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技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(6.1-6.2)| 资水东流

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(6.1-6.2)| 资水东流

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导读

烟花爆炸的瞬间绚丽且美,但人眼看到的时候,爆炸已经接近尾声。此文是我读过的最发人深省的文章之一。地球文明已经进入一个关键点!在黑暗的宇宙森林中,行星上的化石能源是一根小火柴,如果能够点燃,那么将会获得整个森林;如果不能,就会困死在地球上!


前期参见:

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(序) | 资水东流

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(1.1) | 资水东流

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(1.2) | 资水东流

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(1.3) | 资水东流

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(1.4.1-1.4.2) | 资水东流

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(1.4.3-1.4.4) | 资水东流

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(1.4.1-1.4.2) | 资水东流

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(2.2)| 资水东流

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(2.3-2.4)| 资水东流

技术大停滞——范式春梦外的阴影(3.1)| 资水东流

技术大停滞——范式春梦外的阴影(3.2.1-3.2.2)| 资水东流

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(3.2.3-3.2.4)|资水东流

技术大停滞——范式春梦外的阴影(3.3)| 资水东流

技术大停滞——范式春梦外的阴影(4.1)| 资水东流

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(4.2-4.4)| 资水东流

技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明(5)| 资水东流


6 台阶的本质:复杂度魔鬼

人是复杂性的产物,但天性喜欢简单线性的东西。世间所赞叹的那些理论,如欧氏几何、牛顿力学、电磁学和广义相对论,其数学形式都简洁明了。这种风气甚至影响到其它领域,比如经济学。很多经济学理论都明显带有牛顿体系的样式,几条基本“公理”,能推导出一个庞大的体系。这种还原论思想在科学领域根深蒂固,在过去200多年也取得了巨大的成绩。但不幸的是,采用理想模型,这些理论对于简单系统很适用,如果系统稍微复杂点,比如天体力学中的三体问题(三个质量相近的天体运动),情况会变得完全不同,很小的扰动,数学解就会千差万别。人类逐渐认识到,课本上“现实世界简单性”的观念只是一种理想,几乎所有的领域都普遍存在着复杂性现象。混沌理论的研究甚至表明,甚至很简单的数学方程,比如

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

在参量空间扰动下都会产生极其复杂的混沌现象。

《三体》第一部英文版封面

最近几十年的前沿研究表明,还原论在很多领域都遭遇到了困境。比如生物学领域,天量的大分子之间的相互作用不可能再走还原论老路。而在湍流、等离子体、气候等领域,复杂性现象让相关基础理论研究裹足不前。

前面提到了进化树和科技树,生物的进化大致遵循“物竞天择,适者生存”这个规律,那么,科技树的演化遵循什么规律?考察近代历史,在研发团队化的今天,剔除若干偶然性现象,“资本回报预期”是一个关键

在技术的早期发展过程中,人类的发明主要出于直觉和好奇心,很多技术产品看上去都带有“简洁为美”的风格,比如轮子、天平、单摆和弓箭。但即使是这些现代看来很简单的发明,也并不是所有文明都跨越了此门槛。典型如玛雅文明,几千年的历史都没有发明轮子。

在文明的演化过程中,简单技术综合起来,构成一个稍微复杂的技术,大大提高了人类工作的效率,典型例子如马车、帆船。在此过程中,各种技术相互关联,相互影响,部分产品的复杂度让现代人也倍感惊讶,比如罗马帝国鼎盛时期的渠道供水系统。在此阶段,由于传承关联和资源禀赋,各个文明的技术成就开始分化,很多文明所取得的技术成就,其他文明甚至在数百年之后都无法复制。比如造纸术,西方就是在接触了成品之后都无法弄明白其技术原理。原因很简单,早期造纸术涉及的步骤很复杂,包括水浸、切碎、洗涤、蒸煮、漂洗、舂捣、加水配成悬浮的浆液、捞取纸浆、干燥等一系列流程,中国文明由于蔡伦的随机扰动成功跨越门槛,其它文明没有此运气。

进入工业时代后,在理论的指导下,人类尝试着简化单个部件模型,在此基础上构造更复杂的技术,比如蒸汽机、内燃机,推动文明向前发展。200多年来,复杂技术系统不断涌现,有日常生活离不开的机器设备的实物,也有让全球文明凝聚的信息系统和规则。技术在复杂化的道路上越走越远。今天的很多技术产品,比如波音747喷气式飞机,包含数百万个零部件,操作维护说明相关文档可以堆满一间房。再比如Windows操作系统,数千万行的代码,单个个体已经无法理解这样的复杂度,必须采用分工合作等方式才能设计制造这样的技术产品。

复杂度发展到现今这个阶段后,技术进步所涉及的理论太复杂,技术实施复杂度或者超出了人类能力范围,或者所要耗费的成本太高,预期回报时间太长,人类暂时已经无力再前进。

在一个人人为己,资本为王的时代,技术造就了一个扼杀自己的高复杂度台阶。


6.1 何为复杂度?

很多程序员网友看到复杂度这个词,估计下意识会想到时间复杂度和空间复杂度,脑子里进而涌现出O(N)或者O(NlogN)这样的表达式。但复杂度的含义绝对不限于计算机领域,事实上,复杂度是一个很难精确定义的概念。学者提出了各种不同的定义,《科技想要什么》一书中提到有42种定义:

在信息理论中,可以把复杂度理解为接收者处理信息量需要付出的努力。

在分形理论中,复杂度表示系统的“模糊状况”。

在语法学中,复杂度是描述一个系统所需要的语言的普遍性程度。

……

大量的定义,反而使得复杂度这个概念复杂起来。即使针对技术领域,也存在大量的定义,比如,国际贸易方面就提出了EXPY指数来衡量出口产品的技术复杂度。但就技术演化而言,本文提出的技术复杂度(强调下,不是科学复杂度)可以这么理解:验证和设计一个产品所需要的各层次人力资源量和技术部门的配合程度。

早期人类社会的技术复杂度很低,大部分技术产品的创造来自于对自然界的一种简单模仿和利用。比如木质标枪,原始人类最初是从折断的部分树枝联想到可以利用其锐性,但树枝的折断界面具有某种随机性。为了生存,人类开始想到可以把不具有锐性的界面改造成具有锐性。借助最原始的石斧,木质标枪因此诞生。这种原始标枪的制造不需要太多的脑力和体力,只需要最基本的工具,单个个体可以在比较短的时间内完成。

技术有个特点,和生物进化类似,诞生后就具有自我发展性。出于各种目的,人类开始改进最初的低复杂度产品。仍然以木质标枪为例,为了更进一步提高锐性和杀伤力,各种各样的措施被人类发明出来。比如加装尾翼提高稳定性;把标头部分进行碳化处理;改用金属材料提高杀伤力。改进的过程意味着复杂度大幅提高,个体已经不可能在较短时间内制作出来,需要外界投入更多的人力物力。

技术的相互关联和相互嵌入,虽然提高了复杂度,但大大提高了人类的能力,因此,人类有动力持续加以改进。尤其是工业革命后,资本活跃起来,让人类的技术复杂度以指数级扩展开来。一方面,广度上,很多看上去普通的技术产品,比如自行车,其背后涉及的工业部门可能多达几十个,勘探,采矿,冶炼,铸造,机械和化工。现在没有任何人能单个从零开始做出和流水线媲美的自行车。至于像土星五号火箭这样的巨无霸,可能需要整个地球的产业链来支撑。在深度上,单个技术产品的原理已经不是靠工匠的经验所能支撑,很多技术产品,需要的科学家和理论计算超过一线制作人员,比如喷气式飞机和航母。很多技术产品的原理设计已经逼近经典理论极限,比如INTEL的最新CPU。

1969年7月16日,土星五号运载火箭搭载阿波罗11号在肯尼迪航天中心升空

日益升级的技术复杂度,终于造就了一种奇怪现象:资本推动了技术复杂度的升级,但最终厌恶现今的高技术复杂度。

技术及其复杂度,一如人类和自己身上的肌肉,肌肉的收缩提供动力,推动人类向前运动。一般情况下,肌肉越多,人跑的越快,但随着肌肉的增加,肌肉本身要花费更大的能量来推动自身向前,跑步速度会开始下降。如果找不到优化肌肉的新方法,最终会出现一种情况:一个超级大胖子,再也不能向前迈动一步。


6.2 纷繁世界背后的两条规则:适者生存和资本回报预期

相信很多人年幼的时候都有过疑问,为什么世界上有这么多千奇百怪的生物?从大洋深处数百吨重的蓝鲸,到丛林中的毒蝎;从翱翔天际的雄鹰,到寄生于人体内的蛔虫,如此缤纷多彩的生物种类怎么来的?而另一方面,人类很早就观察到,生物的生存能力让人叹为观止,举一个例子,在美国死谷(Death V-alley)的盐湖里,那里的水可以瞎眼伤皮,但是其中却滋生了小虫。在酷热荒芜的沙漠里,无数小生物全靠黄昏的露水而活下来。这些生物生存的本能和力量叫人惊叹不已。

工业革命之前的世界,把生物界的奇迹归功于上帝的设计。从18世纪开始,理性主义开始得到知识界的推崇,很多人开始在上帝之外试图回答这个问题。而达尔文的进化理论是其中最成功的。

当达尔文寰球考察的时候,他发现很多看似不同的物种有着同样的祖先,而后来,他又接触到马尔萨斯的繁殖和竞争概念。因此,“物竞天择,适者生存”这一理论开始萌芽,在《物种起源》一书中,达尔文正式提出了进化学说。

达尔文

生物永恒处于竞争之中,每种生物在繁殖下一代时,都会出现基因的变异。若这种变异是有利于这种生物更好的生活的,或者说具备竞争优势,那么这种有利变异就会通过环境的筛选,以“适者生存”的方式保留下来。因此,源自同一祖先的生物,在不同环境下,不同的基因变异被保留下来,日积月累,后代看上去就成了两种不同的生物。

纷繁多彩的生物进化树,动力学机制就在于简单的随机变异和“适者生存”四个字。

现代世界所构建起来的庞大科技树,其背后的演化机制也很简单——资本回报预期。

技术的演化和生物的进化有不同之处,比如说人类自由意识的影响,也有很多类似之处。一方面,二者都不可能脱离前代基础,也就是说,完全全新的生物和技术都不可能存在,另一方面,二者都受基本物理法则所支配。很神奇的是,二者都能通过“交配”来产生新一代。

在早期的技术研发阶段,除了利益回报之外,个人的智慧和好奇心也是一个重要的机制。但从19世纪晚期开始,情况发生了变化。随着科技复杂度和规模的提升,个人天赋的比重开始下降,像爱因斯坦那样一个人就可以开创一个全新领域的例子越来越少。与之相反的是,职业化、集体化和工程化开始普及。从爱迪生建立实验室,到后来的贝尔实验室,各种各样的实验室如雨后春笋般建立。这一转变到了二战中达到了巅峰,原子弹,导弹和计算机就是大规模政府投入后才发明的。

二战后的技术研发,主要依靠集体(公司或国家)的力量,或者说,技术研发要看资本的脸色。

二战后的技术演化过程中,不同种类的技术相互关联和嵌入,形成各种各样的新技术。但新技术是否能推广开来,不在于新技术是否炫酷,而在于资本预期是否能从中牟利。比如说,ATM(Asynchronous Transfer Mode异步传输模式的缩写)技术是一种建立在传统电路交换基础上的数据传输技术,在上个世纪90年代初很火,早期也受各大电信公司的欢迎。但ATM技术最终败给了IP技术,原因很简单,IP技术虽然有众多缺点,但在现有网络上就能运行起来,费用低廉;而ATM技术的部署成本太高,操作也很复杂,预期要投入天文数字般的经费后才能运营。资本最终做出选择,IP技术完胜。

在一个资本统治的世界,任何技术创新都必须满足资本的回报要求。在研究公司间竞争状况时,克里斯坦森提出过影响深远的颠覆创新和维持性创新概念。而就技术本身而言,创新可以分为三大类:

创新者的窘境算什么?资本主义的窘境更可怕!-哈佛商业评论

性能提升型创新,效率提升型创新和市场创造型创新。

性能提升型创新体现为新产品替代旧产品。一般情况下,此类创新产生的新工作岗位十分有限,因为新产品是替代性的,一旦消费者购买了新产品,就不会再购买旧产品,比如购买了一辆丰田普锐斯后,你不会再去买一辆凯美瑞。在《创新者的解答》中,克里斯坦森将这种创新称为维持性创新。所有成功的传统公司都会试图不断复制此类创新,因此会为其配置大量资源。

效率提升型创新是帮助公司以更低的成本制造成熟产品或服务,以便用更低价格出售给原有客户。效率提升型创新有两个重要的作用。一是提高生产效率,这对保持竞争优势至关重要,但会带来痛苦的副作用:削减工作岗位。二是释放资本,使其运转更高效。丰田的生产系统让公司原本两年的库存周期骤减为两个月,帮助公司释放了大量资金。

市场创造型创新则是通过对复杂或昂贵产品进行革命性的改进,吸引新的消费者群体,创造出全新的市场。计算机的发展是此类创新的代表。最初大型机造价高达几十万美元,且仅供一小批专业人士使用。个人电脑则将价格降至2000美元,使消费者群体扩充至几百万人。现在智能手机只要200美元,从而将消费者群体扩充至全球数十亿人。

资本通常喜欢前两类创新,因为资本厌恶风险,而前两类创新是在已有基础上进行改进,风险较小。相比之下,市场创建型创新就没有这样的投资吸引力。因为这类创新的投资回报期需要5到10年,而效率提升型创新只要1到2年就能见效。更糟糕的是,前者需要大量资本才能形成规模,而后者则会减少公司资本规模。

现在技术创新面临的问题就是,在一个技术复杂度日趋高涨的年代,市场创造型创新的吸引力愈发下降。过去的低复杂度世界,个别资本还能聚焦长远,以便实现对竞争对手的颠覆。而在现今这个年代,很多技术路线的探索可能需要大量时间和巨额资本,风险超高,预期回报也不明朗,资本自然敬谢不敏。也许,这是命中注定的“资本主义的窘境”。

最后说下,生物进化和技术演化都有违背基本规则的例外。比如说,宠物狗的很多形态根本没有任何独立生存能力,但人类干涉后,人类的情感需求催生了各种稀奇古怪的宠物狗种类。同样,资本也咬牙接受了冷战中的军备竞赛。


背景简介:本文是资水东流博士的作品《技术大停滞》的第三版《范式春梦中的地球工业文明:低熵体的困境和下一级技术台阶》,原发于新浪博客(范式春梦中的地球工业文明:低熵体的困境和下一级技术台阶(技术大停滞的第三版)_资水东流_新浪博客技术大停滞第三版(由于博客字数限制,新开一文继续连载中)_资水东流_新浪博客),作者授权风云之声发布。全文87000字,风云之声分为多期连载。你不需要同意作者的所有观点,事实上许多观点也都可以商榷。但作者提出的基本问题是真实存在的,事关人类的生死存亡,你一经思考就会深深印入脑海,萦绕于心。对于关心人类命运的读者,这是一篇不可不读的文章。


责任编辑:黄澹宁



附:全文目录如下

 前言

1 文明和技术

1.1 范式粗谈

1.2 人类文明所经历的范式转换

1.3 范式牢笼

1.4 科学和技术之间存在的鸿沟

1.4.1 科学的本质

1.4.2 技术的核心

1.4.3 从瓦特谈起:蒸汽机引发的正反馈

1.4.4 需求不是救命稻草

1.5 科技利益集团

2 科技利益集团鼓吹的范式春梦:所谓的技术大爆炸

2.1 渲染和洗脑

2.2 论文和专利:天文数字后的荒谬

2.3 比特世界和真实世界

2.4 部分和整体

3 范式春梦外的阴影

3.1 人类面临的技术窘境

3.1.1 能源转换技术的停滞

3.1.2 新能源的窘境

3.1.3 农业,医疗和生物技术

3.1.4 信息技术深度上的麻烦

3.1.5 其它方面的技术

3.2 众多的技术噱头

3.2.1 早早败落的太阳能/光伏噱头

3.2.2 经久不衰的人工智能大噱头

3.2.3 神乎其神的量子计算机噱头

3.2.4 牛逼哄哄的纳米材料噱头

3.2.5 近年来的新噱头

3.3 博士民工和生物技术的挫折

3.3.1 生物噱头的缘起和影响

3.3.2 研究范式和问题

4 低熵体的困境和所面临的技术台阶

4.1 从热力学第二定律谈起

4.1.1 《道德经》的智慧

4.1.2 负熵流和文明层次的跃进

4.2 科技树的主干和分叉

4.3 永远的50年和可控核聚变

4.3.1 永动机之梦

4.3.2 可控核聚变的难产和噱头 

4.4 冷静思考:未来不一定会更好


5 台阶前的坑:人类社会的宿命

5.1 耗散结构理论的社会学意义

5.2 大竞争环境的消失

5.3 被全球化抹掉的差异性和人类社会的热力学平衡

5.4 老龄化自锁

5.5 如何填坑?  

6 台阶的本质:复杂度魔鬼

6.1 何谓复杂度

6.2 纷繁世界背后的两条规则:适者生存和资本回报预期

6.3技术进步和技术革命:复杂度的变迁

6.3.1 运输/动力系统的演进例子

6.3.2 技术革命的特点和复杂度的变化

6.3.3 正在面临的高复杂度科学魔鬼

6.3.4 源自技术根底的困境

6.4 高复杂度带来的诸多恶果(more is different)

6.4.1 吾知也有涯和生死竞赛

6.4.2 维护成本

6.4.3 来自社会的负反馈

6.5 简单的数学推导

7 寂静星空所隐含的恐怖前景

7.1 大寂静和费米悖论

7.2 细思恐极的三种情景

7.3 宇宙大筛子

7.4 一根小火柴

8 反思和总结

8.1 复活节岛的悲剧

8.2 冷静不代表悲观

8.3 研发需要范式革命

8.3.1 从中心极限定理和大数定律说起

8.3.2 现行科研体制的弊端


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编辑于 2017-01-18

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    科技与战略风云学会是由世界各地一群受过科学训练的理性爱国者发起的智库,基本定位是在中华民族复兴的伟大时代,对公众发出中国科技界的声音。 “风云”之名出自《周易·文言》:“九五曰:飞龙在天,利见大人,何谓也?子曰,同声相应,同气相求。水流湿,火就燥。云从龙,风从虎。圣人作而万物覩。本乎天者亲上,本乎地者亲下,则各从其类也。” 风云学会的成员大都是各个学科的博士,横跨化学、物理、控制论、电子工程、历史学、经济学等专业。科学与爱国是风云学会的两大主轴。