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邁向繁榮進步的行星文明,在《2100科技大未來》

張清浩
・2012/11/29 ・1820字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 520 ・七年級

科技將會如何形塑我們的未來生活?2100年的人類,會居住在什麼樣的世界裡?美國日裔科學家加來道雄,在《2100科技大未來》一書中,以現有的科學發展為基礎,描繪出這個令人興奮又驚奇的未來世界。加來道雄預估,人類社會將會歷經由科技引導的劇烈變化,而在一百年內立下進入行星文明的里程碑,這將是人類歷史上最大的轉變,而我們已經開始集體參與行星文明的形成了。

2100科技大未來

從現在到2100年,科技將如何改變我們的生活

Physics of the Future: How Science Will Shape Human Destiny and Our Daily Lives by the Year 2100 (2011)

原文作者:加來道雄,譯者:張水金

出版社:時報出版

出版日期:2012年11月

什麼是行星文明?是指已經充分開發、控制居住行星能源來源(包括落在行星上的太陽光)的文明。將行星文明認定為第一型文明,則我們現在的文明,大約是一個0.7型的文明。

人類社會要在2100年轉變為行星文明,在科技上會有哪些創新與革命呢?

1.電腦的未來:

軟性電子紙、可以在我們的眼前上網的網路眼鏡、自動行駛的智慧型汽車,還不夠看。晶片將會繼續縮小、功能更為強大,而且無所不在。到了本世紀末,會發展出可以接收大腦神經元所發出電流的電腦晶片,這種晶片還能將腦電波解碼,以使受控制的物體移動、運作。此時,我們就擁有如諸神般的力量,以念力控制物質。另外,以fMRI掃描器探測他人心智的科技,也會成熟,屆時,法官就可以不要用猜的來判斷訴訟當事人是否說謊。

2.人工智能的未來:

我們居住的世界,將會到處都有機器人。這些機器人,漸漸能做任何我們會做的工作,並代替我們去冒險。當我們年老的時候,將會是機器人、而不是兒女或外傭在照顧我們。人工智能,會朝對人「友善」的方向發展,以免人類遭到機器人的反噬;也會往與人融合而「強化」身體的方向發展。

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3.醫學的未來:

我們可以做自己的基因排序,掌握自己的基因組,了解自己可能罹患的疾病。幹細胞科技的發展,可以培養出人體器官。基因療法的應用,可以改善自己或下一代的基因。癌症未必可以完全消除,但晶片可以隨時監控癌細胞。老化可以減緩,壽命可以延長。

  • 我預測:退休與老年給付制度將因而徹底破產,社會福利制度將轉變為由有工作能力的人繳社會保險費,來支付無工作能力者的生活支出,年齡將不再是判斷有資格領取給付的標準。

4.奈米科技:

人類將會發展與利用分子、甚至原子層次的奈米裝置。在醫療方面,有奈米機器可以在血管巡航,摧毀癌細胞;在電腦方面,會有運算力驚人的量子電腦或是光學、DNA電腦出現。可程式化材料(如同魔鬼終結者中可以改變形狀的殺手機器人),將會在日常生活中出現。

5.能源的未來:

完全取代石油的能源方案,將會是「核融合」,與從「室溫超導體」所發展出來的「磁浮」科技。核融合,可以提供取之不盡的能源,又幾乎沒有廢料產生。室溫超導體的應用,不靠額外能量輸入,就能產生超級磁力,可以使交通工具懸浮在空中;也可以大幅降低電子在電纜線內傳輸的耗損。

6.太空旅行的未來:

下一次的人類大探險,將是登陸火星。其他太陽系探測,將會派機器人前往。而人類移居到地球以外的星球的目標,還很遙遠。

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7.財富的未來:

科學是繁榮的引擎(我認為應該要再加上「貿易」)。未來的工作與財富,將是屬於需要有判斷力與創造力的工作者。只能執行重複動作的工人,將會由更在行、可以不休息的機器人所取代。贏家,將是屬於能夠提供有效判斷力的人。

  • 穴居人原則:不過,人類還是繼續會深受「穴居人原則」的約束,也就是說人類的原始慾望(娛樂、社交、接觸等),仍然會繼續影響人類的行為,並與科學的發展相互影響。

這些預測會不會實現?以核融合為例,我在30年前就看過有科學家預測核融合科技會在2000年成熟,不過加來道雄說,現在已經更接近成功了,並進一步預測會在2050年出現核融合電廠。無論如何,只要世界各國繼續支持科學研究發展,加來道雄在《2100科技大未來》所樂觀預測的行星文明與繁榮進步的遠景,就是人類的未來。

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張清浩
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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
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成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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【Gene思書齋】心智的未來:2050科幻大成真
Gene Ng_96
・2015/11/11 ・2787字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

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有個著名的笑話是降的,埃及人、以色列人和中國人吹牛自己老祖宗有多厲害,埃及人就說在埃及挖到了千年以上的電話線,證明他們老早就用電話了;以色列人就說,他們在耶路撒冷挖到光纖,證明他們老早就用網際網路了;中國人就說在中原啥也沒挖到,正當埃及人和以色列人露出鄙視的表情時,老中就說那證明中國人老早就用衛星通訊了XD

科技進展的神速,我們這些六年級最清楚,從像是《我的少女年代》(Our Times)那樣沒有手機、沒有網路,更甭提Google、臉書的年代到今天的低頭滑智慧手機,真叫人難以想像。甚至,未來智慧手機可能根本不需要低頭用手滑了,只需要用意念就能操作。甚至連螢幕都不需要了,可以出現在任何地方,一張紙上、桌上、窗上,任何你看得到的東西都有可能。耳機也會進入歷史博物館,就像我們童年許許多多不再用到的東西一樣,到時會有裝置直接魔音入耳式地把聲音傳入你腦中。只要我們還沒提早毀滅地球,這些景象已經不再只是想像,而且還只是冰山一角,問題只是何時能量產到像iPhone一樣普遍而已。

實際上,要如何達到呢,日裔美國物理學家加來道雄(Michio Kaku)在《2050科幻大成真:超能力、心智控制、人造記憶、遺忘藥丸、奈米機器人,即將改變我們的世界》The Future of the Mind: The Scientific Quest to Understand, Enhance, and Empower the Mind)就要帶我們到2050年的世界。加來道雄並非首次帶我們穿越到未來,他另一本《2100科技大未來:從現在到2100年,科技將如何改變我們的生活》Physics of the Future: How Science Will Shape Human Destiny and Our Daily Lives by the Year 2100)就要帶我們到接近百年後的世界(請參閱〈既科幻又科普的2100科技大未來〉),探討腦、人工智能、醫學、奈米科技、能源、太空旅行、財富、人類的未來。

可是好玩的是,前一本書是《2100科技大未來》,怎麼另一本卻倒退了50年成了《2050科幻大成真》?其實年代不重要,因為原文書名一本的意思是「未來的物理學」(Physics of the Future ),另一本是「心智的未來」(The Future of the Mind ),主題不太一樣,和年份沒有直接關係。物理學家談「未來的物理學」,當然是很稱職,可是談「心智的未來」呢?

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《2050科幻大成真》涉及許多神經科學、腦科學等知識,可是讀了《2050科幻大成真》會發現,加來道雄真的下了很多苦功,不僅知識是夠嚴謹的,而且以他優異且經驗豐富的寫作功力,可讀性也不輸由神經科學家或腦科學家來寫的科普書。在《2050科幻大成真》,我們可以瞭解到,殘障人士利用靈活地控制義肢已經不是天方夜譚了,現在連猴子都能透過網際網路搖控遠方的機械手臂了。不僅是心靈控制機器和穿帶式智慧裝置的革命,我們未來還可能把我們的意識和記憶下載到機器上,達到理論上的永生不死!作為一位物理學家,加來道雄更具備探討這方面問題的學術功力。

《2050科幻大成真》分三篇,第一篇描述人腦的歷史,解釋物理實驗室的儀器如何描繪思考機器的樣貌,也討論人腦「意識」的種類;第二篇探討「腦機介面」,這個新技術能讓記錄記憶、讀取心智、錄影睡夢和念力移動成真;第三篇深入探討意識的各種不同變化,從夢、藥物與精神疾病,到機器人與外太空的異形生物,也介紹控制與操縱腦部的可能方式,以對抗憂鬱症、帕金森氏症、阿茲海默症與其他多種疾病,以及機器人的意識。

對這位物理學家來說,腦不過就是肉做的電腦,要破解腦的運作,只是個超級有挑戰性和困難的工程問題。姑且不論他是否太樂觀,他很盡職地帶我們參觀了一間又一間頂尖的腦科學實驗室,讓我們瞭解科學家是怎麼研究大腦的,用了哪些儀器。在參觀的同時,加來道雄一直想像那些儀器出現的訊號,有天是否能完整記錄下我們的意識、潛意識和記憶,然後用機器重播,甚至移植到別人腦中。

如果心智只是純粹的物理、化學現象,那麼有一天機器人會思考了,甚至還有了情感,就沒啥好驚訝的。現在一個非常熱門的腦科學研究題目,是建構出腦的「連結體」(connectome),找出腦中所有神經元的連結,只要完成了這個工作,科學家理論上可以用逆向工程的方法破解大腦的秘密。這個試圖解析腦內每一個神經元的野心,台灣科學家也當仁不讓,由清華大學生命科學院院長、腦科學研究中心主任江安世老師帶領,針對果蠅腦進行的研究已有許多在國際頂尖學術期刊的重要發表。

美國和歐盟也各自投下數十億鎂來研究人腦。其實這個數字,在小布希打阿富汗和伊拉克時,兩三天就燒光了!只要少打伊拉克戰爭,我們現在就有至少好幾十兆鎂來研究大腦,人腦都不知被翻遍多少次了!人腦現在相對於最強大的電腦,運算能力還是強了好幾十倍!如果以其消耗的少許能量(人腦消耗能量已佔人體的約兩成了)來看,和極為耗電的超級電腦相比,每單位能量的運算能力更是強上億倍!我們對腦的瞭解還只是皮毛的冰山一角而已。

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就腦科學和物理學的討論,《2050科幻大成真》是相當精彩。可是,我們千古演化來的心智,目的不是用來破解這些心智的問題的,我們的心智演化成現在這個模樣,是為了談論八卦,還有猜測他人動機的,簡單來說就是為了社交生活,為了我們穴居人老祖宗之間的互動而形塑的。關於這部分有興趣可參考好書《人類大歷史:從野獸到扮演上帝》Sapiens: A Brief History of Humankind)(請參見〈虛構事物和集體想像建構出的人類大歷史〉)。

心智離開了社交,就沒了多少意義。由此可見,心智並非是個單純的物理、化學,甚至生物學現象。不管我們的科技發展到何種面貌,即使是像今天所有人都低頭滑手機,仍是為了透過臉書、LINE和朋友溝通。科技始終來自人性,這恐怕是阿宅工程師無法完全瞭解和掌控的。所以人類心智的未來,可能還是要考量社會和文化的因素,我們畢竟不是機器人,很多無法想像的科技,不見得是我們未來一定會去追求的。

本文原刊登於The Sky of Gene

Gene Ng_96
295 篇文章 ・ 30 位粉絲
來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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【Gene思書齋】既科幻又科普的2100科技大未來
Gene Ng_96
・2013/11/05 ・3096字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

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634872692283797500Physics_of_the_Future_HC_KAKU_book

我們可能很難想像未來的生活之面貌,因為總是有意想不到的科技產生,不過科幻小說家還是能讓我們充滿想像。究竟科幻小說家想像的未來又有多真實呢?來讀讀 美國日裔科學家加來道雄(Michio Kaku)的《2100科技大未來:從現在到2100年,科技將如何改變我們的生活》Physics of the Future: How Science Will Shape Human Destiny and Our Daily Lives by the Year 2100)這本既科幻又科普的好書吧。

雖然說《2100科技大未來》是要預測未來近一百年的科技發展,不過其大半內容,主要還是要介紹現代最尖端的先進科技,以及那些尖端高科技在未來的發展。 這個任務,最有資格的執行者之一,就是作者加來道雄。和凱文.凱利(Kevin Kelly)的《科技想要什麼》What Technology Wants)偏重哲學式思考不同的,《2100科技大未來》更在乎的是科技的務實發展;其預測的未來也比《富足:解決人類生存難題的重大科技創新》 Abundance: The Future is Better Than You Think)預測的還更長遠,而且不像後者還需顧及政策面(請參見〈究竟科技想要什麼?〉〈理性樂觀的富足〉)。

加來道雄是紐約市立大學理論物理學教授,超弦理論(Superstring)的奠基者之一。他同時是Discovery頻道《科幻成真》(Sci Fi Science: Physics of the Impossible)的節目主持人。他主持了兩個廣播節目:《探索》(Explorations)和《奇幻科學》(Science Fantastic),在超過140個廣播電台播出。他還著有《穿梭超時空》(Hyperspace)、《愛因斯坦的宇宙》(Einstein’s Cosmos)、《電影中不可能的物理學》(Physics of the Impossible)、《NEXT 20 years and after》(Visions)、《平行宇宙》(Parallel Worlds)等書,大多也有繁體中文版。

加來道雄推估,我們人類社會將會在科技大幅飛躍下,在百年內進入第一型行星文明。至於啥是行星文明?加來道雄指出,那是能夠充分控制居住行星能源來源的文 明。我們現在的文明,大概是一個0.7型的行星文明。第二型文明可能開發恆星輸出的全部能量。而進入第三型狀態以後的文明,將已經探索過星系內的多數地 方。

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加來道雄探討人類文明的幾個進展方向,分別是「電腦的未來──心靈控制物質」、「人工智能的未來──機器的興起」、「醫學的未來──完美與超越」、「奈米 科技──萬物始於虛無?」、「能源的未來──來自眾星的能源」、「太空旅行的未來──奔向眾星」、「財富的未來──贏家和輸家」、「人類的未來──行星文 明」。

不過,科技始終來自人性,即使未來人類文明進展至行星文明,人類還是會深受穴居人原則的約束,也就是說我們演化千萬年而來的原始慾望(娛樂、情感、社交等),仍然不會受到高科技的改變,而且會繼續影響我們的行為、決策和選擇。

加來道雄指出,在電腦的未來中,軟性電子紙會當道,而類似Google眼鏡的也將進展至隱性眼鏡的地步。晶片將會在功能更為強大下繼續縮小,而且在生活中 各種物品中無所不在。不過加來道雄也提到晶片的縮下有其物理限制,並嚴正警告矽谷該設法準備面對,否則矽谷也會淪落成下一個鐵鏽地帶。未來甚至會出現可以 接收腦波的晶片,然後控制的物體移動和運作,我們就可以念力控制物質,未來人類就會像神話中的天神般!

《2100科技大未來》揭示的未來世界,機器人無處不在,雖然它們未必都以人形現身。機器人漸漸取代單調的工作,並代替我們去從事危險的工作。台灣未來老 齡化社會最大的隱憂是老年照護,而未來機器人可以勝任這個工作。而人工智能,也要對人類友善,以免人類淪為機器人的奴隸。

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未來我將可以便宜地取得自已的全基因體(書中用「基因組」一詞)的序列,瞭解自己罹患疾病的風險,還可以為「體質」量身訂做藥物和療法呢(請參見〈從基因標靶藥物,到實現個人化醫藥的未來基因體醫療〉)。生物醫學家還能夠利用幹細胞加上3D列表機印出完整的人體器官(請參見〈第三次工業革命的自造者時代〉)。甚至還利用基因療法來改善自己或下一代的遺傳,不過這在生物倫理學界仍有極大爭議(請參見〈人性正義的反對完美〉),我想加來道雄這位物理學家有點太單純了。

《2100科技大未來》還預測出可以隨時監控癌細胞晶片,在我們吃喝拉撒睡時守護我們的健康。其實,儘管所有動物都難逃一死,不過並非所有動物都會經歷老 化(例如海龜等爬蟲動物,不是老死,而是因為意外、饑餓或被獵食而死),因為只要我們掌握這些動物不老的秘密,我們就能減緩老化、延長壽命。

未來科學家和工程師會開發出利用分子、甚至原子層次的奈米裝置。在醫療方面,癌細胞在被上述晶片測偵出時,就利用奈米裝置巡航我們身體,把癌細胞找出並消 滅它們。雖然晶片可能無法再更為強大下繼續縮小,但是量子電腦或是DNA電腦出現可以取代晶片的不足。可程式化材可能將會讓《魔鬼終結者第2集》 (Terminator 2: Judgment Day)中可以改變形狀的殺手機器人可行,不過與及用來當殺手,我們將會用可程式化材來製造建築、家具等等吧,還可視使用情況或心情調整形狀和結構呢。

《2100科技大未來》指出,受控核融合將完全取代石油的乾淨能源方案,書中清楚並深入淺出地解釋了受控核融合在工程上的可行性及困難處。不少物理學家也對受控核融合在我們有生之年成為實際運作的科技深具樂觀的信心(請參見〈給未來總統的物理課-必須面對的科學真相〉)。還有利用室溫超導體可以做出磁浮科技,未來汽車、列車可以高速在低阻力的情況下行駛。室溫超導體也可以大幅降低電子在纜線內傳輸的耗損,讓未來電力經濟地超長距離傳輸成為可行。

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談科技未來,不免俗一定得提到星際旅行。《2100科技大未來》指出,未來利用大空電梯探索《地心引心》(Gravity)中呈現的地球美景,將不再是夢 想而已。而人類下一趟最大探險,將會是火星登陸。我們甚至有可能再利用當時的高科技,改變火星大氣而讓人移居。我們也將會派機器人前往其他太陽系探險。

最後,《2100科技大未來》討論人類的財富未來。加來道雄指出,科學實際上就是經濟繁榮的引擎,也有經濟學家同意並也提出現在的經濟停滯發展就是因為受限科技進展(請參見〈軟柿子不再垂得低低的大停滯〉)。《2100科技大未來》也表示,未來主要的工作將是屬於需要有判斷力與創造力者。機器人將取代只能執行單調重複動作的工人。未來的人生勝利組將是屬於能夠好好用心地利用知識提供有效判斷力的人。

加來道雄卻感嘆現在美國的金頭腦大都跑去華爾街玩財富轉來轉去的炒作遊戲,而非投入科學與工程的研發。當然金融業的資金流動對科技業也很重要,但過猶總是 不及的。再加上,歐美日等先進國政府也因舉債過高而大砍科研預算,而且也有新自由主義論者從沒弄懂,政府才是高風險科研唯一也是最佳的支助者,因為極少有 大企業有能力和心思會想要進行革命性科技的研發,而僅是把政府支持研發出的知識做應用性開發。

我們未來的前途,可能不是科學家和工程師的能力問題,而是政治和經濟能否有足夠的智慧允許科學家和工程師從事未知知識的研究探索。因此,《2100科技大 未來》所樂見的高科技文明的願景,只要在世界各大國政府仍然還有遠見地繼續大力支持和贊助科學研究的情況下,就會是我們人類的實際未來!

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本文原刊登於Readmoo.com【GENE思書軒】,並同步刊登於The Sky of Gene

Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋