宇宙中大規模擴散從而長久延續下去的文明極其稀少,甚至可能根本不存在。那就有一個推論:

在宇宙中的無生命物質和可持續擴散的智慧文明之間有一個巨大的篩選機制(Great filter,也有人翻譯爲大過濾器),智慧文明通過這個篩選極其困難。可能有許多層篩子,比如進化出可複制的細胞是一層,制造工具是一層,避免核戰爭毀滅是一層等等,作者列出了九層可能的篩子,逐層進行了分析。

大篩選,像自然篩選一樣,人類之所以無法發現其他文明,一個更合理、更可能的解釋是某個篩子特別難過,能夠通過的宇宙文明將變得極少,絕大部分文明都在此處折戟沈沙,所以人類也就至今未能輕易發現其他外星文明。

個人認爲,文明層次的劃分可以用群體能到達的距離來標記

第一級,原始層次,個人體力所能到達的距離大致爲100公裏,典型就是原始社會。

第二級,借助初級工具所能到達的距離,最遠爲行星直徑,麥哲倫的環球航行做到了這一點。這也是農業社會的極限。

第三級,借助化學能引擎所能達到的距離,最遠爲行星所在的衛星,1969年人類做到了這一點。

第四級,自由航行于所在恒星系內,人類目前還無能爲力。

第五級,恒星際航行。

人類目前可以說是達到了第三級,傾其所能,借助化學火箭勉強能到達火星,但其它行星是無能爲力的,飛出太陽系更是遙不可及。

理論上,只要人類能達到第四級,即使最終被困死在太陽系內,但發射無人探測器的成本將會很低,人類在宇宙中會留下大量的痕迹。

其它文明也一樣。

現在問題來了,爲什麽宇宙如此寂靜?

個人認爲,從目前的理論儲備、技術水平和複雜度發展趨勢來看,難以通過的篩子就是從第三級文明躍進到第四級的關鍵技術:可控核聚變。

考慮到宇宙中的資源分布(絕大部分是輕元素),任何文明在認識到恒星發光原理後,可控核聚變都是解決能源和動力的理性選擇。

可控核聚變的意義無論如何敘說都不過分。

一方面,任何能夠實現可控核聚變的文明,理論上獲得了幾乎無限的負熵流,即使技術層次上沒有再度發生質變,也可以近乎永遠的生存下去。到達此階段的文明,發射無人探測器的成本會變得很低,在近乎無限的文明延續時間裏,最終發射的探測器數目將會達到一個驚人的地步。

另一方面,如果能夠實現可控核聚變,文明的航天推進技術就有可能發生質的變化(這也是現在所謂的新能源所不能做到的)。錢學森在幾十年前就指出,有了可控核聚變,宇宙飛船的航行速度將會大大提高,恒星系內航行將變得很容易。人類將會成爲真正的第四級文明。而任何能發展到第四級的文明,骨子裏都不缺乏冒險精神。如果有了可控核聚變技術,相信會開始建設恒星際飛船,即使是一去無回,但可控核聚變技術使得生態自循環系統成爲可能,飛船能夠維持上萬年,有人探測器將會一代代的出發,飛向茫茫星空。


錢學森《星際航行概論》

如果這樣的話,星空絕對不是現今看起來那麽寂靜。

7.4 一根小火柴

人類文明到達現今這個程度很不容易。

三十億年前,原始海洋中出現了第一個可複制自身的有機分子;

三億年前,動物從海洋登陸;

三百萬年前,古猿人笨拙的走下樹木,靠著雙腿蹒跚向前;

三萬年前,原始人類開始嘗試著播種,試圖把太陽能固定下來;

三百年前,牛頓第一次系統的描述科學,瓦特准備改進蒸汽機。

地球文明通過了一層又一層的篩子。

1969年,在土星五號火箭的轟鳴聲中,人類認爲星空是那麽的近,人類是天眷種族。

但人類現在可能真的遇到了一個大麻煩。

回顧人類的曆史,就是一部追逐負熵流的曆史。早期階段,如果在某一區域繁衍過度,吃光了地上的産出,就遷徙到有食物的地方。慢慢的,人類走出了非洲大草原。遷徙,是人類文明解決生存壓力的最常見手段。最終,人類遍布全球。

可是眼下,人類又有壓力了。

維持現在的工業文明,需要海量般的負熵。人類每年需要的能源是如此巨大,以至于幾億年形成的化石能源在區區數百年裏就會被耗盡。而核裂變資源有限,現在只占人類一次能源消費的很小比例,如果全靠核裂變,就是有增殖堆,能夠支撐的時間也有限。即使人類可以把礦井打穿地殼,獲取深層次資源,但人類是在一個封閉的室內點火,大氣圈內有毒氣體的積累會扼殺人類的未來。

更不要提傳統能源難以提供高速航天所需的動力(有網友計算過,燒光一個地球的物質,化學火箭都難以到達Kepler 452b)。

有時在想,其他文明的星球上如果石油煤炭要是少那麽一點點,讓他們還來不及點燃反應堆,來不及點燃加速器,對核能了解甚少,那他們的前途將是如何呢?

按照人類目前的技術水平,新能源還遠不足以替代化石能源,更不要說比傳統化石能源高一個層次。或許人類永遠沒有機會談論“別人”。因爲人類極有可能來不及點燃聚變堆。

人類已經在可控核聚變上花費了將近60年的時間,實質性進展基本爲0,全世界聯合起來,ITER的工程進度還一拖再拖。人類科學史上,還沒有一項技術耗費了如此長的時間,看似觸手可及,但就是找不到突破途徑。

地球文明已經進入一個關鍵點。有網友稱爲文明的臨界點!

在黑暗的宇宙森林中,行星上的化石能源是一根小火柴,如果能夠點燃宇宙提供的木頭,那麽將會獲得整個森林,或者說,衝破地球蛋,孵化成功,獲得宇宙廣闊新空間;如果不能,那就會困死在地球上,和那些寂靜的星球一樣,依靠太陽能和地熱維持一個低層次的文明。

從宇宙大寂靜來看,人類突破成功的可能性是微乎其微。

面前的篩子可能就是人類的最終宿命。

無盡的星空是人類前進的動力,但也可能是人類永遠達不到的目標。
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回復: 資水東流——技術大停滯

發表 由 lung 于 周一 1月 23, 2017 7:46 am

8 反思和總結

在第一版帖子中,針對“反科學”的指責,筆者就說過,帖子的緣起是看到另外一個帖子,心有所感而隨手寫的,本來是期望通過寫貼來磨砺自己的思維。但在辯論和搜集資料的過程中,慢慢有了一些其它想法。其中複活節島的悲劇讓人驚悚,而科技噱頭的橫行更讓筆者感覺到有必要提醒一下大衆:進步沒有想象中那樣容易!把現狀說清楚,擺正好心態和梳理好制度,這是面對下一級技術台階所必需的准備工作。

8.1 複活節島的悲劇

複活節島,也稱“拉帕努伊”,意爲“石像的故鄉”,是地球上有人居住的最偏僻、最遙遠、最孤獨的海島,它距離智利的東面有3000多千米,離它最近的有人居住的小島——皮特克恩島也在2000千米之遠。

根據考古、基因、語言、民俗等研究表明,複活節島的居民是從太平洋來的波利尼西亞人,這個已經得到學界的承認。波利尼西亞人是天生的航海民族,依靠原始航海技術就能跨越大範圍水域。由于某種不可知的因素和幸運(隨機擾動??),小部分人來到複活節島。在這之後,就和外界失去了聯系,成爲一個近乎全封閉的孤立體系。

曆史上的複活節島是一個物産豐富,林木茂密的島嶼。科學家通過孢粉測試證明,複活節島上曾有過高20米、直徑1米的智利酒松。實際上,直到人類定居島上的早期,複活節島一直是被高大樹木和繁茂灌木覆蓋著的溫帶森林。

豐富的資源使得島上的原始居民不勞作便可衣食無憂,因此人口開始膨脹。後來島嶼的居民開始制作巨大的石像,人口的膨脹使得資源得到很大的破壞,特別是制作石像需要砍伐大量樹木,使得樹木開始消失。科學家對爐竈和垃圾堆中的樣本進行放射性碳年代測定顯示,大約在1640年前後,木柴已經被草本植物所取代,即便是酋長家也是如此。


星空下的複活節島石像,人類困境的一個隱喻

考古研究表明,海豚曾經是島嶼居民的主要食物,但是到了1500年左右,島嶼居民的垃圾中已經找不到海豚的骨頭了,原因很簡單,因爲樹木已經砍伐殆盡,已經沒有木材制作大船出海捕捉海豚了。

沒有了巨木制造的舟船,幸存者也無法遠航漁獵,他們開始轉向從未使用過的食物來源:人類本身。在複活節島後期廢棄物堆遺址中,人類骨骸隨處可見,有些骨頭被敲碎以便吸取骨髓。島民的口頭曆史中至今仍充斥著人吃人的故事,而對敵人最具攻擊性的辱罵莫過于:“你媽的肉塞了我的牙縫。”

到了1700年左右,由于戰爭、饑餓的發生,島嶼的居民只有2000人左右。但幸運的是,在曆經近千年的隔絕之後,1722年,荷蘭探險家雅各布·加洛文來到複活節島,讓複活節島和外界再度有了聯系(雖然同來的有疾病和奴役)。但是他隨即發現,這座日後以“複活節”命名的島嶼只是塊荒地,島上找不到一棵樹,灌木和雜草高不過3米。

可能有人說複活節島太小了,注定滅亡。地球看起來很大,但在宇宙尺度上,地球可能還不如複活節島。某位院士評價:“複活節島是太平洋上的一個孤島,我們地球也是漫漫宇宙中孤獨的生靈。所以說複活節島就是地球的一個縮影。”

18世紀的某種隨機擾動,讓地球文明開始進入工業社會,人口迅速膨脹,能源和資源消耗急劇增加。複活節島上的居民最終砍光了木材,無力制造大船出海捕魚,更無力遠航到其它的島嶼和大陸,結果被活活困在一個小小的島上。人類工業文明正在以空前的速度來消耗地球上的資源,如果不能在資源和能源消耗的關鍵節點到來之前(比如說,還能承擔得起可控核聚變系統的研發和部署費用),在獲取新層次負熵流上取得重大突破,極有可能被永遠困死在太陽旁的小石頭上。

如若這樣,對于宇宙來說,人類的一切悲歡離合和雄心壯志都沒有任何意義,都注定要煙消雲散。

8.2 理性不代表悲觀:資源有限還是邊疆盡頭?

在第一版帖子寫出來之後,無數人指控筆者散布“悲觀主義”。甚至有網友把筆者比喻成邪教份子,號召推翻現代的工業文明和秩序。尤其令筆者哭笑不得的是,有人指責筆者爲計生部門的槍手,宣揚資源有限,人類必須控制生育。種種情緒化的發泄,讓人啼笑皆非。

事實上,筆者一再強調,即使按照現在的速度,地球上的資源也足夠支撐100-200年。以石油爲例,陸地上很多地方都沒有勘探,而海洋石油更是前景廣闊。當石油價格漲到一定程度,自然會誘使資本去開發以往認爲不值得開采的石油,進而使得石油價格有一定回落,頁岩油的開發已經證明了這一點。整體上,人類目前只在地球表面活動,而地殼內的資源蘊藏量超乎人類的想象。

筆者寫貼的目的只是想指出:負熵流的獲取成本越來越高,會對人類的社會結構造成重大衝擊。未雨綢缪,人類可能需要改變一些過去300年形成的觀念,不要理所當然的認爲技術會永久進步下去。把文明的前途建立在技術持續爆炸的臆想上是很不負責任的。

在資源問題之外,還必須強調的是,技術革命的停滯還會對人類社會構成一個意想不到的威脅。

也許有很多網友會說,既然還有那麽多資源,現代技術能夠達到的水平也足夠大衆過上不錯的日子了,爲什麽一定要衝出地球呢?

現代人類社會的很多制度和理念,是從西方傳播到全世界的。自由民主和平等,已經成爲普世公理。而這些理念,在西方也並不是一開始就有的,西方古代的奴隸制、宗教壓迫和等級制,並不比其它文明高尚到哪裏去。溯源自古希臘的很多思想,其實是在技術進步的年代,逐漸開拓新邊疆而培育出來的。

弗雷德裏克·傑克遜·特納是美國曆史上一位著名的曆史學家,1893年在芝加哥美國曆史協會年會上他宣讀《邊疆在美國曆史上的重要性》一文,奠定其在美國史學界的地位。簡單點,就是推動曆史的並不是馬克思所說的階級鬥爭,而是地理環境的擴張。必須指出,“邊疆學說”並不單是應用于美國曆史,從1500年以來的全球曆史,某種意義上就是技術開拓新邊疆、拓展負熵流的曆史。

特納在1893年的演講中指出,美國的平等民主制度、個人主義與革新精神,其源泉不是法律理論,不是判例,不是傳統,也不是國家或民族的血統,而是邊疆(也有人翻譯爲前線)的存在。

如下一段引用自《趕往火星 紅色星球定居計劃》一書,作者是先鋒航天公司總裁、前NASA工程師羅伯特·祖步林,譯者陽曦、徐蘊芸(筆者第一次看到是在爲什麽即使在國力並不雄厚的情況下,中國也應該發展航天技術? - 科技 - 知乎,在此加以感謝)。
https://www.zhihu.com/question/20411287?sort=created&page=4

特納繼續闡述自己的核心觀點:“曾經一度,前線打破了傳統束縛,提供新體驗,産生新制度,出現新格局;對美國而言,一直在後撤的前線同樣意味著這一切,甚至更多。”


弗雷德裏克·傑克遜·特納

特納的觀點是一顆智性炸彈,數年間,圍繞這個觀點産生了整整一個學派的曆史學家。他們證明了不僅僅是美國文化,還包括以美國爲代表的整個人類文明的進步,都主要是從探索時代(Age of Exploration)開始的。就在那個時代,歐洲開辟了全球移民的大前線。

特納的論文發表于1893年,就在三年前,1890年,美國前線走向了終結:一直以來界定西部擴張最遠端的移民線與從加州一路東來的移民線迎頭相撞。一個世紀以後的今天,我們面對的正是特納提出的問題:如果前線真的消失了,怎麽辦?美國所堅持的一切,會怎樣?如果失去了成長的空間,一個平等,自由,創新的社會還能幸存下來嗎?

特納的思想深深影響了美國社會。1960年代,肯尼迪總統推動阿波羅登月計劃的時候,就喊出了“新邊疆”的口號。阿波羅登月計劃所取得的很多技術成就,也極大地改變了人類社會。

而在地球的另一端,中國文明爲特納的擔心提供了一個活生生的例子。唐代中葉以後,隨著華夏農耕文明邊疆的固定,沒有了新的拓展空間,華夏文明引來了一個技術停滯年代。春秋時代的封建體系和觀念徹底退出曆史舞台,諸夏變成了一夏,華夏文明開始轉向內省,專制集權日益增加,這反過來抑制了技術的發展。

因此,拓展宇宙空間是人類文明最重要的事情。如果沒有可供成長的前線,沒有技術開拓的新空間,馬爾薩斯主義是不言而喻的真理;而在一個封閉的空間,熱力學平衡狀態是所有人的噩夢,人類社會的多樣性會迅速喪失(事實上,人類社會的熵增已經很高)。這兩者結合起來,不一定等到資源耗盡,專制主義和大範圍權利控制會卷土重來(計劃生育就是一個典型例子),建立在人文主義、科學、自由與進步基礎之上的整個現代文明都必將消亡。


《1984》

8.3 研發需要範式革命

過去百來年形成的研發機制,目前看來無法應對新的技術台階。問題在哪裏?任何一項機制運行久了,都會劣幣驅逐良幣,導致體系內的熵值增加。很多很多的因素在束縛著人類潛力的釋放,研發機制本身需要一場範式革命。

出于安全性,8.3.1和8.3.2就不詳細論述了,未來如果環境很寬松,再把這兩小節補上。技術大停滯第二版中有一些基本觀點,有興趣的網友可以去看看。

最近屠呦呦獲得了諾貝爾獎,很多人在爭論集體和個人作用孰大孰小。以諾貝爾生理學或醫學獎組委會秘書格蘭•漢森(Goran K. Hansson)對此加以反駁的一段話作爲本文的結束語:


2015年12月10日,屠呦呦在瑞典首都斯德哥爾摩的領獎現場

“畢竟,個體才能作出發現,而不是組織。在組織和機構變得愈發重要和有權力的時代,從中辨識出真正具有創造力並改變了世界的個體也變得愈發重要。”

(全文完)
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