信息技术主导新世界
【环球科技】
科学家实现了对物质、能量传输的操控，这种科学基础也带动了诸多技术的诞生和发展，成就了如今信息奔腾的世界。毫无疑问，在科学家眼中，科学发现带来的技术突破，会借由技术企业造福于人类；而在历史学家看来，科学与技术的关系却并非线性，其复杂程度远超人们的认知。
19世纪之前，发明和创新主要依靠从事传统工艺的工匠，他们并非科学家，不会意识到自己和科学发展有何联系，例如罗盘、火药、印刷术、经纬仪、轧棉机、蒸汽机以及水车等发明，均是如此。然而19世纪末，情况发生了改变：传统工艺被技术所取代，技术与科学的关系明显变得更加紧密，科学家们也开始兴致勃勃地将理论转变为实践。
然而，技术并非总是出现在科学发展之后，相反，它们常常与同时代的科学平行发展。根据不同的目标、价值观念、预期和方法，技术人员——即后来的工程师可以分为完全不同的群体。他们的工作和成就，亦不能简单理解为应用科学。即便是在20世纪早期，科学知识与技术进步的联系依旧松散得令人吃惊。例如，在科学家还没有构建完备的飞行理论时，人们已经能够驾驶飞机飞向天空。那时，科学家宣称：“比空气重”的飞行机器是不可能起飞的。然而飞机还是出现了。
一 从科学到技术
回顾过去的175年，操控物质和能量成了科学和技术进步的核心体现。科技创新有时可以实现预期设想，有时则不能。在本文讨论的重大进展当中，有三个进展实实在在改变了我们的生活，而且带来了相当多的好处；然而，另外两个随之而来的进步所带来的好处，则不像人们曾经设想的那么明显。此外，我们至今才后知后觉地意识到，科学技术首要的作用，即实现物质和能量的传递，让我们能够有机会传递信息和思想。
如果要举一个例子来说明技术诞生于科学基础，那么电的发现和应用就是最好的证明。本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）曾发现闪电是一种大气放电现象，并发明了避雷针来保护人类和财产安全，他也因这些成就而享誉全球。
然而，对电现象理解的重大科学突破，是由迈克尔·法拉第（Michael Faraday）和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）做出的。他们证实了电是由电子移动产生的，并且电可以用更广泛的电磁学理论加以描述。法拉第发现电和磁息息相关：移动的电子会产生磁场，而变换的磁场可以使导体中产生电流。之后，法拉第利用麦克斯韦方程组——一种描述电场、磁场和光的数学模型，实现了对这些现象的定量描述。
这些科学理论为发电机的发明，工业和家庭用电的发展，以及电子通信（如电报、电话、广播、电视等）的出现奠定了坚实的基础。
电的出现极大地促进了工厂规模的扩张。过去，大多数工厂依靠水力驱动机器，这意味着工厂必须靠近河流。通常，工厂会建设在狭窄的河谷地带，因而空间会受到限制。然而当工厂转为电力驱动之后，它们就可以建在任何地方，规模也不再受限。此外，电灯的出现使得工厂可以全天候运转。因此，电的发明极大丰富了工业生产，进而促进了消费市场的发展。
电的出现也改变了大众的日常生活，它能驱动地铁、电车以及火车，方便工人通勤，促进了城市扩张，并让一些人能够在郊区生活。家庭电灯的出现，延长了有光照的时间，使得人们能够有更多的时间阅读、缝纫或从事其他工作。从1904年圣路易斯世界博览会令人振奋的灯光表演，到之后相继出现的电影院和电台，都表明了多种多样的娱乐活动因为电的普及而遍地开花。此外，民用电力也被用来驱动冰箱、烤箱、热水器、洗衣机以及电熨斗等电器工作。
在1983年获奖的著作《给母亲更多的工作》书中，露丝·施瓦茨·考恩（Ruth Schwartz Cowan）写道：“机器能减轻妇女的工作量，但人们更加期望能借助省力的机器来维持家居整洁。”不过毋庸置疑的是，电器的确改变了人们的生活。
二 技术改变信息传播
电力对人们生活最显著、持久的影响之一就是改变了信息和思想的传播。而电力使得摄像机的出现成为可能，电影院也应运而生。1895年，在托马斯·爱迪生发明的活动电影放映机的启发下，第一部公共电影在巴黎诞生（影片展示的内容是工人换岗离开工厂的画面）。几年之后，商业电影产业便在欧洲和美国蓬勃发展起来。
如今，随着娱乐产业的兴起以及好莱坞中心地位的确定，我们已经将看电影当作一种再普通不过的消遣了。然而在20世纪初，许多甚至大部分电影均以纪录片或新闻短片为主。作为当时电影院的标准题材，新闻短片成了当时人们了解世界和国家时事的主要方式。不过，这类电影也成了传播虚假消息的途径。
例如，在19世纪90年代末，一部电影播报了德雷福斯事件（Dreyfus Affair）。这实际上是一则假新闻，内容描述的是法国政治丑闻，电影显示有一名犹太军官被指控从事反犹太主义的间谍活动。此外，1898年，有关西班牙-美国战争中圣胡安山（San Juan Hill）战役的电影也存在虚假片段。
与此同时，信息还推动了电台和电视的出现。19世纪80年代，海因里希·赫兹（Heinrich Hertz）首次证明无线电波是一种电磁辐射，正如麦克斯韦理论预言的一样。19世纪80年代，印度物理学家贾格迪什·钱德拉·博斯（Jagadish Chandra Bose）设计了一项实验，成功地利用微波点燃了火药和摇响了铃铛，证明了电磁辐射无需导线即可传播。这些科学发现，为现代电子通信技术奠定了坚实的基础。
1899年，古列尔莫·马尔科尼（Guglielmo Marconi）发送了第一束跨越英吉利海峡的无线电信号。此时，也涌现了一批信奉技术的人。那些对技术充满信心的人们宣称，无线电将促成世界和平，因为它能促进全球各地人们的交流。然而事实上，从马尔科尼首次发出无线电信号，到无线广播的问世，还有很长的路要走。直到20世纪20年代，才出现第一个广播节目。此外，无线电并没有阻止1914-1918年的第一次世界大战。
20世纪早期，除了军事和技术狂热分子，普通民众对收音机几乎没有需求。为了鼓动人们购买收音机，广播公司必须开始创办节目，这一方面需要赞助商资金的支持，另一方面也促进了广告行业、大众营销和消费文化的增长。
20世纪20至40年代期间，收音机逐渐成为了美国家庭的必备品。此时，电台和报纸这两种不同的信息传播方式形成了激烈的竞争，电台也常常取代报纸成为人们获得信息的主要来源。无线电并没有给世界带来和平，但是它将新闻、音乐、喜剧以及总统演讲等内容带入了人们的生活。
电视机的故事也大致如此：为了将电视引入美国家庭，必须创造出许多内容给观众。商业赞助商制作了许多早期节目，例如《德士古明星剧场》和《通用电气剧场》。广播电视公司也会播送棒球比赛等赛事节目，并且开始播放原创内容，例如新闻节目。虽然这类节目的质量普遍堪忧，但电视机还是逐渐风靡全国。尽管从科学理论基础来看，电视机依旧是物质和能量的传输，但是到了技术层面，则直接表现成了信息、娱乐和观点的传播。
三 技术影响世界
当第二次世界大战爆发，战争又一次席卷世界时，以科学为基础创造的技术，在此次战争中扮演了至关重要的角色。相比于原子弹的出现，历史学家们几乎一致认为，运筹学研究、密码破译、雷达、声呐以及近炸引信，在反法西斯同盟的胜利中扮演了更加重要的角色。然而，原子弹还是受到了最大的关注。
美国领导人甚至宣布20世纪下半叶将变为原子能的时代，核动力飞机、火车、轮船，甚至核动力汽车，都会相继出现。1958年，福特汽车公司（Ford Motor Company）还设计了一款核动力汽车概念模型——核子号（Nucleon）。这辆汽车利用微型反应堆加热蒸汽产生驱动力。
当然，该模型从未变成现实，现在我们可以在密歇根州迪尔伯恩的亨利·福特博物馆看到这款汽车的模型。根据德怀特·艾森豪威尔（Dwight Eisenhower）总统的“和平利用原子能计划”（Atoms for Peace plan），美国将发展民用核能，以供本国人民使用，并帮助其他发展中国家。美国家庭将实现免费核能供电，因为核能实在是价格低廉。
然而，这番承诺从未兑现。美国海军组建了核动力潜艇部队，并将一艘航空母舰改由核动力驱动，然而其他舰队并没有改用核燃料驱动。与此同时，美国政府设计了一台核动力货船作为演示。但事实证明，任何民用的小型反应堆，都太过昂贵或风险太大。
在美国政府的鼓励支持下，20世纪50至60年代的电力公司，开始大力发展核电。到1979年，美国约有72座核电反应堆投入使用，大部分分布在美国东部和中西部地区。然而，由于基础建设成本无法降低，公众反对建造核电站的声音日益强烈。
即便没有发生著名的三哩岛（Three Mile Island）核电站泄漏事故，人们对于建设新核电站的热情也日渐降低。三哩岛事故发生的5年后，有超过50座核电站的建设计划被取消，其余的则被要求进行花费不菲的改造工作。苏联切尔诺贝利事件发生后，人们对核能的担忧进一步加深了。如今在美国，约有20%的电力靠核电产生，这与上世纪50年代核能狂热分子所预测的比例相去甚远。
一些人宣称，20世纪是“原子能的世纪”；而有些人则认为，20世纪是“太空的世纪”。20世纪中叶的美国儿童，是看着星际旅行的科幻节目、读着外星超人漫画、听着太空旅行奇遇的黑胶唱片成长的。他们崇拜第一位进入太空的美国人艾伦·谢泼德（Alan Shepard），以及美国首位绕地球飞行的宇航员约翰·格伦（John Glenn）。甚至，有些人的父母在泛美世界航空公司（Pan American World Airways）预定了登月航班。斯坦利·库布里克（Stanley Kubrick）在他1968年的一部电影《2001太空漫游》中展示了太空飞行。很明显，当时的人们相信，在2001年，外太空飞行将会成为常态。
自伽利略和牛顿时代以来，人类就掌握了太空旅行所需的基本物理学知识。之后不乏许多有远见的人，他们都看到了运动学定律蕴含的无限潜力。20世纪，火箭的发明让大家对这份潜力的期望变为了现实。
尽管罗伯特·戈达德（Robert Goddard）被誉为“现代火箭之父”，但事实上，德裔科学家韦恩·冯·布劳恩（Wernher von Braun）领导的德国团队，制造了世界上第一枚可用火箭：V-2导弹。与此同时，第一次世界大战后不久，在美国陆军火箭研发项目的资助下，美国喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）首次展示了自主设计的大型弹道导弹。美国政府的回纹针行动（Operation Paperclip），成功地将布劳恩及其团队带到美国，从而加速了研发活动。这些工作，最终促成了美国航空航天局马歇尔太空飞行中心（NASA's Marshall Space Flight Center）的成立。
在美国民族主义和来自联邦政府资金的推动下，这项花费巨大的科学技术工程，让美国人首次登陆月球并成功返回。然而登月成功并没有让太空任务成为常态，太空度假更是遥遥无期。尽管人们一直热情高涨，也有大量私人投资，但太空旅行的设想仍然几乎无法实现。不过，可以发射载人飞船的火箭同样也能用于发射卫星，这让人类收集和传播信息的能力大大提升。
卫星通信让我们可以随时随地向全球发送信息，而且价格低廉；它也使得人类能从更开阔的角度观察我们的星球，这极大地提高了天气预报的能力，亦能帮助我们认识气候变化，观察生态系统和人群变化，进行水资源分析，以及通过GPS实现实时定位和轨迹追踪。讽刺的是，探索太空科学的最大收益，竟然是让我们可以实时了解地球上发生的事情。例如对地球上的电视节目来说，太空中的卫星成为了信息传递的中转站。
计算机技术的发展轨迹也很相似。计算机最早被用来代替从事计算工作的工人（通常是女性）。然而现在，计算机已经演变成集存储、获取和创造数据于一体的工具。伴随着计算机而来的技术隐形进步，为后世带来了极其深远的影响，且远超过许多计算机设计先驱的想象。IBM总裁托马斯·J.沃森（Thomas J.Watson）在1943年曾说过一句非常有名的话：“我想，世界上只需要5台计算机就足够了。”
机械以及电动机械计算装置曾在相当长的一段时间内被广泛应用。然而在第二次世界大战期间，美国国防部官员期待利用电子产品，即当时的电子管或真空管，让计算更为迅速。而他们的成果之一便是旋风计算机（Whirlwind），这是由麻省理工学院开发的基于实时管构建的计算机，被用作美国海军的飞行模拟器。冷战期间，美国空军还将旋风计算机引入了防空系统。半自动地面环境系统（The Semi-Automatic Ground Environment system，简称SAGE）是由计算机、雷达、有线及无线通信系统和有人或无人驾驶拦截器组成的洲际网络，这些网络直到20世纪80年代还在运行。SAGE是促使IBM公司放弃在大型计算机中使用穿孔制表机的关键推动力。同时，这也显示了超大规模、自动化、网络化的管理系统是有可能存在的。
早期的大型计算机体积巨大，需要占据大半个房间。此外，其运行成本高昂且发热严重，因此还需要配备冷却系统。鉴于此，只有政府或者资金雄厚的企业才能负担起运营费用。20世纪80年代，私人计算机的出现极大地改变了这个局面。之后，计算机迅速演变成任何个人和企业都能购买的工具，其功能也从单纯的计算转变为信息处理。
因特网（Internet）的商业化为计算机开拓了新的使用潜能。当美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，简称DARPA）着手开发安全、容错的数字通信网络时，已经有SAGE作为模型。然而，SAGE的建立基础是由机械开关转接的电话系统，这一点也是军方要极力避免的——单一集中的转接中心面对攻击时会极度脆弱。一个安全有效的通信系统，需要有多个中心或节点互相连接成为网络。
20世纪60年代，在美国政府的资助下，经过大量科学家和工程师的共同努力，高等研究计划局网络（Advanced Research Projects Agency Network，ARPANET）诞生了。到20世纪80年代，该网络催生了因特网的诞生。因特网，以及其提供的万维网（World Wide Web）应用，让大量的信息唾手可得。
信息改变了我们生活和工作的方式，并催生了全新的产业，例如社交媒体、可下载娱乐内容、虚拟会议、在线购物、交友以及共享乘车等。从某种意义上来说，因特网的发展历史与电力发展历史相反：私营企业实现了发电，而政府推动了电力的广泛应用；相反，政府一手缔造了因特网，而私营企业使之进入千家万户。这也提醒我们，随意概括技术发展极易出错。此外，大约27%的美国人还无法享受到高速的网络服务。
四 技术需迎合需求
为何电力、电子通信以及计算机如此成功，而核能和太空旅行的表现却让人失望？显然，后者充满了大量不切实际的幻想。各类科幻小说存在着大量对太空旅行的描述，并伴随着不科学的超级英雄梦。尽管发射火箭或将卫星送入预定轨道已经相对容易，但将人类送入太空，依旧存在很大的风险且耗资巨大。而在接下来的很长时间内，这种局面不会有太大改变。
NASA的航天飞机本应引领相对廉价甚至盈利性的航天飞行新时代。然而，迄今为止，航天飞行依旧价格不菲，也没有实现能盈利的商业化航天。5月底，SpaceX公司将两名宇航员成功送入国际空间站，这一事件或许会带来一些改变，但现在下定论还为时尚早。大多数从事太空领域行业的企业家认为能通过太空旅游观光实现盈利，比如利用亚轨道飞行或悬浮空间旅馆来提供零重力娱乐体验。在将来的某一天，这或许会实现，但我们必须清楚地认识到，一直以来，旅游业都要遵循商业发展和结算规律，而不是相反。
现在看来，核能的使用开销仍然不低，因为它需要投入巨大的人力、物力以确保安全。让电力便宜到不需要计量的想法也从未实现，得出该结论的人认为只要很少的铀燃料就能产生大量电能，然而，这种观点忽略了获取铀燃料就要投入大量资金的实际情况。发电厂的主要成本包括搭建反应器和购买材料以及劳动力。对于发电厂来说，使用核能的成本远远高于利用其他能源，这很大程度是因为核电厂为了保障安全，还要引入大量的额外工作。
风险性是一项技术常需面对的控制因素。太空旅行和核能带来的潜在风险，从军事用途来说是完全可以接受的，不过这超出了民用可承担的风险范围。尽管硅谷的一些人宣称，风险投资家通常并不十分在意风险，但政府部门通常比大多数企业家更具有“企业家精神”。此外，太空旅行和核能并不是响应了市场需求，它们仅仅是政府用于军事和政治的工具。说到这里，有人可能会认为政府不应该对技术的商业化做太多的干预。然而，因特网的出现并不是为了满足市场需求。事实上，因特网正是受美国政府资助，出于军事目的才诞生的。而当它对普通人开放时，因特网技术就开始成长和质变，最终改变了我们的生活。
在本文提到的所有成功的技术中，政府均扮演了极为重要的角色。尽管私营企业将电力带到了大城市，如纽约、芝加哥、圣路易斯，但正是美国政府的农村电气化管理局（Rural Electrification Administration），将电力送到了大多数寻常百姓家，使得他们有机会使用收音机、电子设备、电视和电子通信技术。大量的私人投资创造了这些技术，但是它们的变革是政府无形间促成的，人们常常以意想不到的方式，体验到这些技术的价值。
这些出乎意料的好处，似乎应验了一句著名的谚语：“预测是件困难的事情，尤其是预测未来。”这句话曾被尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）、马克·吐温（Mark Twain）和约吉·贝拉（Yogi Berra） 等人先后使用。历史学家往往不喜欢预测未来，因为他们在工作中经常发现：概括性总结通常经不起检验；几乎没有哪两件事是完全相同的；人们过去的设想总会让人困惑。
而我们能够确定的是，当今世界，生产者和消费者之间的信息运动边界已经变得模糊了。过去，信息几乎总是单向流动的，例如从报纸、广播或电视节目流向读者、听众和观众。如今，信息流已经逐渐转变为双向进行，这也是蒂姆·伯纳斯-李（Tim Berners-Lee）在1990年创造万维网时的目标之一。我们作为消费者，现在可以轻易地通过Skype，Zoom或FaceTime与任何人联系；可以在社交软件上发布信息；还可以利用各种软件发表自己的书籍、音乐或者视频——这些事情全都可以躺在沙发上轻易完成。
无论怎样，我们都可以预期，一些事物间的传统界限将变得越来越模糊，例如工作和家庭，业余和专业，公共和私人。也许，我们近期还难以登陆火星享受假期，但我们或许将能透过网络摄像头欣赏火星日出。
【作者：内奥米·奥雷斯克斯（Naomi Oreskes）系哈佛大学科学史学者，地球与行星科学副教授，著有《为什么信任科学》等书籍，埃里克·M.康韦（Erik M. Conway）系加州理工学院历史学客座副教授，著有《喷气推进实验室和火星探索》； 翻译：张政 王瑜】
（本版图文由《环球科学》杂志社供稿）
《光明日报》（2020年11月19日14版）
