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      澳门永利娱乐 | 有史以来影响世界的颠覆性技术,这篇万字长文说透了!

      发布日期:2017-06-15 11:29:17



      人类发展经历了漫长时期。最重要的进化,是学会使用工具,有了“技术”。《麻省理工科技评论》创刊近120年,从2001年开始,每年都会公布“10大全球突破性技术”,并预测其大规模商业化的潜力,以及对人类生活和社会的重大影响,多项上榜技术已成为改变世界的重要科技成果。
      《麻省理工科技评论》每次评选所考虑的因素除了科技含量高之外,还要看这些科技突破将来会对社会进步带来的影响,如果技术本身水平很高,但是影响力小,也不在其列。
      其所出版的“科技之巅”主题图书已成为一套聚焦全球科技趋势的系列图书,现《科技之巅2:2017年全球10大突破性技术深度剖析》已出版,其在总序言中万字篇幅回顾人类科技进步史。今天思想潮将该文与大家分享,感谢人民邮电出版社供稿,和“DeepTech深科技”授权。
      本文摘编自微信公众号“DeepTech深科技”(ID:mit-tr),不代表瞭望智库观点。
      人类发展经历了漫长时期。最重要的进化,是学会使用工具,有了“技术”。
      没有工具,人类就是一个脆弱的物种,没有任何人种可以手无寸铁面对自然。技术伴随人类成长,从野蛮走向文明。人类历史就是一部技术史。
      几十万年前,地球上有多种猿人,都是非洲丛林中的普通种群,以啃食野果为生。但是,其中一种猿人,也许是基因突变,也许是偶尔使然,学会了以锋利的石块采割果实,捕猎动物,剥制兽皮。这一“技术”的获得,让它从其他猿人和动物中分离出来,人类学家称它为“智人”(Homo Sapiens)。人类历史由此开始,史称“旧石器时代”。
      石器之外,智人还学会了取火。火对于古人类犹如电对于现代人。火能煮熟食物,以前无法吃的块茎、种子、皮肉可成为熟食。火提供温暖,让人类在冰河时期未遭灭绝。火提供照明,夜幕降临也能活动,并能进入洞穴等黑暗场所。火能击退野兽,还能将茂密的丛林烧成食物满地的原野。食物的改善让大脑和体格进一步发育,加快了人类进化。
      语言是取火之外的又一重大技术。语言从唱鸣喊叫进化而来,最初的语言是少数惊叹词和名词,慢慢发展到表达行动和关系。语言让人类得以交换、传递思想,编造故事、信条,集结同类,人类成为社会性动物,发展出社会组织(氏族、部落)。
      约12000年前,以制陶技术为标志,新石器时代开始。人类利用土料土坯和石块建造房屋,观察天空,判定方向、季节和收割时间。约10000年前,掌握了野生植物的生长规律,开始播种、耕作,人类从食物采集转至食物生产,发展出农业和牧业技术。编织技术出现,剪羊毛,种植亚麻和棉花,纺线,织布。人类开始过着定居的生活,开始了较完备的食物生产和生活方式。
      约6000年前,以青铜器(铜锡合金)的出现为标志,人类进入“青铜器时代”,直至公元初年。较之石器,金属工具有更大的优点。金属制造涉及采矿、冶炼、锻造和铸造等复杂技术,需要熔炉风箱。金银加工、面包酿酒技术随后出现。动物被用来牵引和运输,出现了车、船。依靠新的灌溉技术和农业技术,生产力提高,人口增加,国家开始出现。
      为了分配剩余产品,需要把口头的和定量的信息记录下来,出现了书写和计算。由“结绳记事”进化到文字,出现楔形文字、象形文字、拼音文字。书写替代了身传口授,其后渐渐产生出文学的成分。计算是随同书写一起发展起来的技术,用于计数、交换、记账。
      天文学、占星术、气象学和法术伴随历法出现,历法不仅用于农业,也用于仪式活动和经济活动,如确定签约和履约的日期。天文学、占星术、巫术用于预测庄稼收成、军事行动或皇帝的未来。医术也发展起来,皇家有专职御医,积累解剖学和草药的经验和知识。
      青铜器时代后期,出现埃及、华夏、印度、希腊、罗马等古文明。强盛的罗马帝国横跨地中海、欧洲和近东。
      古罗马人是古代最伟大的工程师。罗马文明就是技术的文明。技术铸就了所向无敌的罗马军团和四通八达的道路网、供水系统。罗马政体民主、法律完备,是保证帝国机器运转的重要社会技术。
      公元前100年罗马人发明了水泥。这项关键技术改变了建筑工程和人居面貌。水泥支撑了罗马帝国的扩张。到处都有技术和工程活动。工程师得到社会的认可,有的人还得到过国家工程领域的最高地位,如罗马的维特鲁威(Vitruvius Pollio)曾担任罗马皇帝奥古斯都的建筑师。
      古罗马建筑师维特鲁威(Vitruvius Pollio)
      约公元前600~前300年,史称古希腊时代。希腊人的心智中萌生了一种奇特的崭新的精神力量,开始了发现世界和认识自然的观察和思索,对象包括天体、地震、雷电、疾病、死亡、人类知识的本性等等。科学,又称为自然哲学,由此滥觞发源。
      希腊海岸曲折,山岳嶙峋,寒风凛冽,生存条件并非优越,却孕育了一个活力充溢的民族,建造起先进的文明。没有哪个古代社会像古希腊一样涌现过那么多的贤哲,在远古建立过那么良好的政体。完善的民主制度释放出自由空气,赋予希腊人思索的闲暇和乐趣。能理性地探讨社会制度,也就能理性地探究自然原理。科学在希腊诞生,绝非偶然。
      希腊米利都的泰勒斯(Thales of Miletus,公元前625~前545)也许是世界第一位科学家。他发现了静电,用三角形原理测量海上船只的距离,提出尼罗河水每年的泛滥是地中海季风引起,大地像船浮在水上,地震是浮托大地的水在作某种运动引起,水是孕育生命的万物之源。
      他的观点也许是幼稚的,方法却是“科学”的:采用理性思考的方式,没有涉及神或超自然的东西。别忘了当时是巫术和迷信盛行的蒙昧时代。泰勒斯及其追随者都是有神论者,他告诫人们“神无处不在”,例如,磁石就有“灵魂”。泰勒斯却让自然界脱离神性,把自然当作研究目标,理性思考,提出解释。
      古希腊科学家泰勒斯
      希腊不断涌现科学家。毕达哥拉斯(Pythagoras,公元前580~前500),证明了勾股定理。恩培多克勒(Empedocles,前495~前435),提出月亮由反射而发光,日蚀由月亮的位置居间所引起。德谟克利特(Democritus,公元前460~前370),提出万物由原子构成。欧几里得(Euclid,公元前330~前275),总结了平面几何五大公理,编著了流传千古的《几何原本》。
      阿基米德(Archimedes,公元前287~前212),提出浮力定律,算出球面积、球体积、抛物线、椭圆面积,研究出螺旋形曲线的性质;发明“阿基米德螺旋提水器”,成了后来的螺旋推进器的先祖;研究螺丝、滑车、杠杆、齿轮等机械原理,提出“杠杆原理”和“力矩”概念,曾说“给我一个支点,我就能撬起整个地球”;设计、制造了举重滑轮、灌地机、扬水机等多种器械;为抗击罗马军队入侵,制造抛石机、发射机等武器,最后死于罗马士兵剑下。
      阿基米德发现浮力定律
      这些科学开拓者要么自己拥有资产,要么以担任私人教师、医师为主,并不存在“科学家”这一职业(“科学家”这一名词到二千多年后的1840年才出现)。苹果掉落在地上,星星为什么悬在空中?古希腊人探索科学完全自发于对自然奥秘的兴趣或精神追求,形成了亚里士多德的纯科学传统。
      亚里士多德(Aristotle,公元前384~前322)与柏拉图(Plato,公元前428~前347)、苏格拉底(Socrates,公元前469~前399)并称为西方哲学奠基人。苏格拉底年轻时喜欢自然哲学,但哲学的偏好使他放弃了自然研究,专注于思考人的体验和美好生活。
      苏格拉底后来被雅典法庭以侮辱雅典神和腐蚀青年思想之罪名判处死刑,本可以逃亡,却认为逃亡会破坏法律的权威,自愿饮毒汁而死。他的衣钵传给柏拉图。柏拉图建立一所私人学校(柏拉图学园,存在800年之久),传授和研究哲学、科学。学园大门上方有条箴言:“不懂几何学者莫入”。亚里士多德、欧几里得是其中的学生。
      柏拉图死后,亚里士多德在爱琴海各地游历,被召为王子的家庭教师,王子就是后来的亚历山大大帝。如同所有的希腊科学家一样,他不接受国家当局的监督,与当权者无任何从属关系。他的讲书院设在雅典郊区的一处园林里。
      他的纯科学研究涉及逻辑学、物理学、宇宙学、心理学、博物学、解剖学、形而上学、伦理学、美学,既是希腊启蒙的巅峰,也是其后二千年学问的源头。他塑造了中世纪的学术思想,影响力延及文艺复兴时期。他观察自由落体运动,提出“物体下落的快慢与重量成正比”。他研究力学问题,认为“凡运动的事物必然都有推动者在推着它运动”,因而“必然存在第一推动者”,即存在超自然的神力。
      地上世界由土、水、气、火,四大元素组成。白色是一种纯净光,其他颜色是因为某种原因而发生变化的不纯净光。他对五百多种不同的植物动物进行了分类,对五十多种动物进行了解剖研究,是生物学分门别类第一人,也是著述多种动物生活史的第一人。
      他的特点是寻根问底:为什么有机体从一个受精卵发育成完整的成体?为什么生物界中目的导向的活动和行为如此之多?他认为仅仅构成躯体的原材料并不具备发展成复杂有机体的能力。必然有某种额外的东西存在,他称之为eidos,这词的意思和现代生物学家的遗传程序颇为相近。亚里士多德坚信世界基本完美无缺而排除了进化的观点。
      亚里士多德与亚历山大大帝
      他专注于科学,却远离技术,认为科学活动不应考虑功利、应用。在追随亚里士多德的历代科学家看来,他代表了科学的本质和纯粹——对自然界和人类在其中地位的一种非功利的、理性的探索,纯粹为真理而思考。
      亚里士多德的科学方法论,被奉为经典影响了二千年。科学清高脱俗,不触及实际问题,更不去解决实际问题。不仅如此,从柏拉图开始就形成了一种轻视体力劳动的风气,排斥科学的任何实际的或经济上的应用,使理论与实践分离。
      罗马与希腊相反,工程技术欣欣向荣,科学却不景气。罗马人不重视——实际是蔑视——科学理论和希腊学问。他们全力以赴解决衣食住行、军事征战的技术问题,无意对日月星辰这些司空见惯的现象寻求解释。
      公元476年,罗马帝国灭亡,被蛮族文化取代,大部分罗马文明受到破坏,欧洲进入黑暗的“中世纪”(约公元476~1453)。罗马先进的知识和技术,包括水泥制造技术,都失传了。在其后的1200年里,欧洲人不得不依赖落后的沙土黏合材料建造房屋,直至1568年法国工程师德洛尔姆(Philibertdel’ Orme,1514~1570)重新发现罗马的水泥配方。
      在此后的一千多年里,中国成为技术输出的中心,向欧亚大陆输送了众多发明,如印刷术、造纸术、火药、罗盘、舵、铸铁、瓷器、链、轮式磨谷机、水力研磨机、鼓风箱、风选机、拉式纺纱机、手摇纺丝机、独轮车、航海运输、胸带挽具、轭、石弓、风筝、螺旋桨、深钻孔法、悬架、拱桥、铁索桥、运河船闸、航海制图法,等等。
      英国哲学家法兰西斯•培根(FrancisBacon,1561~1626)写道:“我们应该注意到这些发明的力量、功效和结果。印刷术、火药、指南针这三大发明在文学、战争、航海方面改变了整个世界的许多事物的面貌和状态,并由此引起了无数变化,以致似乎没有任何帝国、任何派别、任何星球,能比这些技术发明对人类事务产生更大的动力和影响。”
      中国古代四大发明
      所谓物极必反,中世纪的“黑暗”促成了欧洲的一系列技术创新,包括农业技术、军事技术及风力水力技术,发展出一种生机勃勃的具有侵略性的高度文明。
      欧洲水源丰沛,农田不需要灌溉,但土壤板实,必须深耕。欧洲农业革命的两大技术创新,一是采用重犁深耕。重犁配有铁铧,安装在轮子上,由8头犍牛牵引,从深处翻起土壤;二是用马代替牛作为挽畜,马拉得更快,更有耐力。欧洲传统用牛,其颈上挽具只适合牛的短颈,不适合马。
      中国人的胸带挽具传入欧洲,这种像项圈一样的挽具将着力点移到马的肩部,不会压迫气管,使马的牵引力增加四五倍。欧洲从此改用马作畜力,重犁获得普遍推广,由二田轮作改进为三田轮作,提高了生产力。马替代牛,提高了效率,扩大了人的活动范围,使社会更加丰富多彩。
      技术促成中世纪欧洲崛起的不止是农业。马镫改变了欧洲的军事技术。骑士是欧洲封建制度的代表形象,全身披挂甲胄,威风凛凛跨骑在用盔甲防护的战马上。但欧洲没有马镫。骑士双脚悬空骑在高头大马上,无法坐稳,一旦临敌,往往得滚身下马,步行迎战。
      马镫由中国传入,它没有运动部件,简单,却可以让骑手稳坐马背,作战不会摔下来。一位骑手配备了马镫,就构成一个稳固整体,可快速驰骋,产生强大冲力,形成所谓的“骑兵冲刺”。欧洲的骑兵简直就是中世纪的坦克。骑兵冲刺这种新型战争技术使骑士成为职业军人,由贵族领主供养,由此产生了封建关系。这种区域性封建关系自由分散,不需要专制社会那样的中央政府管理。
      中世纪骑士
      发生这些变化的同时,欧洲的工程师们发明了新机械,找到了新能源,最突出的是改进和完善了水车、风车和其他机械,利用风力驱动风车,利用潮汐驱动水轮。欧洲各地都有丰满的小河,到处都能看到水车运转,水车推动着各种各样的机器,如锯木机、磨面机和锻打机等。机械的使用节省了劳力,奴隶制度随之消失。
      中国人9世纪发明火药,13世纪传到欧洲,14世纪初欧洲人造出火炮。到1500年,欧洲制造枪炮成为十分普遍的技术。16世纪滑膛枪出现。在火炮、滑膛枪面前,弓箭、大刀、骑兵、长枪退出战场。“火药革命”削弱了骑士和封建领主的军事作用,取而代之的是用火药装备的陆军海军。葡萄牙人发明了风力驱动的多桅帆船,取代老式的有桨划船,装上火炮,成为炮舰。最终产生了全球性影响,为重商主义和殖民主义开辟了道路。
      技术的发展在欧洲产生如此巨大的影响,科学在其中并没起什么作用。重大的发明如火药和罗盘在中国发明。当时在自然哲学中无任何知识可用于研制兵器。航海属于技艺,不属于科学。炮兵、铸造匠、铁匠、造船工程师和航海家在进行发明创造的时候,靠的是代代相传的经验、技艺。
      以造船为例,船帆和索具不好用,就改进;炮舷窗不灵活,就尝试安装灵活机动的炮车。技术是逐步改进完善的,经验是实践积累的。技术和工业仍同古罗马时代一样,与科学没有联系,既没向科学贡献什么,也没从科学得到什么。
      欧洲人认识到自然界有取之不尽的资源,应开发利用,于是独创了一种研究学问的机构——大学(universitas)。但早期的大学没有把科学和技术作为追求目标。主要培养牧师、医生、律师。自然科学设在文学院,主要课程是逻辑学。亚里士多德的逻辑和分析方法是研究任何问题的工具,学者们按照神学观点来解释世界,地球是宇宙的中心,太阳照亮了星星,直到哥白尼、伽利略出现。
      中世纪的大学
      1543年,波兰科学家哥白尼(Nikolaj Kopernik,1473~1543)出版了他的《天体运行论》,推翻地心说,提出日心说,开始了科学革命(至牛顿时期完成),让人类由中世纪的观点走出,从一个封闭的世界走向一个无限的宇宙。1616年宗教裁判所判定哥白尼学术为异端邪说。
      意大利科学家伽利略(Galileo Galilei,1564~1642)研究了斜面、惯性和抛物线运动。在已有望远镜的基础上,制成了放大30倍的望远镜,指向天空,搜寻天上世界,发现了月球的山脉,木星的卫星,太阳的黑子,银河由星星组成,验证了哥白尼学说。
      1632年出版《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》,1633年被宗教裁判所判定为“最可疑的异教徒”,终身监禁并被迫在大庭广众下认罪。七十岁的伽利略已是半盲,作为囚徒,又写出了一本科学杰作《关于两种科学的对话》,阐述了两项重要发现:受力悬臂的数学分析及自由落体运动,后者推翻了亚里士多德的“越重的物体下落得越快”的二千年定论,现代科学开始。
      伽利略逝世同年,牛顿(Isaac Newton,1642~1727)出生。1665年,牛顿因为躲避黑死病,离开剑桥回家乡隐居18个月,这18个月是科学史上的幸运期,牛顿酝酿了一生主要的科学成果:微积分,色彩理论,运动定律,万有引力,几个数学杂项定理。
      但牛顿不喜欢撰写和公布自己的学问,直到因为与皇家学会发生龃龉,在埃德蒙·哈雷(EdmondHalley,1656~1742)的劝说下,才于1687年出版《自然哲学的数学原理》,阐述了万有引力和三大运动定律,展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律,奠定了此后三个世纪里物理学和天文学的基础。借助牛顿定律准确算出彗星回归的哈雷用诗句赞道:“在理性光芒的照耀下,愚昧无知的乌云,终将被科学驱散。”
      牛顿
      科学当时仍属哲学范畴。《自然哲学的数学原理》充满了哲学意蕴,读过此书的人脑海中都会浮现出一个宇宙形象:一部神奇而完美有序机器,行星转动如同钟表的指针一样,由一些永恒而完美的定律支配,机器后面隐约可见上帝的身影。美国开国元勋制订宪法时不忘牛顿体系,称:“牛顿发现的定律,使宇宙变得有序,我们会制订一部法律,使社会变得有序。”
      牛顿证明了科学原理的真实性,证明了世界是按人类能够发现的机理运行的。把科学应用于社会的舆论开始出现,人们期待科学造福人类。甚至牛顿在论述流体力学时也轻描淡写了一句“我想这个命题或许在造船时有用”。视科学为有用知识的弗朗西斯•培根对此作了理论提升,提出“知识就是力量”。
      但是,也仅此而已。牛顿力学三百年后才被用于航天发射和登月飞行,当时只能作为知识储存在书本里。16和17世纪的欧洲,在科学革命的同时并未发生技术革命或工业革命。印刷机、大炮、炮舰一类的发明未借助科学。除了绘图学,没有任何一项科学的成果在近代早期的经济、医学、军事领域产生过较大的影响。
      即使是伽利略的抛物线研究,显然在大炮和弹道学方面会有潜在价值,可事实上,在伽利略之前,欧洲的大炮已有三百年的历史,在没有任何科学或理论的情况下,凭着实践经验,大炮技术已发展得相当完备了,炮兵学校有全套教程,包括射程表等技术指南。毋宁说是炮兵技术影响了伽利略的抛物线研究,而不是伽利略的科学影响了当时的炮兵技术。
      伽利略与望远镜
      当时航海技术中最大的“经度难题”,也不是靠科学解决。由于无法测量船只所在的经度,欧洲人的海上活动受到限制,只能傍海岸航行。包括伽利略在内的很多天文学家尝试过解决办法,未能成功。1714年,英国国会以2万英镑悬赏“确定轮船经度的方法”,要求仪器在海上航行每日误差不超过2.8秒。1716年法国政府也推出类似巨额奖金。
      最后的解决者,不是科学家,而是匠人。英国钟表匠哈里森(John Harrison,1693~1776)先后做出4个海上计时仪,其3号钟使用双金属条感应温度,弥补温度变化(今天依然在用),装上平衡齿轮(滚动轴承和螺旋仪的前身)防止晃动,抵消船上的颠簸和晃荡,比任何陆地上的钟表都精确,每日误差不到2秒,45天的航行结束,准确地预测了船只的位置,符合领奖条件,但英国国会拒绝履约。
      哈里森继续改进,4号钟用发条替代钟锤,进行了两次从英格兰到西印度群岛的航海实验,3个多月误差不超过5秒,相当于将航天探测器降落在海王星上,降落点误差只有几英尺。国会还想耍赖,但航海界认定4号钟比皇家天文台的航海图优越得多。哈里森83岁生日那天得到了奖金。
      17世纪是实验科学兴起和传播的时期。吉尔伯特(Gilber,1544~1603)用磁体作实验,伽利略让不同球体在斜面滚下,托里拆利(Evangelista Torricelli,1608~1647)用装有水银的管子发现了空气压力原理,哈维(William Harvey,1578~1657)解剖尸体和活体以了解心脏的作用,胡克(Robert Hooke,1635~1703)测试弹簧获得胡克定律,牛顿让光束通过透镜和棱镜研究光的组成。
      17世纪的人体器官草图
      实验成为检验理论或猜想的一种方便且必须的工具。科学家依靠仪器,同一时代的科学更多地靠技术帮助,却很少给技术以帮助。以望远镜为例。天文学家一直在使用技术上不断改进的望远镜,得出许多惊人的发现。第一架望远镜是荷兰眼镜匠利伯希(Hans Lippershey,1570~1619)发明的。高倍望远镜光束穿过透镜后会产生色散、球面像差和畸变。解决方案还是来自技术领域,依靠玻璃制造工艺解决的。用几种折射率不同的玻璃互相补偿制成复合透镜,这已经是1730年以后的事情。
      18世纪初,牛顿、伽利略等科学巨人引领的科学革命归于沉寂,欧洲仍然是一片农业社会景象。90%的人住在乡村,从事农业。即使城市居民,能够见到的制成品,要么是农田的产物,要么是能工巧匠的制品。能源不过是动物或人类的肌肉力量,加上木材、风力、水力而已。
      18世纪六十年代,瓦特(James Watt,1736~1819)在纽科门(Thomas Newcomen,1663~1729)发明的基础上改良蒸汽机。煤在蒸汽机中燃烧,提供动力,引发第一次工业革命(18世纪60年代~19世纪初),人类进入“蒸汽时代”。蒸汽机加快了新能源(煤)的开采和使用(此前动力和热力来源,包括炼铁,主要靠燃烧木材)。
      尽管中国的铁匠11世纪就发明了用煤做燃料的熔炼方法,英国直到1709年亚伯拉罕•达比(AbrahamDarby,1676~1717)才发明了焦炭,不再依靠森林提供燃料。炼铁局面改观,世界进入铁器和机器时代。
      英国发明家理查德·特里维西克(Richard Trevithick,1771~1833)将高压蒸汽机用于铁路,1814年第一台蒸汽机车出现,1830年迎来铁路时代。1886年,德国工程师卡尔•本茨(Karl Friedrich Benz,1844~1929)制造出世界上第一辆汽车。这一系列技术革命引起了从手工劳动向动力机器和工厂化生产的飞跃。
      工业革命
      18世纪之前,人不知工厂为何物。商品都是手工、家庭、作坊制造。工业革命后出现工厂,发展出高度集中的规模生产。标准化部件的制造制度(源于英国,在美国得到广泛应用)被亨利•福特(Henry Ford,1863~1947)在汽车工业中发展成生产流水线,大大提高了生产力。
      构成18世纪工业革命基础的所有技术,仍然是工程师、技师、工匠做出来的,几乎没有或根本没有科学理论的贡献。科学家仍沿袭亚里士多德传统,追求智识和精神上的满足,不考虑理论的应用。技术行家们也未吸取科学的营养,如同古罗马的工程师,追求实用,实践出真知,知其然不一定要知其所以然。科学与技术各行其道,直到19世纪后期。
      在技术独步天下的时代,英国率先颁行专利法,保护技术垄断。18世纪80年代,法国化学家贝托莱(C.L.Berthollet,1748~1822)发现漂白织物的氯化方法。
      因蒸汽机而富裕的瓦特,其岳父是个漂白剂制造商,瓦特想由他们三人共同申请专利,获取厚利。贝托莱拒绝道:“一个人爱科学,就不需要财富。”他以纯科学态度进行研究和发表了结果。
      这件事显示了技术与科学的一个区别:科学是发表、共享,寻求知识和真理;技术是垄断、功利,寻求实用和价值。仍以瓦特为例,他并非蒸汽机的发明人,只是改良人,但他首先申请了专利,遂想方设法延长专利保护期。
      英国当时的大政治家爱德蒙•布克(EdmundBurke,1729~1797)在国会上雄辩经济自由,反对制造不必要的垄断,但瓦特的合作伙伴强大,简单的原则无法打败他。专利获批后,他的主要精力就不再是蒸汽机技术的改进,而是借助法律打压其他发明者和改良者。蒸汽机在英国的真正普及和重大改进是在瓦特专利期满之后。
      英国政治家爱德蒙•布克(EdmundBurke)
      科学史和技术史都证明了同样或类似的发现发明可以在不同区域、由不同的人在不同时间作出。牛顿和莱布尼茨分别发明微积分,达尔文和华莱士分别发现进化论,就是有力的证明。自然规律、原理就在那里,它们迟早会在某处或某时被某人发现或利用。蒸汽机如果不是瓦特改进,也会有别人改进。但专利法的逻辑却是:发明或点子只能是最先申请专利的人想到,别人想到就是剽窃;最初的发明不许别人改进,否则就是侵权。这与科学背道而驰。
      科学与技术的这一分野,导致了人们对科学和技术的不同观感。一个重大的科学发现,几乎全人类为之庆贺;一项重大技术的出现,人们首先想到的是又一项垄断和盈利模式。美国科学家特莱菲尔(James Trefil,1938~)所谓的特莱菲尔定律(Trefil Law)说:“每当有人发现自然的原理,其他人很快就会跟从研究,并找出如何从中牟利。”我们看到十几岁的孩子因为下载歌曲而被追诉“音乐盗版”,看到非洲艾滋病人因为无力支付专利持有者的高价药物而死亡,也看到泰国政府宁愿侵犯知识产权也支持仿制药物,以挽救人的性命。专利制度从产生之日起就备受争议。但这是另一话题,不表。
      历史进入19世纪。1821年,英国科学家法拉第(Michael Faraday,1791~1867)发现电磁感应,奠定电磁学基础。1870年,麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831~1879)总结出电磁理论方程(麦克斯韦方程),统一了电、磁、光学原理。化学、热力学等领域也取得重大进展,形成了物理和化学的基础定律。
      电力开启第二次工业革命(1870~1914),一系列重大发明,如发电机、电动机、电力系统、电灯、电车、电话、电报,电影放映机以及以煤气和燃油为能源的内燃机、柴油机、内燃汽车、远洋轮船、飞机等,令能源、制造、交通、通讯、材料、供水等发生革命性变革,生产力空前发展,人类社会开始步入电气化时代。
      与历史不同的是,此次工业革命是以物理学和化学为基础,科学不再是纯理论,而是用于发明、设计更为精良的机械、装备、技术和工艺;技术不再是单纯的实践摸索和经验积累,而是以科学理论为指引的开发、创新。科学与技术都发生历史性转折,两大力量从分离变为协同(Synergy)。
      技术取得革命性演进,活力大增,所以第二次工业革命也被称为“技术革命”(Technological Revolution),这个开辟新纪元的年代被称为“协同时代“(The Age of Synergy)。科学、技术协同,相辅相成,相互促进,成为文明的引导力量,带动人类社会前进。
      20世纪最伟大的科学家的合影(其中有薛定谔、波尔、普朗克、居里夫人和爱因斯坦等)
      20世纪,科学群星灿烂。普朗克(Max Planck,1858~1947)的方程式,爱因斯坦的相对论,薛定谔(Erwin Schrödinger, 1887~1961)和狄拉克(Paul Dirac, 1902~1984)的量子力学,魏格纳(Alfred LotharWegener, 1880~1930)的大陆漂移学说,摩尔根(Thomas Hunt Morgan, 1866~1945)的遗传变异理论,哈勃(Edwin P. Hubble,1889~1953)的宇宙膨胀说,海森堡(Werner Karl Heisenberg, 1901~1976)的不确定性原理,克里克(Francis Harry Compton Crick, 1916~2005)和沃森(James Dewey Watson,1928~)的DNA结构,冯诺依曼(Johnvon Neumann, 1903~1957)和图灵(Alan Mathison Turing, 1912~1954)的计算机理论,计算机无限地扩大了人的智力,航天技术将人类送上太空和月球,哈勃望远镜在600公里的太空观察到130亿光年外的原始星系。人类对世界有了全新的认识,也有了前所未有的强大手段。
      这种强大手段,首先展现在战场。20世纪两次世界大战,伤亡人数超过1.2亿。参战双方都从实验室源源不断推出新式武器:战机、坦克、潜艇、毒气、原子弹。16世纪,达芬奇(Leonardo DaVinci,1452~1519)就构思过“可以水下航行的船”,却被视为“邪恶”“非绅士风度”而被摒弃。
      但第一次世界大战,1914年9月22日,德国潜艇一个小时内就击沉3艘英国巡洋舰。一战期间,各国潜艇共击沉192艘战舰,5000余艘商船。第二次世界大战更被称为物理学家的战争,图灵的密码机破解了德国“英格玛”密码系统,帮助盟军制服了德国潜艇,雷达帮助英国皇家空军赢得了不列颠之战,原子弹结束了二次世界大战。
      原子弹结束战争
      历史上,帝国的兴起都不会依靠巫术般的科技,也很少有战略家想到要制造或扩大科技的差距。19世纪前,军事的优势主要在于人力、后勤和组织。但20世纪以后,特别是原子弹的威力,唤起了各国政府对科学技术的重视,揭开了科技发展的新一页。强大的武器需要精确的制导技术,推动了计算机、电子技术的发展,人类步入数字时代。集成电路、微处理器和互联网普及到每个家庭和个人,科技进入一个更广阔的空间——商业应用。
      政治和商业的卷入,重新塑造了科学和技术本身。亚里士多德开创的纯粹科学越来越稀有,科学和技术越来越受政治和资本的支配,没有明确应用前景或商业价值的科学或技术难以获得资本的支持。科学家不再是希腊先贤那样的自由个体,而是研究机构的雇员,按主管者规划的“专业”方向探索。许多科学研究和技术发展,都是军事所发起。
      20世纪奠定基础的数字技术,在21世纪大放异彩。无处不在的网络将地球变成一个天涯咫尺的村落,机器人不仅进入生产流水线,更进入“专业工作”领域。人工智能获得自我学习能力,展示了无可限量的前景。
      20世纪前,人们或许还能把技术和科学区分开来。在数字时代,技术和科学相互依存和促成,没有科学就产生不出新技术;而产生不出新技术,科学研究也就失去了意义。科学和技术实际以“流水线”模式衔接推进——基础研究发现原理、规律,打开视野和思路;应用研究探索其技术或商业的可行性;技术开发(R&D)把成果制成有用的产品。
      21世纪,人类生活的各个方面,没有科学和技术尚未进入的领域。任何商品,都是科学和技术结合的产物。以手机为例,方寸之间,集人类数千年科学和技术成果之大成,数百位科学家、发明家薪火相传,才带来今天这种执世界于掌心的智能设备。每次打开手机,都使用物理、化学、光学、电磁学、计算机、互联网、无线电、通讯、量子力学、相对论的原理。科学与技术水乳交融,巧夺天成。
      回顾历史,技术胼手胝足、劳苦功高地扶持人类十多万年。三千年前,科学涓涓细流,滥觞发源。在技术与科学分离的时期,从石器时代到电气时代,人类走了十万年;从泰勒斯的静电到法拉第的电磁感应,科学走了二千五百年。
      自从技术与科学结合,从电气时代到今日数字时代高峰,还不到二百年。近半个世纪来,奠定数字时代基础的集成电路元器件数量每12个月就翻一番,性能提升一倍。21世纪,仅仅几年时间,移动网络、大数据就统治了世界,人工智能已开始侵蚀人类的地位。科技进程日益加速,对人类的影响日甚一日。
      “科技之颠”书系之宗旨,就是逐年记录这一伟大进程,通过年度重大技术突破,镂刻科技创新的火光与脚印,激发读者的灵感与雄心。
      书系第一册已于2016年出版,收录2012~2016年度重大技术突破50项。本书是第二册,收录2017年度重大技术突破10项。
      美国开国元勋约翰•亚当斯(John Adams,1735~1826)说:“我们这一代人必须研究政治和军事来壮大国家,儿辈则要学习数学和工程来创造财富。这样,孙辈们才可以学习绘画、音乐和诗歌。”
      纵观古今,未来,在于科技。
      学术合作联系人:聂智洋(微信号:i87062760),添加时请注明:姓名+职称+单位

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