“地球脑”前传

前面说过，电在自然界广泛存在，并不是人类的发明，但和火一样，它的规律最终还被人类掌握了，并成为第二次工业革命的代表性应用。除了传递能源，人类还依靠它实现了信息通讯的飞跃。

美国人萨缪尔·莫尔斯因为电报被载入了人类历史。但莫尔斯并不是电报的发明人，比他早100年，欧洲的科学家就发现可以用电流的特性传递信号。1753年，一名英国人提出过使用静电来拍发电报，他的想法很像远距离的打字机，使用26条电线分别代表26个英文字母，接收方给各电线接上纸条。发报方按文本顺序给电线加静电，当静电传导到接收方，纸条会因静电而运动，接受者把每个运动纸条代表的字母记录下来，最后连在一起形成单词或句子。这种方式看似很美，但由于效率低，并没有得到广泛的应用。

莫尔斯既不是物理学家，也不是工程师，而是一位画家，他四十多岁才投入电报研究。莫尔斯制作的电报更像远距离的电铃，他的伟大之处并非电报机本身，而是莫尔斯电码（Morse Code）。莫尔斯只用一根电线，通过时通时断的发出信号，制造出点（.）、划（-）、停顿的信息，并以它们的不同排列组合来表达不同的英文字母、数字和标点符号，最后连在一起形成句子。

用今天的观点看，莫尔斯电码是一种早期的数字化通信形式。在此之前，人们一般使用可视化的文字直接传递信息。文字可以直观的表述语言、容易学习和识别，但对书写载体依赖很强，早期人类尝试过把它刻在石头上，写在羊皮或竹简上，直到中国汉代以后才逐渐普及纸张。但就传输而言，无论是利用驿站体系飞马传书，还是用信鸽，其形式都是要把文字写到信纸上，然后再利用交通工具把信带到远方，信息传递的速度取决于交通工具的速度。而电流的传播速度是光速，这意味着可以把信息以光速进行传播。但文字怎样才能“塞”进电线呢？莫尔斯的方法是根据电流的特性把文字转换成的编码，传到接收方再通过解码还原成文字。

1843年美国国会接受了莫尔斯的方法，拨款建造了华盛顿一巴尔的摩之间的四十英里的实验性电报线，1844年5月24日，莫尔斯用一连串的点、划，滴滴答答的发出电文：“上帝创造了何等的奇迹啊！”，历史上第一份长途电报通讯就此产生了。1851年起，莫尔斯电报系统应用到铁路线上。1866年，首条海底电缆横越英吉利海峡。到20世纪初，海底电缆已经横越太平洋。把整个世界连在了一起。

电报是人类对电最早的应用之一，它打开了人类通向信息文明的大门。从此以后，各种编码逐渐替代过去写在纸上的文字，成为人类存储和传播信息的新工具。

很快，人们发现，除了电线，空中的电磁波也能传递信息。在发报端，电流通过天线以电磁波的形式辐射到空中；在接收端，空中的电磁波被天线接收，这就是无线电报。当时正处在第二次工业革命的高潮期，很多科学家都在技术突破上各显神通，所以关于谁是无线电的发明人至今还存在争议。比较有名的是意大利人马可尼，他在1899年成功地进行了英国至法国之间的信息传送。三年后，无线电穿越了大西洋。无线电报的发明使移动通讯变得可能。

在20世纪初，人类已经可以把即时信息传送到世界各个角落，并且费用和距离几乎没关系。电报成为邮政部门的新业务，一般人只要到电报局付款，便能拍发电报到远方的另一个城市，当另一端的电报局收到电报以后，会有专人把印好的电报派送到目的地。而随着电报的普及，各地亦出现了使用专门透过电报传送新闻的机构，比如1851年在伦敦成立的路透社，是最早的通讯社之一。

在军事领域，从美国南北战争开始，电报就已经成为军事指挥和截获敌方情报的重要工具，到了第二次世界大战，以电报为核心的情报战更是成为重要战场。1943年，美军情报部门截听了日军将领山本五十六出行的电文，遂派遣18架战斗机将山本座机击落，山本五十六阵亡。

在传输内容上，除了文字，声音和图像的传输很快也获得了突破。因为声音本来就是有频率的，只要能把声音频率转化成电流频率，甚至都不用像文字那样进行人工编码了。1876年，美国人贝尔最早申请到电话专利。他的样机是在一个圆筒的底部蒙上一张薄膜，膜的中央连接一根炭杆，当人对着它讲话时，薄膜受到振动，与炭杆连接的电阻发生变化，随之电流也发生变化；接收时，因电流变化，也就能还原出变化的声波，由此便实现了声音的传送。两年后，贝尔成立了电话公司,并实现了波士顿和纽约之间相距300公里的长途电话试验。从此,电话很快在北美各大城市盛行起来,并且迅速地风靡全球。当然，贝尔同样不是唯一发明电话的人，一个名叫格雷的人就曾与贝尔展开过关于电话专利权的法律诉讼。他们在同一天申报了专利，但格雷比贝尔晚了两个小时左右，最终败诉。

“既然马可尼能够远距离发射和接收无线电报，那么发射声音、图像也应该是可能的。”在20世纪初，这句话吸引着大量科学家和科技公司投入到广播、电视和无线电话的研发工作中。1906年圣诞节前夜，美国的费森登和亚历山德逊在纽约附近设立了一个广播站，并进行了有史以来第一次广播。1920年世界上第一座领有执照的电台在美国匹兹堡正式开播。广播作为一种新兴的媒体，迅速为世界人民所喜爱，以至于仅仅比匹兹堡的电台晚两年，落后的中国也有了第一座广播电台。

就在广播塔在各个城市立起的时候，苏格兰人贝尔德已经开始研究用电子信号传送图像了。他的方法是把拍摄到的画面分解成一个个小点，这些小点或明或暗，依次被转化成电波发送出去，接收方再还原出或明或暗的小点，这些小点再拼成画面。1925年，贝尔德在伦敦的一次实验中传输了一个木偶的图像，这被看作是电视诞生的标志。后来，电视技术被广播公司采用，到1939年，英国已经有大约2万个家庭拥有电视机。在美国，仅从1949年到1951年，电视机的数目从1百万台升至1千多万台。电视被世人公认为是二十世纪最为重要的发明之一，它像一扇窗口，扩展了人们眼中的世界。

在20世纪，电视、广播、以及被电话、电报注入活力的报纸杂志，共同演绎了辉煌的大众传媒时代。但这也只是信息革命黎明时分天上的一丝霞光而已。这些技术实现了电子信息的传输、显示，甚至存储，但尚未触及信息技术的核心——智能处理。比如：那时候，发电报总是需要专业的发报员，这些人要把枯燥的编码背下来才能收发电报。虽然后来人们改进出所谓的“自动电报机”，但只是提高了发报过程中的效率，发送之前的编码和接收之后的解码还是依靠人的大脑。世界迫切需要能自动编码和甚至参与处理计算工作的机器大脑。这种可以替代人类大脑工作的机器就是电脑。

电脑存储和传输信息的方式其实很像我们前面说过的电报，只不过它使用了更简单的0、1编码。0、1进行编码又很像中国古老易经中所用的阴阳学说，它认为任何事物均可以用阴阳来切分和组合，比如人分男女、空间分大小、数量分多少、亮度分明暗、温度分冷暖、情感分爱恨，这是我们这个世界上组成物质多样性的最基础模型。而电脑中的0、1正好可以用电路的接通和断开来实现。

但0、1编码除了存储和传输信息，又怎样实现智能运算呢？

1936年，英国人图灵向伦敦权威的数学杂志投了一篇论文，题为《论数字计算在决断难题中的应用》。在这篇论文中，图灵给“可计算性”下了一个严格的数学定义，并提出了著名的“图灵机”(TuringMachine)的设想。“图灵机”不是一种具体的机器，而是一种思想模型，根据这个模型，人类可以制造一种十分简单但运算能力极强的计算装置。

图灵机模型可分为三个部分：第一部分是一条无限长度的纸带子，带子上划分成许多格子。在格里画条线代表“1”；没画线空白的格子代表“0”，所以这条带子可以以二进制记录各种信息，这可以看做一个存储器。第二部分是一台可以读写“0”“1”的装置。第三部分是一套规则，也可以称为程序。

在图灵看来，任何一项复杂的工作最终都可以用一步一步的简单操作进行分解。图灵机运算时，就是读写装置读取纸带上的信息，然后对照程序对信息进行擦写，如此一步一步的执行，最终就能获得运算的答案。它的基本思想是用机器来模拟人们用纸笔进行运算的过程，这就是现代计算机的最原始的模型。

另一个对计算机发展做出巨大贡献的是美籍匈牙利科学家冯•诺依曼。从前，人们研究计算机的时候，一直被十进制这个人类习惯的计数方法所困扰， 30年代中期诺依曼就大胆的提出，抛弃十进制，采用二进制作为计算机的数制基础。同时，他还提出预先编制计算程序，然后由计算机按照人们事前制定的计算顺序来执行数值计算工作。这一设计思想和图灵是一致的，被认为为计算机时代的真正开始的标志。

根据图灵机的原理和诺依曼的设计思想，1937年，美国科学家果然研究制造了世界上的第一台电子计算机ABC，它以电路的开与合分别代表二进制的数字0与1，运用电子管和电路执行逻辑运算等。ABC是“图灵机”的第一个硬件实现。

在第二次世界大战中，出于军事需要，一些大学帮助美国政府制造出了能够实时处理数据的计算机，并代替纸带子、发明了磁芯存储器，这为计算机的发展做出了历史性的贡献。

二战后，美国涌现出IBM、英特尔、苹果、微软等高科技公司，他们发明了集成电路、微处理器、可视化操作系统等。不仅大幅提高了计算机的运算速度，也极大地降低了计算机生产成本和使用门槛，其应用范围也超出了数据计算，计算机开始逐渐被人称作电脑，并逐渐走进千家万户。

虽然计算机技术发展很快，但“图灵机”给出的存储和程序原理至今仍然是计算机内在的基本工作原理。自计算机诞生的那一天起，这一原理就决定了人们使用计算机的主要方式：编写程序和运行程序。后来，工程师们用“开发工具”提高程序设计的自动化水平，通过“可视化”改进用户的操作界面（比如我们常用的微软windows系统），其目的都是为了让人们更加方便地使用计算机。但不管使用界面如何演变，存储程序控制原理没有变。

除了完成运算任务，电脑的数据处理特性，使它与生俱来就有作为通讯工具的天性。在电脑产生之初人们已经研究不同计算机用户之间的通信问题。1960年美国国防部出于冷战考虑创建的阿帕网推动了这个技术的发展。13年后阿帕网扩展成国际互联网，英国和挪威的计算机成为第一批接入者。因为要使计算机连成的网络能够互通信息，不同的计算机之间必须遵守相同的通讯标准，1974年，阿帕网的罗伯特·卡恩和斯坦福的温登·泽夫提出TCP/IP协议，TCP/IP协议给互联网里的每一台电脑规定一个地址，定义了在电脑网络之间传送报文的方法。到20世纪90年代，世界各地的大部分局域网络开始全面向公众开放，“Internet”（互联网）和万维网概念被广泛接受。

电脑和互联网技术虽然才出现了几十年，但它的应用已经渗透到社会的各个层面、各行各业，兼备通讯和运算的智能终端（如PC、手机）已经成为地球上每个人的必备工具，对世界政治、经济、文化等各个领域产生了深远的影响。可以说，以前的工业革命主要是人类体力的外延，而信息革命则外延了人类的大脑，甚至正在发展的人工智能将为传统的机器装上了大脑和神经，实现万物互联。

现在，虽然我们在生活中依然使用着传统的文字和十进制的数学，但这种应用越来越表层化，深层次的信息处理越来越依赖智能机器中计算机语言和二进制。也许有一天我们还会开发出直接连接，而不通过眼睛的信息工具。互联网可以把每个人的思想从身体中延伸出去，每个人的大脑就变成了庞大的“地球大脑”的一个“脑细胞”，网络神经把无数的“脑细胞”和其他人工智能机器紧紧地联系在了一起。人类在新的信息环境下正在进化为一体，有人说我们的世界将从“地球村”变成了“地球脑”，也有人说我们的世界将变为虚拟世界……

总之，信息文明，作为农业文明、工业文明之后，人类迎来的第三文明阶段。它对人类文明的深远影响几乎是无法想象的。