大創意：五千年來改變世界的科學大發現

大部分歷史書籍按例都會以所謂「開始」來起頭，也就是發生在好久好久以前，或不那麼久以前的事。這些歷史書也通常照著我們習慣的時序向前推進，從遠古到近代，最後推展至今。從過去到現在：我們一向用這種方式書寫、閱讀歷史。但這本書順序相反。我們從現在、甚至未來說起，然後回溯過去，每翻一頁，就往過去推進一些。這種作法，有點像是有人要你訴說自己的人生故事，而你從現在發生的事說起，然後再回想你的青少年時期、童年時期，最後回到出生時。

事實上，這本書可說是含括了24個這種人生故事：這些迷人的故事錯綜複雜，訴說了現代科學和科技中24個最重要的構想；這些改變了人類生活的發明，勢必也會用我們難以想像的方式改變未來。

這些發明都奠基於先人的概念、實驗、發現和成就。少了感應馬達、發電與儲電、煉鐵技術、車輪，人類也無法發明出電動車來。這本書的重點，就是要將這些故事連結起來，探討好幾世紀以來，各個領域的人類經驗。

分門別類

在這個穿越時空的旅程中，我們將全世界的重要構想分為六種科技領域，依章節介紹：

 資訊與傳播，包含了電腦科技與傳播科技

 健康與醫藥，著重討論人體健康

 物理與宇宙，包括人類對外太空的觀察、主宰地球上各種現象的物理原則，以及將這些原則融會貫通後，我們學得的知識

 化學與材料，各種物質的分析、合成和運用

 生物與環境，了解我們所在的世界

 交通運輸與太空探索，人類發明的移動與探險方式

沒有任何分類堪稱完美，因此我們也會留心那些跨領域的影響和發明，並在書中交叉引用之處加註這些連結。



穿越時空

每一章節裡的基線，都依照顛倒的時序推進。每條時間軸都列出該領域最重要的發明、發展或突破——現在與未來的重大構想，都源自於此。每條時間軸上的日期都始於近代，然後向過去推展，有時只向後推幾年、幾十年，有時則隔了好幾世紀，如此一路回溯影響人類的重大成就。

時間軸上的各個突破，也都加註了「使用中」或「理論階段」等字，兩者都是科學與工程史上的關鍵時刻。每個領域的進展速度各異。十八世紀的啟蒙思想家也許深深影響某個領域，但在另一個領域的成就，則可能集中在十九世紀末或二十世紀初。

沒有任何的科技進展，可以完全與其他領域無關。因此我們雖然將科技的演進分為六個領域，最後仍在結論的章節整合所有領域，並按照單一時間軸，展示從現代至史前時代的所有重要事件（第302至309頁）。

24個重大構想

在這六大章節中，每一章都介紹了四個重大構想，都是註定會改變未來的新發明。每十頁左右，就會有兩頁介紹前言，強調該章節的時間軸。倘若把所有事件放在時間軸上，這些事件就都會擠在起始處，也就是現代。但本書將所有重大突破分散在各章節，提示人類的未來構想如何與過去結合。

這些構想有些已經成了日常生活的一部分，例如很多人可能都會透過網路，用雲端計算來儲存、寄送或分享資料。有些構想在現今研究扮演重要角色，但一般人可能不太熟悉，例如科學家仍不斷利用海底探測技術，向地球海洋更深的未知處探索。

不過有些構想仍在理論階段。舉例來說，很多工程師都提出了外星殖民的構想，尚未實踐。儘管這些都還只是未實現的理論，仍不減其重要性。誠如本書所呈現的，過去的理論會成為未來的現實，而今日的重大構想，無疑也會成為未來舉足輕重的成就。

圖說：

構想網絡

本圖說明網路的概念，顯示來自世界各地的資訊如何傳送、接收，形成數十億個交叉點，各種概念便如此聯繫、匯集。

兩種頁面設計

下圖說明本書特色。書中包含兩種頁面：重大突破的時間軸，以及重大構想。這兩種表現方式雖然不同，但能互相補充。

時間軸圖

事件日期

在每一頁中央的時間軸上，這些記號註明了下方重要事件的發生日期。

事件種類

這究竟是有人提出、證明過的理論？或是已在真實世界實現的發明？這裡註明了每個突破究竟是「理論階段」或「使用中」。

人物側寫

簡短回顧那些提出重大構想的今人或前人的生平。

連結或反彈

事件不一定照著直線時間軸進展。有的時候，不同領域的發明會匯合在一起，在此標示為「連結」。有時社會力量反而阻礙了發展，則標示為「反彈」。

前人研究

是什麼構想和發明，奠基了這項重要成就的根本？讀者有機會不妨往前或往後交叉參考此處的連結。

重大構想圖

重大構想訊息

頁面左上角有個黃色長方形，是在時間軸中插入重大構想的說明，在本書中為標號1至24。

迷你時間軸

有哪些關鍵事件，為這個重大構想鋪路？迷你時間軸細究每個重大構想的前身。

第一章

資訊與傳播

里程碑

18 從今日回溯至1971年

74 1969年至1947年

86 1946年至1876年

98 1854年至西元前3000年

重大構想

26 強化實境

36 量子運算

48 雲端運算

60 人工智慧

簡介

傳送信號

現今世界充滿了各種無線電子資訊和通訊科技。然而在我們上一代的生活中，手機、網路和個人電腦雖然已經問世，卻還不是日常生活中的一部分。這些改變世界的技術，背後究竟隱藏了哪些重要概念？早期的理論、發現和發明，究竟如何在過去幾個世紀間演變為現代的技術？二十一世紀的未來資訊技術，又會是什麼面貌？

構想從不獨立存在，而是互依互存的。十七世紀後，科學家對二進位數字的透徹理解，成了電腦與通訊技術的主軸。電腦是種具有邏輯的機器，以在十九世紀發展出來的布爾邏輯（Boolean logic）來運作。1930年代，人們藉由所謂杜林機器（Turing machine）的理論概念，看到了電腦的潛力，儘管當時幾乎還沒有任何計算裝備能達到那種境界。名為ENIAC的電腦，製造於1940年代，由1萬7千個真空管組成，重量超過30公噸，當時美國軍方利用它來計算砲彈的軌道。ENIAC問世過後不久，電晶體取代了真空管，十年後的積體電路（即今日微處理器的基礎），更讓個人電腦變得可以企及的目標，儘管後者到了1970年代才問世。

在那之後的發展呢？電腦變得更小、更快也更便宜，而全世界的人，也因為網路這種基礎結構，連結得更緊密了。如今科學家正試圖利用量子力學的原理，改進電腦資訊處理的能力，希望能研發出比非量子電腦更有效率的新機種。網路被利用在雲端計算上，有些電腦程式，則成功地被賦予了學習的能力。

通訊技術的發展史中，有個很明顯的趨勢：發送和接收電子訊號的方式，變得越來越精細。電報於1830年代問世，是那個時代的創舉，人們第一次能用不可思議的速度，與遠方的人溝通。無線電波在十九世紀後半問世，是今日無限傳輸的前身。1940年代後期，也就是杜林理論成型的十年後，數學家克勞特‧雪龍（Claude Shannon）推導出一套通訊數學理論，即今日人們所知的資訊理論，成為幾乎是所有現代電子通訊的基石。如今強化實境正慢慢滲透我們的生活中，這是一種結合電腦和通訊的技術，用以發展全球衛星定位系統、無限傳輸，以及更小但更有效率的計算儀器。

圖說：

Linux作業系統

托瓦茲於1994年研發出Linux核心，當時他才21歲。

全球資訊網

我們可以從網路的全球「地圖」，了解現今網絡的發展程度。全球資訊網是個龐大的全球社群，可透過網路連結。

從今日回溯至1971年

圖說：

塔克斯（Tux）企鵝是Linux的吉祥物

1994年

Linux作業系統

使用中

Linux作業系統顛覆了軟體世界。芬蘭軟體工程師林納斯．托瓦茲（Linus Torvalds）創造了Linux，並於1994年公開於世。「核心」（Kernel）是Linux系統的中樞，整個作業系統以其為中心運轉。Linux系統的獨特之處，在於它的程式原始碼是開放的，任何人只要遵循GNU通用公共許可證（這是許多軟體都通用的免費許可證），就可以自由使用。使用者可按照其商業或非商業需求，任意操作Linux系統。

評論者當初將Linux貶低為一種「嗜好」，他們認為該系統無法滿足大眾對計算的需求。然而如今Linux的使用者已遍布全球。事實證明，相對於私營的Unix和微軟視窗，Linux是個可行的替代作業系統，因為它很穩定、功能強大，可以經過修改以因應各式各樣的計算需求。許多大公司都十分仰賴Linux系統，包括IBM和惠普（Hewlett-Packard）。

Linux通常包裝成可供個人電腦和伺服器使用的格式。個人電腦中，常見的Linux應用程式包括火狐狸網路瀏覽器、OpenOffice.org的辦公應用套件，以及GIMP影像編輯器。

現在有越來越多的家用或辦公用個人電腦系統，都採用了Linux。此外，Linux可以直接以所謂「嵌入」的過程，內建於微晶片上。有越來越多的各種電器和裝置，都開始使用Linux系統，包括手機、平板電腦，乃至大型主機和超級電腦。



開放原始碼（open source）

連結

「開放原始碼」是指將軟體免費開放給所有人使用及修改。根據開放源碼組織（Open Source Initiative）的說法，此舉的好處是能讓軟體「品質更好、更可靠、更有彈性、成本更低，同時可以終結貪婪商人對市場的封鎖。」有些人認為，開放原始碼的作法缺乏保障，終端使用者也得不到支援。然而無可否認的，這種哲學對軟體研發的影響深遠。舉例來說，2009年Linux作業系統就佔了伺服器市場的20%至40%。

1990年

全球資訊網（World Wide Web）

使用中

全球資訊網將全世界數百萬台電腦連結起來，讓所有人都能取得這些電腦裡的所有資訊，並因此永遠改變了我們的生活。「全球資訊網」與「網路」這兩個詞彙常被混為一談，但兩者指的其實是不同件事。網路可能在沒有資訊網的情況下存在，但沒有網路，資訊網就不可能存在。網路於1962年問世，是當時由美國軍方提出的ARPANET計畫，可以將兩台電腦連結成網絡。到了1992年，該網絡已經發展成可以連結數百萬台電腦。

到了1990年，英國電腦科學家提姆．伯納斯李（Tim Berners-Lee）發明了全球資訊網。他創造了第一個可用網際網路相連的網頁瀏覽器和網頁。網頁含有超文件（hypertex），這是興起於1960年代、一種在螢幕上顯示的文字，內含可以連到其他文件的超連結。至於其餘的故事，就是我們熟知的歷史了。網路對經濟和社交影響最甚之處，在於人與人之間的溝通變得容易許多。網路是個龐大的全球社群。來自加拿大、南非、澳洲的人，可以彼此交流思想，或辯論時事。莫斯科的一名女性，可以跟一名巴西男性購買完全合乎需求的珍藏品。

科技索引

個人電腦（第22頁）

公用鍵密碼系統（第23頁）

網際網路（第28頁）

視窗作業系統

這個作業系統原名為介面管理器，並且以「視窗」之名發行，因為那最能貼切形容系統計算「視窗」的圖像性。以下是視窗系統於1985年（上圖）和目前（下圖）的標誌。

全球衛星定位系統

衛星

GPS網絡是由24顆運作中的衛星組成。這些衛星傳送的訊號，包含了數據本身，以及傳送訊號所需的精確時間。

接收器

接收器會測量訊號傳送和接收的時間，藉此估測衛星訊號傳到接收器所花的時間。

裝置

接收器會估測它與至少四個GPS衛星之間的距離，並在三維空間計算某個人的位置。

提姆．伯納斯李（Tim Berners-Lee）

人物側寫

1989年，網際網路問世約十年後，牛津大學畢業的英國電腦科學家伯納斯李（1955年～）希望能利用網際網路的基本技術，提供一個使用方便、也容易放置圖片的地方，讓所有人都能取得各式各樣的資訊，不受拘束。於是伯納斯李在歐洲共同核子研究所（the European Particle Physics Laboratory，簡稱CERN）工作的時候，便創造了全國資訊網。他說：「這種普遍性非常重要……這個夢想還有另一點很重要，那就是它非常普遍，可說是反映了現實生活中，人們工作、遊樂和社交的情況。」

大部分歷史書籍按例都會以所謂「開始」來起頭，也就是發生在好久好久以前，或不那麼久以前的事。這些歷史書也通常照著我們習慣的時序向前推進，從遠古到近代，最後推展至今。從過去到現在：我們一向用這種方式書寫、閱讀歷史。但這本書順序相反。我們從現在、甚至未來說起，然後回溯過去，每翻一頁，就往過去推進一些。這種作法，有點像是有人要你訴說自己的人生故事，而你從現在發生的事說起，然後再回想你的青少年時期、童年時期，最後回到出生時。

事實上，這本書可說是含括了24個這種人生故事：這些迷人的故事錯綜複雜，訴說了現代科...

人類最初的重大構想，皆出於一些極具創意的男女之手，他們的名字已不可考。這些人發明了碗、獨木舟、輪子、作物栽培、煉銅技術，或在濕黏土上雕刻而創造了書寫，而我們卻沒有立紀念碑紀念他們的事蹟。儘管如此，他們留下的遺產仍充斥我們周遭，是現代世界的基石。

隨著書寫問世，重大構想成了那些大思想家提出的見解。這些人被稱為智者，他們提供了寶貴的洞見，但鮮少發明新的事物。相反地，他們只分析、重組已知的少數事實，就好像監獄裡的紙牌好手，永遠在洗同樣那一副牌。

科學技術通常不會以這些智性傳統為基石，反而常常顛覆傳統，回到原始人的習慣，也就是以應用為目的修改其發明。伽利略、吉爾伯特、哈維和牛頓這些科學先驅者，不太需要針對古老的定律進行學術性的分析，而比較傾向採用法蘭西斯．培根（Francis Bacon）的做法。培根是十七世紀科學界的先知，曾如此形容劍橋大學的那些教授：「他們彷彿一群在風平浪靜中行駛的船，自己動也不動，只靠著他人的鼻息前進。」

科學家喜歡挖掘新的事實，例如地心引力和磁力如何作用、血液如何在人體內循環、星球又如何繞著太陽轉動。他們參考的概念，與其來自古老的書籍，不如取自實驗和發現——按照伽利略的說法，也就是藉由閱讀「大自然這本書」。

多虧這些科學家的努力，世界各地居民的生活，出現了前所未有的改善。在科技革命以前，一般人都目不識丁，每年只能賺幾百元，壽命大多少於三十歲。如今80%的人都識字，全球收入的中位數超過七千元，而出生時的預期壽命則將近七十歲。跟過去陰暗漫長的人類歷史（以及史前時代）相較之下，這一切進展飛速，很多人甚至因此毫無知覺。

我的書桌上擺了一把手斧，是3萬4千年前尼安德塔人用黑曜石削成的。那是一把好斧頭，只要拿在手上，你馬上就會開始想像各種可以做的事，例如切肉，或用這個斧頭來防衛自己，或製造另一把斧頭。這種直接與自然接觸後，學到的事、受到的啟發，都是科學與科技進步的動力。

培根在寫述現代科學的萌芽時，主張實驗者「就像螞蟻，只會收集、使用」，但邏輯學家卻「像蜘蛛，利用自身擁有的事物來製造蜘蛛絲」。「但蜜蜂則採中間路線，」培根寫道：「它會從花園、田野間的花朵中收集物資，靠自己的力量轉變、消化這些物質。」

時間證實培根的觀點是對的。現代科學家沉浸在各種技術和科技中，往往無法掌握事情的始末。學者和神父都不喜歡這樣交錯複雜的程序，但是這種方式成果顯著──如今人們在十年內發現的事實，比過去一個世紀發現的還要多。

培根倘若尚在人世，可能就會將全球科技比喻為一片因蜜蜂而綻放的野花：種類繁多得驚人，但每一朵都是大自然的見證。你手中的這本書，將帶領你進入讓人興奮的輝煌世界。總而言之，歡迎來到書中這個如蜂窩般錯綜複雜的世界。

—提摩西．費瑞斯

人類最初的重大構想，皆出於一些極具創意的男女之手，他們的名字已不可考。這些人發明了碗、獨木舟、輪子、作物栽培、煉銅技術，或在濕黏土上雕刻而創造了書寫，而我們卻沒有立紀念碑紀念他們的事蹟。儘管如此，他們留下的遺產仍充斥我們周遭，是現代世界的基石。

隨著書寫問世，重大構想成了那些大思想家提出的見解。這些人被稱為智者，他們提供了寶貴的洞見，但鮮少發明新的事物。相反地，他們只分析、重組已知的少數事實，就好像監獄裡的紙牌好手，永遠在洗同樣那一副牌。

科學技術通常不會以這些智性傳統為基石，反而常常顛覆傳統，...

第一章　資訊與傳播
第二章　健康與醫藥
第三章　物理與宇宙
第四章　化學與材料
第五章　生物與環境
第六章　交通運輸與太空探索

第一章　資訊與傳播
第二章　健康與醫藥
第三章　物理與宇宙
第四章　化學與材料
第五章　生物與環境
第六章　交通運輸與太空探索