科技
源起
对于普通人而言,科学革命太远,量子力学太高,所以“科学往事”的最后一本,理应落在科技身上。直接使用产品的用户很难想象,任何一个不起眼的新旧发明,背后都有曲折生动的故事。科技,就像人类的延伸——认知度是它的大脑,创造力是它的心脏,商业化是它的躯干。长久来看,科技发明蕴含的精神,终究要超越科技产品本身。
从绿皮车到无人机,从手电筒到智能家居,从拨号上网到卫星通讯,从北大方正公司到大语言模型,最近四十年中国老百姓生活的变化,恰好完整覆盖了机械、电力、信息、智能四个时代。之所以会有巨大变动,除去自身奋斗等因素之外,还得看看历史的进程。
科技产品千千万万,本着“大小王压四个二”的原则,只写最重要的。蒸汽机是第一次产业革命的代表,它背后既有物理学的进步,也有发明家与企业家双赢。电流是第二次产业革命的核心,它背后既有一统天下的方程,也有公司间刺刀见红的战争。电脑是第三次产业革命的灵魂,它背后既有争名夺利的教父,也有不计得失的英雄们。人工智能是第四次产业革命的未来,它背后既有极具哲学气质的概率论与全球棋手的眼泪,也有微软的气运与凝视已久、终将回眸的人性深渊。
科技大神万万千千,本着“清一色听十三幺”的原则,只写最传奇的。斯蒂芬森自深渊挣扎而起,莱特兄弟飞驰人生,比尔·盖茨薄情寡义,“乔帮主”寡义薄情,特斯拉与理想世界相爱,爱迪生与现实世界相杀。大模型领域的战役最为残酷,谷歌、脸书、英伟达……黄沙百战穿金甲,一将功成万骨枯。只有天才帕斯卡在四个时代中独一无二:他名字的简称是压强单位;他名字的全称是计算机编程语言;他的手稿帮助莱布尼茨发明微积分,塑造了麦克斯韦方程;他与费马的信件开创概率论,影响了三百年后的人工智能。
追溯“科学往事”与“科幻众神”的目的很简单,试图唤醒普通人的好奇心与想象力。随着人工智能逐渐强大,知识本身的分量在不断减弱,实际上已失去皓首穷经的必要。笔者只追求简明流畅的叙事与谈天说地的闲适,摆事实不讲道理,聊逻辑不近人情,既不学术,也不严肃。小书的初心从来无关科普,只是想引发好奇实现传承,引发想象实现创新。
回首“科学往事”几本小书,隐约可以看出:科学的精神在于传承、创新、自由的三位一体,科研的精神在于理论、实验、方程的三位一体,科技的精神在于学术、发明、商业的三位一体。人类的宇宙中其实只有两种光,一是来自天外的生命之光,一是发自内心的文明之光。生命不息,文明不止,即万物之灵存在的意义。目前科学与科技得以发展到这一步,是个无与伦比的奇迹。正如一百四十亿年的时间内,四百六十亿光年的空间内,孕育出一颗小小的、善良的、美丽的蓝色星球。
目录
第一章 智能
几百年前,有人写道:人只是一缕芦苇,全部的尊严都来源于思想。或许几百年后,有机器写道:AI只是一缕芦苇,全部的尊严都来源于思想。或许,用不了几百年。
让子弹飞·从概率论到人工智能萌芽
后翼弃兵·从“深蓝”到AlphaGo
头号玩家·DeepMind的时焉命焉
暴裂无声·OpenAI的凝视深渊
第二章 信息
天才、创意、剽窃、阴谋、叛逆、崛起、垄断、辉煌、决战、自由……电脑,即人性。
谍影重重·电脑的诞生
无耻混蛋·硬件与软件
鬼子来了·互联网之战
东邪西毒·苹果与安卓
第三章 电力
有线电和无线电的传奇里,至少有三对著名的大师,两场惨烈的战役,一个悲剧的人生。
革命之路·从法拉第、麦克斯韦到赫兹
城市之光·爱迪生
美国往事·特斯拉
隐入尘烟·马可尼
第四章 机械
二十年前,人类没有智能手机;两百年前,人类没有电器;两千年前,人类没有工业;两万年前,人类没有农业。时间之河很长,我们即渺小、又伟大。
蝴蝶效应·一个小小的改变
火车进站·一辆时代的列车
飞驰人生·自由飞翔的梦想
摩登时代·流水线上的真实
译名对照
参考书目
谍影重重
以电脑为节点,在不足百年的信息时代中,逢“五”生变。1945年,冯·诺依曼整理出《关于EDVAC的报告初稿》,被誉为“计算机之父”。1955年,乔布斯与比尔·盖茨出生。1965年,“八叛逆”之戈登·摩尔提出“摩尔定律”。1975年,微软成立,世人迎来第一台苹果电脑。1985年,Windows系统面世,乔布斯被逐出苹果。1995年,微软向网景发起网络大战,乔布斯靠皮克斯翻身。2005年,苹果推出了一款合作手机,谷歌收购了一家叫安卓的公司。滚滚长江,浪花淘尽英雄,一壶浊酒,惯看秋月春风。古今事,青山在,笑谈中。
1942年,美日交战,二十九岁的陆军中尉赫尔曼·戈德斯坦接手一项令他崩溃的任务——在考虑到空气密度、湿度、温度、风速、引信种类与火药剂量等因素基础上,精确计算众多火炮炮弹轨迹。当时制作一种炮弹的表格需要用微分方程组计算成百上千条弹道,至少六周的时间,人工算力远远赶不上实际需求。数学博士出身的戈德斯坦深知自己背负了一个巨大的职场黑锅,绝望之际,四处寻找优质生产力。运气极佳的他先后偶遇三个关键人物:莫奇利、埃克特与冯·诺依曼。前两位是一对师徒,第三位是一个……“六边形战士”。
1903年12月28日,冯·诺依曼生于布达佩斯,父亲是银行家,母亲是大法官之女,家里有个图书馆。识字以后,冯·诺依曼将家族藏书席卷一空,十岁之前翻阅了四十四卷的《世界史》。中学还没毕业,就向《德国数学协会杂志》投稿,讨论某种极小多项式的零点以及超限直径问题。大学期间,他横跨三个国家,进入过布达佩斯大学、柏林大学与苏黎世联邦工业大学。在苏黎世,冯·诺依曼拿到化学工程学位,在布达佩斯,成为了数学博士。1926年,他出版《量子力学的数学基础》,震惊无数物理学家。1933年,担任普林斯顿高等研究院教授,办公室隔壁是爱因斯坦。1943年,奥本海默把他拉进“曼哈顿计划”,破解了原子弹种种难题。1944年,冯·诺依曼与人合著的《博弈论与经济行为》面世,六百多页的煌煌巨著,在经济学领域立起一座丰碑。最后,1944年8月初,阿伯丁火车站的站台上,戈德斯坦偶然望见了候车的冯·诺依曼。
戈德斯坦感觉这位在化学、数学、量子力学、原子弹、博弈论等方面卓有成就的大师是上天赐予他的“礼物”,于是主动邀请冯·诺依曼加入到通用型电子计算机的开发项目中。那恰好也是“六边形战士”的兴趣之一。经过长期讨论,冯·诺依曼将项目组的思想汇集到一篇报告里。1945年6月,戈德斯坦以冯·诺依曼的名义出版了一百零一页的《关于EDVAC的报告初稿》。由此,这位不世出的天才被世人誉为“计算机之父”。
莫奇利和埃克特急了。他们控诉冯·诺依曼厚颜无耻,欺世盗名。
莫奇利的父亲也是一位学者,在华盛顿的卡内基学院地磁学系工作,对儿子影响甚大。1932年,莫奇利毕业于约翰·霍普金斯大学,成为物理博士。尽管彼时经济大萧条,他依然幸运地在学界谋得一份教职,授课之余,对真空管产生了浓厚的兴趣。
真空管亦称电子管,是个利用真空环境中的电子运动来放大、开关或调制信号的器件。“真空管由白炽灯泡演变而来,白炽灯泡是一种玻璃泡,在这种玻璃泡中,纤细的金属丝与大气隔离,保证导电的时候不会被烧坏。灯泡的作用是将电流转化为可见光,而真空管的作用则是通过多种方式控制电流。”“说白了,电子管就是内胆真空的玻璃管。”有二极管、三极管、四极管等多个类型。
早在1940年,莫奇利就产生用真空管制作电子计算机的念头,但动手能力不行,长于规划却短于实践。不过他很快就遇到了心灵手巧的埃克特。
埃克特是费城地产大亨的独子,家财万贯,出入都有专职司机接送。这位不努力就必须被迫继承家业的富二代是一个类似钢铁侠的狠角色,十二岁做出模型船的导航系统,十四岁改造通话器。尽管被麻省理工录取,但出于个人兴趣爱好,他最终选择了宾夕法尼亚大学的摩尔电气工程学院,并在学校里发明出一台“接吻测量仪”——吻得越深,电流越多,足以点亮十个灯泡。二十一岁的埃克特还给“接吻测量仪”申请过专利。终其一生,他一共获得八九十项专利。
1941年,莫奇利去摩尔学院参加学术活动(后来他成为摩尔学院的老师),碰到实验室管理员埃克特。出于对电子设备与计算器的共同兴趣,两人一见如故,决定合力研发数字式电子计算机。当然,限于资金、团队等现实因素,两人的研究暂时停留在纸面上。
1942年,为计算火炮弹道,戈德斯坦雇佣了近两百名员工,搜集来很多机械式计算器,却始终不够用。焦急的数学博士打听到莫奇利师徒的电子计算机构想,立刻请两人写份项目报告。为了信息时代的第一缕曙光、自身强烈的科学求知欲以及美国军方提供的大笔预算,莫奇利和埃克特很快写完名为《使用高速真空管进行计算》的备忘录,描绘了电子计算机的强大而美好的未来。
1943年,军方与摩尔学院正式签订协议,先支付十五万美元,期望在1944年9月之前得到一台电子数字积分计算机。其缩写为,ENIAC,人类历史上第一台通用型电脑。
先说结果。1946年2月,ENIAC在宾夕法尼亚大学的休斯顿大厅正式亮相,大约使用了七万个电阻、一万八千个真空管、一万个电容器,重约三十吨,体积相当于一个三居室公寓。它点燃了信息时代的火光,满足了科学家的虚荣心,收到了军方大约五十万美元支票,唯一不足的就是失去计算弹道的意义。第二次世界大战已完结半年,原子弹都降世了。
实验室主管莫奇利和埃克特对项目难度的预估严重不足。最开始正式员工仅有十八人。直到1944年春,ENIAC才完成基本设计。采购元件也是个大麻烦。1944年9月,本是约定交付整机的时间,却连组装的零部件都没有买齐。各类意外层出不穷:通风机管道破裂导致机器损坏,积雪融化的脏水渗透进机房,进气口的螺丝没有拧紧烧毁了真空管……
后人总结得好:这个世界到处都是草台班子。
1945年6月,当戈德斯坦以冯·诺依曼的名义印刷《关于EDVAC的报告初稿》之际,ENIAC刚刚大体完工。所以冯·诺依曼并未参与ENIAC的开发过程,他在报告中写的是新式电脑构想:首先第二代电脑EDVAC应该使用二进制(ENIAC使用了十进制),其次缩减冗余的元件(EDVAC仅需三千多个真空管),最后也是最重要的,增添内存储器的概念。
仅凭一份书面材料就获取“计算机之父”荣誉,这还不是令莫奇利和埃克特最气愤的。更让两人抓狂的是,冯·诺依曼并非报告的真正作者。《关于EDVAC的报告初稿》实际上是冯·诺依曼与戈德斯坦团队共同商讨的智慧结晶。虽然大师是执笔人,但版权应归属于整个ENIAC项目组。只不过戈德斯坦仰慕大师威名,直接把冯·诺依曼标注成唯一作者。
戈德斯坦的行为引发了一系列连锁反应。莫奇利和埃克特始终觉得自己是电脑制造者,应该拥有相应版权及专利;同时宾夕法尼亚大学也将该发明视为囊中物;而《关于EDVAC的报告初稿》虽然不是官方出版物,但由于只标注了唯一作者冯·诺依曼,也在法律层面埋下纠纷隐患。此后,创始团队逐渐四分五裂,多有指责。
事后回顾,戈德斯坦是项目的主要发起人,莫奇利与埃克特是项目的策动者与管理者,冯·诺依曼对电脑的发展起到了重要的指导作用。而真正的“计算机之父”还应包含有众多无人知晓的设计人员、工程师与制造者。
“‘谁设计了什么?’是ENIAC专利纠纷中最重要的问题。法官发现,单个功能单元的设计分散在了工程团队里,最后裁定凯特·夏普勒斯主要负责循环单元和乘法器,罗伯特·肖负责函数表、主程序器和常数发生器,亚瑟·博克斯负责乘法器、除法器和主程序器。”
多说一句,莫奇利也并不是第一个使用真空管造计算机的人。
他的想法,是抄来的。
1937年12月,三十四岁的约翰·文森特·阿塔纳索夫在驱车赶往外地的路上,冒出了一个新奇的灵感:发明一台电子计算机。阿塔纳索夫是一位大学老师及物理学博士,在日常教学中,常因计算太繁琐而烦恼,于是想自己动手打造更先进的计算器。他路遇一家酒馆,停车买了两杯波本威士忌苏打,顺便在餐巾纸上写下关键思路。
当时已经有不少科学家有过类似的念头。英国的图灵正在构思著名的“图灵机”,美国的香农也展开了用电流开关状态对应二进制的联想。阿塔纳索夫虽然缺少理论家们的深度,但同时也具备理论家们缺失的执行力。他在酒馆里面想出了机器核心构造,以便使用真空管电路进行计算,另外将电荷储存在价格低廉的电容器里。1939年,阿塔纳索夫终于和助手完成了初代原型机的制作,起名“ABC”计算机。后来他又逐渐筹措到足够资金,造出一台由两百多个真空管组成的、书桌大小的新机器。
1940年12月,阿塔纳索夫在费城的某个学术活动中偶遇莫奇利,闲聊到自己的发明。莫奇利询问能否一睹为快,缺乏警惕的阿塔纳索夫竟然答应了。1941年6月,莫奇利见到“ABC”。尽管那不是一台强大的电子计算机,有各种缺陷,尚且不能称为电脑。但毫无疑问,“ABC”肯定打开了莫奇利的思路,令他畅想更加先进的ENIAC。
1942年,莫奇利得到研发通用型电脑的珍贵机会。或许是想独揽 “电脑之父”的荣誉,他瞒着阿塔纳索夫,抢走这个机遇。“阿塔纳索夫的计算机本来应当是一个重要的里程碑,但它最终还是沦为了历史的尘埃——无论从字面意义还是寓意上来说都是如此。”
这里需要进一步区分一下计算机器与电脑的差别。自古以来,出现过各种各样的机械式计算器。而用先进的电子元件成功造出二进制计算机,阿塔纳索夫应该算第一人。不过严格地说,电脑至少应具备四个特征:通用型(而非单一功能)、由电驱动(而非以机械为主)、数字化(最好是二进制)、可编程。
在ENIAC面世之前,世界各地已出现了不少比较先进的计算机:德国有“Z1”,英国有“巨人”,哈佛大学有“马克一号”。但“Z1” 以机械驱动为主。“巨人”虽然全部电子化,也使用了数量庞大的真空管,却功能单一,不能进行通用计算。“马克一号”与“ABC”都有种种不足。所以在科技史中,人们普遍公认ENIAC才算是第一台电脑。至于“电脑之父”,阿塔纳索夫、莫奇利、埃克特、冯·诺依曼或许还有戈德斯坦,都应该分走一些光环。
而信息时代里,各式各色争名逐利的丑恶嘴脸,远远不止莫奇利一个……
万字长文: 信息时代 (douban.com)