大科技停滞时代

【摘要】最前沿科学研究上，不是只靠一个国家就能点亮科技树，是需要全人类一起。

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本文作者：智sir

本文来源：智先生（ID：zhixs10）

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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。

2019年，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。

这些概念背后，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。

2

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，通过定期服用药物控制；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。

3

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，无论是塑料、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。

4

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。

5

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选，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”有意义得多。

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）……

可在最前沿科学研究上，不是只靠一个国家就能点亮科技树，是需要全人类一起。目前国际形势复杂，意识对抗严重，我也不知道什么时候才能真正一起抬头望星空，形成人类命运共同体。

只要有那么一丝希望，我们就不应该放弃。

在一个有限的世界里

无限的宇宙视野并不是奢侈品

而是生存的必需品

——《星际唱片》

参考资料：

资水东流博士：《技术大停滞》 

尤瓦尔·赫拉利：《未来简史》 

史蒂芬·霍金：《时间简史》《宇宙简史》

新华社：《冲击！1亿摄氏度100秒》

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