即将到来的大科技停滞时代

来源:智先生, 作 者 |:智sir

导读

越来越多的科技创新背后,是创新增量的边际递减,人类有限的认知水平,面对是的广阔无限的黑暗宇宙,科技停滞的脚步越来越近,我们能否穿过“大筛选”,驶向星空彼岸?



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。」

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。

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。


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:

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,目前进展未知,北方朋友也特别煎熬。


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。

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,5nm制程必然不是终点,也很快到临界点了。量子计算机倒可以期待一下。


我写这篇文章的时候是2019年,那时谷歌宣称「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。


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。


然后是去年年底,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。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,无法自拔。


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,仅仅停留在浅层。


想要实现强人工智能,还有很远的距离,而且远到令人绝望。

为什么如此难?

因为实现人工智能的前提,是要对人类基因组有突破性进展。


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。有些研究真的无法快马加鞭,我们只能选择希望。




在人类历史上,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。


正如上面我提到的「摩尔定律」一样,钻井技术总有一天会达到瓶颈。

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。

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……


目前我国的研究进度是,芯部电子温度1亿摄氏度可以维持20秒,并且在今年4月底冲击100秒,算是迈出了一大步,很不容易。

升级改造中的全超导托卡马克核聚变实验装置,图:新华社


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……


人类承当不起「科技停滞」的后果。


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。

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。



当今科学理论的验证越来越难,但人的寿命有限。

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。

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。

比如我们无法理解的弦理论、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。

科技虽然是没有尽头的,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,我们太微不足道,也太孤单了,至今没有找到任何外星文明的足迹,又或者被人为掩盖了踪迹。



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。

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。

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。


比如美国每年在福利上的投入,是可控核聚变研发投入的百倍以上,更是关停火箭推进计划、超导超级对撞机等项目,节省财政支出……毕竟过好当下生活,远比遥不可及的「可控核聚变」有意义的多。


马斯克幸亏是有钱,背后也有NASA助力,才能支撑起自己的星际殖民梦,更多国家干脆就选择躺平。


我以前写过不少有关宇宙的文章,也曾感慨过,一个民族是否有希望,要看他们能否仰望星空。


很庆幸,我们国家还能不遗余力修建许多大型科技工程,有世界最大口径射电望远镜天眼(观测宇宙生命),有接棒的天宫空间站(将成为世界唯一的在轨空间站)、有环形正负电子对撞机项目(对上帝粒子进行精确测量)、也有世界首颗量子卫星(开展对量子力学的实验检验)……

只要有那么一丝希望,我们就不应该放弃。


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