全球科技通史

我们正身处技术爆炸的时代。 2017年全世界专利申请的数量超过 800万件。 1虽然这里面有不少水分，但是总数依然相当惊人。如果再看专利的增长速度，则更为惊人。以世界上*难获取的美国专利为例， 2003—2015年的 13年间，美国专利商标局批准了 300万项专利，这个数量超过了美国专利商标局自 1802年成立到 2002年底近 200年间所批准专利的总和。2如果专利的数量过于抽象不好理解，我们不妨看几个实例： 

l 1838年 4月世界上*条跨洋航行的商业航线开通后，蒸汽动力的天狼星号机帆船花了 19天时间完成了从英国到美国的商业航行。今天，民航飞机完成同样的旅行仅需要不到 6个小时，将横跨大西洋的时间缩短了 98 %，而空中客车公司的超音速概念飞机可以将这个时间再缩短 80 %。 

l 1961年，苏联在新地岛试爆了一颗 5000万吨 TNT当量的氢弹，它在一瞬间释放的能量（ 5 ×1013千卡）相当于罗马帝国全部 5700万人口在公元元年一个月所产生的全部能量。 

l 1858年，美国企业家菲尔德用 4艘巨轮将上万吨电报铜缆铺设到大西洋底，实现了人类*次洲际通信，当时的传输速率每秒不到 1个比特，而且传输极不稳定。 2017年，由微软、脸书合作铺设，西班牙电话公司旗下电信基建企业 Telxius管理的跨大西洋高速海底光缆，每秒可以稳定地传输 160 Tbit（太比特），比一个半世纪之前快了万亿倍。 

l 1946年，世界上*台电子计算机“埃尼亚克”（ENIAC，全称为 electronic numerical integrator and computer，电子数学积分计算机）的运算速度为每秒 5000次，今天（截至 2018年 6月），世界上*快的超级计算机“顶点”（Summit）的运算速度高达每秒 20亿亿次，比埃尼亚克大约提高了 40万亿倍。事实上，今天的苹果手机计算能力已经超过了阿波罗登月时主控计算机的能力。

除了专利申请量惊人，今天科技的另一个特点是让我们感觉眼花缭乱。虚拟现实、人工智能、无人驾驶汽车、基因编辑、大数据医疗、区块链和虚拟货币等，我们在媒体上每天都能看到这些概念，但是它们意味着什么？为什么会一夜之间冒出来？对我们的生活将产生什么影响？今后还会出现什么新的技术名词？

科技进步日新月异，不仅给我们带来了好的生活，也让当下的人们产生了很多焦虑和恐惧。通常，人们的焦虑和恐惧源于对周围的世界缺乏了解，对未来缺乏把控。要想缓解和消除这种焦虑和恐惧，需要搞清楚下面三件事情。

首先，科技在大宇宙时空中的地位和作用，即它在经济和社会生活中的角色，以及它在历史上对文明进程的推动作用。前者是从空间维度上看，后者是从时间维度上看。

从空间维度上看，科技在文明过程中的作用是独一无二的，是一种进步的力量，这是毋庸置疑的。工业革命堪称人类历*伟大的事件。在工业革命之前，无论是东方还是西方，人均 GDP都没有本质的变化。但工业革命发生后，人均 GDP就突飞猛进，在欧洲，200年间增加了 50倍；而在中国，短短 40年就增加了 10多倍。因此，古今中外任何王侯将相的功绩和工业革命相比都不值一提。而工业革命的发生，就是科学推动技术，再转化为生产力的结果。这是科技在经济和社会生活中的重要体现。

从时间维度上看，科技几乎是世界上*能够获得叠加性进步的力量，因此，它的发展是不断加速的。世界文明的成就体现在很多方面，从政治、法律到文学、艺术、音乐等，都有体现。虽然总体上讲，文明是不断进步的，但是在很多方面，过去的成就并不能给未来带来叠加性的进步。比如在艺术方面，历史上有很多高峰，后面的未必能超越前面的。今天没有人敢说自己作曲超越贝多芬或者莫扎特，写诗超越李白或者莎士比亚，绘画超越米开朗基罗（ Michelangelo di Lodovico Buonarroti Simoni，1475—1564），甚至世界上很多采用民主政治的国家，在政体上依然没有超越古希腊。但是，今天任何一个三甲医院的主治医生都敢说他的医术超过了 50年前世界上*好的名医。因为医学的进步是积累的，现在的医生不仅学到了 50年前名医的医术精髓，而且掌握了过去名医未知的治疗手段。今天，一个大学生学会微积分中的牛顿 –莱布尼茨公式只需要两个小时，但是当初牛顿与莱布尼茨（ Gottfried Wilhelm Leibniz，1646—1716）花了 10多年时间才确立了该定理。由于科技具有叠加式进步的特点，我们对它的未来更加有把握。

其次，世界达到今天这样的文明程度并非巧合，而是有着很多的历史必然性。19世纪出现大量和机械、电力相关的技术， 20世纪出现大量和信息相关的技术，接下来会出现很多和生物相关的技术，这些都是有内在逻辑性的。当我们全面了解了科技在人类文明发展的进程中是怎样一环扣一环地发展的，我们就能够把握科技发展的内在逻辑，做到自觉地、有效地发展科技。

*后，我们需要找到一条或者几条主线，从空间维度了解科技的众多领域及众多分支之间的相互关系，从而了解科技的全貌，同时从时间维度理解科技发展的过程和规律。虽然不同的历史学家、科技史学家和技术专家会给出不同的主线，但*本质也*便于使用的两条主线是能量和信息。这两条主线也是组织本书内容的线索。

采用能量和信息作为科技发展史的主线有两个主要原因：其一，我们的世界本身就是由能量和信息构成的；其二，它们可以量化科技发展水平，解释清楚各种科技之间的关系。

宇宙的本源是能量，这已经是现代物理学的常识。我们过去说世界是物质的，这种说法没有错，因为从本质上讲物质是由能量构成的。我们在中学物理中学过，宇宙万物是由上百种不同的原子（和它们的同位素）构成的，那么原子又是由什么构成的呢？它是由更小、更基本的粒子构成的。那些*基本、无法进一步分割的粒子（物理学标准模型中的 61个基本粒子），比如光子、电子，以及构成原子核中质子和中子的夸克，*终都是纯能量，它们里面不再有其他物质，因此才有了爱因斯坦（Albert Einstein，1879—1955）著名的 E = mc2质能关系式。世界的物质性，比如形状、体积和质量，不过是能量的各种性质而已，特别是在希格斯的理论被证实之后，大家对此更是确信无疑。因此，我们说世界的本源就是能量。

那么，看不见摸不着的能量，又是如何构成世界的呢？这就要靠物理学、化学、生物学、信息科学的能量法则了，它们都是信息。科学的本质就是通过一套有效的方法发现这样一些特殊的信息，它们就是宇宙、自然和生命构成及演变的奥秘。

自从出现了现代智人，地球的面貌就因为人类的活动而改变。人类的实践从本质上讲就是获取能量并利用能量改变周围的环境，而技术则是科学与实践之间的桥梁和工具。在科学和技术中，能量和信息如此重要，以至它们在人类历次重大的文明进步中都扮演了主角。同时，它们也是定量衡量科技发展水平的尺度。 

10000年前开始的农业革命，其本质是通过农耕有效地获得能量，为我们的祖先创造文明提供可能性。当时，伴随着文字和数字的诞生，人类可以将以前的知识和信息传承下来，人类的发展进程得到*次加速。 

18世纪中后期开始的工业革命，其核心是新动力的使用，主要包括水能和蒸汽动力。从那一刻起，人类产生和利用能量的水平有了巨大的飞跃。在工业革命之前的一个世纪里，欧洲迎来了一次科学大发现，其成果在工业革命中被转换成技术，使得许多改变世界的重大发明在短期内涌现出来。这说明在工业革命前，人类创造信息的能力有一次飞跃。

进入 20世纪之后，科技的发展也是如此。一方面是能源的进步，从原子能到各种清洁能源；另一方面是信息技术的发展，它是整个 20世纪科技发展的主旋律。此外，人类在 20世纪发现了 DNA（脱氧核糖核酸）的螺旋结构以及宇宙诞生的时间和方式。这两项重大发现，本质上是人类对宇宙形成信息和生命形成信息的破解。我们在本书中会清晰地看到，整个科技史，从过去到未来，都与能量和信息直接或者间接相关。

把上面三件事情讲清楚，让读者全面了解科技发展史，消除焦虑，是我写这本书的*个动机。

我对写科技史感兴趣的第二个原因，是它本身如此重要，但又恰恰被大部分人忽视了。今天大部分人谈到历史的时候，主要关注的是国家的兴衰、王朝的更替。大家了解的历史人物，大多是王侯将相，了解的历史事件，大多是英雄故事。其实，把这些人物和故事放在一个较长的历史跨度下考察，其重要性比科技进步要小得多。因此，在完成四卷本《文明之光》的写作之后，我酝酿了很长时间，决定写一本科技通史。

当然，我研究科技史还有一个很现实，甚至有些功利的原因，就是在今天这个发明数量过多的时代，我想知道什么技术真正对未来世界的发展有帮助，以便我能及早地投资那些技术。了解科技的发展历史，就能知道我们今天所处的位置，然后看清我们将要去的方向。

生活在今天的人是非常幸运的，因为在这个时代，人类首次知道了宇宙时间的起点、地球生命的起点，以及人类文明的起点。当然，历史的很多进程还需要我们不断了解，接下来就让我们围绕能源和信息这两根主线，看看人类是如何开启文明，发展科学技术，并利用它们改变世界的。

大部分人谈到历史的时候，关注的是国家的兴衰、王朝的更替，往往忽视了科技的力量。“文津图书奖”得主吴军博士，首次从科技视角串联历史，以能量和信息两条主线，系统阐述了自智人以来人类文明的演进。

全书从远古科技、古代科技、近代科技和现代科技四个部分，详细描述了几万年来农业、工业、天文、地理、生物、数学等各个领域关键性的人物、事件及意义，绘制了一幅科技驱动历史的恢宏画卷。

本书既从不同角度对人们熟知的常识进行解读和剖析，又挖掘出许多新的观点，让读者见微知著，感受科技叠加式进步的魅力。

通过阅读本书，你将俯瞰一整部人类科技文明史，真正洞察世界变化的趋势，进而消除由于对周围世界缺乏了解、对未来缺乏把控而产生的焦虑。

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 一是看懂整个科技变革的逻辑，判断清楚我们今天所处的位置，把握住未来科技演化的方向。
 二是掌握解决问题的能力，通过科学发明以及技术发明之间的逻辑关系，我们知道我们自己怎么能够有创造性地去做一些当下的事情。
 三是分清楚必然性和偶然性之间的关系。很多人失败，他都把自己失败的原因归成偶然性；而很多人成功，他反而变得比较谦虚，他只是觉得自己运气好。其实我们发现，科技进步从大概笛卡尔这个时代也就是近代开始突然加速，这里面有必然性的原因。那么就有一套科学方法，大家遵从这套科学方法，就获得一个可重复性的、可叠加性的进步。