空间受限下的经济危机和人类社会的热力学平衡: 技术大进步的停滞

  第三个影响来自于复杂度提升后,社会反馈的压力。
  现代社会,无论科学还是技术,都和所处社会有着复杂的纠缠关系,影响社会,也受社会影响。
  人类历史上有一段时间,理论科学很大程度上是脑力激荡的产物,前面讲过的,在科学研究的早期阶段,大部分科学家都是把科学作为一种兴趣来研究的,当时的科技研究,所需要的条件也比较简单,往往靠个人的财力和物力就可以解决。即使规模比较大的研究,比如孟德尔的遗传学实验,在自己的地盘就可以完成。

  但从19世纪晚期开始,情况发生了变化。随着科技复杂度和规模的提升,科技研究中,个人天赋的比重开始下降,像爱因斯坦那样一个人就可以开创一个全新领域的例子越来越少。与之相反的是,职业化,集体化和工程化开始普及。从爱迪生建立实验室,到后来的贝尔实验室,各种各样的实验室如雨后春笋般建立。这一转变到了二战中达到了巅峰,原子弹,导弹和计算机就是大规模政府投入后才发明的。
  二战后的科技研究,必须依靠集体(公司或国家)的力量。
  一款新产品的开发,往往包含需求分析,方案设计,制作实现和测试评估等阶段,大部分产品的研发费用,都超过了个人财力所能承受的范围,必须依靠企业的力量来组织实施。
  像大型粒子加速器这样的科学研究设备,已经不是一个人或一群人能承担得起了,只有国家出面,才可能建立相关的基础设施。

  当科技工作者要依靠外部经费才能开展研究工作的时候,科技工作者会突然发现:进步的最大阻碍不是大自然,而是所处的社会。

  从知识进步的角度讲,人类社会有义务提供无尽的资源来支持科技研发工作,毕竟要引进新的负熵流,离不开科技的跃进。但现实却是另外一回事,

  首先,社会是由形形色色的团体构成,大部分团体有自己的利益诉求,不可能,也不愿意长期为科技的巨额经费买单。比如,如果要投票削减福利来为科技研发筹集资金,即使宣传者把未来描绘得比天堂还好,大部分人还是会投票否决该决议,同样,企业的首要目的是赚钱和维持经营,研发的目的是为了赚钱。因此, 拨款人思维的角度和科技工作者不同。拨款负责人必须考虑投入产出比。拨款负责人必须考虑来自公众或董事会的压力。

  其次,人类社会由将近200个国家和地区组成,离“全球大同”还差得远,国与国之间充满了竞争,这种竞争有时是科技的推动力(比如冷战期间的航天竞赛),但目前看来,也是科技创新的一大阻碍。

  而现代科技的高复杂度带来了一个很要命的缺陷:花费巨大。爱迪生当年进行白炽灯改进的时候,进行了500多种材料的验证或试错,但没关系,花费不大,个人可以承担。现代粒子加速器能进行500多次的实验吗?不经过一系列冗长的手续和准备,进行一次实验都不可能。 这种巨额花费意味着科技研发最终取决于各个利益团体的博弈。

  下面给出几段和技术有关的事实:
  (1)超导超级对撞机(Superconducting Super Collider,简称SSC),1993年10月19日,停建SSC的一个修正提案以280对141由众议院通过,1993年10月21日众议院和参议院达成一致意见,1993年10月26日众议院以332对81通过了最后的修正提案。该提案经过参议院程序性的步骤后,由克林顿总统签署实施。至此,尽管已经投资了20多亿美元,SSC真正寿终正寝了。
  计划要花掉80亿美元,但美国人承受不了,提前终止。

  (2)2011年2月24日美国“发现”号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空,前往国际空间站,服役近27年的“发现”号将最后一次执行飞行任务。2011年7月21日美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机于美国东部时间21日晨5时57分(北京时间21日17时57分) 在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆,结束其“谢幕之旅”,这寓意着美国30年航天飞机时代宣告终结。

  1970年,在美国登月后,中国才把第一颗人造卫星送上天,2003年,中国人第一次进入太空,比美国人晚了40多年,但随着航天飞机这条技术道路的落幕,美国花了几千亿美元,进展不大,中国没在航天飞机上花一分钱。2011年后,中国和美国实际上站到了同一起跑线上,大家以后都得靠宇宙飞船。

  (3)美国为了造出原子弹,倾全国之力,花了20亿美元(1942年的20亿,当时一盎司黄金才38美元)。但后来的国家造原子弹越来越容易,比如巴基斯坦和朝鲜这样的工业小国都能造。

  (4)美国人在福利上的投入是可控核聚变投入的百倍。

  科技研发并不一定能保证成功,很多时候,前沿都是在试错,探寻可行的技术道路。在早期阶段,由于开销不大,多试几次没关系,比如爱迪生的灯丝实验。
  但随着技术复杂度的提高,开销急剧增大,试错变得越来越昂贵起来。尤其是在探寻下一条可行的技术道路的时候,一步失误,几十年都难挽回。上面提到美国航天飞机道路,NASA本来指望航天飞机大幅降低太空成本,结果航天飞机的成本不低,故障率反而更高,美国人在这上面30年的投入基本打了水漂。
  如果单是自己试错失败了不要紧,对自己也是一种经验的积累,但问题是自身的失败反而给竞争对手指明此路不通,不必投钱。现今中国对于航天飞机没有丝毫兴趣,全心全意走宇宙飞船路径,NASA原本对中国的40年优势被抵消了30年,而中国的花费相对小得多。
  即使试错成功,找到了一条技术路径,但先行者的悲哀就是,巨额投入带来的成功很容易被竞争对手模仿,而且往往是只需要耗费相对少得多的经费就能模仿,比如原子弹。

  美国人作为科技进步的领头羊,后来也慢慢琢磨明白了,自己花钱进行科技投入,让竞争对手沾光,这种事还是越少越好,所以我们看到了美国终止超导超级对撞机的修建。原因很简单,如果SSS实验不能提供基本粒子的有用信息,建了也白建,如果能提供有用信息(注意,只是信息,还远没有达到利益阶段),那世界其他国家岂不是白白分享?即使封锁信息,但封锁信息本身就是一种暗示,其它国家可以不慌不忙的建造自己的SSS,对其它国家而言,一点风险都没有。

  对于美国纳税人而言,除非巨额投入能够带来可观的现实利益回报,或者面临冷战那样的生死竞赛,不计成本的进行科技研发的确是一种愚蠢的行为。

  因此我们看到现在西方发达国家的科研工作,大部分都是在公司层面上进行的。真正能够开辟一条新技术道路的研发,往往需要国家出面组织或担保,但现实是美国人处于犹豫不决状态,其它国家也不是活雷锋,于是,三个和尚没水吃的情形出现了。
  7.4 关于复杂度的数学推导

  帖子最开始的时候,谈到了数学仿真,现在我把自己关于技术发展的若干数学推导说一下。
  先要表明一点,我的观点可能很浅显,模型很粗糙,但抛砖引玉,希望大家一起来讨论。
  我在前面已经说过,复杂性问题是导致技术大进步停滞的主因。

  技术及其复杂度,一如人类和自己身上的肌肉,肌肉的收缩提供动力,推动人类向前运动,一般情况下,肌肉越多,人跑的越快,但随着肌肉的增加,肌肉本身要花费更大的能量来推动自身向前,跑步速度会开始下降,最终会出现一种情况:一个超级大胖子,再也不能向前迈动一步。
  同样,人类技术的发展,就是复杂度提高的过程,起初,简单技术综合起来,构成一个稍微复杂的技术,大大提高了人类工作的效率,典型例子如马车,帆船,接下去,人类尝试着构造更复杂的技术,比如蒸汽机,内燃机,推动文明向前发展,但最后,技术进步所涉及的复杂度太大,实施难度超出了人类能力范围,所要耗费的成本太高,预期回报时间太长,人类已经无力再前进。


  复杂度从多个方面影响到技术进步:
  1 复杂度在扩张,但人类大脑和肉体并没有同步扩张。
  2 复杂度上升,意味着社会维护成本的提高,挤占社会资源。
  很显然,在选择一定的社会福利和选择高研发投入上,大部分政府都会倾向于前者。
  3 复杂度提升后,社会反馈的压力会变大。



  复杂度用变量C表示,C值大,代表社会技术水平高,K代表社会承受度,Y代表社会反馈压力。
  那么,复杂度随时间t演变的微分方程可以表示如下:
  dC/dt = f(C,K,Y)
  f具体的表达式是无法精确得出的,但可以简化如下:
  从历史上看出,在低复杂度的情况下,稍许的技术改进,都会带来让社会震惊的效果。在高复杂度的今天,技术改进的效应在递减。
  另一方面,社会资源有限,掌权者永远关注的是社会的稳定,研发投入的份额是有限的。
  所以引入 简化模型K-AC(其中A是某个比例系数)。
  K-AC代表社会所能提供给技术发展的空间。
  dC/dt = q(K-AC) q是另外一个比例系数。

  好了,把这个方程用Matlab仿真一下,得到的大致曲线如下:


  





  再次强调下,上面的模型推导很粗超。比如,不一定是线性关系,比如K-AC不恰当,但本文只是发表个人观点,不强求大众认同。

  从上面曲线可以看到,C的上升不是永恒持续下去,刚开始的时候,C会快速上升,但之后,C的上升速度会减缓,最后,C的上升速度会趋于0,而C的值会接近某个“天花板”,这个上限值由K,A,q决定。

  要想把天花板这个上限值提高,最好的办法是提高K,也就是社会承受度,比如世界大战期间技术突飞猛进,关键就在于战争期间,各个政府面临生死关卡,全力以赴,所有的社会资源都用于武器方面的研发,民生放到了最后,K值大大增加。
  二战的成果包括材料技术,电子计算机,雷达,核技术,喷气式飞机和火箭技术,直到今天,人类还未脱离二战所开辟的技术道路。

  但K值的提升是有限的,最多也就是100%,全社会所有的资源都用来研发商。
  另外,不敢想象地球再度爆发世界大战。
  @lashende 94楼 2014-02-12 21:48:58
  楼主觉得科技奇异点会出现吗。
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  刘慈欣笔下的奇点?
  @hhuther 105楼 2014-02-13 15:10:11
  学过?物理化学?的表示支持楼主的观点,当时学到熵增加原理的时候就在想地球作为一个系统最终的命运是不是就是灭亡?如果人类在寻找新的能源(能量密度更高)方面没有任何进展的话,(因为人类在对自然非能源类矿产已经全面认识和开发了,)现在的生活方式及水平几乎就是我们使用石化能源所能达到的极限了。在没有发现新的更高效能源供给的前提下,如果化石能源供给量开始出现转折的时候,人类文明的发展是不是就此可以认为已经达......
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  如果可控核聚变(目前有实现可能性的唯一新层次能源)没有突破,人类十有八九被困在地球上。
  @lashende 107楼 2014-02-13 15:33:31
  就是人类的最后一项发明,从此这个发明会替人类做任何事,人类只有想不到,没有做不到。有思想会思考的机器人替人类发明创造,毕竟肉体大脑会老化,缺陷太多。
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  可能性无限趋近于0.
  7.5 从中心极限定理和大数定律来看当前科研机制的缺陷性


  中心极限定理(central limit theorem)是概率论中讨论随机变量序列部分和分布渐近于正态分布的一类定理。这组定理是数理统计学和误差分析的理论基础,指出了大量随机变量积累分布函数逐点收敛到正态分布的积累分布函数的条件。

  它是概率论中最重要的一类定理,有广泛的实际应用背景。在自然界与生产中,一些现象受到许多相互独立的随机因素的影响,如果每个因素所产生的影响都很微小时,总的影响可以看作是服从正态分布的。中心极限定理就是从数学上证明了这一现象。


  如下图中每一黑点表示钉在板上的一颗钉子,它们彼此的距离均相等,上一层的每一颗的水平位置恰好位于下一层的两颗正中间。从入口处放进一个直径略小于两  颗钉子之间的距离的小圆玻璃球,当小圆球向下降落过程中,碰到钉子后皆以1/2的概率向左或向右滚下,于是又碰到下一层钉子。如此继续下去,直到滚到底板的一个格子内为止。把许许多多同样大小的小球不断从入口处放下,只要球的数目相当大,它们在底板将堆成近似于正态 中心极限定理 的正态密度函数图形(即:中间高,两头低,呈左右对称的古钟型),




  中心极限定理表明,大量的随机因素叠加起来,可能结果会表现出一定的规律性,
  而大数定律告诉我们:随着样本容量n的增加,样本平均数将接近于总体平均数。
  换句话说,随机波动性逐渐变小。

  现今流行的科研机制普遍如下:某个人向拨款方(比如,自然科学基金委员会)递交申请报告,把自己想研究的科技突破点描述一下。拨款方会组织专家委员会进行评审,看你的想法是否有实现意义,如果大部分专家赞同,就给与拨款,否则,驳回。

  问题来了,专家委员会每一个人的想法可能不同,或者说,具有随机性,但大部分人集合起来,按照上面的数学定律,随机性可能被削弱,最终结果是通过的申请都会趋向一致。

  而科技史一再告诉我们,真正的科学突破都是孤独的,与众不同,换句话说,真理掌握在少数人手里。

  当科研是个人兴趣为主时,人类涌现了不少大师和重大创新,当科研需要专家委员会审核时,人类的科技遇上了天花板。

  人类目前极有可能在科技树上走进了死分叉,但缺少"随机性"来刺激人类跳到主干上。
  补一张图

  
  @superyl2007 109楼 2014-02-13 15:53:26
  楼主的知识真广泛
  回忆一下热力学三定律
  第一定律 能量守恒定律
  第二定律 自发过程不可逆
  第三定律 熵增定律
  熵代表的是微观粒子的混乱度,如果熵增定律是准确的话,宇宙的最终归宿就是“热死论” 但我记得热力学第三定律是一个统计规律,它具有普适性吗?尤其是把自然界的这些规律用来解释人类社会,恐怕也不是很合适吧?
  楼主说的科技界的种种问题深感认同
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  你的第二和第三是同一回事,第三定律是另外一回事。
  @苏维埃赌局 114楼 2014-02-13 16:48:12
  上个帖子我已经论述过,楼主说的还是有参考价值的,确实应该要有这样的担心。
  我提出3D打印是颠覆性的制造技术,要是和IT 和AI技术整合,应该能前进一大步,而且核聚变也是我们看的到的方向,但是如果一定要泰山压顶般的增加自己对人类未来的忧愁也完全没有必要。
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  3D打印制作模具有用,大部分制造场合的成本比现有流水线要高得多。
  @苏维埃赌局 116楼 2014-02-13 16:56:56
  就目前的宇航技术和还天文技术,我们能预见的开发疆界还是比较乐观的,并且因为宇宙大爆炸和膨胀理论以及时空理论的不断验证,时间在随着空间的延展后会出现慢行和停滞,就此一点,我认为完全有理由对太空和星际移民升腾起新的信心。
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  一张图说明航天技术的停滞

  
  @ITOintegral 126楼 2014-02-13 20:40:19
  进来少有的好帖,最近一直想开个主贴记录一下这个方面自己一直以来的思考,看到楼主如此大才觉得还是先跟帖说点自己的看法和对你主贴内容的理解好了。
  首先说说标题中的"空间受限",我觉得这个限制放在楼主这里定义的经济危机之前十分完美,有点类似于在经典时空观的边界内谈牛顿三大定律,依此悲观的未来一定会是命定的,如果这个"空间受限"的前提无法打破的话。楼主的结论是合理和必然的,观点和我最近看的一篇Robert......
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  我最近也看了Robert J. Gordon的文章,数据很全面,IT创新只是短暂带来了20世纪后期到21世纪初期的生产率提升,很快,生产率增长率又掉了下去。
  @chufeng887 130楼 2014-02-13 23:10:02
  科技发展的相对停滞必将对未来世界格局带来重大影响.美国不是在讲制造业回流吗?为什么要回流制造业呢?显然美国人当初高估了科技进步的速度.科技的进步速度已经不能为美国人提供足够的收益,导制美国佬不得不重操旧业,虽然美国捅有全世界最多的科学家,但这些科学家如果不能拿出有实际意义的干货,那只能相当于美国人养了一群废物.不过结论也不能下得太早,万一某天真的拿出了干货,美国人就赚大了,前几十年美国人一直是赚的,最近......
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  个人感觉,美国说要制造业回流是噱头,成本太高。再说,美国人吃不了这苦。由俭入奢易,由奢入俭难。
  《恐惧之邦》…克莱顿所质疑的却是当下环境运动的重要理论基础之一:全球变暖。书中,克莱顿描述了一个007似的科学全才科贝尔作为自己的代言人。科贝尔认为,所谓全球变暖并未得到证实,全球变暖这个概念是在冷战结束之后,忽然热起来的。大家炒作这个概念,是因为人们需要敌人。当下的环境运动的很多基本观念在这本书中都遭到了批评和否定。在以往的作品中,克莱顿批评的对象都处于强势地位,但是这部作品设置的反派人物则是在当下社会生活中处于弱势的环境组织。很多情节都显得非常怪异。比如书中的环境组织头目试图炸裂南极冰盖,制造海啸,不惜以很多中小学生的生命为代价,其目的竟然是要在一次国际环境会议的时候,强调全球变暖的严重性,从而获取更多的资助。这个目的未免太过荒谬。一来,处于弱势的环境组织根本就没有能力做那么大的恶;二来,为了破坏这个阴谋,无论是联邦政府,还是大学里有良心的科研机构,都不需要躲躲藏藏,更不需要科贝尔上天入地地用007的方式来拯救人类。
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  @动力阿剑 151楼 2014-02-14 10:31:33
  克莱顿是正确的。碳排放导致全球变暖,有很多地方经不住推敲:
  1、二氧化碳在海水中的溶解度,与海水温度呈反对:海水温度越高,海水中的二氧估碳数量越低,而大气中的二氧化碳深度越高,这是对南极冰芯中提取到的几万年原始大气分析后所证实的。
  海水中二氧化碳浓度对气温的影响几乎为零。如果大气中的二氧化碳浓度与气温上升呈正反馈状态,则气温将单方向上升。但事实上,我们知道,几万年来(甚至更长),地表......
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  那个3升车 好像在90年代后期火了一阵子,然后,就和大部分噱头一样,销声匿迹了。
  《恐惧之邦》…克莱顿所质疑的却是当下环境运动的重要理论基础之一:全球变暖。书中,克莱顿描述了一个007似的科学全才科贝尔作为自己的代言人。科贝尔认为,所谓全球变暖并未得到证实,全球变暖这个概念是在冷战结束之后,忽然热起来的。大家炒作这个概念,是因为人们需要敌人。当下的环境运动的很多基本观念在这本书中都遭到了批评和否定。在以往的作品中,克莱顿批评的对象都处于强势地位,但是这部作品设置的反派人物则是在当下社会生活中处于弱势的环境组织。很多情节都显得非常怪异。比如书中的环境组织头目试图炸裂南极冰盖,制造海啸,不惜以很多中小学生的生命为代价,其目的竟然是要在一次国际环境会议的时候,强调全球变暖的严重性,从而获取更多的资助。这个目的未免太过荒谬。一来,处于弱势的环境组织根本就没有能力做那么大的恶;二来,为了破坏这个阴谋,无论是联邦政府,还是大学里有良心的科研机构,都不需要躲躲藏藏,更不需要科贝尔上天入地地用007的方式来拯救人类。
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  @动力阿剑 151楼 2014-02-14 10:31:33
  克莱顿是正确的。碳排放导致全球变暖,有很多地方经不住推敲:
  1、二氧化碳在海水中的溶解度,与海水温度呈反对:海水温度越高,海水中的二氧估碳数量越低,而大气中的二氧化碳深度越高,这是对南极冰芯中提取到的几万年原始大气分析后所证实的。
  海水中二氧化碳浓度对气温的影响几乎为零。如果大气中的二氧化碳浓度与气温上升呈正反馈状态,则气温将单方向上升。但事实上,我们知道,几万年来(甚至更长),地表......
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  那个3升车 好像在90年代后期火了一阵子,然后,就和大部分噱头一样,销声匿迹了。
  @苏维埃赌局 141楼 2014-02-14 09:18:02
  而且楼主说的关于技术大停滞也只是表象的,最新的天文和空间场论的研究事实一直在进行,再比如反物质研究和量子力学研究,上帝粒子的发现等,我们在国内还知之甚少,再者比如引力场研究,到现在还仅仅知其然不知其所以然,第一定律都没法解释,只是知道空间弯曲导致的螺旋塌陷,还远没有进入能量场位移和空间轨道迁徙的研究。这些如果一旦有了介入性研究,都是大爆发式的大发现,而且美国、欧洲和俄罗斯都有不小的研究。
  ......
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  从知其然,到知其所以然,到造其然,到利其然,要跨越的鸿沟太多。像核聚变,人类已能造其然,但花了60多年的时间还不能利其然。

  @画大饼者得天下 159楼 2014-02-14 11:43:56
  科技的确已经停滞,最近一个世纪是在以前的技术上优化改进,更本就没有新的重大突破和发明
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  最近一个世纪还是有很多重大发明的,核动力,计算机,火箭等等,最近15年倒真是没有什么重大发明。
  @动力阿剑 157楼 2014-02-14 11:31:47
  美国三大(通用、福特、克莱斯勒)都弄出来了,采用的就是混合动力,但成本太高而没有任何商业价值。后来的事大家都知道了,丰田,这个精益生产、成本控制超强的企业,实现了混合动力产业化。
  但没有补贴,混合动力是没有商业竞争力的。因计算成本快带下降,控制成本不是什么问题,但电池性能和成本都是刚性的。现阶段迫切需要电池技术的突破,但难度非度大。(可能的储电介质,氢和锂是最轻的元素;但氢单质是易燃易爆......
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  靠化学键存储能量有一个极限,印象中氢氧键结合的能量最多,换算出化学电池的能量密度有一个上限。
  哪为精懂化学的说一下?
  回复第198楼(作者:@滨海一条鱼 于 2014-02-14 19:01)
  @资水东流
  美国核聚变技术取得突破 创造出“微型太阳”
  http://news.163.……
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  我才写了帖子揭穿
  
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