信息技術主導新世界:技術並非總是出現在科學發展之後

2020-11-20 08:32:16 1404 views
摘要

科學家實現了對物質、能量傳輸的操控,這種科學基礎也帶動了諸多技術的誕生和發展,成就了如今信息奔騰的世界。

信息技術主導新世界

信息技術主導新世界:技術並非總是出現在科學發展之後信息技術主導新世界:技術並非總是出現在科學發展之後信息技術主導新世界:技術並非總是出現在科學發展之後信息技術主導新世界:技術並非總是出現在科學發展之後

【環球科技】

科學家實現了對物質、能量傳輸的操控,這種科學基礎也帶動了諸多技術的誕生和發展,成就了如今信息奔騰的世界。毫無疑問,在科學家眼中,科學發現帶來的技術突破,會藉由技術企業造福於人類;而在歷史學家看來,科學與技術的關係卻並非線性,其複雜程度遠超人們的認知。

19世紀之前,發明和創新主要依靠從事傳統工藝的工匠,他們並非科學家,不會意識到自己和科學發展有何聯繫,例如羅盤、火藥、印刷術、經緯儀、軋棉機、蒸汽機以及水車等發明,均是如此。然而19世紀末,情況發生了改變:傳統工藝被技術所取代,技術與科學的關係明顯變得更加緊密,科學家們也開始興緻勃勃地將理論轉變為實踐。

然而,技術並非總是出現在科學發展之後,相反,它們常常與同時代的科學平行發展。根據不同的目標、價值觀念、預期和方法,技術人員——即後來的工程師可以分為完全不同的群體。他們的工作和成就,亦不能簡單理解為應用科學。即便是在20世紀早期,科學知識與技術進步的聯繫依舊鬆散得令人吃驚。例如,在科學家還沒有構建完備的飛行理論時,人們已經能夠駕駛飛機飛向天空。那時,科學家宣稱:「比空氣重」的飛行機器是不可能起飛的。然而飛機還是出現了。

一從科學到技術

回顧過去的175年,操控物質和能量成了科學和技術進步的核心體現。科技創新有時可以實現預期設想,有時則不能。在本文討論的重大進展當中,有三個進展實實在在改變了我們的生活,而且帶來了相當多的好處;然而,另外兩個隨之而來的進步所帶來的好處,則不像人們曾經設想的那麼明顯。此外,我們至今才後知後覺地意識到,科學技術首要的作用,即實現物質和能量的傳遞,讓我們能夠有機會傳遞信息和思想。

如果要舉一個例子來說明技術誕生於科學基礎,那麼電的發現和應用就是最好的證明。本傑明·富蘭克林(BenjaminFranklin)曾發現閃電是一種大氣放電現象,並發明了避雷針來保護人類和財產安全,他也因這些成就而享譽全球。

然而,對電現象理解的重大科學突破,是由邁克爾·法拉第(MichaelFaraday)和詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(JamesClerkMaxwell)做出的。他們證實了電是由電子移動產生的,並且電可以用更廣泛的電磁學理論加以描述。法拉第發現電和磁息息相關:移動的電子會產生磁場,而變換的磁場可以使導體中產生電流。之後,法拉第利用麥克斯韋方程組——一種描述電場、磁場和光的數學模型,實現了對這些現象的定量描述。

這些科學理論為發電機的發明,工業和家庭用電的發展,以及電子通信(如電報、電話、廣播、電視等)的出現奠定了堅實的基礎。

電的出現極大地促進了工廠規模的擴張。過去,大多數工廠依靠水力驅動機器,這意味著工廠必須靠近河流。通常,工廠會建設在狹窄的河谷地帶,因而空間會受到限制。然而當工廠轉為電力驅動之後,它們就可以建在任何地方,規模也不再受限。此外,電燈的出現使得工廠可以全天候運轉。因此,電的發明極大豐富了工業生產,進而促進了消費市場的發展。

電的出現也改變了大眾的日常生活,它能驅動地鐵、電車以及火車,方便工人通勤,促進了城市擴張,並讓一些人能夠在郊區生活。家庭電燈的出現,延長了有光照的時間,使得人們能夠有更多的時間閱讀、縫紉或從事其他工作。從1904年聖路易斯世界博覽會令人振奮的燈光表演,到之後相繼出現的電影院和電台,都表明了多種多樣的娛樂活動因為電的普及而遍地開花。此外,民用電力也被用來驅動冰箱、烤箱、熱水器、洗衣機以及電熨斗等電器工作。

在1983年獲獎的著作《給母親更多的工作》書中,露絲·施瓦茨·考恩(RuthSchwartzCowan)寫道:「機器能減輕婦女的工作量,但人們更加期望能藉助省力的機器來維持家居整潔。」不過毋庸置疑的是,電器的確改變了人們的生活。

二技術改變信息傳播

電力對人們生活最顯著、持久的影響之一就是改變了信息和思想的傳播。而電力使得攝像機的出現成為可能,電影院也應運而生。1895年,在托馬斯·愛迪生髮明的活動電影放映機的啟發下,第一部公共電影在巴黎誕生(影片展示的內容是工人換崗離開工廠的畫面)。幾年之後,商業電影產業便在歐洲和美國蓬勃發展起來。

如今,隨著娛樂產業的興起以及好萊塢中心地位的確定,我們已經將看電影當作一種再普通不過的消遣了。然而在20世紀初,許多甚至大部分電影均以紀錄片或新聞短片為主。作為當時電影院的標準題材,新聞短片成了當時人們了解世界和國家時事的主要方式。不過,這類電影也成了傳播虛假消息的途徑。

例如,在19世紀90年代末,一部電影播報了德雷福斯事件(DreyfusAffair)。這實際上是一則假新聞,內容描述的是法國政治醜聞,電影顯示有一名猶太軍官被指控從事反猶太主義的間諜活動。此外,1898年,有關西班牙-美國戰爭中聖胡安山(SanJuanHill)戰役的電影也存在虛假片段。

與此同時,信息還推動了電台和電視的出現。19世紀80年代,海因里希·赫茲(HeinrichHertz)首次證明無線電波是一種電磁輻射,正如麥克斯韋理論預言的一樣。19世紀80年代,印度物理學家賈格迪什·錢德拉·博斯(JagadishChandraBose)設計了一項實驗,成功地利用微波點燃了火藥和搖響了鈴鐺,證明了電磁輻射無需導線即可傳播。這些科學發現,為現代電子通信技術奠定了堅實的基礎。

1899年,古列爾莫·馬爾科尼(GuglielmoMarconi)發送了第一束跨越英吉利海峽的無線電信號。此時,也湧現了一批信奉技術的人。那些對技術充滿信心的人們宣稱,無線電將促成世界和平,因為它能促進全球各地人們的交流。然而事實上,從馬爾科尼首次發出無線電信號,到無線廣播的問世,還有很長的路要走。直到20世紀20年代,才出現第一個廣播節目。此外,無線電並沒有阻止1914-1918年的第一次世界大戰。

20世紀早期,除了軍事和技術狂熱分子,普通民眾對收音機幾乎沒有需求。為了鼓動人們購買收音機,廣播公司必須開始創辦節目,這一方面需要贊助商資金的支持,另一方面也促進了廣告行業、大眾營銷和消費文化的增長。

20世紀20至40年代期間,收音機逐漸成為了美國家庭的必備品。此時,電台和報紙這兩種不同的信息傳播方式形成了激烈的競爭,電台也常常取代報紙成為人們獲得信息的主要來源。無線電並沒有給世界帶來和平,但是它將新聞、音樂、喜劇以及總統演講等內容帶入了人們的生活。

電視機的故事也大致如此:為了將電視引入美國家庭,必須創造出許多內容給觀眾。商業贊助商製作了許多早期節目,例如《德士古明星劇場》和《通用電氣劇場》。廣播電視公司也會播送棒球比賽等賽事節目,並且開始播放原創內容,例如新聞節目。雖然這類節目的質量普遍堪憂,但電視機還是逐漸風靡全國。儘管從科學理論基礎來看,電視機依舊是物質和能量的傳輸,但是到了技術層面,則直接表現成了信息、娛樂和觀點的傳播。

三技術影響世界

當第二次世界大戰爆發,戰爭又一次席捲世界時,以科學為基礎創造的技術,在此次戰爭中扮演了至關重要的角色。相比於原子彈的出現,歷史學家們幾乎一致認為,運籌學研究、密碼破譯、雷達、聲吶以及近炸引信,在反法西斯同盟的勝利中扮演了更加重要的角色。然而,原子彈還是受到了最大的關注。

美國領導人甚至宣布20世紀下半葉將變為原子能的時代,核動力飛機、火車、輪船,甚至核動力汽車,都會相繼出現。1958年,福特汽車公司(FordMotorCompany)還設計了一款核動力汽車概念模型——核子號(Nucleon)。這輛汽車利用微型反應堆加熱蒸汽產生驅動力。

當然,該模型從未變成現實,現在我們可以在密歇根州迪爾伯恩的亨利·福特博物館看到這款汽車的模型。根據德懷特·艾森豪威爾(DwightEisenhower)總統的「和平利用原子能計劃」(AtomsforPeaceplan),美國將發展民用核能,以供本國人民使用,並幫助其他發展中國家。美國家庭將實現免費核能供電,因為核能實在是價格低廉。

然而,這番承諾從未兌現。美國海軍組建了核動力潛艇部隊,並將一艘航空母艦改由核動力驅動,然而其他艦隊並沒有改用核燃料驅動。與此同時,美國政府設計了一台核動力貨船作為演示。但事實證明,任何民用的小型反應堆,都太過昂貴或風險太大。

在美國政府的鼓勵支持下,20世紀50至60年代的電力公司,開始大力發展核電。到1979年,美國約有72座核電反應堆投入使用,大部分分布在美國東部和中西部地區。然而,由於基礎建設成本無法降低,公眾反對建造核電站的聲音日益強烈。

即便沒有發生著名的三哩島(ThreeMileIsland)核電站泄漏事故,人們對於建設新核電站的熱情也日漸降低。三哩島事故發生的5年後,有超過50座核電站的建設計劃被取消,其餘的則被要求進行花費不菲的改造工作。蘇聯切爾諾貝利事件發生後,人們對核能的擔憂進一步加深了。如今在美國,約有20%的電力靠核電產生,這與上世紀50年代核能狂熱分子所預測的比例相去甚遠。

一些人宣稱,20世紀是「原子能的世紀」;而有些人則認為,20世紀是「太空的世紀」。20世紀中葉的美國兒童,是看著星際旅行的科幻節目、讀著外星超人漫畫、聽著太空旅行奇遇的黑膠唱片成長的。他們崇拜第一位進入太空的美國人艾倫·謝潑德(AlanShepard),以及美國首位繞地球飛行的宇航員約翰·格倫(JohnGlenn)。甚至,有些人的父母在泛美世界航空公司(PanAmericanWorldAirways)預定了登月航班。斯坦利·庫布里克(StanleyKubrick)在他1968年的一部電影《2001太空漫遊》中展示了太空飛行。很明顯,當時的人們相信,在2001年,外太空飛行將會成為常態。

自伽利略和牛頓時代以來,人類就掌握了太空旅行所需的基本物理學知識。之後不乏許多有遠見的人,他們都看到了運動學定律蘊含的無限潛力。20世紀,火箭的發明讓大家對這份潛力的期望變為了現實。

儘管羅伯特·戈達德(RobertGoddard)被譽為「現代火箭之父」,但事實上,德裔科學家韋恩·馮·布勞恩(WernhervonBraun)領導的德國團隊,製造了世界上第一枚可用火箭:V-2導彈。與此同時,第一次世界大戰後不久,在美國陸軍火箭研發項目的資助下,美國噴氣推進實驗室(JetPropulsionLaboratory)首次展示了自主設計的大型彈道導彈。美國政府的迴紋針行動(OperationPaperclip),成功地將布勞恩及其團隊帶到美國,從而加速了研發活動。這些工作,最終促成了美國航空航天局馬歇爾太空飛行中心(NASA'sMarshallSpaceFlightCenter)的成立。

在美國民族主義和來自聯邦政府資金的推動下,這項花費巨大的科學技術工程,讓美國人首次登陸月球並成功返回。然而登月成功並沒有讓太空任務成為常態,太空度假更是遙遙無期。儘管人們一直熱情高漲,也有大量私人投資,但太空旅行的設想仍然幾乎無法實現。不過,可以發射載人飛船的火箭同樣也能用於發射衛星,這讓人類收集和傳播信息的能力大大提升。

衛星通信讓我們可以隨時隨地向全球發送信息,而且價格低廉;它也使得人類能從更開闊的角度觀察我們的星球,這極大地提高了天氣預報的能力,亦能幫助我們認識氣候變化,觀察生態系統和人群變化,進行水資源分析,以及通過GPS實現實時定位和軌跡追蹤。諷刺的是,探索太空科學的最大收益,竟然是讓我們可以實時了解地球上發生的事情。例如對地球上的電視節目來說,太空中的衛星成為了信息傳遞的中轉站。

計算機技術的發展軌跡也很相似。計算機最早被用來代替從事計算工作的工人(通常是女性)。然而現在,計算機已經演變成集存儲、獲取和創造數據於一體的工具。伴隨著計算機而來的技術隱形進步,為後世帶來了極其深遠的影響,且遠超過許多計算機設計先驅的想像。IBM總裁托馬斯·J.沃森(ThomasJ.Watson)在1943年曾說過一句非常有名的話:「我想,世界上只需要5台計算機就足夠了。」

機械以及電動機械計算裝置曾在相當長的一段時間內被廣泛應用。然而在第二次世界大戰期間,美國國防部官員期待利用電子產品,即當時的電子管或真空管,讓計算更為迅速。而他們的成果之一便是旋風計算機(Whirlwind),這是由麻省理工學院開發的基於實時管構建的計算機,被用作美國海軍的飛行模擬器。冷戰期間,美國空軍還將旋風計算機引入了防空系統。半自動地面環境系統(TheSemi-AutomaticGroundEnvironmentsystem,簡稱SAGE)是由計算機、雷達、有線及無線通信系統和有人或無人駕駛攔截器組成的洲際網路,這些網路直到20世紀80年代還在運行。SAGE是促使IBM公司放棄在大型計算機中使用穿孔製表機的關鍵推動力。同時,這也顯示了超大規模、自動化、網路化的管理系統是有可能存在的。

早期的大型計算機體積巨大,需要佔據大半個房間。此外,其運行成本高昂且發熱嚴重,因此還需要配備冷卻系統。鑒於此,只有政府或者資金雄厚的企業才能負擔起運營費用。20世紀80年代,私人計算機的出現極大地改變了這個局面。之後,計算機迅速演變成任何個人和企業都能購買的工具,其功能也從單純的計算轉變為信息處理。

網際網路(Internet)的商業化為計算機開拓了新的使用潛能。當美國國防部高級研究計劃局(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency,簡稱DARPA)著手開發安全、容錯的數字通信網路時,已經有SAGE作為模型。然而,SAGE的建立基礎是由機械開關轉接的電話系統,這一點也是軍方要極力避免的——單一集中的轉接中心面對攻擊時會極度脆弱。一個安全有效的通信系統,需要有多個中心或節點互相連接成為網路。

20世紀60年代,在美國政府的資助下,經過大量科學家和工程師的共同努力,高等研究計劃局網路(AdvancedResearchProjectsAgencyNetwork,ARPANET)誕生了。到20世紀80年代,該網路催生了網際網路的誕生。網際網路,以及其提供的萬維網(WorldWideWeb)應用,讓大量的信息唾手可得。

信息改變了我們生活和工作的方式,並催生了全新的產業,例如社交媒體、可下載娛樂內容、虛擬會議、在線購物、交友以及共享乘車等。從某種意義上來說,網際網路的發展歷史與電力發展歷史相反:私營企業實現了發電,而政府推動了電力的廣泛應用;相反,政府一手締造了網際網路,而私營企業使之進入千家萬戶。這也提醒我們,隨意概括技術發展極易出錯。此外,大約27%的美國人還無法享受到高速的網路服務。

四技術需迎合需求

為何電力、電子通信以及計算機如此成功,而核能和太空旅行的表現卻讓人失望?顯然,後者充滿了大量不切實際的幻想。各類科幻小說存在著大量對太空旅行的描述,並伴隨著不科學的超級英雄夢。儘管發射火箭或將衛星送入預定軌道已經相對容易,但將人類送入太空,依舊存在很大的風險且耗資巨大。而在接下來的很長時間內,這種局面不會有太大改變。

NASA的太空梭本應引領相對廉價甚至盈利性的航天飛行新時代。然而,迄今為止,航天飛行依舊價格不菲,也沒有實現能盈利的商業化航天。5月底,SpaceX公司將兩名宇航員成功送入國際空間站,這一事件或許會帶來一些改變,但現在下定論還為時尚早。大多數從事太空領域行業的企業家認為能通過太空旅遊觀光實現盈利,比如利用亞軌道飛行或懸浮空間旅館來提供零重力娛樂體驗。在將來的某一天,這或許會實現,但我們必須清楚地認識到,一直以來,旅遊業都要遵循商業發展和結算規律,而不是相反。

現在看來,核能的使用開銷仍然不低,因為它需要投入巨大的人力、物力以確保安全。讓電力便宜到不需要計量的想法也從未實現,得出該結論的人認為只要很少的鈾燃料就能產生大量電能,然而,這種觀點忽略了獲取鈾燃料就要投入大量資金的實際情況。發電廠的主要成本包括搭建反應器和購買材料以及勞動力。對於發電廠來說,使用核能的成本遠遠高於利用其他能源,這很大程度是因為核電廠為了保障安全,還要引入大量的額外工作。

風險性是一項技術常需面對的控制因素。太空旅行和核能帶來的潛在風險,從軍事用途來說是完全可以接受的,不過這超出了民用可承擔的風險範圍。儘管矽谷的一些人宣稱,風險投資家通常並不十分在意風險,但政府部門通常比大多數企業家更具有「企業家精神」。此外,太空旅行和核能並不是響應了市場需求,它們僅僅是政府用于軍事和政治的工具。說到這裡,有人可能會認為政府不應該對技術的商業化做太多的干預。然而,網際網路的出現並不是為了滿足市場需求。事實上,網際網路正是受美國政府資助,出於軍事目的才誕生的。而當它對普通人開放時,網際網路技術就開始成長和質變,最終改變了我們的生活。

在本文提到的所有成功的技術中,政府均扮演了極為重要的角色。儘管私營企業將電力帶到了大城市,如紐約、芝加哥、聖路易斯,但正是美國政府的農村電氣化管理局(RuralElectrificationAdministration),將電力送到了大多數尋常百姓家,使得他們有機會使用收音機、電子設備、電視和電子通信技術。大量的私人投資創造了這些技術,但是它們的變革是政府無形間促成的,人們常常以意想不到的方式,體驗到這些技術的價值。

這些出乎意料的好處,似乎應驗了一句著名的諺語:「預測是件困難的事情,尤其是預測未來。」這句話曾被尼爾斯·玻爾(NielsBohr)、馬克·吐溫(MarkTwain)和約吉·貝拉(YogiBerra)等人先後使用。歷史學家往往不喜歡預測未來,因為他們在工作中經常發現:概括性總結通常經不起檢驗;幾乎沒有哪兩件事是完全相同的;人們過去的設想總會讓人困惑。

而我們能夠確定的是,當今世界,生產者和消費者之間的信息運動邊界已經變得模糊了。過去,信息幾乎總是單向流動的,例如從報紙、廣播或電視節目流向讀者、聽眾和觀眾。如今,信息流已經逐漸轉變為雙向進行,這也是蒂姆·伯納斯-李(TimBerners-Lee)在1990年創造萬維網時的目標之一。我們作為消費者,現在可以輕易地通過Skype,Zoom或FaceTime與任何人聯繫;可以在社交軟體上發布信息;還可以利用各種軟體發表自己的書籍、音樂或者視頻——這些事情全都可以躺在沙發上輕易完成。

無論怎樣,我們都可以預期,一些事物間的傳統界限將變得越來越模糊,例如工作和家庭,業餘和專業,公共和私人。也許,我們近期還難以登陸火星享受假期,但我們或許將能透過網路攝像頭欣賞火星日出。

作者:內奧米·奧雷斯克斯(Naomi Oreskes系哈佛大學科學史學者,地球與行星科學副教授,著有《為什麼信任科學》等書籍,埃里克·M.康韋(Erik M. Conway系加州理工學院歷史學客座副教授,著有《噴氣推進實驗室和火星探索》;翻譯:張政 王瑜

(本版圖文由《環球科學》雜誌社供稿)

《光明日報》(2020年11月19日14版)

來源:光明日報

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