物理精神,科技創新的第一性原理是什麼?

2020-12-16 藍鯨財經

投稿來源:方禮勇

提要:本文的主要觀點有四個:1、科技創新比商業創新更容易把握,投入也少(想一想O2O大戰中投入的人力與金錢);2、由於醫學=應用生物學,生物學=應用化學;化學=應用物理學,因此,物理科技成為科學、技術的統一基礎,這是跨學科的本質,基於實驗的測量則是物理精神的本質;3、一如巴斯德象限模式揭示的,當今經濟社會中,科研、技術、製造和服務是一體化的,所以,科技創新成為其它創新的第一性原理;4、當今科技創新的基礎是納米科技、人工智慧和量子信息科技,物質、信息和人工智慧的測量依然是突破的核心。

長期以來,商業創新層出不窮,科技創新卻屈指可數。對此,社會上的各種力量都在討論,並幾乎一致性地認為科技創新是極其困難的,巨大投入且收效甚微。但從邏輯上,科技創新比商業創新容易。其原因在於,商業創新的決策是信息不完備的,對用戶心理是盲測的,不僅測試成本高,更需要技巧。科技創新的工作則是面向客觀而具體的對象,其方法明確、信息完備,且實施成本低。

從歷史事實來看,第二次世界大戰之前三百年的科學發展只依賴於同期數百位科學家的努力,卻誕生了牛頓力學、熱力學、電磁學、相對論、量子力學以及近代化學、醫學等。同時,幾乎所有偉大科學家都年紀輕輕就做出了偉大發現,不依賴個人的長期經驗。在發明實驗設備方面,伽利略的望遠鏡、法拉第的電磁設備、麥可遜.莫雷的實驗設備、威爾遜的雲室、加州理工學院的粒子加速器等,都是一個人或幾個人自己設計製造的,所需經費少之又少。在現代信息技術發展史上,幾乎所有偉大的底層發明如資訊理論、電晶體、計算機架構、集成電路、程式語言、作業系統、網絡協議、資料庫等都是由一個或幾個年輕人發明的,我們幾乎找不到需要幾百、幾千人發明微積分、萬有引力定律、集成電路、作業系統、程式語言的例子。因此,科技創新並不是高不可攀的。

如何進行科技創新呢?從事實看來,其核心是尋找科技創新的源頭,而科技創新的源頭是物理科技。

正如愛因斯坦所說,這個世界上最不可思議的事情,就是這個世界是可思議的。幾百年來,物理給我們提供了確鑿的證據,說明了在觀測工具和實驗的幫助下,如何從幾種簡單粒子,遵循定律,演繹出所有先進的科學知識和技術、進而經濟地製造出各種物品。如果採取徹底的唯物主義,相信世界是物質的,就會無條件地接納物理,將它作為指導科技創新的第一原則。如果是徹底的理性主義者,就會堅定不移地從物理中尋找一切經濟問題的答案。物理以摩爾定律等現象告訴我們,跟隨它,所獲得的物質進步是指數級的,而且是可持續的。

物理是如何成為科技創新源頭的呢?在邏輯上,只有自身是科技創新驅動的,才可能成為其它科技創新的源頭。幾個世紀以來,物理學本身無疑是持續創新的,牛頓力學、熱力學、麥克斯韋電磁學、相對論、量子力學、標準模型等偉大創新塑造了人類關於自然界的認知,為人類改造自然提供了第一性原理。堅持實驗是這一創新得以實現的前提。實驗的過程,是由觀察、實驗、測量和計算組成的,正是測量技術的不斷創新促成了物理學的發展。

基於實驗的測量,使認知發生了兩個方向的運動。一個方向是原理方面的,即向底層探索,發現構成宇宙的、更基礎的基本粒子,以及它們之間的相互作用,找到宇宙中更為普適的定律,從而掌握構建物質世界的更底層原理,和探索的新技術。這些原理和技術構成了所有自然科學的基礎,意味著各門自然科學學科無論在知識方面,還是在技術方面,都享有同樣的基礎內容。從概念、定律、公式到實驗、測量、計算和操控手段等,物理學的知識和技術成為科技第一原理。

另一方向是經驗方面的。從第一次工業革命到今天的產業史,是從潛意識地採用自然科學知識到聚焦於自然科學知識,並運用其技術的發展史。運用物理等自然科學的最新知識和技術,設計、合成和構造各種人工物質和物品,如材料、機器、藥品、建築、信息、家電、計算機等,創建了我們的人工世界。製造人工世界的產業分為農業、工業、服務業,等等,製造中採用的知識和技術離物理學越近,獲得的物質操控能力就越強,並體現為更強的生產力、企業的競爭力和社會的經濟力。

所以,物理學成為科技創新原力的命題,在邏輯上是成立的,在經驗上是被歸納驗證的。

物理精神的核心是測量。測量不行,學術不靈,製造不行,服務不精。

物理精神是這樣一種遞歸力量,它使用已確定的自然科學知識,通過實驗、計算和測量,與物理產生的事實相互作用,在一個方向上增加知識的確定性和精微性,在另一個方向上增加人工物品的純粹性和自動性。知識的確定性意味著基礎研究的深入,而人工物品的純粹性意味著提升了製造的效率。這兩種探索不是相互割裂的,基礎研究導致應用的創新,針對應用的研究也能產生基礎研究成果,這種模式被稱為巴斯德象限。

在巴斯德象限模式的影響下,從2000年起,科技創新的模式發生了躍遷。由於當代自然科學和工業製造的統一基礎已經建立在物理科技之上,各個學科和行業不再是各自為陣而分散的傳統探索,科研、技術、製造走向一體化,無論是新能源、新材料,還是新一代信息科技、生物科技的進步,都依賴於物理科技的突破。其代表是納米科技、人工智慧和量子信息科技。納米科技通過對電子、原子和分子相互作用力的測量,自下而上地組裝物質與物品,是新材料、信息科技、生命科技和新型傳感器的驅動力。人工智慧通過測量思維,讓物理實體獨立地思考與行動,為知識獲取、生產製造和服務提供自進化的智能。量子信息科技則深入到量子世界的底層,通過量子測量,將量子信息、量子製造和量子計算推進到新一輪科技革命中,催生新一代經濟。

因此,基於物理原理和技術產生的創新是效率最高的創新。離物理原理和方法越近,獲得的經濟效率就越高。當經濟轉型、企業經營遇到問題時,應該向科技創新要答案。當基於物理基本原則的思考成為普遍思維時,物理精神也將照耀人類的光榮之路。

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