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方法論的重要性--《全球科技通史》讀后感

時間:2019-07-04來源:宋華振公眾號《說東道西》

導語:在《全球科技通史》一書中,可以看出技術應用、相對論、量子物理、光電效應等的發展則為后來的通信、控制、計算機等發展帶來了巨大的幫助。

在一個娛樂至死的年代,人們將精力放在了諸如“林志玲結婚了”“王寶強離婚了”這樣的事情上,大概只有這樣的八卦新聞才能引起關注并獲得巨大的傳播,這實在是件荒唐的事情,而真正為我們每天生活帶來巨大改善并與產業發展緊密相關的科學家們卻似乎那么默默無聞,無法獲得持續的關注,最近讀了吳軍博士的《全球科技通史》,在這本書中吳軍博士為我們描繪了波瀾壯闊的科技發展史,這里滲透著世界杰出的科學家一代又一代的努力,實際上“人類的歷史是科技的發展史”,相對于很多歷史被皇權的篡改,以及帶有主觀的選擇性評判,很多政治、歷史人物都是虛假的、主觀的,而唯有科技—那是被證明并產生價值,影響著我們今天的生活的,它無法被改變和難以扭曲,最為真實。

全球科技通史.jpg 

讀史使人明智

佛朗西斯科.培根說“讀史使人明智,讀詩使人靈秀、數學使人精細、物理使人深沉…”,顯然讀數學和物理這樣的書對非專業和從事科研的人而言不大現實,讀史使人明智在于,我們能夠從歷史獲得啟發,發現事物發展的脈絡,這會使得我們對于今天的發展乃至未來有一個判斷。

色妹妹自拍偷拍吳軍博士本身是一位科技工作者并轉入投資領域,為了投資的便利研究了科技史并撰寫了包括《全球科技通史》、《數學之美》、《浪潮之巔》等著作,對于從事科技領域的工作者而言,科技發展的歷史會給我們諸多啟發,《全球科技通史》給了我們一個完整的視角來看待科技的發展脈絡。

啟發

1.科技發展主線:能量與信息

在《全球科技通史》一書中,能量和信息成為了主線,非常有道理,如果我們能夠從這個視角看待古代的科技,以及今天的智能制造色妹妹自拍偷拍,我們都會發現事實上,信息在這里的角色扮演的確是關鍵的,它可以放大“效率”。

科學與技術相互促進,我們可以從整個歷史看到,在經歷了科學的發展后較長一段時間里,技術應用也得到了大幅的發展,就像牛頓的“機械論”帶來了對運動的支撐,包括了蒸汽機、汽車、飛機等的發明,而隨后愛因斯坦的相對論、量子物理、光電效應等的發展則為后來的通信、控制、計算機等發展帶來了巨大的幫助。

信息可以理解為知識的外延,這些知識的傳承,就需要文字的出現、紙張、印刷技術,包括今天的云存儲、傳輸以及信息的應用,信息的本質應該是“知識”以及知識的載體,因此,無論我們今天所做的各種科學或技術,就是充分利用知識,包括人工智能—它必須將人的知識與機器的學習模型、算法相結合,將人的知識建模、封裝并復制方式用于生產,從而降低知識的利用效率,人類對信息的應用都是對知識的效率轉化,應用于解決實際的問題。

而能量則從另一個維度解決效率,從牲畜的力量、農具提高農業生產效率,從炸藥提高了礦山開采的效率,而內燃機將石化能量轉化為機械能量來驅動汽車提高了人們物資的運輸效率,而原子能的利用則提高了能量的使用效率,能量在生產中也同樣如此。

色妹妹自拍偷拍制造的過程就是對信息、能量與物理、化學的反應結合,在離散制造業中,能量用于對物理的材料進行加工如沖壓、裁剪、焊接、復合、組裝,而化學的則是對材料的復合、復分解、有機、無機反應,整個過程就是在利用知識和能量來提升整個加工的效率。

2.方法論的重要性

牛頓說他是“站在巨人的肩膀上”,吳軍博士的論述是這個巨人就是笛卡爾(在《上帝擲色子》一書中作者認為是牛頓爵爺和胡克就物理學的論文爭論,因為胡克認為牛爵爺用了他的數據還是思想卻不把他列進去,牛爵爺就諷刺他說“我是站在巨人肩膀上”,當然,牛爵爺還與萊布尼茲就微積分的發明相互懟過—牛爵爺果然對得起自己的姓),作為一個數學家,笛卡爾發明了解析幾何,但是,笛卡爾更為偉大的在于他為現代科研奠定了方法論基礎,這才使得牛頓,萊布尼茲等科學家奠定了物理世界的研究基礎,這也很有意思。

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長得真不帥的笛卡爾

色妹妹自拍偷拍笛卡爾的方法論就是我們所說的“大膽假設,小心求證”,笛卡爾在其《方法論》中揭示了科學研究和發明創造的普適方法,第一,不盲從,不管任何權威制藥沒經過自己的研究,都可以懷疑,第二,對于復雜問題,盡量分解為小問題來研究,化繁為簡,第三解決這些小問題,先易后難逐步解決,第四解決每個小問題之后再綜合起來,看看是否徹底解決了問題。就是提出問題、實驗、從實驗中得到結論并解釋、將結論推廣并普遍化,循環往復。

前幾天與我們一位工程師討論塑機的溫度控制,他在研究加熱點與目標中間隔時的溫度傳遞過程的模型,他跟我講先建立一個模型考慮傳導過程中的熱容比、物理尺寸等,然后去進行仿真,再進行現場實際驗證來看模型是否準確,再進行調整,然后標準化封裝—我突然發現很有意思的印證了笛卡爾這個研究過程—顯然,這是被證明最有效的方法論,可以具有普適性。

在牛頓之前的數學都是解決靜態問題的,而牛頓則關注到了精確而瞬時的動態計算問題,以及對一個變量長期變化的累積效應的追蹤問題。這使得人類數學從初等數學邁入了高等數學—終于明白為什么大學學的那個數學叫“高等數學”了,一直沒有仔細想過為什么那個叫高等數學:)。

牛頓構建的力學、光學、物理學、天文學通過嚴格的科學體系進行了闡述,通過簡單的公式即描述了這個復雜的世界,其偉大可見一斑。

另一方面,拉瓦錫同樣受到笛卡爾科學研究方法的影響,突破了傳統煉金術的那種經驗性和偶然性,在化學方面也通過嚴格的科學體系突破了過去科學研究僅是通過長期的實踐積累而成的局面,他定義了概念《化學命名法》以及通過《化學基礎論》定義了各種元素,并且發明了化學方程式,這些使得化學也成為了一門科學。

近代醫學的先驅哈維同樣借助于笛卡爾所說的感知—通過精確的測量,發現了血液循環并寫了《關于動物心臟與血液運動的解刨研究》,通過對過去的“氣”的質疑而從邏輯推理出發來提出血液循環猜想,并通過9年時間實驗驗證這一理論,當然,現代醫學也得益于測量技術的提高,包括溫度計、血壓計等,在近代X射線技術進一步使得醫學得到大幅度的前進。

在科學的研究之后的工業革命—更像是一個科學的應用階段,技術—與科學相比,就是我們所說的“Technology”—是對科學的實踐,在工業革命的初期,包括蒸汽機/火車都是機械思維的應用。

感謝焦耳,告訴了我們“永動機”是不存在的,因為他構建了能量守恒定律。

色妹妹自拍偷拍在之后的物理學進入了原子時代,由于傳統的牛頓機械論無法解釋在黑體輻射、光電效應、放射性物質方面的問題,進而發展了相對論與量子力學,麥克斯韋電磁方程不具有在不同慣性參考系的協變性,進而發展了洛倫茨變換,而在這個基礎上愛因斯坦升級到了相對論(1905年發表《論動體的電動力學》論文)-使得我們能夠將認識拓展到了看不見、摸不著的世界。不過另一本《上帝擲色子嗎?》量子物理史話中對這個過程的描述更為精彩—愛因斯坦和波爾等關于粒子說和波動論的爭吵持續了整個20世紀初的物理學界,最后被愛因斯坦從量子論出發指出光同時具有粒子和波動(電磁波)的特性,即,“波粒二象性”這個話題給統一,看看那個爭論的年代,還真是夠精彩的,這些爭論使得幾乎所有當時最牛的物理學家卷入這場戰爭,普朗克、德布羅意、羅森堡、盧瑟福、波爾、波恩、薛定諤、愛因斯坦、郎之萬,這個爭吵要是發生在我們的科技界,并能引發曠日持久的爭論,這還真是一個值得一看的巨大的場景。

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索爾維會議-物理學界巫師大會

量子物理使得人類對于能量的使用達到了一個新的高峰,也發展了新的數學體系,進而有了原子能、GPS定位、LED光電效應,以及通信技術的發展基礎。包括雷達、射電望遠鏡等的發明,對天文學也有了新的貢獻。

色妹妹自拍偷拍這些都預示著人類對于能量的應用水平達到一個新的高峰。

色妹妹自拍偷拍而對于今天的智能制造比較重要的方法論則來自于“三論”即,系統論、控制論、信息論,如果說牛頓的機械論以及微積分解決了動態連續性的場景問題,而三論則基于離散數學、概率論、集合論等,將研究對象又延伸至具有不確定、干擾和非線性的部分,就像我們自動化所研究的控制論,就是動態系統中,在很多內在外在不確定因素下保持平衡狀態的方法,PID調節就是這一理論的應用,而在這個調節基礎上,包括今天的人工智能、機器學習,來自于柯爾哥莫洛夫在1931年發表的《概率論中的分析方法》,它奠定了馬爾科夫過程,而馬爾科夫過程則是信息論、人工智能的強有力科學工具。

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維納.控制論構建者

信息論則認為無論是一個系統還是傳輸的信道,都有不確定性、都有干擾,而消除這些不確定性所需的正是信息,信息論采用“熵”這一物理學概念,將虛無縹緲的信息進行了量化,從此人類可以準確地度量信息的多少,從理論上解決了數據壓縮與傳輸效率問題。

其實,今天我們所研究的制造問題,都是對材料進行物理和化學的加工,一般來說物理的都是多發生在離散的制造業,而化學多發生在諸如石油煉化,制藥,水泥,冶金等化學反應的工業,而數學則是對其過程進行精準的定量分析,以及構建模型。

色妹妹自拍偷拍當然,最近也看到一些文章提到了“邏輯”的問題,其實,亞里士多德在他的時代以一己之力開創了“邏輯學”,邏輯學即正確思考的方法和藝術,它是各個科學門類的內涵或方法,而邏輯學則建立在亞里士多德的老師蘇格拉底反復強調的“定義”,同樣牛頓、拉瓦錫分別為物理學、化學界定了清晰的定義,使得研究變得更為結構清晰,如果沒有這些基礎,那么,整個研究似乎會一直處于混亂之中。

就像我們關于各種社會事件、技術問題的爭議,往往會發現缺乏邏輯中最基本的定義、邊界(就像函數中自變量的定義域)、方法、過程、結論,或者描述一件事情無法有清晰的5W2H這樣的要素一樣,清晰的邏輯與結構是我們進行科技創新的伴隨方法體系。

3.大學教育在科技發展中的角色

從博洛尼亞第一個現代意義的大學,到德國洪堡教育體系,以及到了后來的哈佛艾略特構建的現代大學的教育體系,凡是先進的制造業國家必然有著深厚的教育基礎。

《大學的終結》中談到了當年哈佛校長艾略特教授想構建的大學的融合,今天大學的爭論也來自于此,大學有三個目標的設定,來自于不同的大學構建,包括培養純粹的人(就像牛津大主教紐曼提出的通識教育—傳播大行之道)、為產業發展提供人才(以普魯士教育家洪堡為打表-高等教育直接為社會發展而服務,為德國培養了大量的精英科學家、工程師)、探索世界的科學研究(加州大學及霍普金斯創校校長吉爾曼,其教育理念在于“教育學生,培養他們終身學習的能力,激發他們從事獨立而原創性的研究,并且通過他們的發現使得世界受益”),實際上,這些都不曾矛盾,大學在科學與技術間進行平衡,而培養具有嚴格的科學思維和精神的人就是純粹的人,然而科學始于哲學,而終于藝術,始于猜測和設想,至于完美的成就,對過程的觀察,對方法的構建是科學,對目的的批判和協調是哲學,其實,培養一個純粹的人,就是這樣一個過程。

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德國教育家洪堡先生

開展獨立的原創性研究是洪堡、吉爾曼和艾略特的共同目標,世界科技大國都擁有著世界一流的大學,因此,教育必須重新審視,我們如何看待自己的教育,新的時代需要什么樣的人才,如何借助于新的方法來提升教學的效率、并且能夠提供真正具有獨立、完整科學研究思維體系的人才。

4.必須重視基礎研究

在《全球科技通史》中交錯的將牛頓機械論及其后的第一次與第二次工業革命進行了關聯,在科學的發散中,又開始進入一個技術的應用收斂階段,而在氣候量子物理科學的發展之后階段進入了現代的工業革命,包括了電氣時代以及信息時代的大量發明創造,包括電話、計算機、集成電路等的發展,以及現代通信在這些基礎上的快速崛起,乃至今天我們所進入的第四次工業革命,基于信息與互聯的發展。

色妹妹自拍偷拍通過這個歷史的發展過程,我們可以看到技術的背后是科學的發展奠定的堅實基礎,即使我們今天已經如此快速的發展,然而,我們必須承認,今天的技術發展是建立在相對論、控制論、信息論的基礎上,也包括了數學、物理的理論基礎發展。

色妹妹自拍偷拍就像1915年愛因斯坦提出了“引力波”,直到2015年才被驗證,科學研究往往不能立即看到實用價值,但是,卻構成了產業長期發展的基礎,而基礎研究必須與科學相結合,就像陽明先生所說的“知行合一”,科學與技術相互影響,才能發展,同樣道理,就如同哲學的發展,沒有經院哲學,街頭哲學將變得語無倫次,而沒有街頭哲學,經院哲學失去其存在的意義,世界的事物似乎都是這樣,理論必須結合實踐,不能偏廢,要想構建長久的發展,我們總是注重眼前實效,而忽視了科學的長久。

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LIGO-引力波的驗證

色妹妹自拍偷拍在今天的時代,我們面臨著全球科技競爭,必須有創新驅動的發展模式,對于國家、企業同樣如此,而這些必須將基礎研究夯實,否則將如同在沙灘上的結構,不能穩定而長久。

推薦這本書,其實,只是給我們一個啟發,也會看到很多有意思的科學史上的故事,就像花拉子米居然就是Algorithm(算法)這個詞的來源,而最像德布羅意這樣的大牛居然可以憑借博士論文獲得諾貝爾獎,包括仙童公司出來的那么多人構成了半導體領域的朋友圈。

這本書能夠把科技發展的歷史寫的這么通俗易懂,又能夠從物理、化學、醫學、生物學、數學、半導體、電磁學科學和技術的各個視角,從遠古文明寫到了現代科技,并對未來的可控核聚變、基因技術等進行了預測,真是寫了個遍,深的話不大可能,但是,深入淺出倒是易于學習,實在是本開闊視野、啟迪智慧的好書,總比刷朋友圈看八卦新聞要強吧?




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