技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明（6.4-6.5）|资水东流
解读科学，洞察本质，戳穿忽悠，粉碎谣言
前期参见：
技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明（1.1） | 资水东流
技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明（1.2） | 资水东流
技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明（1.3） | 资水东流
技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明（1.4.1-1.4.2） | 资水东流
技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明（1.4.3-1.4.4） | 资水东流
技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明（2.1） | 资水东流
技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明（2.2）| 资水东流
技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明（2.3-2.4）| 资水东流
技术大停滞——范式春梦外的阴影（3.2.1-3.2.2）| 资水东流
技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明（3.2.3-3.2.4）|资水东流
技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明（4.2-4.4）| 资水东流
技术大停滞——范式春梦中的地球工业文明（6.1-6.2）| 资水东流
6.4 高复杂度带来的诸多恶果（more is different)
1972年，诺贝尔奖获得者，著名物理学家菲利普•安德森在国际上最著名的《科学》杂志上发表了一篇论文“More Is Different: Broken Symmetry and the Nature of the Hierarchical Structure of Science”（Science, 177 (4047): 393－396）。文中指出，过去数百年取得辉煌成功的还原论思想不能无限扩展使用。打一个比方，按照还原论的思想，分子物理受基本粒子物理支配，化学受分子物理支配，生物学受化学，心理学受生理学支配，社会科学受心理学支配。如果按照这种理论，那么，应用关于基本粒子物理的几条规律就能推导人类复杂的行为，但人类直觉会发现不是这样。Anderson指出，大型和复杂的基本粒子集合体的行为，并不能按照少数基本粒子性质的简单外推来理解。事实上，在复杂性的每一个层次，都会有崭新的性质出现。简单一点，就是整体绝对不是部分的叠加，复杂度会改变一切，或者说：more is different。
菲利普·安德森
过去数百年中，人类发明了多种多样的手段来处理技术复杂度，如模块化和流水线化。但技术复杂度发展到如今这个地步，很有可能迎来了一个“more is different”的时代。
6.4.1 吾知也有涯和生死竞赛
当代科学体系、技术体系和工业体系的复杂度和规模性已经大大超出了二战前的水平，这对于人类科学创造设定了悖论陷阱。前面已经指出，鉴于现代科学技术的庞大体系，像牛顿和费米那样的全才已经不可能出现。就是对于一个狭小的领域，高复杂度也带来一个很明显的事实：人类大脑的学习速度跟不上复杂度的扩张，人类肉体的衰老速度超过了大脑的思考速度。
大量的心理学研究表明，绝大部分人在50岁以后，都会变得日趋保守。查阅一下历史书就知道，绝大部分突破性的科研成果，都是在科技工作者中青年时代取得的。正如一位网友指出的，现代科学和技术的庞大积累已经成为人类创造力的巨大负担。在十八世纪、十九世纪和二十世纪前期，大多数科学家在很年轻的时候就做出了伟大的科学成就，而现在个人做出伟大成就的年龄已经越来越推迟。
对于科技而言，人类的个人创造力的黄金期是在十八岁到三十五岁之间，因为这段时期最具思想奔放力，思想束缚也最少，许多最伟大的天才都是在这个年龄段奠定基础的。牛顿和爱因斯坦的黄金创造就在这个年龄段，杨振宁获得诺贝尔奖时是36岁，李政道是31岁，他们所获奖的成就是在获奖之前2年的发表成果。数学群论天才伽罗华在极其短暂的生命中做出了伟大的数学贡献，他死亡时年仅21岁。与牛顿齐名的麦克斯韦在34岁时完成电磁场理论的经典巨著《论电和磁》，将电与磁、电与光进行理论统一。而麦克斯韦从24岁开始就确定了自己的学术目标，为只能停留在实验层面的法拉第进行理论层面的阐述。
除了科学领域，技术领域也一样。爱迪生、比尔·盖茨和乔布斯都是在很年轻的时候就崭露头角，做出巨大贡献。
二战后，高复杂度使得科学家和技术创造人员在人生创造力的黄金期仍然在学习而不是创造，很多人到30岁时才刚刚摸清楚本学科领域的框架，然后才开始起步进行科学研究，而这已经错失了人生创造的黄金期，让革命性的思想激荡越来越难产。
尽管人类社会做出了种种努力来加速个体的学习速度（包括知识整理，路径规划，计算机辅助和模块化处理），但不幸的是，学习的时间越来越长。30岁出头才博士毕业已经是标配，真正弄懂前沿还要花上一段时间。学科必需的知识积累下去，总有一天，即使那些传说中的天才，也要穷尽大半辈子功夫用于对旧有知识的学习。
高复杂度让现在的博士对不起“博”这个字，为了应付知识上的深度，很大程度上牺牲了知识的广度。人类历史上，许多科技突破都是触类旁通，借用其它领域的进展来打破本领域的困境，最典型的就是爱因斯坦把黎曼几何引入到广义相对论中。现代研发工作者常常纠结于某个问题而不得其解，可能其它某个领域的方法或思想完全可以借鉴过来，但人性往往很容易陷入局部极值点这样的困境而不得脱身，而高复杂度，把坑挖得比任何时候都深。
知识积累转变成负担，目前看来没有什么好的解决办法。至少到现在为止，人类大脑的思维能力还没有表现出加速进化的苗头，换句话说，人类大脑和500年前相比，没有什么变化。也许有人会提出异议，认为天才的学习速度和思考能力远超常人，但技术的一大特点是，技术是人和社会互动的产物，要把想法变成现实，需要大量相关人员来配合工作，光有天才是远远不够的。
有不少人把希望寄托在人工智能上，甚至是具备创新能力的人工智能上，也有人认为人类大脑还可以进一步开发，说不定生物学方面的进展会让大脑革命成为可能。但这是一场军备竞赛，可以预见，无论超级人工智能，还是大脑革命，所涉及的理论和技术复杂度都会奇高无比，那么，人类在垂垂老矣之前，能够克服这个高复杂度，造出“克服复杂度的工具”吗？
庄子说：“吾生也有涯，而知也无涯，以有涯随无涯，殆已！”对于人类来说，目前是：“生也有涯，而知也有涯，累矣！”
庄子
6.4.2 技术的维护成本
前文提到过，可以把技术元素看成是生命体。生物需要定时进食和休息，技术元素一样需要维护。低级生物可能一点渣滓也能活下去，高等生物，如人类，需要耗费巨额负熵流；早期的技术不需要人类付出过多精力，现今的复杂技术需要整个人类建立一个庞大的制度来维护。
人类的技术演进流程好比在苹果树上摘苹果，最容易发现，最好摘的苹果一定率先被人们收入囊中，同样，首先开发出来的技术都是低复杂度。以能源技术为例，木柴的能源密集度最低，但很容易获取，动动手就可，无需太多的技巧。其它领域的技术也一样，在工业化到来之前的古典社会，绝大部分技术产品的使用和维护都比较简单，即使一个生手，目不识丁，经过简单培训后，很快就能上岗操作。
但低垂的果实摘完之后，复杂度开始升高。煤矿的开采难度就远大于木柴，需要一系列的配套设备和技巧。虽然煤炭提供的能源远大于薪柴，但相关操作已经开始职业化。而石油开采难度进一步上升，具体需要进行勘测定位、方案设计、钻井开采等一整套工作，这都需要人力与物力成本的投入，而且不是简单的人力，是需要接受过一定教育程度的人力。
这种趋势一直未见减缓，二战后，不少技术产品的复杂度到了一个惊人的高度，比如核电站。不经过长时间的专业学习，根本不能明白其中原理，要熟练地使用技术产品，也必须经过长时间的培训。
与技术产品复杂度同步，社会其它方面也变得逐渐复杂起来，最典型的就是财务税收体系，现代财务体系的复杂度也不是过往历史所能想象的。
即使不谋求技术的进一步发展，要维护现有的体系，人类社会也必须付出大量的成本。
义务教育就是一个典型例子：资本的牟利建立在大众的专业技能上，工业化带来的技术复杂度是义务教育被推行的最大动力。反映在社会层面上，就是大众受教育时间的延长（包括学校教育和职业培训）。工业革命前，人均受教育的时间可能还不到1年，后来变成3年，6年，9年，到了现在，大部分国家都基本普及了12年教育，很多国家高等教育都进入了大众化阶段。
另一方面，不少机构必须专业雇佣大量的人员来维护现有的设施，一个复杂产品涉及到方方面面的专业技术，并不是随便拉一个人来就能干活。比如笔者在公司干活的时候，大部分时间竟然并不是在编新代码，而是在维护前人留下的代码，和系统其它方面的人进行联调！
一个公司，尤其是大公司，真正展开探索性工作的微乎其微，公司的开销大部分耗费在维护现有产品上。而对于使用这些产品的机构而言，不少开销也来自对技术产品的维护上，最典型的，飞机发动机的寿命期维修保养费用竟然是购买费用的3倍以上。
所以，很多时候看上去吓人的研发技术费用，真正用到刀刃上的只占一小部分。进入新世纪，NASA的年度经费虽然和高峰期不能相比，但绝对数目仍然吓人，但为什么NASA在前沿技术上似乎沉寂了？除了复杂度本身的原因，NASA的大部分经费都用来维护和养人！
如果考虑到全世界都流行的经费挪用问题，比例会更小。
6.4.3 来自社会的负反馈
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，也受社会反馈，这种反馈，早期可能更倾向于正反馈，但如今已经变成负反馈。
前文提到过，二战后的技术研发工作和以往有了很大不同，绝大部分领域，已经没有了早期爱迪生那样的“独行侠”。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。而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。
很多科研工作者抱有一种奇怪的理想：科技研发是很高尚的事，科技投入是社会和国家的一种义务。但事实是，高复杂度下，由于不能确保科技研发会一路顺风，甚至不能确保研发方向是对的，社会和资本对于相关投入持谨慎态度。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，企业的首要目的是利润和维持经营，研发目的是为了赚钱。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。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和斗争。这种竞争有时是科技的推动力（比如冷战期间的航天竞赛），但在资本日益占据统治地位的21世纪，开始逐渐展现负面效应。
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21日，美国众议院和参议院达成一致意见，停止修建SSC，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，但冷战后的美国人承受不了，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”，这意味着美国30年航天飞机时代宣告终结。
航天飞机
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，中国在航天飞机上基本没有投入。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）相比欧洲，美国是一个低福利社会，但其每年在福利上的投入是可控核聚变研发投入的百倍以上。
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。前文已经提过，精细化的技术方案和产品都是大量试错后才会产生。在工业文明的早期阶段，爱迪生进行灯丝试验时，大部分试错成本开销不大，多试几次没关系。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，冷战时是迫不得已，但这种事还是越少越好。所以世界看到了美国终止超导超级对撞机的修建。原因很简单，如果SSC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SSC，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。
总而言之，西方在冷战后通过各种手段（尤其是美国的金融手段）占据了世界上的大部分财富，本应把这部分财富用于事关人类生死的前沿研发上，但没有了苏联的威胁，面对高复杂度和预期不明朗，西方更愿意把这部分财富转为金融资本来继续剥削第三世界。因此，现在西方发达国家的研发工作，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。
6.5 简单的数学推导
本节尝试着用数学知识来解释一下复杂度的变化趋势。
首先要表明，技术复杂度的发展是一个混沌系统，影响技术发展的因素太多，无法精确预测未来技术的走向，本节中的数学推导只是聊胜于无，用来解释一下以往技术的发展流程。影响技术的因素很多，其中人类的好奇心和探索欲是一个很难给与数学描述的变量，而且往往是技术革命的起点。因此，下面的微分方程不能解释技术如何缘起，只能描述出现后的变化趋势。好在人类历史一再表明，技术发展依赖于资源投入。
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，技术开始遭遇社会的负反馈，改进效应在递减。另一方面，社会资源有限，掌权者永远关注的是社会的稳定，研发投入的份额有限。
复杂度用变量C表示。C值大，代表社会技术水平高。K代表社会承受度或最大资源投入比例。那么，复杂度随时间t演变的微分方程可以表示如下：
dC/dt = g(C,K,t)+f(C,K,t)
g代表初期的正反馈效应，但要注意，这种正反馈效应会随时间变化而快速递减。f表示中后期的资源投入比例，这个资源投入随复杂度增长而下降。
对于技术发展而言，最好的情况是dC/dt=qC（q为一个比例常数），用复杂度来推动复杂度，C的曲线变化呈指数增长。这是理想的技术发展轨迹，技术永远处于爆炸中，但实际不可能出现这样的情况。
如果能够dC/dt=q，那么，复杂度从头开始就是线性增长，且永无尽头，这也不符合人类的观察事实。
综合前面各节，可以看到，复杂度的变化有如下特点：
（1）技术的发展受资源（广义上）推动，原则上，一个社会投入的资源比例越大，越能推动技术发展。
（2）能够“利其然”的技术出现初期，往往具有正反馈效应。举一个例子，原始社会中，原本绝大部分资源用于捕食，但弓箭技术的稍许改进可能导致捕猎效益上升，部落会自愿投入更多资源来改进弓箭技术。也就是说，初期的复杂度增长，能够反过来进一步推动复杂度增长。
（3）考虑到边际效用递减规律，中后期的复杂度上升，意味着社会维护成本的提高，进而挤占其它社会资源。继续上面的例子，弓箭技术改进到一定程度后，一方面，部落需要分配较多的人手来生产弓箭，另一方面，容易捕猎的小动物都被捕光了，动物界剩下的动物很难捕捉。生态系统会给予负反馈。
（4）不考虑地球环境约束，不管复杂度有多高，社会总是能挤出一点资源来继续提高复杂度，不会出现复杂度最终出现下降的情况。
考虑到以上特点，虽然无法精确得到g和f的具体表达式，但如果只是观察趋势，可以简化如下：
dC/dt=a*C*exp(-b*t)+k*(1-C/(C+d))
其中，a，b，k，d是比例系数，值一般为正。 a*C*exp(-b*t)代表正反馈项，初期上升，但衰减很快；k*(1-C/(C+d))代表中后期的社会资源投入比例（C很小的时候几乎为常数k），C越大比例越小，k为社会所能容忍的最大投入比例。
好了，取a=5,b=1, d=5，把这个方程用Matlab仿真一下，得到的大致曲线如下
：
技术复杂度仿真曲线
再次强调下，上面的模型推导很粗糙，f和g的表达式完全可以是其它形式，a,b,k,d可以是其它值。但本文只是发表个人观点，表达趋势即可，不强求大众认同。
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，由于正反馈效应，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a,b,k,d等参数决定。
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，在极限情况下，全社会所有的资源都用来进行科技研发，在和平时期，这是不敢想象的情景。而在核武当道的现今社会，不敢想象地球再度爆发世界大战。
背景简介：本文是资水东流博士的作品《技术大停滞》的第三版《范式春梦中的地球工业文明：低熵体的困境和下一级技术台阶》，原发于新浪博客（http://blog.sina.com.cn/s/blog_3c4e19860102vyps.html和http://blog.sina.com.cn/s/blog_3c4e19860102w4ll.html），作者授权风云之声发布。全文87000字，风云之声分为多期连载。你不需要同意作者的所有观点，事实上许多观点也都可以商榷。但作者提出的基本问题是真实存在的，事关人类的生死存亡，你一经思考就会深深印入脑海，萦绕于心。对于关心人类命运的读者，这是一篇不可不读的文章。
责任编辑：黄澹宁
附：全文目录如下
前言
1 文明和技术
1.1 范式粗谈
1.2 人类文明所经历的范式转换
1.3 范式牢笼
1.4 科学和技术之间存在的鸿沟
1.4.1 科学的本质
1.4.2 技术的核心
1.4.3 从瓦特谈起：蒸汽机引发的正反馈
1.4.4 需求不是救命稻草
1.5 科技利益集团
2 科技利益集团鼓吹的范式春梦：所谓的技术大爆炸
2.1 渲染和洗脑
2.2 论文和专利：天文数字后的荒谬
2.3 比特世界和真实世界
2.4 部分和整体
3 范式春梦外的阴影
3.1 人类面临的技术窘境
3.1.1 能源转换技术的停滞
3.1.2 新能源的窘境
3.1.3 农业，医疗和生物技术
3.1.4 信息技术深度上的麻烦
3.1.5 其它方面的技术
3.2 众多的技术噱头
3.2.1 早早败落的太阳能/光伏噱头
3.2.2 经久不衰的人工智能大噱头
3.2.3 神乎其神的量子计算机噱头
3.2.4 牛逼哄哄的纳米材料噱头
3.2.5 近年来的新噱头
3.3 博士民工和生物技术的挫折
3.3.1 生物噱头的缘起和影响
3.3.2 研究范式和问题
4 低熵体的困境和所面临的技术台阶
4.1 从热力学第二定律谈起
4.1.1 《道德经》的智慧
4.1.2 负熵流和文明层次的跃进
4.2 科技树的主干和分叉
4.3 永远的50年和可控核聚变
4.3.1 永动机之梦
4.3.2 可控核聚变的难产和噱头
4.4 冷静思考:未来不一定会更好
5 台阶前的坑：人类社会的宿命
5.1 耗散结构理论的社会学意义
5.2 大竞争环境的消失
5.3 被全球化抹掉的差异性和人类社会的热力学平衡
5.4 老龄化自锁
5.5 如何填坑？
6 台阶的本质：复杂度魔鬼
6.1 何谓复杂度
6.2 纷繁世界背后的两条规则：适者生存和资本回报预期
6.3技术进步和技术革命：复杂度的变迁
6.3.1 运输/动力系统的演进例子
6.3.2 技术革命的特点和复杂度的变化
6.3.3 正在面临的高复杂度科学魔鬼
6.3.4 源自技术根底的困境
6.4 高复杂度带来的诸多恶果（more is different)
6.4.1 吾知也有涯和生死竞赛
6.4.2 维护成本
6.4.3 来自社会的负反馈
6.5 简单的数学推导
7 寂静星空所隐含的恐怖前景
7.1 大寂静和费米悖论
7.2 细思恐极的三种情景
7.3 宇宙大筛子
7.4 一根小火柴
8 反思和总结
8.1 复活节岛的悲剧
8.2 冷静不代表悲观
8.3 研发需要范式革命
8.3.1 从中心极限定理和大数定律说起
8.3.2 现行科研体制的弊端
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