“黑箱”是控制论中的概念。意为在认识上主体对其内部情况全然不知的对象。“科技黑箱”的含义与此有所不同，它是一种特殊的存贮知识、运行知识的设施或过程，使用者如同面对黑箱，不必打开，也不必理解和掌握其中的知识，只需按规则操作即可得到预期的结果。例如电脑、手机、摄像机、芯片，以及药品等，可以说，几乎技术的全部中间和最终成果都是科技黑箱。在科技黑箱的生产过程中，科学知识是基础，价值观和伦理道德则对科学知识进行选择。除此以外，科技黑箱中还整合了大量人文的、社会的知识，并且或多或少渗透了企业文化和理念。这样，在电脑或手机中就集成了物理学、计算机科学、管理学、经济学、美学，以及对市场的调研和政府的相关政策等知识。

    科技黑箱是特殊的传播与共享知识的媒体，具有三大特点。首先，它使得每一个使用者——不仅牛顿，都能直接“站在巨人的肩上”继续前进。试想，如果要全世界的电脑使用者都透彻掌握电脑的工作原理，掌握芯片上的电子理论，那需要多少时间？知识正是通过科技黑箱这一途径而达到最大限度的共享。如今，计算机天才、黑客的年龄越来越小，神童不断出现，他们未必理解计算机的制作过程就能编写软件、破译密码。每一代新科技黑箱的出现，就为相对“无知识”的年轻一代的崛起与赶超提供了机会。其次，处在相对低端的科技黑箱往往与语境和主体无关，而处于高端的科技黑箱则需满足特定主体在特定场合乃至心理的需要。人们很少能对一把锤子做什么改进，而使用一个月后的电脑则已经深深地打上了个人的印记，这就说明，在认识变得简单易行之时，实践变得复杂和重要。最后，当科技为我们打开一扇又一扇门的时候，我们能拒绝它的诱惑不进去吗？而一旦进去，我们的行为能不受制于房间和走道的形状吗？表面上是使用者在支配科技黑箱，然而科技黑箱却正在使用者者“不知情”的情况下，对使用者施加潜移默化的影响，也就是说使用者被生产方对象化了。

    值得注意的是，科技黑箱在使科技知识被使用者广泛共享之时，也往往使这部分知识因共享而贬值甚至被人遗忘。那么还要不要学习集成于科技黑箱中已经贬值的科技知识，例如电磁理论、牛顿力学，甚至四则运算？这是一个很有意思的问题。技术所构成的平台还有一个历史维度。时至今日，历史上的很多技术已经失传或过时，但是也有相当多的技术流传至今，例如中国的针灸，以及散落在各古老民族中的特殊技法等科技黑箱都是如此。这提示我们，对于历史上存在过的知识应予宽容。此外，由于使用者不必从头学起即可操作科技黑箱，于是就可能发生对科技黑箱的滥用。科学技术是一把双刃剑，科技黑箱无疑会使得双刃剑的哪一刃都变得更为锋利。 

（摘编自吕乃基《行进于世界3的技术》）

人类与技术环境

    近几十年来，人类发明了维生素、杀虫剂、电视、雷达、原子反应堆、电子计算机……这一切构成了今天高度发达的技术环境，也称为“第二自然界”，使地球上的物质以惊人的速度增长，大约每隔15年其数量增加一倍。在当今世界，人类正面临着自己建造的技术环境的严峻挑战。

    跟技术环境的     ①速度相比，生物机体的      ②速度极其缓慢。考古学家和人类学家都认为，原始人和现代人在大脑构造上相差无几。几千年来人对语言的反应速度并无差异，基本上是平均每秒钟接受2.5个单词。然而，从世界上第一台电子计算机的每秒运算5000次      ③到当前的每秒钟几十亿次的大型电子计算机，还不到半个世纪的时间。

    人的大脑能否不断适应飞速发展的技术环境呢？有的人甚至认为将来人工智能也许会完全取代自然智能。难道果真如此吗？科学界的有识之士，对于第一点的回答是肯定的，而对于第二点则持否定态度。

大脑是人类自然智能取之不尽用之不竭的源泉。人的大脑里的神经元有140多亿个，构成了地球上最完善和效率最高的自然信息系统，这是自然界美妙绝伦的创造，是人类发明的任何先进的信息技术工具或人工智能所无法超越的。

    总之，尽管人类创造的技术环境无时无刻不在向它的主人提出严峻的挑战，但是，在利用和改造自然界的过程中，人类永远是技术环境的主人。

4G通信

    就在3G通信技术正处于酝酿之中时，更高的技术应用已经在实验室进行研发。因此在人们期待第三代移动通信系统所带来的优质服务的同时，第四代移动通信系统的最新技术也在实验室悄然进行当中。

    那么到底什么是4G通信呢？

    有人说4G通信的概念来自其他无线服务的技术，从无线应用协定、全球袖珍型无线服务到3G；有人说4G通信是一个超越2010年以外的研究主题，4G通信是系统中的系统，可利用各种不同的无线技术；但不管人们对4G通信怎样进行定义，有一点人们能够肯定的是4G通信是一个比3G通信更完美的新无线世界，它可创造出许多消费者难以想象的应用。4G最大的数据传输速率超过100Mbit/s，这个速率是移动电话数据传输速率的1万倍，也是3G移动电话速率的50倍。4G手机可以提供高性能的汇流媒体内容，并通过ID应用程序成为个人身份鉴定设备。它也可以接受高分辨率的电影和电视节目，从而成为合并广播和通信的新基础设施中的一个纽带。此外，4G的无线即时连接等某些服务费用会比3G便宜。还有，4G有望集成不同模式的无线通信——从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广播电视到卫星通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。

     4G通信技术并没有脱离以前的通信技术，而是以传统通信技术为基础，并利用了一些新的通信技术，来不断提高无线通信的网络效率和功能的。如果说3G能为人们提供一个高速传输的无线通信环境的话，那么4G通信会是一种超高速无线网络，一种不需要电缆的信息超级高速公路，这种新网络可使电话用户以无线及三维空间虚拟实境连线。另外由于技术的先进性确保了成本投资的大大减少，未来的4G通信费用也要比3G通信费用低。

     4G通信技术是继第三代以后的又一次无线通信技术演进，其开发更加具有明确的目标性：提高移动装置无线访问互联网的速度。据3G市场分三个阶段走的发展计划，3G的多媒体服务在10年后进入第三个发展阶段。在发达国家，3G服务的普及率更超过60%，那么这时就需要有更新一代的系统来进一步提升服务质量。

    为了充分利用4G通信给人们带来的先进服务，人们还必须借助各种各样的4G终端才能实现，而不少通信营运商正是看到了未来通信的巨大市场潜力，他们已经开始把眼光瞄准到生产4G通信终端产品上，例如生产具有高速分组通信功能的小型终端，生产对应配备摄像机的可视电话以及电影电视的影像发送服务的终端，或者是生产与计算机相匹配的卡式数据通信专用终端。有了这些通信终端后，手机用户们就可以随心所欲的漫游了，随时随地的享受高质量的通信了。

材料一：

由于每个物种都有按照几何级数过度繁殖的趋向，而且各个物种中变异了的后代，可以通过其习性及构造的多样化去占据自然条件下多种多样的生活场所，以满足数量不断增加的需要，所以自然选择的结果就更倾向于保存物种中那些最为歧异的后代。这样，在长期连续的变异过程中，同一物种的不同变种间细微的特征差异趋于增大，并成为同一属内不同物种间较大的特征差异。新的改良变种必将替代旧的、少有改良的中间变种，并使其绝灭；这样，物种在很大程度上就成为确定的、界限分明的自然群体了。每一纲中凡是属于较大种群中的优势物种，它更能产生新的优势类型，其结果必然是每一个大的种群在规模上更趋于增大，同时性状分异也就更大。由于地球上的生存空间有限，不可能允许所有的种群都扩大规模，其结果就是优势类型在竞争中打败了较不占优势的类型。这使大类群在规模上不断扩大，性状分异更趋明显，并不可避免地导致大量物种的绝灭；这就可以解释为什么仅有极少数大纲在竞争中自始至终占据着优势，而其中所有的生物类型都可以排列成许多大小不一的次一级生物群。用特创论的观点完全不能解释为什么在自然系统下所有的生物都可以划归大小不等的类群这一重大事实。

由于自然选择仅通过对微小、连续且有益变异的逐步积累而产生作用，因而它不会导致巨大的突变，而只能按照短小而缓慢的步骤进行。所以，已为新知识所不断证实的“自然界中没有飞跃”这一格言也是符合自然选择学说的。我们可以看到，自然界中可以用几乎无穷多样的方式来达到一个共同的目的，其原因就在于每一种特性一经获得，便可永久遗传下去，通过不同方式变异了的构造必须适应一个同样的目的。总之，自然界是吝于重大革新但奢于微小变异的。但是假如说每一物种却是独立创造出来的话，那就无法解释这种现象如何构成了自然界的一条法则。

许多其他的事实，据我看也可用这一理论予以解释。下述现象似乎十分奇怪：一种像啄木鸟形态的鸟却在地面上捕食昆虫；高地上的鹅很少或根本不游泳，但却具有蹼状脚；一种像鸫的鸟却能潜水并取食水生昆虫；一种海燕具有适合海雀生活的习性和构造。这样的例子不胜枚举。每一个物种总是力求扩大其个体数目，而且自然选择总是要求缓慢变异的后代去努力适应那些自然界中未被占据或尚未占尽的地盘。根据这种观点，那么上述的那些事实，不仅是不足为怪的，甚至是意料之中的。

（节选自达尔文《自然选择的证明》，舒德干等译）

材料二：

以现代的进化思维来看，始祖鸟是一种过渡型动物，其化石是长羽毛的恐龙向鸟类转变的过渡型。但在始祖鸟生活的年代，它并不是什么过渡型或者半成品，它是一种对环境适应得很好的生物。对人类设计者来说，相对于我们对鸟类模样的预期，始祖鸟看上去像一种不完善的鸟，因为我们对鸟类的期望是由今天的鸟类决定的。在始祖鸟自己的年代，它是其生态系统里一个非常完善的竞争者。

近年来一系列的科学发现展现了一种生物与另一种生物之间的过渡，填补了进化故事中的空白，长着羽毛的恐龙就是这类发现之一。转换的精确瞬间几乎不可能找到，但在很多情况下，找到更加广泛的中间类型是有可能的——只要坚持不懈，再加一点巧妙策略。

很多年里，进化科学家因为找不到鱼和陆生动物（例如蜥蜴、鳄鱼和短吻鳄）之间的过渡型而感到沮丧，一直到他们开始思考：这样一种动物应当住在沼泽或湿地里，并且它应当生活在3.75亿年前。当人们发现了一片化石沼泽时，他们去看了，这片化石沼泽由地质板块运动带到北方，到达如今的加拿大东部。尼尔·苏宾就是这样发现了奇妙的提塔利克鱼的，它有着介于鳍和腿之间的过渡特征。在我们的讨论背景下，可以说提塔利克鱼有着半成品的腿，但从这种生物自身的角度来说，根本没有半成品这回事。它所拥有的是某种能够让它爬上陆地、逃避捕食者，也许还能更好地观察潜在猎物的东西。

这个发现的重要性再怎么强调都不为过。作为科学家以及运用科学方法的普通人，我们要的是预测，想要建立让我们对未来作出预测的理论，这是我们的本性。我们祖先中间的那些不操心预测未来的人，毫无疑问很快就在竞争中败给那些能预测季节变化、猎物群迁徙、食用植物生长的人。科学家预测能发现提塔利克鱼这样的动物，然后他们真的发现了。

无论是半成品翅膀，还是半成品的足，它们都适应得很好，足以应付其后代在今天飞翔、行走和游泳的需求。每种特征在自己的年代里都必须运作得足够好。它们都确实做到了这一点：足够好。

（摘编自比尔·奈尔《无可否认：进化是什么》，王艳红译）

科学中的对称

对称既然在人类历史上占有非常重要、非常基本的地位，哲学家和科学家很自然会想广泛地加以运用。1595年的时候，天文学家开普勒就曾经想用一些几何的对称来解释太阳系各行星轨道的直径的比例。他希望在一个球里面放一个内接的正方体，在这个正方体里面放一个内接的正三角体，希望用这些正多面体的大小比例来解释太阳系各行星轨道的大小比例。我们知道许多早期用到科学上的对称原理，并没有很大的成果，可是它们说明了科学家很早就对对称发生兴趣了。

对称在科学界开始产生重要的影响始于19世纪。发展到近代，我们已经知道这个观念是晶体学、分子学、原子学、原子核物理学、化学、粒子物理学等现代科学的中心观念。近年来，对称更变成了决定物质间相互作用的中心思想。（所谓相互作用，是物理学的一个术语，意思就是力量，质点跟质点之间的力量。）

 我今天要跟大家讨论的是对称观念对20世纪物理学的作用。我准备分下列几节来讨论：①、②、“群”与对称、守恒定律与对称、宇称守恒与左右对称、规范对称。最后，我想跟大家谈一下未来的发展。

①

1871年麦克斯韦发表了一篇题为《物理量的数学分类》的文章。麦克斯韦以及比他更早的一个数学家兼物理学家哈密顿，了解到物理里面所讲的量不止一种，有的叫作标量，有的叫作向量。标量没有方向，向量除了大小外，还有方向。这篇文章非常有意思，因为今天物理学常用的一些观念，这篇文章已经非常清楚地用一些几何图像表示了出来。比如麦克斯韦称为“内向”的观念，今天我们常把这个量叫作“散度”（即向外发散的程度），这是一个重要观念。另一个重要的观念叫作“旋度”。这些观念的引进都有赖哈密顿跟麦克斯韦的努力。

在另外一篇文章里，麦克斯韦把电学跟磁学的基本公式写了下来。这是19世纪最重要的物理学工作，麦克斯韦写这篇文章的时候，对于向量的观念虽然已经非常了解，却没有引进向量的符号。他所写的方程式的数目非常多，因为他把每一向量的不同分量都写了出来，一共写了20个方程式。这些方程式，今天我们用向量的方法可以简化。麦克斯韦方程式之重要，是没有方法在这里完全讲清楚的。今天一切关于电学、磁学和光学的了解，今天我们所看得见的关于电学、磁学的运用，包括发电机，包括无线电、电视、计算机，包括家里所用的一切电器，这一切，都是后来的物理学家根据麦克斯韦公式渐渐发展出来的。麦克斯韦公式可以说是对称原理在物理学里面第一个重要的贡献。

为什么说是对称原理呢？因为对称原理与方向和向量的关系非常密切，而我们所以能够把那20个方程式写成4个方程式，就是因为这20个方程式含有对称性，把这个对称性很根本地写到方程式里面去，就可以写出精而简的方程式。通过方程式的精简化、我们才可以把电磁学发展到更基本、更深入的程度。

                              ② 

在物理学里面对称的第二个重要的用途与晶体的构造有关。晶体的对称是非常明显的：一块很大的晶体，把它移动一个晶格的话，整个结构并不改变。这在艺术上也是一个很普通的观念。许多晶体大家都可能在艺术品上见过。事实上，今天我们家里浴室的地板都是这一类结构拼起来的。晶体的结构里有一个非常重要的观念，就是不变元的观念。我们把整个结构向右边移动一个格，图案不改变，这个不改变晶体的移动就叫作一个不变元。一个晶格通常有很多不变元。

对称与不变元有密切的关系。在19世纪经过长期研究以后，物理学家渐渐了解到下面这句话：晶体的许多性质，只决定于它的不变元的结构。了解清楚所有的不变元就可以了解晶体的很多性质。同时，两个化学成分完全不一样的晶体，假若它们的不变元完全一样的话，那么它们很多性质都是一样的，这是一个非常重要的原理。

对每一个三度空间的不变元结构，就有一种结晶。从19世纪末这项发现（即结晶一共有230种）发展出空间群的观念。空间群的观念，是从1830年到1893年的60多年间，经过许多重要的科学家的努力提炼出来的。在1890年左右，好几位科学家差不多。同时断定有230种不同的三维的晶体。这可以说是对称对于物理学的第二个重大贡献。

跟刚才所讲的有关的是一个很有意思的近代贡献。1955年克里克和沃森研究病毒结构的时候，理论上推测说有些病毒的蛋白质构造是一个正二十面体或者正十二面体。他们的这个推理极妙，因为十几年后，克鲁格跟他的一些合作者果然发现，某些病毒的构造正是相当完整的二十面。
 

（摘自杨振宁《对称与20世纪物理学》）