第一篇 總論篇

第一章 人類歷史就是一部硬科技發展史

自古以來，科學技術就以一種不可逆轉、不可抗拒的力量推動著人類社會向前發展。

一、宇宙發展背后的底層規律

星河璀璨，日轉星移，雷鳴電閃……仰望天空，是人類最深邃的沉思——宇宙是什么？宇宙是如何形成的？宇宙有無邊際？是什么在支配著宇宙的運轉？自人類誕生以來，對宇宙奧秘的探索始終沒有停歇。

從宗教神話到哲學思辨，再到經驗觀察總結，進而到今天依靠科學實證的方式，幾千年來人類依靠聰明才智試圖探尋宇宙的真相及其背后的支配力量。盡管到目前為止，人類關于宇宙的所有探索和想象，都還未能完全揭開真相，但是隨著人類認知水平的提升，我們離真相會越來越近。

最初，人類在解釋雷鳴電閃、地震、狂風暴雨等自然現象時，認為在這些現象背后存在著一種超自然力，為了消除內心的恐懼和危機感，逐漸將這一超自然力人格化，由圖騰逐漸演變為萬能的造物主，并希望通過對這些主宰力量的崇拜和敬畏來獲得安寧。此后，人們不斷暢想造物主如何創造了宇宙，并通過這種暢想開啟了人類對宇宙規律的探索和認知。從西方人認為的宇宙萬物的主宰者是上帝，到我國古代的“盤古開天辟地”等，人類在宇宙的形成上似乎默契地達成了關于人類歷史第一認知的共識，即宇宙是由“神明”設計和創造的。

后來，古代學者們從哲學思辨的維度開啟了人類探索宇宙機理的新視角。古希臘哲學家阿那克西美尼認為宇宙本源是一種無限的氣，萬物都是由于氣的凝聚程度不同而形成的：火是稀薄化了的氣；當氣開始凝聚時，先變成水，再凝聚為土，最后就成為石頭[1]。赫拉克利特認為火是萬物的本原，“一切事物都化成火，火也化成一切事物”。畢達哥拉斯則認為存在著許多但有限個世界，并堅持認為大地是圓形的。亞里士多德創立了運行的天體是物質實體的學說。中國的古先賢也從樸素的哲學思辨角度去探索宇宙的本原和運行機理，描繪了從宇宙初始到萬物生長的規律。與國外哲學家們側重將宇宙本原歸為某一具體物質不同，古代中國學者普遍認為宇宙受某種規律支配，這種規律就是《道德經》里講的“道”、《太極圖說》里講的“太極”，以及陰陽五行學說里的“陰陽”。宇宙在這些規律支配下從無到有，生生不已，大化流行。

此外，人類通過對天象的經驗觀察，也總結了對宇宙學說的一系列認識，如“宣夜說”“渾天說”“蓋天說”等，最直觀的“天圓地方”“地心說”等都體現出人們對揭開宇宙奧秘的渴望。

而科學的出現，首次讓人們能系統地認識宇宙，并了解到其中的自然規律。科學的誕生與萌芽，經歷了漫長的積累過程和多個發展階段。從廣義上來看，科技在人類早期便出現了。在文化人類學中，將能夠使用語言、具有復雜的社會組織與科技發展的生物，特別是能夠建立團體與機構來達到互相支持與協助目的的生物，定義為人。可以看出，人類學將科技發展作為人區別于其他動物的一種天然屬性。在科技發展早期，主要表現是人類對于工具的創造和使用，如對于石器、火的應用。

現代意義上的科學思想發源于哲學。在哲學的孕育下，科學思想和方法逐漸形成，并催生了現代科技。對世界本源的研究——世界的本質是什么、由什么構成等問題，一直是哲學家永恒的研究主題之一，這促進了自然哲學的萌芽和形成。在早期科學還未從哲學中完全脫離出來之時，基于此類問題的研究為現代科學的形成孕育了理論內核，提供了方法支撐。如古希臘早期哲學中的米利都學派，將特定物質作為世界的基本構成，并在此基礎上形成了一套研究世界的理論體系。

在講到哲學對近代科學思想的貢獻時，不得不提到哲學兩大思想流派——理性主義和經驗主義。這兩種思想流派為近代科學的形成提供了重要的支撐。理性主義認為，推理可以作為知識來源的理論基礎，并在數代哲學家持之以恒的追索下，形成了一套演繹理論。曾說出“為真理而懷疑，為懷疑而獻身”的蘇格拉底，認為獲得真理需要不斷地推翻再論證，為科學思想中求真提供了思想源泉。此后，亞里士多德搭建了邏輯體系的大廈，構成了現代科學方法的內核。在哲學家追求真理、論證世界規律的過程中，數學思想逐步得到關注和發展，為現代科學的誕生提供了重要的工具支撐。畢達哥拉斯最早將數學引入哲學思想中，提出了畢達哥拉斯定理（即“勾股定理”），并堅持數學論證必須從“假設出發”，掀起了演繹邏輯思想思潮。到笛卡爾、斯賓諾莎、萊布尼茨時期，數學思想在解釋世界本原中的運用達到了高峰。

經驗主義則從思想的另一端開啟，認為知識來源于經驗，真理是在對一個又一個經驗進行觀察的基礎上，通過歸納而獲得的。經驗主義在培根、霍布斯、洛克等先驅的推動下，為人類觀察世界、認識世界提供了新的方法和視角，推動了近代天文學、物理學等學科的發展。基于經驗主義的傳統，實證主義則從方法論的視角對經驗主義進行了豐富和完善，把現象當作一切認識的根源，要求科學知識是“實證的”，通過對現象的歸納可以得到科學定律。

正是哲學家在追求真理征途中持續涌現的新理論和新方法，以及一套涵蓋數學與實驗、假設與驗證、歸納與演繹、分析與綜合等的哲學理論與方法的珠聯璧合，最終催生了近代科學方法，也推動了近代科學萌芽并使其從哲學中獨立出來，自成一體。自此之后，科學開啟了人類認識世界、了解宇宙的新篇章。從哥白尼、塞爾維特、開普勒、伽利略等自然科學先驅，到牛頓、達爾文、倫琴、麥克斯韋、道爾頓、勒梅特等近代科學集大成者，再到現代為我們所熟知的愛因斯坦、霍金以及每年涌現的一眾諾貝爾獲得者，他們推動著人類科學的全面進步，從各個角度和切入點剖析著世界的本質。

當然，在人類認識宇宙的眾多科學探索中，宇宙大爆炸學說是較為系統且有影響力的現代宇宙論學說，被人們廣泛接受和認可。1927年，比利時天文學家和宇宙學家勒梅特首次提出了宇宙大爆炸假說。1929年，美國天文學家哈勃根據假說提出星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈勃定律，并推導出星系都在互相遠離的宇宙膨脹說。1946年美國物理學家伽莫夫正式提出大爆炸理論，認為宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期里，宇宙體系在不斷地膨脹，使物質密度從密到稀地演化，如同一次規模巨大的爆炸，宇宙便是在大約140億年前發生的一次大爆炸中形成的（見圖1-1）。爆炸之初，物質只能以電子、光子和中微子等基本粒子形態存在[2]。宇宙爆炸之后的不斷膨脹導致溫度和密度很快下降。隨著溫度降低、冷卻，逐步形成原子、原子核、分子，并復合成為通常的氣體。氣體逐漸凝聚成星云，星云進一步形成各種各樣的恒星和星系，最終形成我們如今所看到的宇宙。科學家在不斷的探索中發現，在宇宙漫長的擴張過程中，存在四種宇宙基本力——萬有引力、電磁力、強核力、弱核力，它們支配著宇宙的運轉。

圖1-1 宇宙的發展演變

基于對宇宙底層規律的認識，人類發明了改變世界發展進程、推動社會進步、使人類生活發生根本轉變的科學技術。人類開始利用工具，通過嚴謹的數學演算和測量，逐漸認識到引力、相對論、量子、電磁等宇宙發展的底層邏輯和規律。科學的進步，使人類在錯綜復雜的宇宙變化面前不再那么茫然無措。人類利用自然、改造自然的能力越來越強，科學越來越廣泛而深入地滲透到人們的生產、生活和思維等方面，使人類在適應宇宙變化時顯得愈發游刃有余。盡管我們利用科技去認識無邊無界的宇宙的嘗試，只是在無限黑暗中戳開了一個針眼般大小的光明之眼，還未能完全揭開宇宙的真實面紗，但是至少，人類在有限的范圍和界限內，捕捉到了一縷真理的光芒，它雖然很微弱，卻能改變和影響人類的生存和走向。

二、科技主導人類文明中心的變遷

秉持“第一性原理”，從物理最基本的要素——物質、能量、信息、空間和生命出發，深入事物的本質挖掘人類科技發展的主脈絡。人類的科技創新基于人類生存、生活和生產等需求，在上述幾大領域持續創新、突破與迭代，推動著人類社會的進步、生活方式的轉變和世界的深度變革。科技已成為孕育人類文明最根本的動力。隨著最前沿科技的不斷孕育和變遷，人類文明中心也隨之發生遷移。

?科技鑄就華夏農業文明霸主地位

人類曾有長達數百年的時間靠漁獵采集為生，這個時期的人類在實踐活動中會偶然性或者被動性地創造一些工具，以滿足生活的需要。大約在1萬年前，人類偶然間完成了小麥的育種與山羊的馴化工作，并在小范圍內實現了日出而耕的生活，此后在全球范圍內擴展，完成人類社會發展史上一次跨越式進步。農業的出現，是人類社會發展史上一個巨大的轉折，標志著人類開始擁有主動改造自然的能力。此后長達數千年內，人類在“第一性原理”的支配下，圍繞農業生產生活，在物質、能量、信息、空間和生命領域開啟了科技創新的新征程。此時科技盡管還未成為社會第一生產力，卻推動著農業社會實現了劃時代的發展，帶來人類歷史上第一次大規模的生產力解放。

人類社會五大技術領域的第一次突破性變革

銅、鐵等物質科技的創新突破使人類逐漸擺脫對石、木、蚌器的依賴，為農業科技發明夯實了材料基礎，促進了犁、鋤、鍤、鏟、鐮、斧、鑿、錐、削等農具的發明，它們成為農業社會的主要生產工具，使農業生產效率得到大幅提高，促進了生產力的發展，奠定了農業社會經濟繁榮的物質基礎。

水車、風車等技術的發明是人類對能量應用的一次偉大嘗試，也是人類動力史上的一次重大突破。人類首次在人力和畜力之外，開始利用水能、風能等機械能和天然能源開展生產活動，為農業灌溉提供了動力支撐。這在一定程度上解放了農民的雙手，使單位勞動力能夠開墾更多土地，養活更多人口。

造紙術、印刷術的發明是人類溝通交流和知識傳承上的一次重大突破，也是人類信息技術史上的一次重大進步。人類信息交流、保存、積累和傳播的成本大幅降低，并突破時間和空間的限制，推動信息和知識開始大規模代際傳承，也使知識大范圍傳播成為可能，為區域思想的統一、農業文明知識和治理體系的形成奠定了基礎。

馬車、帆船等交通技術的發展使人類不再完全依靠腳力行走四方。如果說信息技術的進步讓人類交往突破了時間的限制，那么馬車、帆船的發明則使人類交往在突破空間限制上邁出了一大步。跨區域交流的日益頻繁，為農業文明國家的形成奠定了基礎。馬車，作為當時最先進的交通工具，承載著人類物流的使命走向遠方。

中醫的進步，是人類生命科學史上一個重要的里程碑。錢學森曾對中醫有很高的評價，認為中醫是頂級的生命科學。盡管其在治愈天花、肺結核等流行性疾病及先天基因缺陷等疾病上與現代醫學相比表現得不盡如人意，但是其開始擺脫神學巫術傳統。無論是古希臘醫學的“四體液學說”，還是中醫的“陰陽五行學說”“精氣說”，都開始從人體自身視角去了解生命內在的奧秘，為現代醫學的起源奠定了基礎。

中國引領了全球農業科技變革

在全球農業科技變革的歷史進程中，毫無疑問，中國起到了引領作用，成為世界農業文明中心。在長達千余年的農業文明階段，中國擁有全世界最前沿的科技，是當時全球最頂尖科學家的聚集地和全球原始創新的發源地。張衡、祖沖之、張遂、李時珍、酈道元、孫思邈、沈括、郭守敬、宋應星等當時世界頂級科學家的貢獻，使我們在數學、生物醫藥、天文物理等方面引領全球發展（見表1-1）。

表1-1 《中國的世界紀錄》中收錄的中國古代科技成果

在物質科技方面，中國冶銅技術領先全球近2000年。從商代起，我國開始使用隕鐵；到西周晚期，又發明了“塊煉法”冶鐵技術。春秋時期，我國開始發明鑄鐵技術，而歐洲在13~14世紀才開始使用該技術，比我國晚了近19個世紀。

特別是戰國時期我國發明了生鐵柔化技術，這是人類冶鐵技術上又一變革性突破，比歐洲早了2 000多年。生鐵柔化技術等物質科技的進步，推動了我國以鐵為基礎材料的農業應用技術的發明，我們研發出鍤、鋤、、鐮、犁等農業生產所必需的生產工具，并將其逐漸廣泛應用于農業生產，使我國的農業生產力得到大幅提升（見表1-2）。

《國語·齊語》記載，“美金以鑄劍戟，試諸狗馬；惡金以鑄、夷、斤，試諸壤土”，描述了我們在農業應用技術方面的創新。盡管以現在的科技水平來看，這些技術顯得并不那么高大上，但在農業文明時代，它們卻是實實在在的核心技術，支撐著農業的發展和生產力的不斷提升。

表1-2 中英古代農民五口之家勞動生產效率比較

在能量技術方面，我國水車發明于漢代，后經孔明改造完善在蜀國推廣應用，到隋唐時大規模用于農業灌溉，至今已有1 700余年的歷史。全球信息領域變革性技術——造紙術、活字印刷術，都是我國發明的。生命科學技術方面，中醫對人體生命活動和疾病變化規律的探索，以及研究人的生理學、病理學、診斷學、治療原則和藥物學等方面的成果，都是在長期的臨床實踐中取得的，其整體觀和辯證論的醫治理念，以及“望聞問切”四診合參法都延續至今，并成為日本漢方醫學、韓國韓醫學、朝鮮高麗醫學、越南東醫學等的基礎，特別是全球西醫治療也越來越多地學習和研究中醫。而同時期的古希臘醫學已經被現代醫學所取代。

科技的領先讓中國成為世界文明中心

對前沿科技的掌握，使我國成為農業文明階段的全球經濟中心、文化中心、貿易中心。在長達千余年的農業文明階段，中國擁有全世界最先進的生產力。自漢朝以來，中國經濟總量占世界的份額持續增長，我們創造的物質財富最高時甚至一度占全球財富總量的80%（見圖1-2）；即使在1800年農業文明的沒落階段，也占據著全球32%的份額，之后再也沒有哪個國家能達到這種水平。即使是工業文明的王者英國，以及現在的超級強國美國，也未曾取得如此成就。一千年后的西方人說：“一千年前的中國經濟總量占當時世界的60%，東京（宋朝都城）一個看城門的兵吏，都要比西方同期任意一個君主的生活強”。

圖1-2 我國歷朝GDP全球占比

此外，農業技術的創新，如水稻栽培技術、養蠶技術、茶樹栽培技術、陶瓷技術等，使我國占據當時全球產業的制高點，在國際貿易中占據有利地位。絲綢、瓷器沿著絲綢之路，穿越綿延7 000公里的漫漫長路到達世界各地，彰顯著中國強大的文明。

作為世界文化中心之一，中國擁有全世界最頂尖的思想家，引領著當時人類文明和思想的潮流。早在先秦時期，我國學術思想已經逐漸體系化，陰陽、儒、墨、名、法、道、縱橫、雜、農、小說“諸子十家”百花齊放，出現了一批如老子、墨子以及“孔孟朱王”等至今仍被全球思想界廣泛研究的思想大家，為人類歷史留下一批包括《道德經》《易經》等在內的寶貴的思想和文化財富。

科技支撐中國搭建起符合農業文明內在發展邏輯和生產力發展規律的思想、文化和技術體系，最終使我們登上農業文明之巔，鑄就了千年中華文明的輝煌。而中國科技的影響遠不止于此，對下一代工業文明的誕生也產生了深遠的影響。

指南針的發明，使人類突破空間界限，開始走向融合，成為西方“大航海”時代最關鍵的核心技術支撐之一。火藥則推動人類由冷兵器時代進入熱兵器時代。

“火藥把騎士階層炸得粉碎”，馬克思如是說。火藥的出現和應用對人類社會變革產生了深遠的影響，歐洲騎士階層開始沒落，背后是歐洲整個封建地主階級的衰亡和資產階級的興起，為歐洲思想的解放以及工業革命的產生和人類工業文明的崛起奠定了基礎，將農業封建制度的堅固堡壘轟開了一道裂縫，社會變革性發展從這道裂縫中洶涌而來，人類開啟了新的征程。

科技，曾經讓中國站在了人類文明的中心。

?機器驅動人類文明中心西移歐洲

農業科技的進步使中國保持了長達數千年的繁榮，而正當我們享受這片繁榮時，人類科技史上一次重大變革正在大洋彼岸孕育。自公元5世紀以來，歐洲經歷了一段長達千年的中世紀黑暗時期，在這個時期歐洲文明進入了一個緩慢的發展階段，戰爭連綿不斷，瘟疫肆虐，人民被宗教禁錮。到15世紀左右，歐洲社會到達了變革臨界點。資本主義在歐洲萌芽，工場手工業和商品經濟獲得快速發展，新興生產力迫切需要突破傳統禁錮，最終以文藝復興、宗教改革運動和啟蒙運動為代表的思想解放運動在歐洲爆發，歐洲思想獲得巨大解放。自然科學在這個時期得到快速發展，哥白尼、開普勒、伽利略和牛頓等近代科學先驅相繼涌現。同時，隨著大航海時代的開啟，歐洲打開了全球市場，其內部生產規模和效率已經難以滿足市場的需要，在科學思想的支撐下，提高技術、改進工藝成為必然選擇。在各種因素孕育下，人類5 000年歷史上最重要的事件——工業革命最終在歐洲爆發。在蒸汽機的轟鳴聲中，人類文明中心轉移到了歐洲。

人類科技五大技術領域的第二次突破性變革

工業革命推動人類社會在物質、信息、能量、空間和生命科學領域再次發生變革性突破，人類社會面貌、生產生活方式也再次發生顛覆性變化。

前兩次工業革命最具突破性、影響最深遠的是蒸汽機、內燃機以及電力的發明創造，這是人類對能量應用方式的又一次重大突破，使人類使用能源獲取動力的方式發生了質的變遷。化石能源替代畜牧力、水風車能等原始機械能，為蒸汽機、內燃機等機器提供動力基礎。機器的運轉，使人類的雙手在社會生產生活中第一次被全面解放出來，推動人類社會由農業手工業向工業化大生產華麗轉身，全球生產力得到了極大的釋放，促使歐洲率先避開了馬爾薩斯陷阱，使人類告別階段性崩潰，世界經濟從此進入指數發展階段。

1848年，馬克思、恩格斯在《共產黨宣言》中指出：“資產階級在它的不到一百年的階級統治中所創造的生產力，比過去一切世代創造的全部生產力還要多，還要大。”從公元元年到1820年，近兩千年的時間里，全球人均GDP僅增長50%，年增長僅為0. 025%。而工業革命之后不到兩百年的時間里，全球GDP從1820年的約7 000億美元，增長到了2019年的約90萬億美元，增長了約128倍。

能源和動力技術的變革推動了交通技術的進步。蒸汽機、內燃機支撐人類交通技術產生翻天覆地的變化，火車、汽車及飛機的發明創造讓人類在全球自由穿梭，人類空間仿佛一夜之間被壓縮了幾個維度，全球開始走向大融合。

鋼鐵、塑料、硅等物質材料技術的發明，特別是工業之母——鋼鐵的出現，推動人類生產生活產生深遠變革，槍炮車船、鐵路大橋等工業產品如雨后春筍般涌現。

電力、電磁技術的突破推動了電話、電報的發明和使用，人類突破了筆墨紙硯的束縛，信息技術的發展使得以語言為媒介的信息交流從此劃破時空阻隔，推動人類溝通效率大幅提升。

現代醫學、生物學的出現，開啟了人類生命科學的新篇章。以細胞學、解剖學為代表的學科發展，使人類醫學理論全面擺脫神學、哲學，開始真正利用科學手段去揭開生命的奧秘。人的壽命實現第一次質的提升，全球平均壽命從30歲延長到45歲，人類在追尋“長生”的道路上取得突破性進展。

歐美取代中國引領了科技變革

長達數千年引領全球科技發展的中國，一夜之間在世界奔向未來的征程中掉隊了。而更讓全世界意想不到的是，經歷了長達兩百余年的思想沖突、國家內部混亂和各國之間混戰的歐洲，成為了這場工業變革和科技突破的全球孕育地。18~19世紀長達兩個世紀全球前沿技術和創新成果幾乎全部誕生在歐美，將全球巨輪推向了新的航程。

英國在全球范圍內率先引爆這場變革，幾乎壟斷了當時全球最前沿的科技創新。1785年瓦特制成的改良型蒸汽機投入使用，并快速在全球范圍內推廣，開創了以機器代替手工勞動的時代，推動人類社會進入“蒸汽時代”。英國也借助這次科技創新，完美實現了人類歷史上農業落后國對農業領先國的“換道超車”——在農業文明全球格局堅不可摧的局勢下，依靠科技在能源和動力技術領域的創新突破開啟了工業化文明。英國國內催生了紡紗織布、煤炭開采、鋼鐵冶煉、鐵路運輸、船艦建造等現代工業，這讓英國成為當時世界上最強大的“日不落帝國”，號稱“世界工廠”，稱霸世界達半個世紀之久。因為科技，英國用不到一百年的時間就改變了國際格局。

英國實現這次“換道超車”看似是“無心插柳柳成蔭”的結果，卻成為后續幾百年——甚至到今天為止——全球發展格局的一條“鐵律”——把握住能夠影響未來產業突破性變革的關鍵核心技術，將助力這個國家在全球范圍內實現“換道超車”。之后，德國、日本和美國都遵循這條鐵律實現崛起。

搭乘第一次工業革命浪潮洶涌而來的第二次工業革命再次在歐美爆發，大量科學與技術成果在歐洲和美國誕生，科技領先國依靠在能源與動力、交通等技術領域的突破，實現了人類歷史上著名的第二次“換道超車”——“電氣化”時代。

德國似乎首先領悟了人類社會發展的底層奧秘，在能源動力與交通技術兩大領域發力，電動機、內燃機、大功率直流發電機等重大科技創新相繼在德國誕生，不僅催生了西門子、戴姆勒等當時世界上的科技獨角獸企業，也使德國一躍成為全球交通科技的引領者，為德國帶來了趕超強國的強大動力。

緊隨而來的是美國，它以極大的熱情迎接了電氣革命的到來，科學研究和技術發明以更大規模和更有組織的方式得以廣泛開展。汽車、飛機、電燈、電話、電報等直到今天還是人類生活必需品的科技發明在美國誕生，為美國日后的崛起夯實了基礎。

除能源動力、交通、信息技術全球前沿科技發明外，物質和生命科學兩大科技領域重要成果也都誕生在歐美。在物質技術方面，當時全球前沿的材料技術（包括鋼、鋁等新型材料）的先進工藝都源自歐美，結束了中國長達幾千年的物質技術領先局面。以細胞學、解剖學為基礎的西醫也在這個時期于歐美形成，成為未來幾個世紀人類醫學的主流技術。

歐美成為世界新的文明中心

經過工業革命，歐洲一躍成為全球最先進生產力的代名詞。1773年，歐洲在經濟領域正式超越中國，成為全球經濟中心。亞當·斯密、馬爾薩斯、約翰·穆勒等全球經濟學鼻祖的思想主導著全球經濟秩序的建構。

牛頓、麥克斯韋、法拉第、倫琴、馬克斯·普朗克、約翰·道爾頓等一批具有開創性的物理學家和化學家，從力學、電磁學、射線學、量子學、原子論等方面將人類物理學和化學推向了新的高度，奠定了現代物理學的基礎。開普勒行星運動三大定律，開啟了人類天文學的新階段。利昂哈德·歐勒微積分、現代數學術語符號等推動了現代數學的進步。威廉·哈維血液循環論、安東尼·列文虎克微生物學的開拓、孟德爾現代遺傳學的締造、達爾文進化論的提出，使人類生物和生命科學實現了跨越式發展，使歐洲成為全球科學中心。

歐洲還成為全球思想和文化中心。17~18世紀，世界主流思想幾乎被歐洲的哲學家、藝術家、政治思想家所主導。康德、黑格爾、叔本華、培根等的哲學思想從深層次影響著世界的建構。托克維爾、約翰·洛克、盧梭等政治思想家，推動全球民主思想的蓬勃發展。就是在文學藝術領域，巴赫、貝多芬、莎士比亞等也引領了風靡世界的潮流。

經過兩輪工業革命的洗禮，歐洲開始在政治、經濟、文化、思想等各個領域實現全面超越，取代中國成為人類新的文明中心。

?計算機讓美國“換道超車”成為全球信息文明中心

基辛格在《大外交》一書中指出，“幾乎是某種自然定律，每一世紀似乎總會出現一個有實力、有意志且有知識與道德動力，企圖根據其本身的價值觀來塑造整個國際體系的國家”。顯然，美國依靠自身在信息技術、材料技術、能源技術、交通技術等領域的突破，將其“前輩”歐洲成功“拍在了沙灘上”，走上人類文明舞臺的中心。

人類科技五大技術領域的第三次突破性變革

第一次工業革命和第二次工業革命使歐洲依靠以蒸汽機和電力為主的能源與動力技術，實現了對農業文明霸主中國的換道超車。落后時代發展的原因各有不同，但是領先時代發展的原因似乎是相同的：在能源與動力、物質技術、信息技術、交通技術等領域實現變革性突破，將使這個國家引領全球文明的發展。美國把握住了這次機會，掀起了全球第三次科技革命和產業變革的浪潮。不同的是，助推其實現彎道超車的主攻領域是信息技術，借此美國取代歐洲成為全球信息文明階段的中心。

在此次科技革命和產業變革中，人類信息技術、物質技術、能源技術、交通技術（空間）、生命科學五大領域再次實現了質的飛越。但是影響最為深遠、對人類生產和生活產生最大影響的莫過于以計算機為代表的信息技術變革。計算機的發展催生了對于集成電路的巨大需求，推動集成電路行業沿著摩爾定律不斷變革，成為全球貿易中的硬通貨。更為重要的是，計算機的誕生使人類信息傳播、交流、存儲都實現了質的突變。互聯網的出現讓人類信息的傳遞實現了全球無死角瞬時位移，并且可實現多點實時“在場”。更為重要的是，人類社會生產方式和生產內容發生了重要變革，信息生產和交換成為人類經濟發展中重要的一極。

此次變革的另一大突破是能源技術的飛躍。風能、水能、太陽能等的挖掘和利用，特別是核能的突破，推動了人類能源和動力史上新的重大突破——人類首次通過原子層面結構的改變“創造”能源。這使人類在特定單位內可以飛得更高，行得更遠，為未來人類沖出地球奔向宇宙提供了可能的動力支撐。

以衛星、火箭等為代表的航天技術的進步，是人類交通技術史上劃時代的突破，人類第一次擺脫地球引力的束縛，奔向太空、奔向月球、奔向宇宙。盡管在浩瀚無垠的宇宙中，我們只是邁出了一小步，卻是人類交通史上的一大步。

當然，所有的創新與突破都少不了物質技術的支撐，各種合金材料、新型輕質化材料、化學材料、晶體材料等，在此時期以前所未有的速度被發掘或被創造出來，種類之多也是前所未有的，這支撐了創新技術得以實現。基因技術等生命科學技術的進步，也使人類在了解生命內部結構上走得更遠，人類在戰勝疾病的過程中首次直擊疾病的源頭。

美國通過信息革命成為全球創新孕育地

此次科技變革最大的特點是科學與技術深度融合，且科研向生產力轉化速度加快，而美國基本獨家壟斷了這次科學研究與技術的重大突破。

在信息領域，1946年美國賓夕法尼亞大學發明了世界上第一臺計算機ENIAC，標志著電子計算機的誕生，人類從此邁入了以計算機為核心的信息文明時代。此后圍繞計算機體積小型化、運算加速化的發展方向，以集成電路為代表的微電子技術在美國引領下快速發展起來（見表1-3），并在隨后的數十年，甚至直到今天，一直占據著全球產業制高點。

表1-3 美國在集成電路發展初期的引領性突破

在能源與動力方面，隨著全球原子能科研的進步，核能技術在美國引領下獲得重大突破。1942年12月2日，美國芝加哥大學成功啟動了世界上第一座核反應堆，成為人類能源動力史上新的里程碑。基于當時的世界局勢，原子能技術首先被應用于軍事上，美國、蘇聯、歐洲等各個國家和地區競相研制原子彈，最終美國率先獲得突破。1945年7月16日，世界第一顆原子彈“瘦子”在美國新墨西哥州地區核試驗成功。不到一個月，另外兩顆原子彈“小男孩”和“胖子”先后在日本的廣島和長崎投放。此后，核能開始逐漸被應用于能源、工業和航天等領域。

在交通技術方面，蘇聯與美國之間的競爭和較量促進了空天領域交通技術的變革。1957年，蘇聯發射了世界上第一顆人造地球衛星，開創了空間技術發展的新紀元，也極大地刺激了美國。一年之后，美國也發射了人造地球衛星。1959年，蘇聯發射“月球2號”探測器，它是第一個在月球表面著陸的航天器。1961年，蘇聯又成為第一個將人類送向太空的國家。美國不甘落后，整個60年代都在籌備規模龐大的登月計劃，終于在1969年實現了人類登月的夢想。從競爭結果來看，蘇聯“起高樓”，美國“宴賓客”，蘇聯在競爭中逐漸體力不支，敗下陣來，而美國開始全面引領奔向太陽系的探索之路。

在物質科技與生命科學領域，美國雖沒有全面引領，卻是推動人類物質技術和生命科學領域取得突破性進展的中堅力量，與全球各國一同推動著兩大領域的發展。

美國成為人類信息文明的中心

借助第三次科技革命，美國成功逆襲，成為人類文明的中心舞臺。直到今天，美國在全球政治、經濟、文化、科技等方面綜合實力仍居全球第一。

美國通過在信息領域的“換道超車”，創造出了一個以集成電路、計算機、互聯網等為核心的信息產業，并且依靠其在技術上的領先性，穩固地占據了全球產業的制高點。2019年，美國GDP總量21. 43萬億美元，世界第一大經濟體地位持續保持了近百年，無人撼動。米爾頓·弗里德曼、保羅·薩繆爾森、布萊恩·阿瑟等詮釋著全球經濟發展，華爾街主導全球金融走向。

在政治方面，美國依靠自身強大的經濟基礎和軍事力量，具有在全球“指點江山”的硬實力。與其他曾站在人類文明中心的國家一樣，美國在思想界、文化界等各方面也引領了世界思潮。以代表人類最高成就之一的諾貝爾獎為例，美國以337個獲得者的數量排在世界第一。

?五大技術領域變革性突破國將成為智能文明的中心

當前，全球第三次科技革命創新成果經過人類幾十年的持續挖潛，內在的創新紅利進入衰減期。盡管創新成果仍舊層出不窮，但是從整個人類歷史長河的視角來看，都是局部領域的微創新和修正式創新，對于世界經濟增長是量的促進，而難以實現質的飛躍。

新一輪科技革命變革乘勢而來

隨著上一輪科技革命創新周期進入衰退期，全球變革性創新成果日趨匱乏，人類世界仿佛缺少了一種“一覺醒來社會發生了翻天覆地變化”的驚喜感和新鮮感。這種從無到有的驚喜就像是一直以來都靠書信來傳遞對遠方伊人的思念之情，而某一天突然拿起一個物體放到耳邊就能聽到伊人的甜美問候。這種變化能夠引起人類社會集體的“狂歡”，能夠激發人類強大的消費欲望去擁有它，能夠推動一個巨大產業的出現，能夠改變人類整個生產和工作方式，推動人類社會發生質的突破。

無論是人類需求的呼喚，或是世界經濟增長的需要，抑或是現實跡象的表現，全球新一輪科技革命即將到來，或者說應該到來。而此次科技革命仍舊將在物質、能源、信息、交通、生命五個領域獲得突破，推動人類文明發展進入一個新的階段。

信息領域變革將推動人類進入智能化階段

經過紙張和印刷技術的突破、電話電報的出現、物聯網的繁榮，信息技術的發展推動人類的信息交流、知識存儲、傳統傳承發生了一次次變革性突破。時至今日，從上一輪信息技術的影響來看，電腦、智能手機、互聯網等技術基本已經在全球范圍內覆蓋，對于人類生產生活的影響已經趨于穩定。從當前信息領域技術的孕育發端來看，人工智能、云計算、物聯網、5G通信等技術的崛起很可能引領信息技術變革向智能化方向突破。

從技術迭代來看，支撐以計算機為代表的信息領域持續發展的底層技術有其固有的局限性——集成電路芯片的尺寸已接近物理極限，以電為傳輸介質的技術方式有其自身物理屬性的限制，這些都難以滿足新一代信息技術獲取、傳輸、計算、存儲、顯示等方面的需要。主導了全球信息領域數十年的摩爾定律將在歷史的巨浪下退潮。

隨著人類對于“光”研究的突破和進展，“光”將替代“電”成為新一代信息產業的基石。未來，光子技術將作為新一輪科技革命的最關鍵、最核心、最底層技術，主導新一輪科技革命的發展。未來將掀起類似于從電子工業的晶體管邁入集成電路的技術革命——集成光路產業的崛起。

交通領域變革乘著智能化的東風奔向宇宙

交通技術使人類活動空間逐漸擴大，從雙腿、馬車、汽車，到火車、飛機等，不斷演進，人類活動空間從本地覆蓋到全球，未來交通技術還將朝著推動人類走向更遠的方向演進——例如沖出地球、太陽系、銀河系，奔向宇宙深處。航天技術特別是商業航天，將成為此次交通變革創新的主體和方向。另外，隨著信息技術的進步，智能化（如無人駕駛）也將是人類交通技術演進的方向之一。但是，交通技術的突破性發展，除受制于自身技術外，還受到物質、能源技術的限制。因此，從新一輪科技革命變革來看，交通技術要在智能化方向實現突破，還需要實現物質技術上新材料以及能源技術上微型化核裂變裝置、可控性核聚變等技術的突破。

能源變革走向更清潔、更高效、微型化

從依靠牧畜力、水車能、風車能等清潔能源轉為依靠化石能源為主后，人類在蒸汽機、內燃機轟鳴聲的助力下，從自然界索取滿足人類生產生活所需的資源，與此同時也使人類賴以生存的地球被滾滾煙霧所包圍。

更清潔、更高效、更持久、微型化、低成本的能源和動力供給方式，將成為能源和動力技術演進的方向，也是人類對能源和動力供給的期望。全球圍繞上述能源演進方向，在太陽能、風能、水能、氫能、核能等能源中尋求未來可能的替代性能源，并圍繞能源核心瓶頸——控制、存儲、成本等，尋求技術突破。

太陽能資源豐富、成本低、無須運輸，取之不盡，用之不竭，是人類理想的替代能源，所以成為全球技術攻關的重點。但其能流密度低，受季節、晝夜影響而不穩定。太陽能的蓄能技術瓶頸、效率低以及成本高等問題，使太陽能在未來相當一段時期內還無法成為具有全面替代性的能源。

水能，作為最清潔、綠色的能源之一，是人類尋求替代的重要方向之一。但是，水能受水文、氣候、地貌等自然條件限制，特別是受其物理屬性的限制，與人類對能源裝置微型化、隨身攜帶化等需求具有不可調和的矛盾，這決定了水能未來很可能只能成為人類的輔助性能源——被限制在發電和工業領域應用。至少在近幾十年甚至上百年內，我們看不到可以改變其物理屬性的技術突破。風能在具備太陽能和水能清潔、資源豐富等優點的同時，同樣因無法滿足高效性、穩定性、持久性、微型化的能源需求，難以成為主流可替代能源。

氫作為宇宙中分布最廣泛的物質，占太陽總質量的84%、宇宙質量的75%。同時，氫高能量性、高燃燒效率等物理特性，使它能成為人類未來最有可能的替代能源之一，并被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源。氫能最大的特點還在于其應用方式的廣泛性：不僅能夠用于發電，還可以廣泛應用于家庭用氫、交通動力等人類生活的方方面面。當前階段，盡管氫能有高揮發性、儲存空間大等物理屬性的缺陷，但是相信未來人類將取得技術上的突破，使其成為最具潛力的替代性能源之一。

與氫能一樣，核能也是最具潛力的替代能源之一。與氫能相比，核能具有更高的能量效率，同時具備微型化發展的物理屬性。核能從技術方向上分為核聚變和核裂變。目前人類初步掌握了核裂變技術，并廣泛應用于軍事（原子彈）和發電。但是對比來看，一方面，核裂變所需的核燃料蘊藏有限。地球上鈾和釷的儲量分別僅為490萬噸和275萬噸，而核聚變所需的核燃料氘和鋰則在地球上取之不盡、用之不竭。另一方面，核裂變雖然與其他能源利用方式相比能量效率很高，但是與核聚變相比不在一個能量級上。同時，核裂變會產生核廢料及輻射的缺點制約了其在日常生活中的應用。從技術維度來看，核聚變是未來最具潛力的能夠從根本上解決人類能源需求問題的能源供給方式，將推動人類能源和動力史上又一次偉大的變革。但由于可控核聚變技術的限制和難度，人類在能源變革之路上還有很長的路要走。

生命科學將使人類在更中樞、更微觀的層面“操控”生命

“長生”是人類在滿足衣食住行等需求之后永恒的追求，“當下能活，未來不死，活得更好（高品質且自由地活）”是人類推動科技創新突破的深層動力。自從開始向“神靈”祈福以來，人類在生命科學的探索上從未止步。原始醫學、傳統醫學、中醫、現代醫學，使人類在認知生命之路上越來越接近真相。物質科學和生命科學的進步，賦能人類在更中樞、更微觀的層面上“操控”生命。腦科學、干細胞、基因編輯、合成生物學、智能醫療設備將成為新一輪科技革命推動生命科學實現變革性突破的著力點，邁過這個“坎”，人類將成為自己生命的“主宰”。

物質科技作為一切自然科學的基礎，是一切科學與技術成為可能的必要條件。無論是信息領域的智能化變革，還是交通領域的宇宙探索，抑或是能源領域對更高效、微型化的替代能源的探索，又或是生命科學領域的突破，其底層的支撐都是物質科技。繼工業時代的鋼鐵、塑料、硅等之后，石墨烯、納米材料等新材料將成為未來產業的糧食。

三、潛藏在科技背后的規律

科技源于人類對宇宙的認知，立足于人類需求的滿足，給人類社會發展帶來巨大的變革。縱觀科技發展史，在科技“巨輪”滾滾向前的征途中，其背后隱藏著隱隱可循的內在規律。

?推動社會變革的“關鍵少數”

縱觀科技發展史，科技具有一種類冪律分布的特點，即“關鍵少數”技術主導著社會的變革。極少數關鍵技術創新產生了最大的價值，遠遠超過其他的技術。這些關鍵核心技術的作用是不可替代的，它們具備引領性、基石性、關鍵性、創新性的特點。歷次工業革命都有關鍵核心技術，比如第一次工業革命中的蒸汽機，第二次工業革命中的發電機、內燃機、電信技術，第三次工業革命中的集成電路、原子能技術等。這些關鍵核心技術最終都深入到社會的各個領域，其他的技術創新很多都是在這些關鍵技術基礎上涌現出來的，不斷組合和進化，最終創造出巨大的生產力，廣泛推動著經濟和社會的發展。

?科技擴散轉移呈現S形周期特點

自科技革命以來，科技與經濟之間存在雙螺旋增長關系，科技成為經濟增長的主導推動力量。每一次科技創新與突破對人類經濟社會的影響都遵循“復蘇—繁榮—衰退—蕭條”的周期循環規律。

圖1-3 技術與經濟交互模型

科技革命帶來的技術擴散轉移呈現S形周期變化。縱觀世界科技發展，技術轉移和擴散周期為50~60年，每一次科技紅利的衰退必將推動人類去培育和創造新一輪的科技創新（見圖1-3）。科技與經濟之間存在著雙螺旋增長模式，經濟隨著技術的轉移和擴散發生相應變化。每一次新的科技革命都將在一段時間內成為推動經濟增長的主動力。隨著技術紅利的轉移和擴散，該技術對于整體經濟的支撐作用會逐漸減小，盡管在一段時期內還會支撐著經濟的發展，但是其支撐經濟增長的主導權將會逐漸被新的技術所代替。隨著新技術的不斷產生，技術與經濟形成了一個個相互獨立又相互依存的雙螺旋態勢。伴隨著技術的擴散，經濟經歷著“復蘇—繁榮—衰退—蕭條”的周期性變化，同時新的技術不斷出現和擴散，支撐經濟呈現長期的增長趨勢。值得注意的是，在原有技術紅利消退、新的技術紅利尚未培育起來的這段時間內，全球經濟會處于短暫的緩慢增長或者停滯期。

?科技需要金融創新的賦能

每一次科技革命的起終點都會伴隨著金融領域的重大變化：新的金融工具產生和金融危機爆發。隨著第一次科技革命爆發，1825年英國廢除《泡沫法案》，大量資本涌入，并形成了股份制模式和現代銀行制度，促進了蒸汽機技術在英國紡織業的推廣和擴散。而隨著紡織技術充分擴散、紅利消退，英國紡織業出現產能過剩現象，經濟回落，最終于1837年和1847年在美國和英國分別爆發了金融危機。隨著蒸汽機在鋼鐵和鐵路領域的應用，企業大量的資金需求促使資本市場在這個時期形成，資本涌入，支撐鐵路等行業迅速發展，英國、美國都出現投資狂熱現象，羅斯柴爾德家族、塞利格曼財團、摩根集團、巴林銀行大規模爭搶鐵路建設投資，推動英國、美國等國家鐵路系統迅速建成。亨利·亞當斯這樣評價：“1865年至1895年之間的這代人早已被抵押到了鐵路上。”但建設的鐵路遠遠超過當時的需求，鐵路行業出現產能過剩，導致最終崩盤。1873年，華爾街陷入全面恐慌，紐約證券交易所自成立以來第一次關門10天，5 000家商業公司和57家證券交易公司倒閉。伴隨著第二次科技革命成果的推廣和應用，信托、保險等金融工具誕生，資本市場國際化和規模化形成。隨著這次技術創新成果的充分擴散及產能過剩，1927—1937年美國大蕭條爆發。第三次科技革命技術的推廣和應用，催生了天使投資、創業投資、產業基金。同樣，隨著技術的充分擴散及產能過剩，2008年，由次貸危機引起的全球金融危機爆發，如圖1-4所示。

圖1-4 科技與金融雙螺旋圖

因此，從歷史發展的實踐看，科技創新需要金融創新來賦能。熊彼特在《商業周期》中把經濟增長的重要波動和技術變革解釋為“連續的工業革命”，但同時認為成批的重大創新有賴于金融資本。真正推動經濟長期增長和社會發展的動力是人類技術的重大突破，而金融資本對重大科技創新的發生和擴散具有重要作用。以新技術擴散過程為時間軸，新技術導入期分為“爆發”階段和“狂熱”階段。在“狂熱”階段，金融資本密集投資于新產業、新活動以獲取利潤，隨后發展到“展開區”的“協同”與“成熟”階段。隨著技術的擴散，一些相對陳舊的成熟技術開始出現收益遞減，經濟周期回落，金融資本或從相關企業和部門流出，或滯后于市場變化，在局部爆發金融危機。金融領域的變動期待新一輪科技導入，資本流向下一代重大創新，新的經濟周期開始。

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注釋

[1]羅素.西方哲學史（古代哲學）.天津：天津人民出版社，2014.

[2]NAVE C R. The ColorForce. Hyper Physics. Georgia State University，Department of Physic.