望远镜与显微镜的区别(大历史视野下的技术演化)

Posted 2023-05-29

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望远镜与显微镜的区别(大历史视野下的技术演化)

作者：刘钝（清华大学科学史系教授）

本文所讲的“大历史”，专指长时段的人类文明史，而非眼下在西方学术界颇为流行、包括宇宙万物在内的bighistory，它关注的重点是人类的活动而非自然的演化。人与其他动物的主要区别是能够制造工具，一部人类制造与改进工具的历史就是一部技术演化的历史。

从大历史的角度来看，人类技术的演化可以分成四个阶段。第一阶段是新石器时代，时间大约是距今1万年至5000年之间；第二阶段是机械时代，起始时间距今7000年至5000年不等，截止时间在18世纪中叶；第三阶段不妨称为能源驱动时代，始于18世纪初，至今尚处于进行时；第四阶段是智能制造时代，始于本世纪初，有人称之为“工业4.0”，目前方兴未艾。与此同时，笔者认为，在第四阶段之后，有一个动向已现端倪，其内涵、功效与前景尚不明朗，姑且称之为“赛博格”时代。需要强调的是，以上所述前后两个阶段之间或许存在重叠交叉，某项具体技术的源流则要具体分析，当然也不可能面面俱到地涉及所有的重要技术创新与所有的国家和地区。

动物学家发现，某些哺乳动物也会使用工具，例如海狸与黑猩猩就会用石块砸开坚硬的果壳，但是有目的地通过集体知识制造工具却是灵长目人科动物的专擅。制造工具需要原料，地球上最方便的原料是石头。“人猿相揖别，只几个石头磨过，小儿时节。”毛泽东同志诗中说的“小儿时节”，从直立人算起距今已有100多万年，从智人算起也有几十万年。这些现代人的先祖能够用打砸、刮削等手段制作石头工具和武器，例如石刃、石斧、石锤等，考古学上称为旧石器时代。

距今大约1万年左右，人类制作石头工具的手段发生了一个革命性的变化，除了打砸与刮削之外，研磨成为更重要的手段。人们使用坚硬的石面做磨床或研磨器，石英砂也被广泛采用。原料则从容易剥离破碎的燧石扩展到玄武岩、花岗岩、大理石等多种材质，制作出来的器具越来越精细，越来越耐用，也越来越美观。有了锋利且应手的工具，人们可以在石材上钻孔和切割，用兽骨、玉石、蚌壳等材料制成更精巧的器具，钩状物被发明出来捕鱼，骨针被用来缝制皮毛与树皮，石磨被用来研磨谷物，石头或骨头制成的纺锤被用来纺线，石镰、石铲、石锄以及蚌镰、骨耜等成为新式农具。

陶器则出现于新石器时代晚期，制作陶器所用的转轮通过人力和曲柄实现了圆周运动。陶制的坛坛罐罐用于储存水、食物和种子，刺激了定居生活与农业的发展。制陶需要窑炉、燃料与鼓风设施，也需要一定的分工协作。在有些地区，烧陶技术被用来熔化矿石，这就是冶金术的萌芽。早期的金属制品是熔点较低的黄铜与青铜，随后铁器也出现了，它们的延展性与可塑性远远高于石制和陶制器具。对技术与分工的要求也显得更加必要，各种小型作坊应运而生。在北非、西亚和东亚都出现了人口密集的趋势，可以视为城镇与早期国家的雏形。随着生产力的提高与财富的聚集，实用不再是匠人追求的唯一目标，精美的器具成为显贵的珍爱与巫师沟通神人的法器。

第二个阶段为机械时代，几乎覆盖了从古代四大文明到工业革命之前为止的全部人类文明历史。不同时代不同地区的工匠发明和制造出各种机械，成为人类利用自然改进生活的重要工具。先秦诸子百家中的墨家最具工匠气质，墨子用简单机械表现的“兵棋推演”震慑楚王退兵，与阿基米德借助力学机械保卫城邦的事迹异曲同工。战国时代成书的《周礼·考工记》记录了当时官营手工业产品与工艺制作的规范，包括木工、金工、皮革工、染色工、玉工、陶工等6大类30多个工种。举例来说，制造车辆就由“轮人”“舆人”和“辀人”三个部门负责，各司其职又彼此关联配合。1980年陕西临潼秦始皇陵附近出土的大型铜车马，清晰地展现了当时工匠的制作水平，通过轴、辖、軎等活性装置连接起来的轮子就是一部组合机械——不要忘了20世纪有些地方还在使用那种车轴随轮子一起转动的木“车”。通过简单机械的组合，人们制造出各种各样的机器，畜力、风力、水力得到开发利用，各种机床用于制造新的机器与科学仪器。望远镜与显微镜延伸了人类的眼界，对微观世界与宏观世界的探索始于17世纪，最终引发出以天文学-力学为中心的人类历史上的第一次科学革命。

如果要用一项发明作为这一时代技术成就的代表，首选物便是机械钟。1900年，在一艘海底沉船中发现了一个古希腊青铜装置残骸，后来以其出水地命名为安提凯希拉机械，这是一台相当复杂的天文钟，制成时间是公元前1世纪。北宋元祐七年（1092），苏颂、韩公廉等人制成以水力驱动、集观测、演示与报时为一体的水运仪象台，其枢轮顶部的一组杠杆装置组成的擒纵器，是所有现代机械计时器核心部件的始祖。18世纪，英国的一位业余钟表匠约翰·哈里森，研制成功能够准确测量经度的航海钟，极大地促进了航海事业的发展。在牛顿时代，造物主常常被想象为一个伟大的钟表匠，日月星辰在他的设计下，如同钟表齿轮一样运动，有条不紊，周而复始。牛顿力学体系就是机械论宇宙观的代表。这一体系把天上和地上的运动统一起来，万有引力的“万有”就有包罗万象的意思。

第三个阶段的焦点是能源的开发与利用，标志事件是18世纪蒸汽机的登场。英国人萨弗里、纽可门、瓦特等人相继进行研制和不断改进，成功地将蕴藏在煤炭等燃料中的化学能转化成热能，通过蒸汽驱动形成往复运动的机械动力，又通过曲柄齿轮等传动设置转换成更容易带动机器运转的圆周运动。蒸汽机的普遍应用引起了人类历史上的第一次工业革命，标志着人类文明从农业社会向工业社会的转型。在蒸汽机之后，汽轮机、燃气轮机、内燃机相继登场，人类获得了比传统的畜力、风力和水力更强大的动力，大规模的机器生产也成为可能，在采矿、纺织、钢铁、运输等方面大放异彩。

19世纪下半叶，人类进入以电力为主要驱动的第二次工业革命阶段。爱迪生、特斯拉等发明家大显身手，电灯、电话、电报、留声机、电影、电车相继问世。20世纪初爆发了以相对论和量子力学为代表的第二次科学革命：前者不但颠覆了人类传统的时空观，而且从根本上揭示了物质与能量的关系；后者在技术上引起的震撼一直延续到今天。首先是无线电技术在通讯、广播、电视、导航等方面得到广泛应用。大约同时，在欧美等国家，石油开始取代煤炭成为获取热能的主要原料。

20世纪中叶，第三次工业革命开始登场，其特点是电子计算机的普及与自动化的推广，人类的足迹也开始进入太空与深海。1957年，苏联成功发射第一颗人造卫星，1986年开始启用和平号空间站；美国则通过“阿波罗”计划，在1969年实现了人类登月的壮举。中国在极其困难的年代完成了“两弹一星”工程，目前在航天领域已经走在世界前列。核能的开发是在冷战环境下开始的：一方面，它为人类提供了使用强大的清洁能源之可能；另一方面，它也令世界时时处于核战阴云笼罩的恐怖之中。20世纪末，为了应对资源枯竭、环境恶化、气候变暖、沙漠化、核泄漏等与人类生存攸关的危机，人们开始寻找新的替代能源。油页岩、海底天然气乃至地球以外的潜在资源都得到重视，太阳能、风力、水力、潮汐等传统能源的开发也需要新的技术，所以说能源驱动的时代尚处于进行时。

第四个阶段是智能制造时代，大约始于上世纪90年代，以互联网为代表，标志着人类进入一个信息主导的社会。人工智能的一个代表是集大数据、大计算与大决策为一体，能够通过学习自我改进的“阿尔法狗”，它的成功显示了人工智能难以预料的未来。2013年，德国在汉诺威工业博览会上正式推出“工业4.0”的概念，其核心是提升制造业的智能化水平，建立具有高度适应性的智慧工厂和高效的物联信息系统。这或许可以作为专家们宣称的第四次工业革命的一个注脚。

以上所述各个阶段的技术演化，都不涉及人类个体。随着人工智能与生物工程的发展，一种被称作“赛博格”的新事物开始出现。这一观念在美国悬疑小说作家丹·布朗2017年推出的《本源》中有着清晰的论述。人类与器械的结合可以追溯到为了改进或延伸官能所发明的义肢、眼镜等物；但是直到20世纪60年代，美国宇航局的两位科学家提出以机械、药物、生物工程等手段对人体进行拓展，以适应星际航行的艰苦环境以来，人造器物与人类脑神经的联系才开始被重视并取得长足进步。2003年，出生于西班牙的英国艺术家哈比森成为世界上第一位在头颅中植入传感天线的人机混合人，通过技术对身体的介入，成功地解决了天生色盲的问题。

然而，需要引起重视的是，如果将含有存储、记忆与学习功能的芯片直接植入大脑，令其随着生命个体一道存活；将可以影响肌肉、骨骼与神经功能的纳米原件注入血液，制造由大脑控制的强健躯体；通过基因编辑工具改造人的基因并令其具备遗传功效，一个人类的加强版就会出现，进而对人类自身产生难以预料的后果。对于这些有可能影响子孙后代福祉与人类未来的任何技术介入，我们应该保持高度的警惕。

技术是把双刃剑，这样的话语似乎有些陈旧，但确实需要念兹在兹。在我们回顾与展望技术的演化时，从长时段大历史的眼光来分析，才能更好地认识自己、评价自己，进而规范人类行为本身。此外，哲学的思考、道德的约束，对自然与生命的敬畏也都是不可或缺的。

《光明日报》（ 2022年02月07日14版）

来源：光明网-《光明日报》