开放系统能够维持低熵的关键在于能够从外界引入负熵，但如果把系统扩大一点，把外部也包含进去，就会发现，新的大范围系统的总体熵是增加的，整体的无序度是增加的。

这个原理应用到生活中，所带来的结果比较残酷，说的直白一点就是：我们越是想让一个地方有序，就越是会导致总体的更加无序。我们付出的努力越多，使用的技术越高，所导致的总体无序程度就越大。

比如清理垃圾，虽然我们面前的垃圾不见了，可运输垃圾和处理垃圾产生的消耗却增加了，这里还包括相关工具的制造耗费；再比如洗衣服，眼前的衣服虽然被我们洗干净了，可洗衣服所耗用的水、电、洗衣机、化学洗涤剂以及污水的处理都随之增加。这种事例随时随刻存在于我们身边，总之，把一个地方弄干净，就会导致另一个地方变脏，而且，以现代人精益求精的标准，只会让更多的地方变脏。

从某种意义（科学上不严谨）来说，通过熵可以区分有效能量和无效能量，有效能量在开发应用过程中不可逆地转化为无效能量，并同时增加外部世界的混乱无序度——熵！

在工业革命以前，人类社会维持有序的外来负熵流主要来自太阳。通过农业活动，人类实现了太阳能的初步利用，获得了粮食，燃料和建材，使得人类社会能世代繁衍并逐步脱离蛮荒状态，建立起秩序井然的文明，这种农业文明，按照现在眼光开来，其实是很低级的，有序度很低很低。

依靠这种对太阳能的初步利用和负熵流，农业社会可以维持很长时间，理论上，在太阳的最终解体到来前，人类这种低层次的农业文明一直可以存在。

但一切随着瓦特改进的蒸汽机都变了，人类开始走上一条不归路。
一条按指数级增长要求向外界索取负熵流的道路！

从蒸汽机开始，到内燃机，电动机，核反应堆，在这一过程中，整个世界逐渐融合成一个整体，人类文明开始大步前进，人口数量急剧增长，生活水平大幅提高，基础设施一日千里。过去曾经难以想象的百万人口大城市如雨后春笋般出现，千万人口的城市也日益增多。从文明层次上讲，人类社会的有序度在过去200多年里飞速提高。

这一切的背后，都是通过大幅引入负熵流（有效能源）来实现的。

所以说，有效能源的获取，转换，控制和利用是近代文明的核心。

通过农业活动来把太阳能转换成生物能，所提供的负熵流根本不能支撑如今的工业化社会。人类主要通过化石能源----过去数千万年沉淀下来的太阳能来提供负熵流，
第一次工业革命，人类大规模开采煤矿。资本主义所展示出来的生产力是过去农业社会所不能想象的。

第二次工业革命，石油和电力（部分通过水力发电来实现）成了能源产业的核心，人类对能源的利用达到了一个全新的台阶，相应内燃机与电动机的开发和利用，让庞大的地球变成了一个小小的村庄。

节奏到第三次工业革命的时候戛然而止。

我们所说的第三次工业革命，从能源供应和控制角度来讲，只能算是半次工业革命。

转一段网友的话。
楼主：无聊的小号 时间：2014-02-09 18:44:07
@大家想一想 3658楼 2014-02-09 17:03:51
http://m.tianya.cn/bbs/art.jsp?item=develop&id=1503114&vu=91836099177&idwriter=7844657&key=43517195&chk=40001b56be3d20c026351c71f519a944&fr=touch
小号对创新枯竭论有何看法，
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@大家想一想 57楼 2014-02-10 12:56:51
我觉得与其说创新枯竭，不如说需求枯竭更为合适一些。
比如就像帖子中提到的计算机行业，为什么几十年基础架构都没有变化？因为现有的架构一来潜力尚未挖尽，二来没有需求。举个例子比如CPU，我们知道台式机的CPU计算能力要比手机CPU的计算能力高出很多，可为何这几年手机CPU技术日新月异，飞速发展，台式机却相对停滞，江河日下？
再比如古代医学技术其实很发达，人的寿命完全可以达到70岁以上，可为何过去国人的......
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关于CPU方面：

PC销售停滞：皆因摩尔定律失效
2013-3-6 15:11:16 出处：新浪科技 作者：维金

IT之家（www.ithome.com）：PC销售停滞：皆因摩尔定律失效

导语：《PC World》网络版今天刊文称，近年来，全球PC的销量增长陷入停滞。一些人认为，移动设备的发展影响了市场对PC的需求，但实际上失效的摩尔定律才是导致这一问题的更重要原因。

以下为文章全文：

关于PC正在消亡的说法被过度夸大。2012年，全球PC出货量超过3.5亿台，这样的行业远远称不上“正在死亡”。但毫无疑问的是，PC的销售增长没有以往那么快。分析师普遍预计，在可预见的未来，PC销量仍将远远超过平板电脑，但销量增长却几乎陷入停滞。
那么最大的问题在于，这是为什么？
根据传统思维，业内人士列举了多个理由。大部分人认为，PC销量增长的停滞与宏观经济低迷有关，同时也与智能手机和平板电脑的兴起有关。另一些人认为，这与PC在发展中国家的商品定位有关。在这些国家，PC往往被认为是很少替换的奢侈品，因此在最初的销量增长之后，第二轮销售增长迟迟没有出现。
与大部分经济领域类似，PC市场受到许多因素的共同影响，以上所说的因素毫无疑问也产生了影响。然而一个常见现象是，许多人仍在使用已有10年历史的奔腾4电脑浏览Facebook，收发电子邮件。这透露出了背后更深层的原因。
过去几年中，对主流用户来说，CPU性能是否已达到“足够好”的水平？而已使用多年的计算机是否仍能满足普通人的日常需求，导致他们没有升级电脑的动力？
半导体市场研究公司Linley Group分析师林利·格文奈普(Linley Gwennap)表示：“以往，每隔几年你就需要升级PC，否则就会落后。如果不升级，那么你无法运行最新的软件。而现在，你可以在5到7年内使用同一台PC，而不会有任何问题。尽管运行速度可能有些慢，但不会在每天的日常使用中体现出来。”

老款处理器仍适合日常使用
对于PC发烧友来说，这样的情形很难想象。但实际上，普通用户并不需要编码视频，也不会经常去玩《孤岛危机3》这种大型游戏。实际上，普通人每天只会做一些“轻量级任务”，主要是基于网络的任务，例如网上购物，收发电子邮件，与好友和家人社交，收看YouTube视频(标清而非高清分辨率)，以及玩纸牌游戏等。
换句话说，这些应用不会需要能够超频、需要水冷、支持超线程的酷睿i7处理器。实际上，当前的Ivy Bridge酷睿i3处理器面对这些应用都已绰绰有余。
格文奈普表示：“如果你只是浏览网页，使用电子表格，进行一些文字处理，你不会注意到2.5GHz处理器和3GHz处理器的区别。”尽管奔腾4电脑在使用中已经能让人感觉到落后，但基本的上网和视频观看功能仍表现良好。此外，随着越来越多的计算任务从本地计算机转向云计算服务器，对先进处理器的需求还将进一步下降。Nvidia的GeForce Grid项目，以及越来越多的流媒体视频服务体现了这一点。正是基于这样的理由，谷歌Chromebook笔记本获得了欢迎。
英特尔的酷睿2双核和四核处理器于2006年推出。如果仅仅使用基于互联网的应用，那么这样的处理器仍可以很好地胜任。在酷睿2处理器电脑上，如果仅仅启用不高的细节设置和分辨率设置，那么大部分当代游戏，例如《无主之地2》和《上古卷轴》，仍能够正常运行。近期的评测显示，与更新的AMD处理器和中档英特尔酷睿处理器相比，酷睿2处理器的性能仍然更好。而较老的AMD处理器，例如2009年时的3.4GHz AMD羿龙II X4 965黑色版，也可以很好地支持游戏。
格文奈普表示，出现这样的情况有其原因：近年来，摩尔定律正逐渐失效。他表示：“自2005年英特尔遇到功耗瓶颈以来，我们就开始落后于摩尔定律。当时，功耗而非晶体管数量，成为了重要的制约因素。”在英特尔2008年底发布Nehalem架构之后，性能提升放慢的问题变得更明显。
摩尔定律遭遇功耗瓶颈
摩尔定律来源于英特尔前CEO戈登·摩尔(Gordan Moore)。他于1965年预计，集成电路的晶体管集成度每两年将提升一倍。而随后这一定律的说法被调整。英特尔高管大卫·豪斯(David House)指出，计算机性能每18个月就会翻番。

然而，格文奈普在去年12月的一篇专栏文章中表示：“英特尔处理器的性能提升已经放缓。即使考虑最新Sandy Bridge处理器的性能提升，从2009年至2012年，桌面电脑每年的性能提升只有10%，而笔记本每年的性能提升为16%，远低于以往的每年60%。”
换句话说，新款处理器无法大幅领先于此前的产品。对普通人而言，他们使用电脑主要是为了登录Facebook，收发电子邮件，以及使用iTunes服务。在这种情况下，老款酷睿2处理器和新款酷睿处理器的差距可以忽略不计，无论这些处理器的跑分有何不同。
格文奈普表示：“我认为，计算机性能提升的放缓是导致当前PC销售增长率下降的一个重要原因。这方面的影响可能比平板电脑的影响更大。如果新电脑的运行速度并不比2至3年前的产品快很多，那么为何你要换自己的电脑？”

可能很多人会反驳，信息技术，航天技术，生物技术在1945年后取得了很大进展。
不错，20世纪50年代后，信息技术取得了飞速进展，航天技术在1957-1969年间也是成就非凡，生物技术也有若干进步。但最关键的能源技术上，很可惜，迈出了几小步，但之后一直没有突破性进展。

从能源的获取角度来说，裂变核反应堆被大规模推广开来，但从目前角度而言，根本不能取代传统的化石能源，在一次能源中占的比例很低，全球核电占一次能源比例中，世界各国平均水平是5.8
http://news.bjx.com.cn/html/20130812/451949-2.shtml，
就单从发电量而言，核电比例甚者是逐步下降（过去10年，中国修了很多火电厂）
http://zhidao.baidu.com/link?url=2FYeuRSooqxHgGTdFsX3wHxmQ53D5dgIAztcfqpKL6RQODkp-My_HUGiBEx2-9qmv83JpQssHAaNkn8dQvPCLK
因此，我们还在享受前两次工业革命的恩泽。

从能源的转换和利用上而言，蒸汽机，内燃机和电动机依旧占据着主导地位。火箭发动机，航空发动机都是第二次工业革命巅峰的产物，1950年后，有了一定的改进，但1970年后，改进逐步停滞，导致航天技术和航空技术差不多在以龟速前进。依靠现在的火箭发动机，登陆火星只是妄想。

想象中的核发动机还是只能停留在科幻小说中。


人类社会要想大步前进， 外界必须能提供更多的负熵流。信息技术改进了能源的控制，提高了能源使用效率，但无法解决人类现在面临的根本问题-----新层次能源的来源和转换。
不少学者认为，08年金融危机的背后是高涨的能源价格。

从1947年到20世纪末，除了20世纪70～80年代之间在中东地区发生的几次战争使其发生一次脉冲式波动外，国际原油价格一直趋于平稳。21世纪以来，受能源的稀缺性和石油输出国限制原油开采影响，国际原油价格一路攀升，2008年7月11日纽约原油期货价格创下了147.27美元/桶的历史最高记录，高能源导致高通胀，高通胀导致高利率，泡沫随即破灭。



没有更多的负熵流，人类社会在耗尽化石能源（当然，这个时间不短，估计在100年以上）后，有序度就会逐步下降。

从上个世纪70年代开始，全球每一次能源危机，总是会有人跳出来呼吁新能源。每一次吹嘘新能源的时候，总是说“技术进步很快，发电成本几年内就会与火力发电平齐”。但事实却是：到目前为止，所有光伏发电和风电企业，都必须依靠政府的大量补贴才能生存。

就像一位网友说过的，任何一项技术要想产业化，必须满足产业化的要求，同时满足多项指标。而现在国内常见的宣传手法是大谈某项指标，避开其它不利指标。以充电电池为例，说某某新电池容量很大，却回避生产成本，或者说，某某电池的充电速度很快，却不谈寿命和可生产性。
事实上，经过几百年的发展，在绝大部分行业，除非基础理论有重大突破。一般技术的进步是很缓慢的。很多进步是通过工艺和其它类别技术的引入来实现的。

诸如光伏发电，风电这样的产业，都面临着这样一个问题，其基础理论很早就出现了，但一直没有革命性突破，不能大幅降低发电成本，无法靠自身的力量来推动产业化，只能依靠政府的投入来实现产业化。

如果说，光伏发电和风电，投入了资本，总还有一些应用之处。那可控核聚变发电现在看来，就是彻头彻尾的大失败。在花费了纳税人的巨额金钱后，依然踯躅不前。

后面还会专门论述可控核聚变的60年辛酸历程。

@nickknight 62楼 2014-02-10 16:16:45
@资水东流 53楼 2014-02-10 11:13:00
开放系统能够维持低熵的关键在于能够从外界引入负熵，但如果把系统扩大一点，把外部也包含进去，就会发现，新的大范围系统的总体熵是增加的，整体的无序度是增加的。
这个原理应用到生活中，所带来的结果比较残酷，说的直白一点就是：我们越是想让一个地方有序，就越是会导致总体的更加无序。我们付出的努力越多，使用的技术越高，所导致的总体无序程度就越大。
比如......
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天之道，损有余而补不足

人之道，则不然，损不足以奉有余

克劳修斯和亚当斯密的对立。

5 技术大进步停滞的原因之一:大竞争环境的消失

个人认为，多个因素造成了新一轮技术革命的迟迟难产。
起一定作用的是大竞争环境的消失，其次是人类社会结构的变化，最本质的是由于技术复杂度上升带来的负面效果。

前面提到普利高津的耗散结构理论。耗散结构得以成立的条件是什么？

普利高津发现在力学．物理学。化学和生物化学的不可逆现象中，确实存在着从简单到复杂，从无序到有序，从对称到对称破缺的进化。
普利高津通过从平衡态到近平衡态再到远离平衡态的研究，而后发现，在一个开放系统中，在从平衡态到近平衡态再到远离平衡态推进的过程中，当到达远离平衡态的非线性区时，一旦系统的某个参量变化达到一定的阈值，通过涨落，系统就可能发生突变，即非平衡相变，由原来的无序的混乱状态转变为一种时间．空间或功能有序的新的状态。这种有序状态需要不断地与外界交换物质和能量才能维持，并保持一定的稳定性，且不因外界微小的扰动而消失。这种远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观的有序结构，普利高津称之为耗散结构。
两个关键词：非平衡态和非线性效应。

（1） 人类社会的本质是讨厌非线性，喜欢一切都在掌控中。在绝大部分情况下，人类社会的经费分配是比较平衡的，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，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。
正向网友回帖中所提到的一样，世界大战是技术革命最好的催化剂，军备竞赛是和平年代最大的技术助力。第二次世界大战期间，全世界对技术的巨大投入，把复杂度提升到一个二战前不敢想象的地步，其中更是榨干了德意志民族的精华，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。

而二战后的美苏军备竞赛，巨额经费不计成本的投入，是1945-1970这25年技术大进步的一个直接原因。

但现在大竞争环境基本上不可能再出现，世界大战就不要想了，在核武年代，大国之间不可能出现大规模战争，而随着苏联的解体，美国也失去了军备竞赛的动力，鉴于苏联失败的原因，中国估计也不会倾全国之力来和西方对抗，中国更擅长的是采用水磨方式来和西方竞争，绝对不会采用前苏联的硬碰硬模式。

（2）网友reandcn2010提出，人口老龄化削弱了竞争。
人口老龄化是西方世界政治和经济的核心议题。由于二战改变了西方世界的人口年龄结构，在二战结束后的六七十年代婴儿潮现在已经转变成老龄潮，西方世界的高速发展与这种年龄结构存在重要相关性。欧洲的福利压力很大程度上就是因为人口老龄化带来的压力。

日本的经济状况已经实实在在地验证了人口老龄化对经济的打击。由于人口老龄化，国家经济在体系上呈现某种暮气，如果观看过很多日本的NHK纪录片就可以感受到老龄化对日本经济的影响和制约。人口年龄结构的老龄化，带来了消费的结构性收缩、福利压力和创造力下降的格局。日本被韩国和中国碾压的一个重要因素就是人口年龄老化，使得企业在决策和管理上的僵化，日本企业缺乏二战后初期的那种国家朝气，现在日本企业的暮气太重。

一句话：老龄化的社会不喜欢竞争，心理上更趋于保守。

@PCXK 67楼 2014-02-10 17:09:49
既然能源革命不可期，用能源外的方式降低进入宇宙的成本，能不能释放出红利？如当年陆地运载能力到极限后，海洋运输的扩张。楼主对天梯怎么看？有没有可能通过技术的进步，解决这种几十公里绳索构造的问题？从这里突破，不像能源的壁障那样令人绝望。
……这大概也就是文明扩张的终点了。
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目前材料学看来是无法提供这样的绳索。当年的纳米噱头宣称能提供这样的材料，现在看来，呵呵。。

@PCXK 67楼 2014-02-10 17:09:49
既然能源革命不可期，用能源外的方式降低进入宇宙的成本，能不能释放出红利？如当年陆地运载能力到极限后，海洋运输的扩张。楼主对天梯怎么看？有没有可能通过技术的进步，解决这种几十公里绳索构造的问题？从这里突破，不像能源的壁障那样令人绝望。
……这大概也就是文明扩张的终点了。
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@资水东流 70楼 2014-02-10 19:49:03
目前材料学看来是无法提供这样的绳索。当年的纳米噱头宣称能提供这样的材料，现在看来，呵呵。。
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@qht999 74楼 2014-02-10 21:09:26
我不像楼主对技术那么悲观，我觉得未来的科技会在非线性领域取得突破。当然，非线性科学，包括分形，神经网络，生物模拟。。。主要在应用领域，也就是从能源的粗放放应用转向精细化，多层级的可持续利用。。。。。还有，我相信，并行计算机会成功的。。。。。在非线性数学研究取得突破之后。。。。实际上，也正在取得进展。。注意google最新的收购
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有网友提出，技术革命的停滞是由基础理论的停滞引起的，基础理论本身需要数学的突破，尤其是非线性数学的突破，但非线性数学还处在比较原始的阶段。初等数学积累了2000年才迎来微积分，非线性数学的牛顿估计要等上很长一段时间。

刚才一位网友转来的
http://comments.caijing.com.cn/2011-12-28/111570416.html

按照熊彼特和克鲁格曼的划分法，我们可以认为，第一次世界性大危机的根本原因是因为以蒸汽机为基础的机器化大工业（铁路、轮船和机器化大生产）所带来的经济增长动力衰退了；第二次基本上是因为汽车工业、化学工业、电讯、电报工业所带来的经济增长的动力衰竭了；而这一次呢，是因为1952年开始的第三次工业革命（航空航天技术、核能以及网络技术）所带来的增长动力最后衰竭了。如果这个根本问题不能得到解决的话，这次萧条将是全球性的、长期的。

6 技术大进步停滞的原因之二:人类社会差异性的消失

第二个和技术大停滞有关的因素是人类社会结构的改变。


前面提到耗散结构得以维持的一大关键是非平衡态。平衡态是系统信息全被抹去的状态。而过去100多年来，整个人类社会的变化只能用翻天覆地来形容，而且这种变化很奇怪，世界各地的人类社会正在变得越来越相似！

在第二次工业革命之前，世界各地的差异非常大，伊斯兰，印度，儒家，西方，东正教，非洲各大区域之间的差异很大，用现在的眼光来看，简直是完全不同的世界，即使同一文明区域内部，差异也很大，比如同在欧洲，德国西班牙的风格与气质有很大的区别，这一点，可以从小说，绘画等艺术作品中体验到。再以中国为例，100多年前，江南和西北的民俗，时尚与社会观念大相径庭。

但在第二次工业革命之后，交通和通信的便利正在使得全球趋于一致，同样的工业化产品，同样的交通通信设施和法规，同样的理工科教程，越来越一样的教育体系和艺术评价观念。

于是我们看到，好莱坞的一部电影，可能会在全球激起同样的票房热潮，一部关于非洲荒野的纪录片，可能在全球100多个国家或地区得到播放。若有突发新闻，第二天，所有报纸的头条会一致。

如果采用熵的类比，就是人类社会正在朝着”热力学平衡“狂奔。

这种结构的改变，绝对会影响到科技创新。

以前看遗传算法相关论文，论文中说遗传算法相对什么牛顿求导法的一大优势就是依靠随机性，能挑出局部极值点这个坑，找到全局最优点。

科技创新不是一个线性过程，也不是靠钱就能堆出来，需要的是众多瞬间的灵感。人类差异性的消失，导致观念慢慢趋同，而差异性在某些情况下至关重要。
比如，中国人看了几千年的伏羲八卦，只是用于算命，但莱布尼茨却从中看到了二进制。

政府和大众希望科技大师能指出前进的方向，但可悲的是，在如今这个年代，大师们的观念往往很多时候也是类似的，如果陷入到”局部极值点“这个坑，可能再也跳不出来！


下面是一位牛人在前面回帖发表的言论，类比非常形象。

作者：oohhmail 时间：2013-10-03 15:19:41
我以前，不知道从哪个杂志上看到，一个学者，去研究美洲的印第安人的部落消亡之谜，他发现，有个部落幸存了下来，其他的部落，他们的狩猎习惯是，每次由经验最丰富的猎人，决定狩猎线路。。。。但是，这些部落，统统灭亡了。。。而幸存下来的那个部落，他们的狩猎习惯是，每次由祭司占卜，决定狩猎线路。。。只有这个部落幸存了下来。。。

作者：oohhmail 时间：2013-10-03 15:28:30
其实，我们现在的科研制度，科研经费的应用，也和那些消亡的部落是一样的，由最有权威的科学家来制订科研线路，科研计划，科研经费的分配。。。。这个估计是我们的科技走向灭亡的根本原因。。。

作者：oohhmail 时间：2013-10-03 15:31:52
文艺复兴时代，工业革命时代，科研都是以个人作为主体的，那个时候，科学成果层出不穷，欣欣向荣。。。
现代社会，科研自从变成以团队为主体之后，再也没有能和牛顿，爱因斯坦等个体相提并论的重要成果。。。

作者：oohhmail 时间：2013-10-03 15:42:32
科学的利益团体，已经能非常娴熟地从把团队作为自己谋利的工具，一方面欺骗政府与公众，获取大量科研资源和经费，以及科研荣誉，

作者：oohhmail 时间：2013-10-03 15:44:53
另一方面，不遗余力地打击那些真正搞科研的人，以防他们动摇自己的地位与利益。。这个才是造成现代科技进步停滞的根本原因。

作者：oohhmail 时间：2013-10-03 15:55:06
我们需要的是，象印第安人的祭司一样，用抛硬币的随机方法，来分配科研经费，来决定科研方向，来制订科研线路。。。

作者：oohhmail 时间：2013-10-03 16:00:04
这样，很多真正搞科研的人，他们的项目，才能保存下来。。。。要不然，我们的科技只能走向停滞。。。。


人类现在极有可能陷入了科技树上的某条死路！

7 技术大进步停滞的原因之三：复杂度魔鬼

前面谈到的两个因素都是社会人文因素，导致技术停滞的第三个因素就是复杂度，个人认为，这是一个根本性因素，而复杂度这个魔鬼来自于技术本身。

技术及其复杂度，一如人类和自己身上的肌肉，肌肉的收缩提供动力，推动人类向前运动，一般情况下，肌肉越多，人跑的越快，但随着肌肉的增加，肌肉本身要花费更大的能量来推动自身向前，跑步速度会开始下降，最终会出现一种情况：一个超级大胖子，再也不能向前迈动一步。

同样，人类技术的发展，就是复杂度提高的过程，起初，简单技术综合起来，构成一个稍微复杂的技术，大大提高了人类工作的效率，典型例子如马车，帆船，接下去，人类尝试着构造更复杂的技术，比如蒸汽机，内燃机，推动文明向前发展，但最后，技术进步所涉及的复杂度太大，实施难度超出了人类能力范围，所要耗费的成本太高，预期回报时间太长，人类已经无力再前进。

复杂度论述较多，分为如下几个小节：

7.1 技术演进中的复杂度变化
7.2 技术革命对复杂度的影响
7.3 高复杂度带来的诸多恶果
7.4 数学推导

7.1 技术演进中的复杂度变化

详细举几个例子来说明技术演进如何带来复杂度的演变。
人类最初的动力来源是自身肌肉，运输，狩猎，种植，采集和灌溉这些体力活都是依靠自身完成的。对于原始人类而言，这一条动力来源道路方便简洁。但很遗憾，作为万物之灵，造物主赋予了人类较多的灵巧性，但在体力上远不如牛马。
依靠自身力量，人类能完成的工作很有限。比如，春耕时，如果靠人力来翻地，效率不到牛的一个零头。
在人类进化过程中，逐步开始从自身体力转向利用畜力，
这一过程对原始人类来说是比较麻烦的，首先，必须进行牲畜驯服工作，而后，采集草料，建造棚舍，而为了更好的进行动力转换，人类逐步发明了轮子，犁具，马鞍，辔头。相比于原来人类的双手，现在的复杂度已经大大提高，专业分工开始出现。但技术改进带来的好处开始涌现，依靠畜力的初级应用，人类的生产力有了本质性的提高。
人类并不满足于此，开始把畜力用于交通系统。
本来世上没有路，走的人多了，就有了路。但在畜力出现后，为了减少能量损耗，促进货物流通，马拉车逐渐普及开来。于是，必须造专门的道路来供马车驰骋。要修路，即使是简单的土路，也需要有人进行管理，有人提供工具，有人规划进度和细节，有人负责造桥，而马车本身，其复杂度也不是其它日常用品能比拟的，包括精密配合的轴承，方便的转向构件，初级减震设计，马匹控制系统等等，可以这么说，一个马车运输系统所涉及的复杂度，是大部分农业工作的几十倍，上百倍都不止。
大部分文明在演进过程中，都设立了专门的机构来维持马车/马匹系统的再循环。
古典文明时期，人类为什么愿意维持这样高复杂度的系统？因为其带来的好处是原始人类所不能想象的。
在原始社会时期，人类可以通过锻炼来增强体力，通过改进箩筐来减轻肩膀的磨损，但当任务发生数量级变化时，不可能依靠个体肌肉力量的聚合来完成畜力系统（尤其是马车系统）所能完成的工作。
最浅显的事实：在原始社会时期，不可能依靠人力挑动箩筐或推动手推车，在可承受的开销之内，把万吨谷物运到千里之外，就是人数再多,再怎么改进箩筐和手推车也没用。
畜力替代人力，是一场技术革命，其效果不是个体体力范围内的任何技术改进所能达到的。

畜力系统兴起之后，直到18世纪末之前，数千年的时间内，占据着人类动力运用方式的主流。
在这期间，人类进行了大量的技术改进，以马车系统为例，车厢变大，座位越来越舒适，装饰越来越精美，但必须指出的是，马车系统的核心没有得到太大的改进，也就是说，马车的动力并没有持续提高。
在长期演进过程中，无论战争还是商用，东西方的马车，有一匹马拉，有二匹马拉，四匹马拉，有八匹马拉。但马匹的数量并不能持续增长下去，也就是说，超过一定限度之后，不能依靠增加马的数量来换取动力的增长。
有人可能觉得比较奇怪，多加几匹马为什么不能导致动力的增长？

很简单，即使在现代工业也无法保证一个复杂多路动力系统输出功率能完美叠加。实践中，马匹数量增加之后，系统复杂度增加，控制系统不可能保证所有马的动力同时同方向，到了一定规模之后，相互之间抵消得越来越多，而另外一方面，马匹增加了，马的保养和草料负担也增加了。增加马匹后，如果马场系统增加的动力不能抵消掉开销的增加，那么增加马匹在经济上是亏本的事。
因此，诸多文明在马车系统上最终的演进都一致，在达到一定规模后，不再增加马匹，而这一模式保持了数千年之久。

瓦特改进蒸汽机后，1814年，史蒂芬孙根据蒸汽机原理，研究出世界上最早的可以在铁路上行驶的蒸汽机车，但它像初生的婴儿一样，丑陋笨重，走得很吃力，像个病魔缠身的怪物。
相对于已有的马车系统，蒸汽驱动的机车劣势很明显，首先,必须专门铺设铁轨，修路的成本远超一般的道路，而且不灵活，逢山不能绕路，遇水必须搭桥，其次，最初的火车本身结构复杂，价格昂贵，可靠性低，动辄故障。此外，火车需要大量的专业人员进行保养，相比于马可以随处觅食，火车必须使用煤做动力。

面对构造简单、震动厉害、速度缓慢的这个怪物，有人驾着一辆漂亮的马车，和火车赛跑，讥笑他：“你的火车怎么还没有马车快呀？”有人责怪他的火车声响又尖又大，把附近的牛都吓跑了。
然而，史蒂芬孙坚信火车一定能够超过马车，具有远大的前途。相比于马车系统，火车的一系列缺点都可以弥补，因为马车系统已经没有改进的潜力，而采用蒸汽动力的火车前途无限！。
他以科学的态度，正视火车的缺陷，作了一系列改进和革新：减少了机车排气发出的尖叫声，加强了锅炉的火力，提高了车轮的运转速度。1825年9月，史蒂芬孙再次进行了试车表演，而这次，好事者的马车却被远远甩在后面。

之后就不用说了，火车速度越来越快，运载量越来越大，其作用是马车系统根本不能想象的。

蒸汽动力替代畜力，是一场技术革命，技术革命的最初产品可能缺点众多，但最大的特点就是开辟了一条新的技术道路，沿着这条道路，技术改进的空间极其大。

7.2 技术革命的特点和复杂度的变化

回顾畜力替代人力，蒸汽动力取代畜力的两次技术革命，可以观察到技术革命的几个重要特点：

1 技术革命后的产品能完成原有技术道路上不可能依靠数量的堆积就能完成的任务。比如理论上可以依靠一万架马车运输十万吨煤到千里之外，但花费之高，让任何理性的经济人都会放弃该选项。
同样的道理，蒸汽机的任何改进和并联都不可能推动飞机上天。

2 一条技术道路开辟之后，初期的特点是复杂度的提升慢于效用的扩大，因此，资本很愿意投资技术改进，但之后，增加复杂度带来的回报开始递减，慢慢的，复杂度要进一步提升，花费的代价越来越高，而回报逐渐追不上复杂度扩张的步伐。

最典型的就是火箭技术。
沿着化学火箭的道路，初期依靠增加发动机的个数，增大内部携带的燃料，提升初始质量与最终质量之比，火箭推力迅速上升，1957-1969，短短12年，人类就从初离家门一跃而至月球漫步。但之后，人类发现这条道路不能再走下去，因为理想条件下，质量比要取对数后才能反映到速度上，因此，依靠提升质量比，火箭质量指数式增长，才能勉强换来速度的线性增长，而1969年的一枚土星五号火箭价格，换算到今天可以造一艘核动力航母,如果要登陆火星，质量比会是一个天文数字，登陆火星的花费可以购买成百上千的核动力航母，任何国家，再怎么财大气粗，也不会承担这样的开销。
不发生技术革命，人类只能止步于月球。

3 沿着旧有的技术道路，希望通过改进来开辟一条新的技术道路是不可能的。比如算盘再怎么改进，也不会产生类似计算机（不一定是电子计算机）这样的工具。通过工艺改革，机械控制系统的精度可以上升，但永远无法媲美基于电气/电子的控制系统。沿着缩小电子管的道路走下去，不可能导致集成电路的出现。
因此云计算，物联网这样的概念很大程度上都是科技噱头，远没有其所描述的那样能全方位改变人类社会。


4 技术革命难以预见。和大众的思维相反，绝大部分情况下，难以预测技术革命的爆发点，比如在20世纪50年代，计算机已经出现，但极少有人能想象到后来软件技术的大爆炸，即使到了20世纪80年代，也很难想象微软这样的企业会成为世界市值最高的企业。
所以，那些宣称要领导产业革命的概念，生物工程和新能源等等，已经喊了数十年了，声嘶力竭的吸引大众注意力，其实只是反应了其内在干货不足，只能靠画大饼来维持社会关注和资金投入。高档奢侈品专卖店是桃李不言下自成蹊，街头小店弄个大喇叭，天天播送“好消息，好消息，上市新品跳楼价”。

5 任何一条技术道路，经历了前期的技术大进步，走到后期都是复杂度飞速上升，任何一点性能的改进都要投入大量的资源。比如初期集成电路的改进很方便，全世界有很多厂家都具备资金和实力，但到后期，动辄数十亿美元的投资已经让绝大部分企业无力承担，基本上只剩下少数几个玩家。
战斗机的升级换代也是如此，二代机全世界有几十个国家能造，三代机只有少数几个国家能造，4代机只剩下2.5个国家能造了。

6 导致一条技术道路进行改进，最终复杂度迅速上升的原因归根到底是物理定律的限制。
比如现有火发动机都是基于化学燃料燃烧推进，按照齐奥尔科夫斯基提出的公式，能提升的空间现在看来是很小了。
通信中的香农公式限定了信道容量，无线信号的绕射性决定了频频空间有限，要想拓展终端能用到的流量，只能靠大规模部署基站来实现某种程度上的空分复用，但代价就是管理复杂度和成本的急速上升。
摩尔定律很快就要到头了，因为10纳米以下，量子效应就要来进行干扰。

7.3 高复杂度带来的诸多恶果
前面简述了技术复杂度的变化趋势：一般而言，一条技术道路走到后来，都会呈现上技术复杂度上升超过回报的趋势。
整个人类社会的技术复杂度已经到了一个比较高的层次，带来了多方面的负面影响。

高复杂度的第一个影响：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。
下面是readcn2010在前面的发言，很经典，所以转发过来：
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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为推迟。

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个人思想功勋的。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。很多终极天才都是在这个年龄段奠定了学术基础，比如爱因斯坦在25岁发表了狭义相对论，然后又花了10年时间再发表广义相对论，其中好几年的时间爱因斯坦在补课，补黎曼数学的课。

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，他因为决斗死亡，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。

而现在科学体系的复杂和庞大使得科学家在人生创造力的黄金期仍然在学习而不是创造，过了人生黄金期，人的思想会逐渐固化。现在获得诺贝尔奖的科学家相对二十世纪前期，年龄普遍偏大了。

科学体系的复杂使得科学家要花更多的时间才能摸清头脑，等头脑略微捋清的时候，思想已经渐入了暮气，缺少了朝气。好多科学家到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黄金期进行科学创造了，特别是那种革命性的思想激荡。

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。
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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。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。
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。
如果生物技术没在关键节点到来前爆发革命，促进人类大脑的进步，理论上，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。
复杂度这个魔鬼，根植与人类思维的深处。

高复杂度带来的第二个影响，就是社会维护成本的提高。

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。
但工业革命后，尤其是在二战以后，一切都变了，不少技术产品的复杂度到了一个惊人的高度，不经过长时间的专业学习，根本不能明白其中原理，要熟练的使用技术产品，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。
反应在社会层面上，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。比如我在公司干活的时候，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。
如果考虑到全世界都流行的经费挪用问题，比例会更小。

第三个影响来自于复杂度提升后，社会反馈的压力。
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，也受社会影响。
人类历史上有一段时间，理论科学很大程度上是脑力激荡的产物，前面讲过的，在科学研究的早期阶段，大部分科学家都是把科学作为一种兴趣来研究的，当时的科技研究，所需要的条件也比较简单，往往靠个人的财力和物力就可以解决。即使规模比较大的研究，比如孟德尔的遗传学实验，在自己的地盘就可以完成。

但从19世纪晚期开始，情况发生了变化。随着科技复杂度和规模的提升，科技研究中，个人天赋的比重开始下降，像爱因斯坦那样一个人就可以开创一个全新领域的例子越来越少。与之相反的是，职业化，集体化和工程化开始普及。从爱迪生建立实验室，到后来的贝尔实验室，各种各样的实验室如雨后春笋般建立。这一转变到了二战中达到了巅峰，原子弹，导弹和计算机就是大规模政府投入后才发明的。
二战后的科技研究，必须依靠集体（公司或国家）的力量。
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。
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。

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，企业的首要目的是赚钱和维持经营，研发的目的是为了赚钱。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。拨款负责人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，这种竞争有时是科技的推动力（比如冷战期间的航天竞赛），但目前看来，也是科技创新的一大阻碍。

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19日，停建SSC的一个修正提案以280对141由众议院通过，1993年10月21日众议院和参议院达成一致意见，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”，这寓意着美国30年航天飞机时代宣告终结。

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，中国没在航天飞机上花一分钱。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）美国人在福利上的投入是可控核聚变投入的百倍。

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。在早期阶段，由于开销不大，多试几次没关系，比如爱迪生的灯丝实验。
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，这种事还是越少越好，所以我们看到了美国终止超导超级对撞机的修建。原因很简单，如果SSS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SSS，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。

因此我们看到现在西方发达国家的科研工作，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。

7.4 关于复杂度的数学推导

帖子最开始的时候，谈到了数学仿真，现在我把自己关于技术发展的若干数学推导说一下。
先要表明一点，我的观点可能很浅显，模型很粗糙，但抛砖引玉，希望大家一起来讨论。
我在前面已经说过，复杂性问题是导致技术大进步停滞的主因。

技术及其复杂度，一如人类和自己身上的肌肉，肌肉的收缩提供动力，推动人类向前运动，一般情况下，肌肉越多，人跑的越快，但随着肌肉的增加，肌肉本身要花费更大的能量来推动自身向前，跑步速度会开始下降，最终会出现一种情况：一个超级大胖子，再也不能向前迈动一步。
同样，人类技术的发展，就是复杂度提高的过程，起初，简单技术综合起来，构成一个稍微复杂的技术，大大提高了人类工作的效率，典型例子如马车，帆船，接下去，人类尝试着构造更复杂的技术，比如蒸汽机，内燃机，推动文明向前发展，但最后，技术进步所涉及的复杂度太大，实施难度超出了人类能力范围，所要耗费的成本太高，预期回报时间太长，人类已经无力再前进。


复杂度从多个方面影响到技术进步：
1 复杂度在扩张，但人类大脑和肉体并没有同步扩张。
2 复杂度上升，意味着社会维护成本的提高,挤占社会资源。
很显然，在选择一定的社会福利和选择高研发投入上，大部分政府都会倾向于前者。
3 复杂度提升后，社会反馈的压力会变大。



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，Y代表社会反馈压力。
那么，复杂度随时间t演变的微分方程可以表示如下：
dC/dt = f(C,K,Y)
f具体的表达式是无法精确得出的，但可以简化如下：
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，技术改进的效应在递减。
另一方面，社会资源有限，掌权者永远关注的是社会的稳定，研发投入的份额是有限的。
所以引入 简化模型K-AC（其中A是某个比例系数）。
K-AC代表社会所能提供给技术发展的空间。
dC/dt = q（K-AC） q是另外一个比例系数。

好了，把这个方程用Matlab仿真一下，得到的大致曲线如下：








再次强调下，上面的模型推导很粗超。比如，不一定是线性关系，比如K-AC不恰当，但本文只是发表个人观点，不强求大众认同。

从上面曲线可以看到，C的上升不是永恒持续下去，刚开始的时候，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K，A，q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，最多也就是100%，全社会所有的资源都用来研发商。
另外，不敢想象地球再度爆发世界大战。