范式春梦中的地球工业文明——第三章:能源转换技术的停滞
本文转自资水东流的新浪微博
3 范式春梦外的阴影
3.1 人类面临的技术窘境
3.1.1 能源转换技术的停滞
3.1.2 新能源的窘境
3.1.3 农业,医疗和生物技术
3.1.4 信息技术深度上的麻烦
3.1.5 其它方面的技术
3.2 众多的技术噱头
3.2.1 早早败落的太阳能/光伏噱头
3.2.2 经久不衰的人工智能大噱头
3.2.3 神乎其神的量子计算机噱头
3.2.4 牛逼哄哄的纳米材料噱头
3.2.5 近年来的新噱头
3.3 博士民工和生物技术的挫折
3.3.1 生物噱头的缘起和影响
3 范式春梦外的阴影
工业文明200多年的成就让大众信心满满,科技上的乐观主义渗透到社会上的每一处。即使是科技工作者,大部分对于横亘在眼前的下一级技术台阶也持「视而不见」的态度。本人很多年前在一个学术论坛偶尔谈到技术可能遇到大麻烦了,很多人批评到,19世纪末,不少人说物理学的理论大厦已经构建完毕,今后只需要在细节上修修补补就行了,可20世纪涌现了相对论和量子论,把人类对世界的认识大大推进了一步。现在说「技术革命的停滞」,不是和当年的情况一样吗?
但经过近10年的思索和探讨,个人认为这一次的情况不同于上一次。上一次是认为科学理论已经完美,今后不再需要完善,而这一次的情况却是,即使人类在科学上有越来越多的理论,对世界的了解之处越来越多,但知其所以然不代表就能造其然,想发明的东西越来越多,但最终停留在纸面上的可能性越来越大,人类越来越难以推进技术的跨越。
当然,技术不会马上就停止进步,技术改进目前仍然在进行,但增长的步伐会慢下来。由于新一轮技术革命迟迟难以到达,在以后的岁月里,技术对社会的推动作用,不会像过去一个半世纪那样显著。技术很有可能进入一个「增长的停滞」时期,至于时间的跨度,如果不是永远的话,也是一段非常长的时期。
事实上,人类社会目前在很多技术领域已经面临窘境,就像深陷泥潭的巨兽,咆哮,挣扎,但被泥沙死死困住。而令人瞠目结舌的是,正如夜路行者喜欢大声吹口哨,上个世纪80年代以来,处于困境中的科技利益集团越来越倾向于编织各种技术噱头来维持媒体的注意力。而有意无意中,普罗大众对于科技的印象被集中转移到IT上,于是,摩尔定律成了家喻户晓的名词,网络成了新世纪技术进步的代表。
3.1 人类面临的技术窘境
上个世纪70年代以来,在媒体的IT喧嚣之外,人类在很多技术领域进展甚微。
3.1.1 能源转换技术的停滞
在至关重要的能源转换为动力技术方面,1969年后,人类的技术进步大幅放缓。
首先导致速度的停滞。在人类的大部分历史中,依靠畜力,人类的最高速度保留在每小时25英里。蒸汽机和内燃机出现后,1900年增加到每小时100英里左右。飞机出现后,逐步接近音速,火箭是巅峰,人类迄今为止最高纪录是2.5万英里/小时,由1969年「阿波罗10号」创造。但一切到此为止,上个世纪70年代,从伦敦到纽约的飞行时间是8个小时,现在仍然是8个小时。唯一以3个小时飞完这段航程的协和式超音速客机已于2003年退役。今天如果有人谈论太空火箭、月球度假或者太阳系载人探险,简直像痴人说梦(以上参考《未来的终结》一文)。
在火箭推进方面,没有任何稍大一点的创新,导致太空运输的单位质量成本依旧居高不下。纳粹德国在40年代搞出V1和V2火箭,不到30年,土星五号火箭运载阿波罗登月飞船在1969造访月球,把人类的空间跨度拉伸了百倍不止,在当时,很多科学家预测20世纪末,人类将会在火星登陆。但现在看来,随着航天飞机的落寞,由于推进技术没有革命性的变化,再过50年都不大可能。传说中的核动力火箭现在彻底销声匿迹。甚至可以这么说,如果还是基于化学燃料的火箭推进,人类永远被困死在太阳系内。
在航空技术方面,从莱特兄弟木头双翼飞机上天,到喷气式发动机出现,到波音747投入服役,总共也就60多年的时间,变化只能用日新月异来形容。但从1970年开始,航空技术骤然减速,40多年前开始生产的波音飞机和B-52到现在依旧雄风不减。托IT技术革命的福,新型飞机更舒适,通讯更便捷,但在载重量和航程方面没有大突破,从侧面说明了航空技术以蜗牛爬的速度在前进。
在个人交通工具方面,还是基于4个轮子和内燃机的家用汽车,主体架构没有任何创新。上世纪80年代拍的《回到未来》三部曲中,幻想2015年应该出现的磁悬浮踏板毛都没有一根。
3.1.2 新能源的窘境
二战前的两次技术革命,本质上都是对新能源技术的开发和利用。二战后,人类曾经对核能抱有厚望,但核裂变技术由于其固有缺陷难以担当重任,而核聚变技术遥遥无期(后面还会专门论述可控核聚变的60年辛酸历程)。在现今的能源领域,依旧是石油和煤炭的天下。
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,所有光伏技术和风电技术,其发电成本远超火电,必须依靠政府的大量补贴才能生存。
以美国为例,在第一次石油危机后,1974年,尼克松号召要在1980年实现能源独立,30年后,奥巴马对未来的展望是到2020年实现1/3的石油独立。结果最终使得美国能源独立的是页岩油,而不是新能源。清洁科技已经变成「太昂贵」能源的代名词,在硅谷几乎是稳赔不赚的生意。
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,只能依靠政府的财政补贴来实现产业化。但政府的财政补贴不可能永远持续下去,如果再没有重大突破,石油的替代品将不可能是清洁昂贵的风能、水能、太阳能,而是脏而便宜的煤炭。
3.1.3 农业,医疗和生物技术
在农业领域,和20世纪50年代以前不同,在世界很多地区,农业生产变成了一种能源密集型产业,播种,化肥,撒药和收割都依赖于低成本能源。从上世纪80年代以来,粮食增产方面,水
利,化肥和能源投入所做出的贡献更大,而种子的培育,很大程度上沿用的是老方法,老技术。人类所期盼的基于基因的生物技术并没有重大突破。因此,绿色革命从1950年到1980年期间粮食收成增加126%,从80年代到现在却只增加了47%,勉强跟上世界人口增长的步伐。
在医疗技术方面,可能大部分人感觉进步很大,因为人均寿命大幅延长,但网友q75所论述的那样,这是是儿童死亡率大幅下降带来的进步,人的生理性寿命(无疾而终)时间并没有延长的迹象,而儿童死亡率大幅下降的技术半个世纪以前就取得了。
很多人对现今医院的先进设施和豪奢大楼印象深刻,让人感觉医疗技术很NB。但在CT,B超和分析仪等耀眼设施的背后,其实是IT技术的扩散。
人类在疾病治疗技术上进展不大。很多疾病的病因仍然是一头雾水,比如最简单的口腔溃疡,至今没有一个让人信服的结论。从上世纪50年代到2005年,癌症的死亡率只降低了5%。尽管数千亿美元花在了研究上,但除去年龄、诊断是否及时等因素外,就癌症的治疗方法而言,2014年和1974年并没有大的区别。1962年,肯尼迪说,我们要把人类送上月球,6年后,人类真的实现了登月。1970年,尼克松向癌症发起「世纪之战」,此后40多年间美国联邦政府已经累计为这场战争投入1000亿美元,但胜利仍然遥遥无期。
不单是癌症,很多疾病的治疗效果改进都是慢得令人发指。事实上,医学和生物学这些年来的进步,要谢谢IT技术的进步和扩散,诸如CAT这样的设备,对于医疗技术的改进,要甚于医疗
技术本身的进步。对于医疗技术本身,已经开始有学者提出,技术进步开始变慢
http://www.thedailybeast.com/articles/2013/05/08/has-medical-innovation-slowed-down.html
而医疗技术陷入困境的另一个例子是药物开发,从上世纪50年代开始,批准投资10亿美元研发的新药数量每隔9年就会减半,生物技术领域的这一「倒摩尔定律」深刻揭示了药物开发面临的难题。(这里附带说下,中国的发改委造就了无数的「新药」,每次一降价,药品名就多了一个马甲)
在生物学领域,从发现双螺旋结构开始,无数次的宣称要进入「生物学」世纪,要像牛顿力学那样指导工程实践,结果到现在为止,对DNA的动力学原理依旧知其然不知其所以然,比如,为什么一个基因的改变会导致高鼻梁和低鼻梁的区别,中间过程是怎样的,牛顿力学中,可以用微分方程来描述相关质点运动问题,但生物学中,快60年了,还只能观察表明现象,不能深入揭示内在机理,更不要说利用其中机理,无数次让人失望,搞生物的都只能拼命的发paper来申请资金,导致相关杂志SCI影响因子奇高。
生物工程描绘了不少美好的前景,但比较滑稽的是,双螺旋结构的发现者,最伟大的科学家沃森2013年自我宣布:多少年来的研究,想通过基因序列来治疗癌症和其他疾病,可以说是没价值的。
http://cppcc.people.com.cn/n/2013/0502/c34948-21341680.html
半个世纪前,人们曾乐观的宣称到2000年能了解大脑的思维特性,而现在人类对大脑的了解,比起50年前,没有什么大差别。如果硬说有什么成果的话,就是认识到大脑的复杂性远不能用现在人类的知识来描述。
3.1.4 信息技术深度上的麻烦
在目前火爆的IT领域,广度上的拓展让人印象深刻,PC和手机迅速普及,互联网深深改变了很多事物。但在深度上,开始面临一系列麻烦。
自香农提出他的理论后,通信的基本框架就没有太大的变化,上个世纪70年代,爆发过有线到无线,铜线到光纤的革命性突破,在这之后,面对新世纪的通信需求,开始用「基站海」战术来解决问题,现在更是出现了3G-4G-5G这样的边际效用递减现象。当然,用量子通信这个概念忽悠一下外行还是有人乐意去做的。
在信号处理领域,神经网络热闹了一阵子,大家觉得前途渺茫都不搞了,然后出现了SVM等华而不实的概念,到了新世纪,把神经网络包装一下,披着深度学习的外衣再度出山。
目前所有计算机的鼻祖都是图灵机,事实上,现在最新计算机的工作原理,和50年前的计算机没有什么大的差别,上个世纪80年代,日本曾经宣称要发展第5代「智能」计算机,现在也偃旗息鼓了(大家还记得小时候的动画片《阿童木》吗?)。越来越多的学者认识到,很多问题不能靠摩尔定律堆叠计算能力来解决。其实有一个大家天天都接触的例子,互联网上现在为了防止机器顶帖和注册,竟然在使用类手写的「认证码」,靠大脑对不规则事物的识别能力来打败计算机的计算能力。
至于外行人推崇备至的量子计算机和生物计算机,业内人士如果申请此类的国家自然科学基金,第一关通过的可能性很小很小。
3.1.5 其它方面的技术
在第一版帖子的回复中,很多专家给出了机械,建筑,材料学和化学化工方面的观点,普遍感觉前沿停滞,大家可以观察一下自己的周围,很多工艺和技术都已经有几十年,甚至半个世纪的历史了。
3.2 众多的技术噱头
大约十几年前,上海滩有位富翁叫周正毅,在其资金链出现问题导致被捕前,积极参与多项慈善活动,捐款豪气无比。为什么明明无钱还要捐款?因为这是做给外界看的,表明我很有钱,我没有问题,否则外界知道了真实情况,败落得更快。
当技术发展面临关卡时,科技界人士开始采用同样的策略,制造一个接一个的噱头,吸引媒体和拨款方的注意力。
制造噱头是商家的拿手好戏,到大城市的商业中心随便转一转,诸如「跳楼大卖」,「清仓处理」等口号或标语铺天盖地。当然,喊口号是比较低级的手段,很多人已经具备免疫力了。一片规划中的绿地,一条待整治的臭水沟,就可以把楼盘加上「诗意栖居」的名头,这样的宣传手段,还真能让不少消费者心甘情愿地掏钱。如果加上政府方面的配合,诸如「城市副中心」,「半小时市中心公寓」,「江北CBD」之类的,就更蛊惑人心了,至于所谓的副中心,到底有没有前途,几十年后的事了,除了买单者,谁会去在意?
从20世纪80年代开始,科技界也逐渐沾染上了这股风气。更要命的是,在噱头背后,更多的科技工作者在沉默不语。
3.2.1 早早败落的太阳能/光伏噱头
从上世纪70年代开始,已经爆发了四次石油危机,最近一次发生在21世纪。面对高昂的油价,各大经济体试图通过发展新能源技术来摆脱困境,其中尤以太阳能最具吸引力。
太阳能,一听名字就给人暖洋洋的感觉。所谓万物生长靠太阳,太阳能天生就高端洋气上档次。伴随着石油价格的一路上涨,光伏产业也在全世界(尤其是中国)蓬勃发展起来。
除了高油价,光伏产业的兴起另有几个因素,首先看欧美,一方面,欧美,尤其是欧洲要在道德上装逼,想推动全球温室气体减排并谋取主导地位,光伏产业引起了欧美人的「兴趣」。通过了一系列的法律来推动光伏发电市场的形成,与法律同来的是大量财政补贴。另一方面,光伏器件的生
产等于是把中国的廉价能源和环境成本固化下来,让欧美在几十年的时间内缓缓释放,而对于中国,一个词就够了:GDP. 我死后哪管洪水滔天 各方合力下,光伏产业大干快上,舆论界也随之起哄,大唱赞歌。
但绝大部分人都有意无意的忽略了两个事实:
(1)光伏产业的技术基础是光电转换,快100多年的历史了。在这么长的时间内,并没有重
大的基础理论突破,使得经济性的电力转换效率达到产业化的要求。经常在一些刊物上看
到报导,说光电转换效率能达到20%,甚至30%。但所有这些报导,如果你深入探究下去,
都是扯淡。打个比方:用黄金做的转换器件,效率能达到30%,但这有实际意义吗?
(2)光伏器件生产过程中的高能耗和高成本。尽管表面打着清洁能源的旗帜,但光伏器件的
生产其实是一个高能耗产业。
两者结合起来,导致光伏收回成本所必需的终端售电价格很高:
http://guangfu.bjx.com.cn/news/20130516/434557.shtml
根据资源状况和发电成本测算出适用于各区域的光伏标杆上网电价,分别为一类资源
区0.8元/kWh,二类资源区0.9元/kWh,三类资源区1.0元/kWh,四类资源区1.1元/kWh。
而水电上网电价不到0.2元,火电在0.3元左右,没有国家财政补贴,电网公司除非是白痴
,否则根本不感兴趣。
依靠欧洲天量财政补贴发展起来的光伏产业,最终被08年金融危机打回了原形。欧美08年之前可以装逼,但后来的金融危机和欧债危机暴露了欧洲很多国家已经寅吃卯粮,根本不可能再维持原来的巨额光伏补贴,有限的资金和市场要留给本土企业,于是欧洲市场对中国的光伏企业关上了大门。另外,欧洲当年开放市场的前提是中国先买它们的制造设备,欧债危机前,欧洲的光生产线和设备已经把中国塞满了,全球产能都过剩了,自然要卸磨杀驴。于是从12年开始,国内光伏产业陷入全面危机,无锡尚德甚至破产,给中国造成了大量银行坏账。
面对市场危机和高成本的指控,光伏发电相关利益团体依然嘴硬,振振有词反驳到:未来随着技术的发展,光伏发电成本价格会大幅下调;即使不下调,现在发电成本高,将来其它能源价格上去了,光伏发电就有竞争优势了。
这种观点利用了人性的一个弱点:健忘性。远期目标能否取得,和现在获利其实关联性不大,但能忽悠则忽悠,光伏的口号从上个世纪80年代就开始鼓吹,相关产业链的利益集团一直用快了快了来游说大众。给出两个例子
(1) 最早的如80年代初的报导:
安在轿车车顶上的太阳能发电机
【摘要】:正西德的AEG·特勒丰肯公司在伏克斯瓦根汽车厂生产的帕萨特牌轿车车
顶行李架位置上安装了太阳能发电机,功率为160W,可补充车用发电机,为蓄电池作充电之用
,从而能节约汽油消耗5%。目前正处于试验阶段,制造成本很高,经济性不好。但据该厂专
家称,到八十年代后五年内,那时能源价格还要上涨,而太阳能发电机成本则将下降,投资在
几年内就能收回。
http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-SJQC198302017.htm
30多年过去了,不知道那些专家是否脸面依旧。
(2) 再看2007年的报导:
然而,太阳能的前景是更加光明的。一些公司表示,技术的进步将在今后短短三年之
内,使太阳能电池板装置价格减半。德意志银行也表示,到2014年,算上能源的节约,太
阳能发电系统的价格将可以与传统电力相抗衡。
http://www.chinace.org.cn/display.asp?id=323
现在到了2015年,光伏发电仍然没有任何价格竞争力。
光伏产业链一直刻意回避的一个事实:光伏不是新技术,其基本原理已经出现百来年了。由于期间没有爆发技术革命,一直进行的都是缓慢的技术改进。而且很要命的是,容易改进的地方都已经改进了,剩下的都是难啃的「大老虎」。目前光伏没有任何技术革命的可能性。百来年都没有赶上传统电力的生产效率,难道下面10年就能来个大跃进?
另外,光伏利益团体把希望寄托在其他能源价格翻番上。但光伏其实是一个高能耗产业,从生产器件到维护,要耗费不少当期能源,光伏的高成本反映了产业链的高能源凝固度,现在的低能源环境,光伏是高成本,将来石油价格涨到300美元一桶,光伏的成本也会相应上升。
个人认为,国家和社会对光伏和风电的策略应该是:在一些传统供电难以企及的地方,可以采用光伏和风力发电。但国家有限的资金不应该像现在一样大力补贴发电,而是应该鼓励研发,期待真正技术革命的到来。在技术临界点后,再来大力投资。
从长远看,如果光伏发电的技术有比较大的突破,光伏发电的比较效益有可能体现出来,但光伏的能源密度太低,光伏的可行性必须建立在高能源成本的基础上,过去300年,人类文明的有序度提高,依靠的是引入越来越廉价的负熵流,高能源成本维持不了现在的工业文明。
3.2.2 经久不衰的人工智能大噱头
对于人工智能的恐惧和期盼,最早可以追溯到到玛丽·雪莱在1818年创作的小说《弗兰肯斯坦》。作家生活在整个西方社会经历深刻历史变化的时期,当时,第一次工业革命方兴未艾,各类科学知识有了很大的发现,人类改造自然的能力空前强大。经过科学理性洗礼的广大民众普遍盲从科学并对科技改变世界抱有各种幻想。当然,随着技术的发展,大众很快就认识到《弗兰肯斯坦》中「造人技术"的荒谬,但「造人」情怀依旧,在那之后,随着计算机时代的到来,面对计算机展现的强大计算能力,人工智能这个概念开始大行其道。而且很有趣的是,这个概念隔上个一二十年就热闹一次。
很小的时候,大概是在80年代中期吧,我还在读小学高年级,当时电视新闻里,报纸上都在热烈探讨智能机器人概念。仿佛一夜醒来,智能机器人就要满大街都是,很多专家学者在报导中痛心疾首的高喊,你看日本美国多么多么重视,投了多少钱来搞第五代电脑,再不搞智能机器人,中国就要亡国了。搞出智能机器人,人类就可以从人剥削人,变成人剥削机器了。
后来自己读大学了,开始系统学习IT方面的知识,才知道当年那些报导是多么的幼稚,何谓智能?人类大脑是已知的最复杂的组织结构。它有上千亿个神经细胞(神经元)。这个数字相当于整个银河系星星的数目。神经细胞之间通过突触相互联结。即使从数字比照角度讲,假定每个突触有两个状态,那么,人脑中所包含的不同状态总数超过了整个宇宙中的基本粒子(质子和中子)的总数(不超过2^1000)。对如此宏伟复杂的结构,人类的认识还处于最原始的阶段,没认清自身的思维模式,就能搞出人工智能?
读研时,数学系一位老师给我们上课,用一句话终结了人类按照冯诺依曼结构搞出人工智能的可能性:有限个零级无穷大,不可能模拟一级无穷大。但就是这么浅显的道理(在科技界内部),当时竟然没人站出来说明。后来帮一位朋友整理学校内部史料的时候,突然发现,学校在80年代,竟然以人工智能的名义,申请了不少国家级项目。成果呢?几篇无人再看的论文。也许,这就是80年代制造噱头的目的吧。
进入21世纪,金融危机后这几年,人工智能的概念又开始火起来。详细一点的是雷·库兹维尔及其奇点理论,说最早2029年实现技术奇点;名人新闻报导也不少,比如霍金:人工智能会导致人类灭亡,比尔?盖茨:人类需要敬畏人工智能的崛起,马斯克称人工智能是人类生存最大威胁。美国最近这几年相关书籍也出版了不少。大肆舆论轰炸和洗脑,让普罗大众感觉人工智能时代就要来了。
但仔细观察,这一轮人工智能热潮背后有不少猫腻。(以下部分内容引用自ttp://www.zhihu.com/question/27864852中阿成的回答,在此加以感谢)。
首先看看,那些出版书籍的是什么人,未来学家」Ray Kurzweil,哲学家兼畅销作家Nick Bostrom,畅销书作家James Barrat,作家Carl Shulman和企业家Jeremy Howard。虽然上面的部分人曾经做过技术,不过后来都跑去卖概念了。美国是个极端爱好bullshit的国家,工业界
金融界文化界很多人吹牛逼是不打草稿的,再加上作家一般都喜欢「语不惊人死不休」,这些人的话可信度要大打折扣。比尔盖茨等是名人
,甚至可以说是若干技术领域内的牛人,但隔行如隔山,他们并不是人工智能领域内的大牛,前沿大牛,如MIT的Patrick Henry Winston,Stanford的Richard Fikes之类的,绝对不会发表那些惊悚言论。事实上,经过50多年的挫折和探索,人工智能领域的口径已经悄悄变化了,强人工智能是科幻,现在一般提及的都是机器学习(machine learning),也就是说,先把弱人工智能实现了再说。
那么,最近为什么很多名人让人们警惕人工智能?知乎上有人给出了如下答案,
1. 舆论造势
为推动他们期望的立法和或行业规则铺垫,这样他们可能实际成为规则制定者。
2. 人工智能的风险
弱人工智能使用越来越广泛,即使没达到强人工智能程度,也已带来潜在问题和风险。
3. 宣传和广告
比如Elon Musk是科技圈接受采访最多的企业家之一,在电影里客串,和好莱坞明星一样活跃,为的是影响力和布道。他希望做成的事情需要商界、名流、政府、以及广泛的社会支持,可以说,常常占据舆论头条是他的职责所在。
再补充一点,奇点理论事实上是一场商业策划的核心,完全是为了google的商业利益。奇点理论利用了大众的健忘心理。说最早2029年实现奇点,但问题是,2029年时,还有人会记得这个许诺吗?当年宣称1999年能登陆火星的专家可不少,事后也没有人去追究他们的责任。
因此,下一次再听到有人谈论人工智能,先搜索一下,看看他是干什么的,如果是作家和商人,那最好小心一点,安利无处不在!
3.2.3 神乎其神的量子计算机噱头
有一个概念,量子计算机的概念,在全世界流行,外国的教授和中国的叫兽,美国的
商业巨头和加拿大的新型公司,西方的畅销书作家和东方的科幻作家,中国的自甘五和毛左,都为鼓吹这个概念而结成了神圣同盟。
在这些鼓吹手背后,常见于网络的言行有:「有了量子计算机,世界上所有的加密系
统都不堪一击」,「量子空间传输要实现了」,「率先造出量子计算机,中国崛起!」。在密集信息轰炸下,很多对于量子计算机一知半解,甚至丝毫不懂的人都在大侃特侃量子计算机的优点和实现,仿佛量子计算机明天早上一醒来就会出现似的。一个最让我惊愕的例子就是,我们学校一位研
究社会学导师带的硕士研究生向我吹嘘,量子比电子更小,量子计算机比电子计算机能力强多了。在他眼里,量子俨然就是一种基本粒子。
所有技术噱头的共同特点就是:这个东西神通广大,现在虽然没有,如果你给我点投资,不久就会出现。这种技术噱头在二战前肯定没市场,但二战后,各国政府一般都是定期轮替,轮替意味着记忆被刷新,换届就意味着可以开始新的要钱循环。
量子计算机概念上个世纪70年代就出现了,我还记得看过一本描述未来的文章,似乎20世纪末,量子计算机就要把传统计算机淘汰掉,结果40多年来,基本上连一台合格的原型机都没有。上世纪末,本人到隔壁物理系选修了量子计算的一门课程,当时就纳闷,理论上如此神奇,但怎么用硬件实现?博士阶段时,另一个研究约瑟夫效应的同学私下里坦言,难度很大很大,近十年过去了,量子计算机基本停留在纸面上,和经典计算机的摩尔定律形成了鲜明对比。
面对经费被砍的风险,很多科技工作者(国内国外都一样)出于私心,过分强调量子计算的优势和前景,甚至许以几年以后你就可以订购量子电脑的画饼,做了很多误导公众,学术界和官员的宣传。比如国内的那个著名潘教授,用光子实现Shor演算法作质因子分解15=5×3。但稍微想一想,三光子或五光子实验已是困难重重,纠缠脆弱无比, 如果数量过多,十光子纠缠此路可通?何况十光子纠缠与几百个光子纠缠完全不是同一类型的难度,潘的最初论文到现在十几年了,似乎没有后续报道说取得重大突破。甚至有人声称已经证明,基于光子纠缠的量子计算机原则上没有可放大性。
欧美杂志或媒体上对于量子计算机的宣传,猛一看了不得,但仔细看看, 那些吹喇叭的都是些鼓吹量子计算机近在眼前的要钱激进分子,或者说相关利益链上的人员,背后的最主要目的是借此写申请书时可以向各国政府索要更多的支持。
到了2013年,量子计算机概念被打了一剂强心针,加拿大的一家公司:D-Wave公司宣称他们造出了几百个量子比特的超导量子计算机,全世界都被惊呆,难道春天就要来了?理论上,D-wave的装置用到了量子隧穿效应,勉强可以算是量子计算机。
但好景不长,D-Wave公司将一台D-Wave Two型的512个量子比特的所谓量子计算机以1500万美元卖给Google公司,以建立一个开放实验室,供很多科学家在这台机器上做各种验证,以确定声称的量子计算机是否有量子加速能力。
2014年1月13日,以美国加州大学的Martinis和Lidar教授为首的研究组,包括Google公司的研究人员,其中Lidar教授正是上述实验室的主任,正式宣布:在503个量子比特的D-Wave Two型的量子计算机上的实验数据表明,没有任何量子加速的证据。
其学术文章在:http://arxiv.org/abs/1401.2910
这次科学界对加拿大D-Wave所宣称的量子计算机的证据充分的驳斥,从某种意义上也
宣布了其所谓量子计算机比经典计算机没有任何加速优势。
http://www.newscientist.com/article/dn24882-googles-quantum-computer-flunks-
landmark-speed-test.html?cmpid=RSSNSNS2012-GLOBALonline-news
事实上,政府被欺骗了多次之后,也慢慢明白了其中的门道。以美国为例,DARPA现在
对量子计算机没有任何兴趣(美国国防部先进研究项目局,DARPA是Defense Advanced Research Projects Agency的简称,是美国重大科技攻关项目的组织、协调、管理机构和高技术预研工作的技术管理部门,2015财年DARPA预算申请总额为29.1477亿美元,较2014财年增加了1.36114亿美元,大约资助200个左右的项目。)
美国DARPA2015年度预算日前在其网站发布:
http://www.darpa.mil/NewsEvents/Budget.aspx
根据该公开预算文件,原来支持量子计算研究的两个项目被终止:第一个是名为「
Quantum Entanglement Science and Technology」的项目,2014年度预算仅为4.65百万美金,2015年被终止,无预算。
第二个是名为「Quantum Information Science」的项目,2014年度预算仅为1.14百万美金
,2015年被终止,无预算。
美国DARPA终止量子计算的研究项目,是评估考虑其发展遇到严重瓶颈和预期非常困难,目前不值得继续做较大规模的聚焦性的投入,而只适合于开展自由发散性、摸索性的基础研究。
不过根据该公开预算文件,原来支持量子通信研究的一个项目继续得到支持:这是名为「Enabling Quantum Technologies」的项目,2014年度预算为23.35百万美金,2015年度预算为30.97百万美金。该项目公布的研究目标有多条,其中之一为「集成原型宏观量子
通信系统进入量子通信试验平台」。美国DARPA继续量子通信的研究项目,是评估其发展具有一定的实用性,尚可做一些前瞻性的探索研究。
但请注意,所谓的量子通信,完全是挂羊头卖狗肉,不是科幻作家笔下横跨数百光年都可以实时通信的量子技术,完全是一种通信中的加密技术,换句话说,并不是一种提供全新功能的技术,离科幻爱好者期盼的空间传输更是差了十万八千里。
3.2.4 牛逼哄哄的纳米材料噱头
人类对于微观物质的研究是逐步深入的,随着配套仪器的进步,从毫米级,到微米级,再到纳米级别,一切都是循序渐进,由点到面,由实验室到工厂。物理定律并不因为尺寸的变化而有跳跃式突变。
但从上个世纪90年代开始,相关专业的研究人员眼红网络泡沫和生物工程大噱头所带来的好处,心想你们八字没有一撇都能吹,凭什么让我们坚守清贫?你们生物工程能吹21世纪是生物学的世纪,我们就拿出资料表明:到 2010年,纳米技术将成为仅次于芯片制造的世界第二大产业,拥有 14400亿美元的市场份额。
http://www.people.com.cn/GB/paper1137/4415/499999.html
于是乎,材料子领域开始鼓吹纳米材料的神奇,认为纳米材料会给人类社会带来革命性的变化。 纳米材料概念在20世纪末甚嚣尘上,炙手可热,无论国内外,一谈高科技,除了IT和生物工程外,必谈纳米材料,比如有了纳米材料,就能造太空电梯,有了纳米材料,可以造出无数微米级的机器人,潜入人内脏里,在体内切除肿瘤。(附带说下,这些宣传材料倒是给写科幻小说的提供了不少素材)。 2001年IT泡沫破灭的时候,纳米材料的宣传达到了顶峰,大有「舍我其谁」的势头。当时申请自然科学基金,不挂个纳米材料,还真不好拿出手。而各级政府也被忽悠得团团转,2001年的报道中,据不完全统计,我国有一半的省市将纳米材料列入当地「十五」期间的发展规划。国家还成立了纳米科技指导协调委员会,负责组织协调全国纳米科技的研究开发力量,制定有关规划。国务院批准了「国家纳米科技发展纲要」。
http://www.people.com.cn/GB/paper1137/4415/499999.html
但鼓吹者没有想到的是,很多东西一旦出笼,往往会出乎发起者的控制之外。
天下熙熙,皆为利来;天下攘攘,皆为利往。纳米如此神奇,自然有精明厂家应声而动,于是贴着各式纳米标签的纳米家电、纳米纺织品、纳米卫生洁具,纳米化妆品,纳米车膜,纳米基因等,一个个闪亮登场,纷纷把纳米技术作为新的卖点。在这种情况下,不少普通老百姓上当受骗,纳米概念很快就声名狼藉。
好吧,研究者可以指责商家无耻挂名,但研究者自己又做出了什么成就?在下面的2001年报导链接中,科学家预言,纳米时代的到来不太久。美国的一家公司预计在未来10年内,纳米技术可能发展到能够大量制造复杂的纳米结构物质的水平,超越「量子效应障碍」的技术,从而达到实用化水平。
http://www.instrument.com.cn/news/20010515/000221.shtml
现在是2015年,纳米材料虽有应用,远没有当初宣称的那么神奇,大家觉得自己的日常生活有什么被纳米大幅改变的吗?对于相关利益团体而言,科研经费已经到手,当年的狂热谁也不提。
但政府是健忘的,大众是好忽悠的,这不,2014年又有了新的报导:即将改变世界的13大纳米材料技术
http://tech.qq.com/a/20140516/047576.htm
报导风格又是老一套,说未来某某年会造出具有某种神奇性质的材料,潜台词是快给我研究经费。
唉,连噱头都造得没有新颖性!
石墨烯是最近几年来冒出的一个新噱头,借助诺贝尔奖的名头,吹得天花乱坠。但好比「正反物质湮灭提供能量」这样的能源解决方案一样,理想是美好的,现实是残酷的,石墨烯远没有吹嘘中那样神奇,好几年前,bbc的报导中,科学家就提醒大众不要有过高期望。
http://it.sohu.com/20110607/n309512255.shtml
但国内外的资本市场能把泥巴吹成金子,石墨烯这个概念让很多企业股价轻易翻番,至于事后如何,不关操盘手的事情。概念吹得太虚,连政府都看不下去了,提醒大众要注意噱头:
http://lights.ofweek.com/2015-04/ART-220020-8420-28947105.html
http://stock.stcn.com/2013/1230/11043729.shtml
带一点噱头色彩的是3D打印,云计算和大数据。
3D打印很早就出现了,有一定用途,特别是在一些不适合大规模流水线生产的场合,比如飞机上的某些部件和模具制造,3D打印算是比较大的突破。但离开这些场合,其作用被极度夸大,什么下一次工业革命这样的牛皮都敢吹。人类历史早就证明,规模化生产才是王道。
云计算和大数据就不细说了,IT行业需要新的噱头来吸引眼球。
3.3 博士民工和生物技术的挫折
上面谈到了很多技术领域的噱头,但就鼓吹力度而言,和生物类噱头一比,都是小巫见大巫。当然,天道循环,有扭曲就有矫正,生物工程/生物技术方面所面临的困境也首屈一指。
前面提到的各种噱头,可能滥用了国家的公共财政经费,可能骗了股民的钱,但对于研究者和学生而言,他们其实是获利的,尤其是学生,从中学到的专业知识并没有白白浪费,绝大部分人总是可以找到和专业相近的工作。但对于生物工程噱头而言,以大时间尺度来看,除了那些卖仪器和试剂的商人,整个相关利益链条上的绝大部分人员都深受其害。生物技术远没有最初宣称的那样取得成功,教授的努力固然落空,而学生,特别是博士生,被彻底民工化(没有贬低民工的意思,只是表明噱头带来的危害)!
3.3.1 生物噱头的缘起和影响
回顾历史,阿波罗登月后,美国感觉很多技术领域难以突破,考虑到双螺旋结构发现后的迅猛进展,美国把生物工程作为下一个技术突破点,在上面投入了巨额经费,从1970年代以后,美国 NIH(美国卫生研究院)的经费让NASA唯有羡慕嫉妒恨。和现在大众的感觉相反,IT技术当时并没有现在的地位,IT技术的进步上个世纪80年代开始加速,到上个世纪末的时候达到高潮。在IT兴盛的年代,美国为了抢占未来的制高点,在生物技术上进一步加大了赌注,美国国会甚至通过法律,让NIH的经费在世纪之交的短短几年内翻番。美国是世界各国的模仿对象,各国学术界受美国影响,也纷纷游说自己国家政府加大投入,于是,一个超级研发大泡沫被吹起,从美国扩散到全世界。大家可以看看最近几十年的《science》和《nature》等顶尖学术期刊,大部分都是生物类的文章。在上个世纪八十年代到九十年代,再到新世纪的头十年,生物工程概念炙手可热,无数专家天天在吹嘘21世纪是生物工程的世纪,似乎有了生物工程的突破,能源问题,环境问题和粮食问题都能迎刃而解。
但在大噱头背后,有几朵黑云在很长的一段时间后才开始显现。一是论文大泡沫,二是人才大过剩。
生物体系的复杂度远远超过了最初的估计,经过几十年的研发后,生物学还是停留在知其然的地步,离知其所以然差远了,更不要说用来指导实践。生物研发人员往往吹嘘基础研究取得了很多重大成果,但绝大部分的所谓成果和技术应用是风马牛不相及。借用知乎上一位生物内行人的话:生物行业的许多研究进展除了对科研本身以外,短期内(其实我想说很长时期)几乎没有任何实际意义。无论是什么「某某蛋白解析,有望治愈癌症」、还是什么「某某神经元在某种行为递质释放增加,有望阐明此种行为背后的神经生理机制」,这些研究基本上全是在自己的课题小圈子造成一定的影响,媒体断章取义、望文生义(比如说去年大牛Susumu实验室发在《science》的工作,「creating a false memory in the hippocampus」,硬是被吹成了盗梦空间的现实版),对现实生活几乎没有任何影响。
http://www.zhihu.com/question/22693140
大家可以关注一下周围生活,现在已经进入21世纪15年了,基本没有看到生物工程技术的大规模应用。应用无望的情况下,庞大的生物研发团队唯有发表论文来吸引政府的关注。当年读博士的时候,和隔壁一位博导及其博士生来往比较密切,该博导还另有行政兼职,有一次在其桌上看到了一份招聘海外教师的统计资料,当时就发现生物方面来应聘的特别多,尤其是文章的档次很吓人。而该博导告诉我,学校内部有有一个默契,生物医学类的影响因子和其它学科,尤其是工程类的要分开算,要知道,IT类的IEEE trans.on Info 也就比2多一点,有200多份生物医学期刊影响因子超过5,如果一位博士能在IEEE trans.on Info 上发1-2篇论文,应聘基本无问题,如果是生物类的,影响因子在10以上的只算初具资格。
2007年SCI的影响因子大于20的期刊
CA-CANCER J CLIN(临床肿瘤杂志)
69.026 (1)
NEW ENGL J MED(新英格兰医学杂志)
52.589 (2)
ANNU REV IMMUNOL(免疫学年度评论)
47.981 (3)
REV MOD PHYS(近代物理评论)
38.403 (4)
ANNU REV BIOCHEM(生物化学年度评论)
31.19 (5)
CELL(细胞)
29.887(6)
PHYSIOL REV(生理学评论)
29.6 (7)
NAT REV CANCER(自然·评论:癌症)
29.19 (8)
NATURE(自然)
28.751 (9)
LANCET(柳叶刀)
28.638 (10)
从这个表单看出,生物医学类的期刊很牛逼哄哄,秒杀其它学科。原因很简单,无法产业化,只有多发论文,相互引用多了,影响因子自然高了。为什么发论文如此积极,因为这是唯一的谋生手段。其它大部分理工科领域也接受政府资金来搞研发,但好歹还有市场提供资助,从业人员可以到社会上去找工作,而生物技术对政府资金的依赖程度远超其它专业。生物工程主要靠政府养着,自然需要高影响因子的论文来忽悠政府。前几年,清华和北大的海归生命科学院院长大声嚷嚷,说科研经费分配不合理,实质是这帮论文牛人在抢夺政府蛋糕时处于不利位置。
人多了,就会出一些奇怪的事。前面说过科技利益集团想尽一切办法来维护自己利益,而生物方面的科技利益集团更是其中翘楚,因为绝大部分生物方面的科研资金来自于政府,政府只要稍微减少资金,生物科研就很难搞下。整个生物医学科研系统是建立在科研基金会永远不断增长的这个泡沫上。在这个泡沫里,博士生,博士后被无节制地培养,远远超过社会能容得下的数量,而相当多医学校及其科研人员全部建立在被认为永不枯竭科研经费上。现在这个泡沫的破了,这个系统性缺陷到了非全面解决不可的地步了。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2374-874127.html
最近的一个例子,美国政府这几年削减预算,NIH过去的预算大概是NASA的两倍,现在也要被砍了,结果大批生物科学家上街游行。
http://scitech.people.com.cn/n/2013/0411/c1007-21097988.html
论文牛逼的背后,有一个不容忽视的情况:生物类的博士/博士后大都混的很不如人意。最典型的就是方舟子(本人只论述事实,对方舟子没有任何意见),做了那么多年博士后,现在竟然靠完全和生物无关的职业谋生。为什么就业难,因为人才极度过剩!
生物技术研发的特点就是需要大量人手来做实验,NIH所激发的大泡泡在短期内造就了生物人才,尤其是博士人才的短缺。美国为了吸引人才,开出了大量优惠条件,这些条件对21世纪初的中国人极具吸引力。生物好出国成了大众的固定映像,逐级反馈到中国的教育系统,就是生物大扩招。
根据笔者个人印象,从初中开始,「21世纪的朝阳产业「,「下一轮国际竞争的核心」,「新时代的曼哈顿工程」等一类的口号不绝于耳,普罗大众被生物工程这个概念轮番轰炸。在那个时候,生物工程专业是一个高大上的专业,顶峰时期,北京大学生科院招收了全国一半的理科状元。笔者的一位初中同学和一位高中同学,都被感染得热血沸腾,跳进了生物工程这个专业。笔者以前也没有关注过生物专业背后的东西,但07年的时候,同学从美国回来,聚会的时候,说了一句话:「我想把陈章良捅一刀,太坑人了」。谁是陈章良?查了一下,原来是一个海归,担任过北大的生科院院长和副校长,曾经是青年模范代表。此君在90年代的时候,在媒体上大肆鼓吹「21世纪是生物学的世纪」。当时中国的信息闭塞,中学生社会经验又不够,对他们来说,北大副校长是一个耀眼的图腾和偶像。既然偶像这样说,生物工程肯定前途大大的。于是乎,无数中学生选择了生物工程专业。恰逢国家给了扩招政策,生物类博士难就业,加上SCI文章的刺激因素,各个高校乐得满足中学生的要求,随即大规模扩充生物类专业。十几年下来,全世界范围内,数以百万记的学士,硕士,博士和博士后都遭遇到了就业难题。
转帖一篇文章:为什么生物类专业这么难就业
http://bbs.tianya.cn/post-no20-201048-1.shtml
也许有人会说,本科生当然是这样了,如果是博士生那就不一样了,看一下大约6年前厦大博士的就业吧。
http://bbs.pku.edu.cn/blog/cpread.php?serial=26691
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先说下,想在厦大生物系做个老师,国内的生物博士毕业是绝对不可能的,清华北大的都不行。厦大自己的博士毕业只能留校做个实验员,月薪4000不到,能留校做实验员的还是一些比较牛的和导师关系比较好的博士。至于那些不牛的博士,他们看中的是广大的中学校园,很多生物博士为了争夺一两个中学生物老师的职位打的头破血流。当时去四个人应聘两个生物老师职位,其中两个是厦大博士,一个是武大硕士,一个是泉州师范学院(二本),最后得到该职位的是一
个博士和那个泉州师范的。
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而第三方教育数据咨询与评估机构麦可思研究院公布的《2014年中国大学生就业报告》中,就业十大红牌专业,竟然有4个冠以生物的头衔。
http://mt.sohu.com/20150728/n417671149.shtml
就业如此之难,就连行业领军者都看不下去了,知乎上有生物学大牛的帖子(http://www.zhihu.com/question/28347460),真诚的指出,赶快转专业吧,否则前途黯淡。一个最简单的事实,美国每年有大约10000名生物类博士毕业,但大学只能提供数百个教职岗位,而工业界提供的职位也少得可怜。那众多博士怎么办,只能继续做博士后,最终变成「千老」。单单在美国,就差不多有10来万生物学博士后靠政府基金养活。
http://pic3.zhimg.com/972f5014c5226f2ed98db3b9e2e04ede_b.jpg),真诚的指出,赶快转专业吧,否则前途黯淡。一个最简单的事实,美国每年有大约10000名生物类博士毕业,但大学只能提供数百个教职岗位,而工业界提供的职位也少得可怜。那众多博士怎么办,只能继续做博士后,最终变成「千老」。单单在美国,就差不多有10来万生物学博士后靠政府基金养活。
http://pic3.zhimg.com/972f5014c5226f2ed98db3b9e2e04ede_b.jpg
http://www.biodiscover.com/news/politics/120677.html
一个专业就业如此之难,如此之普遍,深深衬托出背后的技术困境。
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