【原创】大科技停滞时代

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文章来源【原创】大科技停滞时代

2019年,我写了这篇有关科技停滞的文章,当时大家讨论热烈,认可和不认可各占一半。

 

三年过去了,我添加了不少新内容进去,再重读你会有不一样的感受。

 

正文

2008年1月16日,苹果MacWorld大会,乔布斯从档案袋里拿出了第一代Macbook Air,说:

「这是世界上最薄的笔记本电脑。」

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Macbook Air薄到了什么程度?

当时市面上最薄的笔记本是索尼TZ Series,而Macbook Air最厚部分,比它的最薄部分还要薄。

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诸多细节方面,Macbook Air都做到了美学极致,延续至今。唯独在续航方面比较差。

如果你拆开Macbook后盖,会发现在密闭狭窄的有限空间中,锂电池几乎塞满所有空间,只为了提升那一点续航时间。

 

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这是艺术与现实的妥协。

十年匆匆而过,各种型号的笔记本电脑蓬勃发展,全面屏手机成为标配,摄像头从800万提到1亿像素,指纹解锁、面容识别、快充技术也不再新鲜……一切都在变化,顺应时代发展。

一切又仿佛没有改变,从1990年到现在,锂电池技术几乎原地踏步,进展缓慢。

电池这玩意涉及到材料学,而材料学但凡想做出突破,没有多少捷径可走,就是不断换材料进行重复实验,什么时候出成果,不知道,简称薛定谔的材料。

我一个在研究所工作的朋友,每天任务就是做理论模拟,盯着元素周期表和晶体数据库,将各种材料反复组合,不管能合成、还是不能合成的,通通计算一遍,只为了碰运气,找到在电池上的突破口。

但这一碰就是三年,不要说有什么突破性材料,甚至连电池的理论寿命都无法推导,完全找不到数学模型,只能靠一遍遍实验数据去算,去寻找趋势,做各种无用功。

太苦了,眼见他的地中海逐渐成型,岁月不饶人。

早些年还会有新闻贩卖概念,什么锂空气、纳米电池、量子电池等等,甚至是加水就能跑的氢能汽车,要不只谈容量,回避生产成本;要不谈充电速度,不谈寿命;或者干脆就是交智商税的。

如果一味追求续航时间长的电池,我们早就发明出来了,现在人造卫星上用的核衰变电池就可以用好几十年,可功率太低,根本带不动手机。

电池这一块,我们一次次折戟沉沙,无功而返,只能在现有锂电池技术上修补,做各种形式上的创新。

近年来也有不少安全性上的突破,比如比亚迪的「刀片电池」,成功征服了针刺测试:

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针刺测试已经克服,但如何克服在寒冬环境下锂电池的衰减问题,目前进展缓慢,北方的朋友们也特别煎熬。

 

我们今天的电动车行业蓬勃发展,背后主要有三大原因,一个是为了抢占新赛道,摆脱西方国家垄断的燃油车市场;第二个是确保能源安全,减轻对进口原油的依赖;第三个是减轻环保污染,无论汽油车还是新能源车,生产过程都有污染,但现在的煤电厂都有脱硫脱硝技术,而且电动车的能源利用效率也远高于汽油车,这是不可否认的。

 
在大规模的政策扶持、大体量的市场消费、大范围的充电设施普及下,电动车行业发展起来一点都不难,却依然无法解决最核心的电池问题。
不仅电池,半导体行业同样面临相似困境。
为了证明「科技大爆炸」,有人会拿几十年前的大哥大来对比智能手机,或者拿占满一间教室那么大的古董计算机,来对比如今的笔记本电脑。
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电脑和手机是改变了我们生活,只是拆开来看,它们的底层结构没有任何变化,都只是体现在应用上的进步,比如储存容量、运行速度、屏幕分辨率等。
现代计算机虽然结构更复杂,计算能力更强,仍然是基于上世纪40年代的冯诺依曼机原理上进行改良。
体积缩小,归功于集成电路的迅猛发展,也就是「摩尔定律」:集成电路可容纳的元器件数量,每隔18-24个月会增加一倍,性能也将提升一倍。
但摩尔定律不会一直维持下去,想压缩集成电路面积,又要在里面无限堆砌元器件,最终肯定会达到物理极限,3nm制程必然不是终点,也很快到临界点了。
 
这几年安卓手机阵营的处理器摆烂,配件倒退,就连苹果手机都开始躺平摸鱼,各位已经感同身受了。在制程工艺无法提高的情况下,要想增强手机处理器的性能,只能一直堆功耗,而功耗一旦上来了,发热发烫问题就会很严重,玩游戏降频卡顿,然后各厂商的发布会又开始炫耀自家的手机散热有多厉害……
有人说可以期待一下量子计算机。
2019年谷歌宣称「量子霸权」已经实现,在实验中证明了自家量子计算机的优越性:在世界第一超算 Summit 需要计算 1 万年的实验中,谷歌的量子计算机只用了3分20秒。
但严格来说,这个实验只是一个特定任务,实际应用意义不大,而且由于框架性问题,量子计算机是很难取代经典计算机的。
2020年我国构建了76个光子的量子计算原型机「九章」,在处理高斯玻色取样的速度上,比谷歌的快了一百亿倍。
虽然计算速度很快,可它们不是真正的计算机,既无能编程,也无法实现纠错容错,离真正大范围的普及可商用化,还需要保守几十年时间。
至于IT界,一直陷入迷茫中,反复鼓吹概念,比如全息互动、人造生命、永生技术,意识控制,记忆共享,脑联网等等。
这些概念背后,基本没有任何理论上的突破,更别谈论创新,陷入了虚假繁荣。
 
这一年来,互联网行业有两个关键词:「业务收缩调整」和「裁员潮」。
你只要稍微留意一下科技资讯,就会发现这两个词的出现频率高得令人发指。这不是一两家企业因为经营不善,采取的收缩阵线策略,放眼望去整个互联网都如此。
全球无数大厂的财报都不太好看,增长放缓,净利润下滑明显,当啃肉的开始喝汤,原本还能喝汤的对着汤渣发愁,连汤渣都吃不上的只好排队倒闭了。
 
「摩尔定律」同样适用于钻井技术,总有一天也会达到瓶颈。
人类历史上有一个横亘百年的问题:地球上的石油什么时候会被我们用完?
答案一直在变,从最初的10年,一直到50年,100年……由于勘探技术进步、页岩油气革命、地质理论突破等因素,石油探明储量越来越多,很可能永远都采不完。
有一个严峻前提是,要想继续满足每年庞大的燃油需求,我们只能加把劲去发展钻井技术,以应对表层油田快速枯竭的现实。
或许等到开采石油的成本越来越高,高到失去了竞争力,一桶油可以卖到天价,自然就被市场弃用,也就等同于枯竭了。
而没有石油,光靠煤炭,可没法维持人类的高科技生活。
仅仅石油供应不足,就会导致全球大部分城市无法正常运作,农业生产也难以为继,更别说要养活全球70多亿人。
而且石油还是重要的工业原料,塑料、合成橡胶、化纤、清洁用品、添加剂还是沥青,都离不开石油,新能源也无法替代。
不管核能、水电、太阳能、风能还是潮汐能,目前仍处于最低层次的利用,而且各有弊端:
水电有季节性,风能太阳能是间歇性获取,不能随取随用,也不能调度,对现有电网的稳定造成冲击,只能作为补充能源……甚至一些新能源行业还要依靠财政补贴才能撑下去。
马斯克这个人是挺大嘴巴,资本利益代言人,可为了实现殖民火星的愿景,他可以一边夸夸其谈,一边用长达十几年时间研究,甚至掌握了航天器发射与回收技术,大幅降低火箭发射成本。
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哪怕马斯克真解决了人类在火星上生存的种种问题,包括空气、食物、水和人造基地,也无法解决最核心的能源问题。
目前在火箭推进方面,我们很难有技术上创新,发动机还是使用液氢液氧甲烷来做燃料,运输成本居高不下。
即使不断压缩成本,马斯克要想送一个人去火星,也要至少50万美元成本(假设有人愿意),更别说在未来的宏伟计划中,要运送100万人口和一亿吨物资。
再往后推,仅以现在的火箭速度,我们飞到距离地球最近的比邻星,就要6万年……6万年,比人类的文明史还要漫长。
如果在未来,火箭发动机没有出现革命性变化,火箭推进仍然基于化学燃料,人类将永远困死在太阳系内,毫无希望可言。
所以目前可以一次性解决能源枯竭问题,解放人类生产力的方向只有一条:可控核聚变。
不可控核聚变,在上世纪我们已经研究出来了——氢弹。
可惜氢弹是一锤子买卖,炸完就没。
因此,如何把一个等同于氢弹的几亿度高温反应材料,和零下269度的低温材料,还有上万个零部件,拘束在一个极小空间内,实现能量的高效率转化,并令其保持长期稳定,是最大难题。
为了让核聚变「可控」,科学家们已经研究了50年,接下来还要继续研究第二个50年,甚至第三个50年……
为什么「可控核聚变」对人类如此重要?
一旦人类掌握了这项科技,等于掌握恒星的能量利用方式,拥有取之不尽、用之不竭的能量,而获取核聚变的原料来自海水里的氚元素,原料成本忽略不计。 
  
有了「可控核聚变」,就有无限廉价电力,就有无限前景:
内燃机将成为历史,石油沦为化工原料;
极大降低各种矿物开采、提炼成本;
大规模海底渔业养殖、大规模沙漠农业成为可能;
粮食问题彻底解决,无需耕地,直接无土栽培,用海水淡化,电费忽略不计;
星际航行成为可能,开发太阳系不再是梦想;
温室气体得以控制,大型绿化得以实现,不计成本改善地球生态……
这是我们最期盼的未来。
但如果在化石能源耗尽前,人类还没找到「可控核聚变」的办法,最终命运一定很惨,不止是文明倒退,而是从此被锁死在太阳系内。
所有高级物理实验无法进行,所有科学理论无法进一步验证,太空作业将成为历史,能源危机甚至会爆发第三次世界大战……人类承担不起「科技停滞」的后果,
 
当今科学理论的验证越来越难,但人的寿命是有限的。
300年前,人们根据燃烧的化学现象提出能量守恒理论;200年前,一边提出电磁理论一边做实验验证;100年前,人们期待100年后能够有足够能力去验证量子力学。
随着人类积累的知识越来越多,任何一位顶尖数学家、物理学家或者生物学家,都需要经过大量时间去学习最基础的理论知识……或者说,目前无法再复制出牛顿和爱因斯坦。
当一位科学家处于人生黄金期时,他仍在埋头苦学知识,可能40岁时学完自己专攻的一个极小领域,待到花甲、古稀之年才终于攻克完一个物理学的分支,至此留给他继续开拓科研的时间和精力,已经所剩无几。
南大博士方承志在《技术大停滞》里举了这样一个生动例子:
有一本书叫《有限单群分类》,由四位高龄数学家出版。这本书一共350页,全文内容仅仅是一个摘要,想要完整证明,至少要15000页,是数学史上最庞大的证明。
为了保存这长达15000页的证明,几位数学家正与死神赛跑,到2011年,这本著作只是勾勒出了证明的梗概。
全世界能够理解这些证明的人所剩无几,他们害怕在年轻一代数学家接班之前就会离开人世。
不只是数学,很多领域都有类似现象。
当每个人,甚至是天才,穷尽一生也无法学完某个知识体系中的一支专业知识,那么科技的发展也就到了上限,难以再有什么突破,就像庄子说的:吾生也有涯,而知也无涯。
另一个是人类思维所能到达的极限。
许多领域的研究,是靠人力反复尝试才能出成果,以前还能这样玩,但当下的前沿物理领域,已经远远超出人类的想象力范围,很难下手,进展缓慢。
人类大脑是目前已知最复杂的结构,拥有上千亿神经细胞,而人类的基因组,由大约30亿碱基对组成。
在50年前,大家对科技发展看得太乐观,认为到2000年就能充分了解大脑的思维特性,然后半个世纪过去了,我们对大脑、对基因的认知,还处于最原始阶段。
我们一筹莫展,为何一个小小的受精卵会变成一个活生生的人?为什么会有肤色差异、单双眼皮、异色瞳孔......为什么人与老鼠这两个物种的差异如此之大,却有99%的基因找到同源序列?人类基因组有两万多个基因,每一个序列又是什么?
生物学的本质,仍是一门基于实验和经验的科学,需要依赖大量数据收集和整理工作,而且缺乏完整的理论去指导实践,缺乏一个生物学的牛顿。
也因此,人类基因的密码牢不可破,许多疾病很难解决。
几乎所有的精神疾病,诸如阿尔兹海默症、抑郁症、躁狂症、双相情感障碍等等,既不能观察,也难以治疗,甚至只能用「有无遗传病家族史」和人群发病率,去做一个大概判断。
几乎所有疾病都无法根治,要么病因不明,要么发病机制不明,现代医学所达到的「治愈」层次,也只是让人恢复到健康状态。
比如艾滋病、高血压、糖尿病等病症,通过定期服用药物;早期的癌症患者,服用靶向药物进行长期控制,尽量不让病毒对生活产生太大影响,就可以了。
我们是处于「科技大爆炸」时代,但真正「爆炸」的领域就只有IT互联网,同时掩盖了科技树主干进展的贫瘠无力。
 
要论鼓吹最多的概念,人工智能榜上有名。
人工智能起源于计算机技术,本质是解放生产力、提高技术研发效率,从而取代人的部分工作。
可惜,当下的「人工智能」只是一个幌子,沦为圈钱工具。许多做算法优化、做硬件集成、做大数据的公司,只需改个名称,就说自己是人工智能公司。
它们会根据你的搜索内容,进行精准识别,推送一些定制广告;或者给手机摄像头打上AI噱头,本质还是自动美颜调一下滤镜;主打换脸的AI软件,用的是深度学习,勉强达到弱人工智能的最低门槛,甚至连智能都称不上。
 
今年最火的AI绘画,看着像是有了本质突破,背后仍然是基于深度学习模型,而且已经有非常悠久的历史了。

2012年,Jeff Dean和吴恩达就用1.6万个CPU构建了全球最大的人工神经网络,在Youtube上随机选取的1000万段视频里,识别出了猫的面孔:
 
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这次尝试虽然有了突破性意义,但却是大力出奇迹的典范,必须用大规模的处理器来深度学习和训练,无论时间和人力成本都很高,所以过去十年来的AI绘画进展相当缓慢。
到今年,一篇讲述「扩散化模型」的论文,提出让一张图片逐步加入噪点,再由全是噪点的图片还原成一张清晰图片,而AI记录和学习整个去噪过程。
 
从业者们恍然大悟,原来只需要换个思路就通了。于是在大量照片的训练下,AI绘画技术有了突飞猛进的发展,包括今后的视频、文字和音频等创作领域,AI完全可以依赖高算力、大数据和算法模型来取代许多充满想象力的行业。
不过想要实现强人工智能,还有很长一段距离,有些研究也无法快马加鞭,只能选择报以希望。
比如无法理解的弦理论、暗物质、多维空间、宇宙边缘,搞不清楚双缝干涉实验、戴森球,计算不了曲率引擎,也找不到可以承受10%光速旅行的材料。
被困在三维世界中思考的我们,有时候必须承认,人类的基础前沿科技已经触摸到天花板了。
科技是没有尽头,可对人类来说,能摸索到的科技是有尽头的,这个尽头上限取决于人类寿命。
相比起整个宇宙,人类太微不足道,也太孤单了,至今没有找到任何外星文明的足迹。
1950年,物理学家费米提出一个著名的「费米悖论」:
理论上讲,人类能用100万年的时间飞往银河系各个星球。那么,外星人只要比人类早进化100万年,现在就应该来到地球了。
可为什么我们还没观察到有外星人的存在?如果我们技术有限,没法观察到,那外星人又为什么发现不了我们?
不要低估了宇宙存在智慧生命的可能,仅以银河系为例,类似太阳的恒星就达到上千亿,而类似银河系的星系同样有上千亿个。
从概率上来说,整个宇宙有无数类似的地球生命存在,但整片浩瀚宇宙,却充满死寂,除了人类,放眼望去,一片漆黑。
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其中有一个理论,叫「大筛选」。
宇宙肯定存在着大量文明,可有能力离开自己星系、进行太空旅行的文明,几乎没有。大部分文明经过一层层筛子、从使用火种、农耕文明、工业、蒸汽机,到内燃机和电力,最终都倒在了「可控核聚变」这道筛子上。
踏过去了,就能拥有整片黑暗宇宙森林;踏不过去,就被困死在自己星球上,用剩余能量维持文明,苟延残喘。
显得残酷又公平。
从宇宙大寂灭来看,我们突破能源封锁的成功率,微乎其微,只能寄托在前沿科学家身上了。
 
科技进步的意义,在于不断将蛋糕做大,让分蛋糕的人不会争抢;可蛋糕体积一旦固定,而分蛋糕的人越来越多,矛盾就开始了。
要么坐下和谈,要么从别人手里抢来,一切都靠着拳头说话。
战争离我们没那么远,核手提箱也不仅仅是战略威慑,真正的和平,永远处于大炮的射程范围内。
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至少在短期内,人类社会难以出现大的科技变革,所以地缘纷争、人口压力、经济制裁、能源危机将成为常态。
也只有末日到来,才能确定人类是否接近极限,是否有孤注一掷的决心。
我挺担忧的是,科技发展至今,从业人员的疲态越发明显,铺天盖地的垃圾信息和大数据、摧残心智的工作制、高速运转的效率需求,搭配难以专注的大脑和碎片化时间,已经让人身心俱惫。
全世界范围内,老龄人口急剧增加,凡是发达国家和地区,都面临着本土人口越来越少的现实,而养老金问题,已成为媒体和政治辩论焦点,整天围绕着种族和性别作文章。
 
接着,疫情来临,俄乌冲突,金融危机,美元加息,地缘冲突加剧……抢别人手里的蛋糕,远比遥不可及的「可控核聚变」有意义的多。
但只要有那么一丝希望,就不应该放弃。
在一个有限的世界里
无限的宇宙视野并不是奢侈品
而是生存的必需品
——《星际唱片》
 
参考资料:
资水东流博士:《技术大停滞》 
尤瓦尔·赫拉利:《未来简史》 
史蒂芬·霍金:《时间简史》《宇宙简史》
新华社:《冲击!1亿摄氏度100秒》

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版权声明:爱寻匿 发表于 2022年11月25日 19:58。
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