大歷史視野下的技術(shù)演化｜賽先生看歷史
撰文｜劉鈍（中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所/清華大學(xué)科學(xué)史系）
這里講的“大歷史”，專指長時段的人類文明史，而不是那種眼下在西方學(xué)術(shù)界頗為時髦、包括宇宙萬物在內(nèi)的big history，它關(guān)注的中心是人類的活動而非自然的演化。人與其他動物的主要區(qū)別是能夠制造工具，一部人類制造與改進(jìn)工具的歷史就是一部技術(shù)演化的歷史。
從大歷史的角度看問題，我把迄今為止人類制造改進(jìn)工具或技術(shù)的演化分成四個階段。第一階段是新石器時代，時間大約是距今1萬年至5000年之間；第二階段是機(jī)械時代，起始時間距今7000年至5000年不等，截止時間在18世紀(jì)中葉；第三階段不妨稱為能源驅(qū)動時代，始于18世紀(jì)初，至今還處于進(jìn)行時；第四階段是智能制造時代，始于本世紀(jì)初，有人稱之為“工業(yè)4.0”，眼下方興未艾。同時我也隱約感覺，在第四階段之后，有一個動向已現(xiàn)端倪，其內(nèi)涵、功效與前景尚不明朗，姑且稱之為“賽博格時代”。
歷史不是算術(shù)，以上所述相鄰兩個階段之間或許存在重疊交叉，某項(xiàng)具體技術(shù)的源流則需更“技術(shù)地”論述，當(dāng)然也不可能面面俱到，照顧所有的重要技術(shù)創(chuàng)新與所有的國家和地區(qū)。下面要展開的完全是個人的一管之見，我不指望可以說服所有的讀者，當(dāng)然歡迎批評和討論。
動物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，某些哺乳動物也會使用工具，例如海貍與黑猩猩就會用石塊砸開堅硬的果殼，但是有目的地通過集體知識（collective learning）制造工具卻是靈長目人科動物的專擅。制造工具需要原料，地球上最方便的原料是石頭。“人猿相揖別，只幾個石頭磨過，小兒時節(jié)?！痹娙藲赓|(zhì)的政治家說的“小兒時節(jié)”，從直立人算起距今已有100多萬年，從智人算起也有幾十萬年。這些現(xiàn)代人的先祖能夠用打砸、刮削等手段制作石頭工具和武器，例如石刃、石斧、石錘等，考古學(xué)上稱為舊石器時代。以獸皮條、樹皮等將尖銳的石器捆綁在木棍上，延伸了人類祖先的肢體，成為戰(zhàn)爭、狩獵與生產(chǎn)的利器。
舊石器時代的工具或武器靠打砸、刮削等手段制成
研磨及相關(guān)手段的應(yīng)用促成了新石器革命
距今大約1萬年左右，人類制作石頭工具的手段發(fā)生了一個革命性的變化，除了打砸與刮削之外，研磨成為更重要的手段。人們使用堅硬的石面做磨床或研磨器，石英砂也被廣泛采用。原料則從容易剝離破碎的燧石擴(kuò)展到玄武巖、花崗巖、大理石等多種材質(zhì)，制作出來的器具越來越精細(xì)，越來越耐用，也越來越美觀。有了鋒利且應(yīng)手的工具，人們可以在石材上鉆孔和切割，可以用獸骨、玉石、蚌殼等材料制成更精巧的器具，鉤狀物被發(fā)明出來捕魚，骨針被用來縫制毛皮與樹皮，石磨被用來研磨谷物，石頭或骨頭制成的紡錘被用來紡線，石鐮、石鏟、石鋤以及蚌鐮、骨耜等成為新式農(nóng)具。
新石器時代（距今1萬年至5000年）? Damon Xtime
陶器則出現(xiàn)于新石器時代晚期，制作陶器所用的轉(zhuǎn)輪通過人力和曲柄實(shí)現(xiàn)了圓周運(yùn)動。陶制的壇壇罐罐用于儲存水、食物和種子，刺激了定居生活與農(nóng)業(yè)的發(fā)展。制陶需要窯爐、燃料與鼓風(fēng)設(shè)施，也需要一定的分工協(xié)作。在有些地區(qū)，燒陶技術(shù)被用來熔化礦石，這就是冶金術(shù)的萌芽。早期的金屬制品是熔點(diǎn)較低的黃銅與青銅，隨后鐵器也出現(xiàn)了，它們的延展性與可塑性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石制和陶制器具。對技術(shù)與分工的要求也顯得更加必要，各種小型作坊應(yīng)運(yùn)而生。在北非、西亞和東亞都出現(xiàn)了人口密集的趨勢，可以視為城鎮(zhèn)與早期國家的雛形。隨著生產(chǎn)力的提高與財富的聚集，實(shí)用不再是匠人追求的唯一目標(biāo)，精美的器具成為顯貴的珍愛與巫師溝通神人的法器。
機(jī)械時代（距今7000～5000年至18世紀(jì)中葉）? Damon Xtime
第二個階段我稱為機(jī)械時代，跨度也很長，幾乎覆蓋了從古代四大文明到工業(yè)革命之前為止的全部人類文明歷史。中國有魯班的傳說，古希臘有代達(dá)魯斯（Daedalus）的神話，他們都是古代能工巧匠的化身。不同時代不同地區(qū)的工匠發(fā)明和制造出各種機(jī)械，成為人類利用自然改進(jìn)生活的重要工具?！皺C(jī)”在古漢語中不但指“機(jī)器”，而且指“機(jī)心”“機(jī)巧”“機(jī)智”“機(jī)敏”“機(jī)會”“機(jī)關(guān)”。先秦諸子百家中的墨家最具工匠氣質(zhì)，墨子用簡單機(jī)械表現(xiàn)的“兵棋推演”震懾楚王退兵，與阿基米德（Archimedes）借助力學(xué)機(jī)械保衛(wèi)城邦的事跡異曲同工。
希臘神話中的巧匠代達(dá)魯斯為兒子制作能夠飛行的翅膀
戰(zhàn)國時代成書的《周禮?考工記》，是當(dāng)時官營手工業(yè)產(chǎn)品與工藝制作的規(guī)范，包括木工、金工、皮革工、染色工、玉工、陶工等6大類30來個工種。舉例來說，制造車輛就由“輪人”“輿人”和“辀人”三個部門負(fù)責(zé)，各司其職又彼此關(guān)聯(lián)配合。1980年陜西臨潼始皇陵附近出土的大型銅車馬，清晰地展現(xiàn)了當(dāng)時工匠的制作水平，通過軸、轄、軎等活性裝置連接起來的輪子就是一部組合機(jī)械——不要忘了20世紀(jì)有些地方還在使用那種車軸隨輪子一起轉(zhuǎn)動的木“車”。
秦始皇陵附近出土的大型銅車馬
通過簡單機(jī)械的組合，人們制造出各種各樣的機(jī)器，畜力、風(fēng)力、水力都得到開發(fā)利用，各種機(jī)床用于制造新的機(jī)器與科學(xué)儀器。望遠(yuǎn)鏡與顯微鏡延伸了人類的眼界，對微觀世界與宏觀世界的探索始于17世紀(jì)，最終引發(fā)出以天文學(xué)—力學(xué)為中心的科學(xué)革命。伽利略、牛頓等人不僅是科學(xué)革命的參與者，也是動手能力超凡脫俗的巧匠。
安提凱希拉裝置殘骸及據(jù)此復(fù)原的天文鐘模型
如果要用一項(xiàng)發(fā)明作為這一時代技術(shù)成就的代表，我提出的首選物是機(jī)械鐘。1900年，在一艘海底沉船中發(fā)現(xiàn)了一個古希臘青銅裝置殘骸，后來以出水地為其命名，稱為安提凱希拉（Antikythera）機(jī)械，經(jīng)研究是一臺相當(dāng)復(fù)雜的天文鐘，制成時間是公元前1世紀(jì)。北宋元祐七年（1092），蘇頌、韓公廉等人制成以水力驅(qū)動、集觀測、演示與報時為一身的水運(yùn)儀象臺，其樞輪頂部的一組杠桿裝置組成的擒縱器，是所有現(xiàn)代機(jī)械計時器之核心部件的始祖。18世紀(jì)，英國一位業(yè)余鐘表匠約翰·哈里森（John Harrison），研制成功能夠準(zhǔn)確測量經(jīng)度的航海鐘，極大地促進(jìn)了航海事業(yè)的發(fā)展。
在牛頓時代，造物主常常被想象為一個偉大的鐘表匠，日月星辰在他的設(shè)計下，如同鐘表齒輪一樣運(yùn)動，有條不紊，周而復(fù)始。牛頓力學(xué)體系就是機(jī)械論宇宙觀的代表。這一體系把天上和地上的運(yùn)動統(tǒng)一起來，萬有引力的“萬有”（universal）就有包羅萬象的意思。對于18～19世紀(jì)的物理學(xué)家來說，似乎只有熱力學(xué)和電磁學(xué)沒有被大神牛頓完全罩住，與后兩者相應(yīng)的發(fā)明與技術(shù)正是下一階段的演化大戲。
18世紀(jì)英國浪漫主義畫家威廉·布萊克的作品《亙古以來》（1794）
能源驅(qū)動時代（18世紀(jì)初至今）? Damon Xtime
第三個階段的焦點(diǎn)是能源的開發(fā)與利用，標(biāo)志事件是18世紀(jì)蒸汽機(jī)的登場。英國人薩弗里（Thomas Savery）、紐可門（Thomas Newcomen）、瓦特（James Watt）等人相繼進(jìn)行研制和不斷改進(jìn)，成功地將蘊(yùn)藏在煤炭等燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能，通過蒸汽驅(qū)動形成往復(fù)運(yùn)動的機(jī)械動力，又通過曲柄齒輪等傳動設(shè)施轉(zhuǎn)換成更容易帶動機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的圓周運(yùn)動。蒸汽機(jī)的普遍應(yīng)用引起了人類歷史上的第一次工業(yè)革命，標(biāo)志著人類文明從農(nóng)業(yè)社會向工業(yè)社會的轉(zhuǎn)型。在蒸汽機(jī)之后，汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)相繼登場，人類獲得了比傳統(tǒng)的畜力、風(fēng)力和水力更強(qiáng)大的動力，大規(guī)模的機(jī)器生產(chǎn)也成為可能，在采礦、紡織、鋼鐵、運(yùn)輸?shù)确矫娲蠓女惒省?/span>
瓦特改進(jìn)的蒸汽機(jī)示意圖。圖源：辛格等《技術(shù)史》第4卷127頁（上海科技教育出版社，2004）
19世紀(jì)下半葉，電力開始登場成為新的更強(qiáng)大的能源。英國之外，法國、德國、奧地利、意大利、美國也都先后完成了以熱機(jī)為代表的第一次工業(yè)革命，而進(jìn)入以電力為主要驅(qū)動的第二次工業(yè)革命階段。電也被普遍用在民生方面，愛迪生（Thomas Edison）、特斯拉（Nikola Tesla）等發(fā)明家大顯身手，電燈、電話、電報、留聲機(jī)、電影、電車相繼問世。20世紀(jì)初爆發(fā)了以相對論和量子力學(xué)為代表的第二次科學(xué)革命：前者不但顛覆了人類傳統(tǒng)的時空觀，而且從根本上揭示了物質(zhì)與能量的關(guān)系；后者在技術(shù)上引起的震撼一直延續(xù)到今天。首先是無線電技術(shù)得到發(fā)展，在通訊、廣播、電視、導(dǎo)航等方面得到廣泛應(yīng)用。大約同時，在歐美等國家，石油開始取代煤炭成為獲取熱能的主要原料。
愛迪生 特斯拉
20世紀(jì)中葉，在美蘇爭霸、各國或站隊或跟進(jìn)的格局中，世界發(fā)達(dá)國家經(jīng)歷了第三次工業(yè)革命，其特點(diǎn)是電子計算機(jī)的普及與自動化生產(chǎn)的推廣，人類的足跡也開始進(jìn)入太空與深海。1957年，蘇聯(lián)成功發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星，1986年開始啟用和平號空間站；美國則通過“阿波羅”計劃，在1969年實(shí)現(xiàn)了人類登月的壯舉。中國在極其困難的年代完成了“兩彈一星”工程，目前在航天領(lǐng)域已經(jīng)走在世界前列。
2021年4月29日，中國空間站“天和”核心艙由長征5-B運(yùn)載火箭發(fā)射升空
核能的開發(fā)也是在冷戰(zhàn)環(huán)境下開始的：一方面，它為人類提供了使用強(qiáng)大的清潔能源之可能；另一方面，它也令世界時時處于核戰(zhàn)陰云籠罩的恐怖之中。20世紀(jì)末，生態(tài)問題日益彰顯，為了應(yīng)對資源枯竭、環(huán)境惡化、氣候變暖、沙漠化、核泄漏等與人類生存攸關(guān)的危機(jī)，人們開始尋找新的替代能源。頁巖油、海底天然氣乃至地球以外的潛在能源都得到重視，太陽能、風(fēng)力、水力、潮汐等傳統(tǒng)能源的開發(fā)也需要新的技術(shù)，所以說能源驅(qū)動的時代還是一個進(jìn)行時。
智能制造時代（本世紀(jì)初至今） ? Damon Xtime
第四個階段是智能制造時代，大約始于本世紀(jì)初，其源頭則可追溯到上個世紀(jì)末互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模興起，這標(biāo)志著人類開始進(jìn)入一個信息主導(dǎo)的社會。人工智能的一個代表成果是谷歌公司推出的集大數(shù)據(jù)、大計算與大決策為一體，能夠通過學(xué)習(xí)自我改進(jìn)的“阿爾法狗”（AlphaGo），它對李世石、柯潔等圍棋超一流高手的勝績顯示了人工智能難以預(yù)料的未來。
柯潔對弈AlphaGo
2013年，德國在漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出“工業(yè)4.0”的概念，其核心是提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有高度適應(yīng)性的智慧工廠和高效的物聯(lián)信息系統(tǒng)。這或許可以作為專家們宣稱的第四次工業(yè)革命的一個注腳。2015年5月，中國對外公布了“中國制造2025”行動綱領(lǐng)，旨在部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略。其中的五大工程是：制造業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)工程，智能制造工程，工業(yè)強(qiáng)基工程，綠色制造工程和高端裝備創(chuàng)新工程。在技術(shù)層面，包括新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農(nóng)機(jī)裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械等十個重點(diǎn)領(lǐng)域。
前文將大歷史視野下的技術(shù)演化分為四個階段，也多次提到工業(yè)革命與科學(xué)革命。當(dāng)今的人們很容易將技術(shù)與工業(yè)混為一談，為了避免讀者混淆，容我將涉及工業(yè)革命的部分再作一點(diǎn)歸納。
大致說來，專家們認(rèn)為一共有四次工業(yè)革命，都發(fā)生在技術(shù)演化的后兩個階段，即能源驅(qū)動時代和智能制造時代。第一次工業(yè)革命是以蒸汽為驅(qū)動的，英國率先完成，時間大約在1750年至1860年之間。第二次工業(yè)革命是以電力為驅(qū)動的，美、英、法、德等西方強(qiáng)國并駕齊驅(qū)，時間大約在1860年至1950年之間。第三次工業(yè)革命是在美、蘇兩個超級大國爭霸的世界格局中開啟的，其特點(diǎn)是自動化和電子化的迅猛發(fā)展以及從海洋到太空的激烈競爭，時間大約是1950年至1990年之間。第四次工業(yè)革命以“工業(yè)4.0”為幟志，其特點(diǎn)是智能生產(chǎn)與智能社會的出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)、3D技術(shù)、人工智能、生物工程、云計算、大數(shù)據(jù)、量子通訊與計算等，正以前所未有的勢頭促進(jìn)高新技術(shù)的迅速演化與人類社會的發(fā)展。
人類歷史上的四次工業(yè)革命 ? 知乎東莞中拓空油壓自動化
與前三次工業(yè)革命以物質(zhì)為驅(qū)動有別，第四次——如果能被稱為工業(yè)革命的話，其驅(qū)動力主要是信息與智慧。眼下被炒的火熱的“元宇宙”（Metaverse），不過是通過技術(shù)手段對現(xiàn)實(shí)世界數(shù)字化與虛擬化的結(jié)果，未脫智能制造時代的窠臼。
以上述及的各階段技術(shù)演化，基本上都不涉及人類個體。隨著人工智能與生物工程的發(fā)展，一種被稱作“賽博格”（Cyborg）的新事物開始出現(xiàn)。這一觀念在美國懸疑小說作家丹·布朗（Dan Brown）2017年推出的《本源》一書中有清晰的描述。人類與器械的結(jié)合可以追溯到為了改進(jìn)或延伸官能所發(fā)明的義肢、眼鏡等物；但是直到上世紀(jì)60年代，美國宇航局的兩位科學(xué)家提出以機(jī)械、藥物、生物工程等手段對人體進(jìn)行拓展，以適應(yīng)星際航行的艱苦環(huán)境，自此，人造器物與人類腦神經(jīng)的聯(lián)系才開始得到重視并取得長足進(jìn)步。2003年，出生于西班牙的英國藝術(shù)家哈比森(Neil Harbisson)成為世界上第一位在頭顱中植入傳感天線的人機(jī)混合人，通過技術(shù)對身體的介入，成功地解決了自己天生的色盲問題。
美國小說家丹·布朗 第一個賽博格人哈比森
可以想象，有朝一日，如果可以將含有存儲、記憶與學(xué)習(xí)功能的芯片直接植入大腦，令其隨著生命個體一道存活；將可以影響肌肉、骨骼與神經(jīng)功能的納米原件注入血液，制造由大腦控制的強(qiáng)健軀體；通過基因編輯工具改造人的基因并令其具備遺傳功效，一個人類的加強(qiáng)版就會出現(xiàn)，成為這個星球的新一代主宰。誰不希望自己的子孫后代更聰明、更強(qiáng)大、更堅韌呢？賽博格或人機(jī)混合物，十分可能成為目前已知的生命六界——動物界、植物界、原生生物界、真細(xì)菌界、原始細(xì)菌界、真菌界——之外，一個全新的生命形態(tài)。重要的是，它可能同樣遵循達(dá)爾文“適者生存”的法則。
地球上的生物六界 ? Damon Xtime
所謂“第七界”的賽博格們，必定比現(xiàn)在的人類更強(qiáng)壯、更聰明、更善于學(xué)習(xí)、更適應(yīng)生存環(huán)境。如果介入得當(dāng)，也會比現(xiàn)代人類更理性、更講道德和更富有同情心——或者相反。這并不僅僅是科幻小說與科幻電影中的虛構(gòu)景象，而是生命演化地平線上依稀可見的一道微弱晨曦。
賽博格時代與第七界 ?Damon Xtime
技術(shù)是把雙刃劍，這話在今日簡直成了陳腔濫調(diào)，然而確實(shí)需要念茲在茲無日或忘。在我們回顧與展望技術(shù)的演化時，哲學(xué)的思考、道德心的約束，對自然與生命的敬畏，以及長時段大歷史的眼光是不可或缺的。
本文原為阿里達(dá)摩院2022跨年度科技分享會X-time演講稿，略有增修并配圖，節(jié)錄稿曾刊2022年2月7日《光明日報》。
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