技术与科学的交汇


前两天我听了人民大学重阳研究院贾晋京研究员做的报告。他提到,技术与科学的源头是不一样的。技术是为了解决实际问题,由工匠发展出来的,而科学是从古希腊的自然哲学中发源的。这二者的交汇,在十九世纪中叶。

实际上,物理学在那时候,也出现了科学与技术的合流。法国工程师卡诺为了做出更加高动力的热机,给出了热机效率极限,宣告了热力学的诞生。物理系四大力学,我总觉得热力学与统计物理是异类,从数学形式和体系上,远不如理论力学那么漂亮,因为根源就不一样。尽管如此,从研究纯粹自然物的规律到研究人造物工具的基本规律,代表了科学与技术的深度融合,是人类文明史上光辉的会师。

对天文、气象和地理等自然现象规律的研究促成了古希腊原始科学的发展。而牛顿研究天体运行,提出的万有引力是经典自然科学发展的巅峰。由此建立的科学目标是寻找自然规律,所建立的理论特别纯粹,特别系统。 不过牛顿同时也是光学的创始人。他为了研究天体运动,发明了牛顿天文望远镜。对光学的研究,离不开光学仪器的进步,这时技术已经深入地影响科学了。

从热力学开始,人们研究的其实是一个人造物的本质规律,比如说热机的效率极限。通过人造物,推广到现实中的一些自然规律,比如说能量转化与守恒定律,乃至把人这样的生物体看成一个热机。通过热力学的研究,到十九世纪下半叶,克劳修斯又提出了熵的概念,影响遍及自然科学与社会科学多个领域。做热机研究,为的是做出更好的机器,离不开搞技术的工程师。所以他们创立的这套热学理论,看起来就是显得很粗犷。

瓦特发明的蒸汽机,物理学家把它抽象为热机,是第一次工业革命的代表,第二次工业革命的代表成就是电力与电动机。蒸汽机,电动机都是用于代替人的体力劳动的,涉及能量的转换。既然热机可以代替人的体力劳动,逻辑上很自然的,接下来就是发明创造代替人脑力劳动的机器。以电脑、互联网的发明和大规模应用为标志,我们找到了这个机器,开始了信息产业技术革命。与热机不同,计算机直接涉及熵的转化。当然,热机做功也伴随着墒的变化。

当今时代,计算机与互联网是正在深刻改变社会的技术。对算法复杂性,信息安全等等这些基本理论的研究,其实也是对计算机和网络系统这个人造物的最深层规律的分析。而这些分析都离不开熵这个深刻的概念,从热机到计算机一脉相承。正如对热机的深刻研究导致人们提出热力学第二定律以及能量的转化与守恒那样,对计算机的研究,也反哺了热力学乃至黑洞的理论。做这个角度来说,我预计理论计算机科学中有关计算本质和算法复杂性的那部分内容,与热力学和统计物理学一样,将会成为理论物理专业的必修课之一。

最后一个有趣的问题:既然都涉及到墒变换,那么热机做功,能被看成是信息处理的过程么?我们能不能用热机来实现计算机的某种功能?

技术与科学的交汇”的一个响应

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