大歷史視野下的技術(shù)演化｜賽先生看歷史
撰文｜劉鈍（中國(guó)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(zhuān)指長(zhǎng)時(shí)段的人類(lèi)文明史，而不是那種眼下在西方學(xué)術(shù)界頗為時(shí)髦、包括宇宙萬(wàn)物在內(nèi)的big history，它關(guān)注的中心是人類(lèi)的活動(dòng)而非自然的演化。人與其他動(dòng)物的主要區(qū)別是能夠制造工具，一部人類(lèi)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(wèn)題，我把迄今為止人類(lèi)制造改進(jìn)工具或技術(shù)的演化分成四個(gè)階段。第一階段是新石器時(shí)代，時(shí)間大約是距今1萬(wàn)年至5000年之間；第二階段是機(jī)械時(shí)代，起始時(shí)間距今7000年至5000年不等，截止時(shí)間在18世紀(jì)中葉；第三階段不妨稱(chēng)為能源驅(qū)動(dòng)時(shí)代，始于18世紀(jì)初，至今還處于進(jìn)行時(shí)；第四階段是智能制造時(shí)代，始于本世紀(jì)初，有人稱(chēng)之為“工業(yè)4.0”，眼下方興未艾。同時(shí)我也隱約感覺(jué)，在第四階段之后，有一個(gè)動(dòng)向已現(xiàn)端倪，其內(nèi)涵、功效與前景尚不明朗，姑且稱(chēng)之為“賽博格時(shí)代”。
歷史不是算術(shù)，以上所述相鄰兩個(gè)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(guó)家和地區(qū)。下面要展開(kāi)的完全是個(gè)人的一管之見(jiàn)，我不指望可以說(shuō)服所有的讀者，當(dāng)然歡迎批評(píng)和討論。
動(dòng)物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，某些哺乳動(dòng)物也會(huì)使用工具，例如海貍與黑猩猩就會(huì)用石塊砸開(kāi)堅(jiān)硬的果殼，但是有目的地通過(guò)集體知識(shí)（collective learning）制造工具卻是靈長(zhǎng)目人科動(dòng)物的專(zhuān)擅。制造工具需要原料，地球上最方便的原料是石頭?！叭嗽诚嘁緞e，只幾個(gè)石頭磨過(guò)，小兒時(shí)節(jié)?！痹?shī)人氣質(zhì)的政治家說(shuō)的“小兒時(shí)節(jié)”，從直立人算起距今已有100多萬(wàn)年，從智人算起也有幾十萬(wàn)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(chēng)為舊石器時(shí)代。以獸皮條、樹(shù)皮等將尖銳的石器捆綁在木棍上，延伸了人類(lèi)祖先的肢體，成為戰(zhàn)爭(zhēng)、狩獵與生產(chǎn)的利器。
舊石器時(shí)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(wàn)年左右，人類(lèi)制作石頭工具的手段發(fā)生了一個(gè)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(jiān)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(lái)的器具越來(lái)越精細(xì)，越來(lái)越耐用，也越來(lái)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(lái)捕魚(yú)，骨針被用來(lái)縫制毛皮與樹(shù)皮，石磨被用來(lái)研磨谷物，石頭或骨頭制成的紡錘被用來(lái)紡線(xiàn)，石鐮、石鏟、石鋤以及蚌鐮、骨耜等成為新式農(nóng)具。
新石器時(shí)代（距今1萬(wàn)年至5000年）? Damon Xtime
陶器則出現(xiàn)于新石器時(shí)代晚期，制作陶器所用的轉(zhuǎn)輪通過(guò)人力和曲柄實(shí)現(xiàn)了圓周運(yùn)動(dòng)。陶制的壇壇罐罐用于儲(chǔ)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(lái)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(duì)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(shì)，可以視為城鎮(zhèn)與早期國(guó)家的雛形。隨著生產(chǎn)力的提高與財(cái)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(ài)與巫師溝通神人的法器。
機(jī)械時(shí)代（距今7000～5000年至18世紀(jì)中葉）? Damon Xtime
第二個(gè)階段我稱(chēng)為機(jī)械時(shí)代，跨度也很長(zhǎng)，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(lèi)文明歷史。中國(guó)有魯班的傳說(shuō)，古希臘有代達(dá)魯斯（Daedalus）的神話(huà)，他們都是古代能工巧匠的化身。不同時(shí)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(lèi)利用自然改進(jìn)生活的重要工具。“機(jī)”在古漢語(yǔ)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(huì)”“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(jiǎn)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(huà)中的巧匠代達(dá)魯斯為兒子制作能夠飛行的翅膀
戰(zhàn)國(guó)時(shí)代成書(shū)的《周禮?考工記》，是當(dāng)時(shí)官營(yíng)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(lèi)30來(lái)個(gè)工種。舉例來(lái)說(shuō)，制造車(chē)輛就由“輪人”“輿人”和“辀人”三個(gè)部門(mén)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(chē)馬，清晰地展現(xiàn)了當(dāng)時(shí)工匠的制作水平，通過(guò)軸、轄、軎等活性裝置連接起來(lái)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(chē)軸隨輪子一起轉(zhuǎn)動(dòng)的木“車(chē)”。
秦始皇陵附近出土的大型銅車(chē)馬
通過(guò)簡(jiǎn)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(kāi)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(lèi)的眼界，對(duì)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(dòng)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(shí)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(gè)古希臘青銅裝置殘骸，后來(lái)以出水地為其命名，稱(chēng)為安提凱希拉（Antikythera）機(jī)械，經(jīng)研究是一臺(tái)相當(dāng)復(fù)雜的天文鐘，制成時(shí)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(dòng)、集觀測(cè)、演示與報(bào)時(shí)為一身的水運(yùn)儀象臺(tái)，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(jì)時(shí)器之核心部件的始祖。18世紀(jì)，英國(guó)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(cè)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(shí)代，造物主常常被想象為一個(gè)偉大的鐘表匠，日月星辰在他的設(shè)計(jì)下，如同鐘表齒輪一樣運(yùn)動(dòng)，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(dòng)統(tǒng)一起來(lái)，萬(wàn)有引力的“萬(wàn)有”（universal）就有包羅萬(wàn)象的意思。對(duì)于18～19世紀(jì)的物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，似乎只有熱力學(xué)和電磁學(xué)沒(méi)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(guó)浪漫主義畫(huà)家威廉·布萊克的作品《亙古以來(lái)》（1794）
能源驅(qū)動(dòng)時(shí)代（18世紀(jì)初至今）? Damon Xtime
第三個(gè)階段的焦點(diǎn)是能源的開(kāi)發(fā)與利用，標(biāo)志事件是18世紀(jì)蒸汽機(jī)的登場(chǎng)。英國(guó)人薩弗里（Thomas Savery）、紐可門(mén)（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(guò)蒸汽驅(qū)動(dòng)形成往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械動(dòng)力，又通過(guò)曲柄齒輪等傳動(dòng)設(shè)施轉(zhuǎn)換成更容易帶動(dòng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)。蒸汽機(jī)的普遍應(yīng)用引起了人類(lèi)歷史上的第一次工業(yè)革命，標(biāo)志著人類(lèi)文明從農(nóng)業(yè)社會(huì)向工業(yè)社會(huì)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(chǎng)，人類(lèi)獲得了比傳統(tǒng)的畜力、風(fēng)力和水力更強(qiáng)大的動(dòng)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(yè)（上?？萍冀逃霭嫔?，2004）
19世紀(jì)下半葉，電力開(kāi)始登場(chǎng)成為新的更強(qiáng)大的能源。英國(guó)之外，法國(guó)、德國(guó)、奧地利、意大利、美國(guó)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(dòng)的第二次工業(yè)革命階段。電也被普遍用在民生方面，愛(ài)迪生（Thomas Edison）、特斯拉（Nikola Tesla）等發(fā)明家大顯身手，電燈、電話(huà)、電報(bào)、留聲機(jī)、電影、電車(chē)相繼問(wèn)世。20世紀(jì)初爆發(fā)了以相對(duì)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(lèi)傳統(tǒng)的時(shí)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(wú)線(xiàn)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(shí)，在歐美等國(guó)家，石油開(kāi)始取代煤炭成為獲取熱能的主要原料。
愛(ài)迪生 特斯拉
20世紀(jì)中葉，在美蘇爭(zhēng)霸、各國(guó)或站隊(duì)或跟進(jìn)的格局中，世界發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)歷了第三次工業(yè)革命，其特點(diǎn)是電子計(jì)算機(jī)的普及與自動(dòng)化生產(chǎn)的推廣，人類(lèi)的足跡也開(kāi)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(kāi)始啟用和平號(hào)空間站；美國(guó)則通過(guò)“阿波羅”計(jì)劃，在1969年實(shí)現(xiàn)了人類(lèi)登月的壯舉。中國(guó)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(guó)空間站“天和”核心艙由長(zhǎng)征5-B運(yùn)載火箭發(fā)射升空
核能的開(kāi)發(fā)也是在冷戰(zhàn)環(huán)境下開(kāi)始的：一方面，它為人類(lèi)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(shí)時(shí)處于核戰(zhàn)陰云籠罩的恐怖之中。20世紀(jì)末，生態(tài)問(wèn)題日益彰顯，為了應(yīng)對(duì)資源枯竭、環(huán)境惡化、氣候變暖、沙漠化、核泄漏等與人類(lèi)生存攸關(guān)的危機(jī)，人們開(kāi)始尋找新的替代能源。頁(yè)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(yáng)能、風(fēng)力、水力、潮汐等傳統(tǒng)能源的開(kāi)發(fā)也需要新的技術(shù)，所以說(shuō)能源驅(qū)動(dòng)的時(shí)代還是一個(gè)進(jìn)行時(shí)。
智能制造時(shí)代（本世紀(jì)初至今） ? Damon Xtime
第四個(gè)階段是智能制造時(shí)代，大約始于本世紀(jì)初，其源頭則可追溯到上個(gè)世紀(jì)末互聯(lián)網(wǎng)的大規(guī)模興起，這標(biāo)志著人類(lèi)開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)信息主導(dǎo)的社會(huì)。人工智能的一個(gè)代表成果是谷歌公司推出的集大數(shù)據(jù)、大計(jì)算與大決策為一體，能夠通過(guò)學(xué)習(xí)自我改進(jìn)的“阿爾法狗”（AlphaGo），它對(duì)李世石、柯潔等圍棋超一流高手的勝績(jī)顯示了人工智能難以預(yù)料的未來(lái)。
柯潔對(duì)弈AlphaGo
2013年，德國(guó)在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)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(zhuān)家們宣稱(chēng)的第四次工業(yè)革命的一個(gè)注腳。2015年5月，中國(guó)對(duì)外公布了“中國(guó)制造2025”行動(dòng)綱領(lǐng)，旨在部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)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(chē)、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(gè)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(gè)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(shuō)來(lái)，專(zhuān)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(gè)階段，即能源驅(qū)動(dòng)時(shí)代和智能制造時(shí)代。第一次工業(yè)革命是以蒸汽為驅(qū)動(dòng)的，英國(guó)率先完成，時(shí)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(dòng)的，美、英、法、德等西方強(qiáng)國(guó)并駕齊驅(qū)，時(shí)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(gè)超級(jí)大國(guó)爭(zhēng)霸的世界格局中開(kāi)啟的，其特點(diǎn)是自動(dòng)化和電子化的迅猛發(fā)展以及從海洋到太空的激烈競(jìng)爭(zhēng)，時(shí)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(huì)的出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)、3D技術(shù)、人工智能、生物工程、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、量子通訊與計(jì)算等，正以前所未有的勢(shì)頭促進(jìn)高新技術(shù)的迅速演化與人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展。
人類(lèi)歷史上的四次工業(yè)革命 ? 知乎東莞中拓空油壓自動(dòng)化
與前三次工業(yè)革命以物質(zhì)為驅(qū)動(dòng)有別，第四次——如果能被稱(chēng)為工業(yè)革命的話(huà)，其驅(qū)動(dòng)力主要是信息與智慧。眼下被炒的火熱的“元宇宙”（Metaverse），不過(guò)是通過(guò)技術(shù)手段對(duì)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(shí)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(lèi)個(gè)體。隨著人工智能與生物工程的發(fā)展，一種被稱(chēng)作“賽博格”（Cyborg）的新事物開(kāi)始出現(xiàn)。這一觀念在美國(guó)懸疑小說(shuō)作家丹·布朗（Dan Brown）2017年推出的《本源》一書(shū)中有清晰的描述。人類(lèi)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(guó)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(duì)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(lèi)腦神經(jīng)的聯(lián)系才開(kāi)始得到重視并取得長(zhǎng)足進(jìn)步。2003年，出生于西班牙的英國(guó)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(xiàn)的人機(jī)混合人，通過(guò)技術(shù)對(duì)身體的介入，成功地解決了自己天生的色盲問(wèn)題。
美國(guó)小說(shuō)家丹·布朗 第一個(gè)賽博格人哈比森
可以想象，有朝一日，如果可以將含有存儲(chǔ)、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(gè)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(guò)基因編輯工具改造人的基因并令其具備遺傳功效，一個(gè)人類(lèi)的加強(qiáng)版就會(huì)出現(xiàn)，成為這個(gè)星球的新一代主宰。誰(shuí)不希望自己的子孫后代更聰明、更強(qiáng)大、更堅(jiān)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——?jiǎng)游锝?、植物界、原生生物界、真?xì)菌界、原始細(xì)菌界、真菌界——之外，一個(gè)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(lèi)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(huì)比現(xiàn)代人類(lèi)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(shuō)與科幻電影中的虛構(gòu)景象，而是生命演化地平線(xiàn)上依稀可見(jiàn)的一道微弱晨曦。
賽博格時(shí)代與第七界 ?Damon Xtime
技術(shù)是把雙刃劍，這話(huà)在今日簡(jiǎn)直成了陳腔濫調(diào)，然而確實(shí)需要念茲在茲無(wú)日或忘。在我們回顧與展望技術(shù)的演化時(shí)，哲學(xué)的思考、道德心的約束，對(duì)自然與生命的敬畏，以及長(zhǎng)時(shí)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(huì)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?qǐng)?bào)》。
制版｜小圭月
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