历史上最重要的技术进步

历史上最重要的技术进步


发布日期: 2024-01-31 更新日期: 2024-01-31 编辑:xuzhiping 浏览次数: 138

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摘要: 技术是改善生活方式的关键,我们的远古祖先知道这一点,因此他们塑造了用于制作、切割和收获的石器。他们观察到了大自然的破坏力,并学会了用火做饭。随后,我们用轮子移动,将电力导入玻璃灯泡,将光照亮黑暗。最伟大的科学家学会了分裂原子,但他们仍在尝试融合原子。随着时间...

历史上最重要的技术进步

技术是改善生活方式的关键,我们的远古祖先知道这一点,因此他们塑造了用于制作、切割和收获的石器。他们观察到了大自然的破坏力,并学会了用火做饭。随后,我们用轮子移动,将电力导入玻璃灯泡,将光照亮黑暗。最伟大的科学家学会了分裂原子,但他们仍在尝试融合原子。随着时间的推移,这些进步中的每一项都使人类变得更加卓越,未来的概念和原型对于改善下一代的生活将具有无价的价值。这些是发明家和天才留给世界最重要的创造。

古代和中世纪技术的示例

许多古代技术都是先进工程的成果。

原始进步(公元前 3,300,000 年 - 公元前 5200 年)

古代和中世纪技术的示例

南方古猿,人类的祖先。

大约 330 万年前,被称为“露西物种”的人类祖先“南方古猿阿法种”开始使用石器并食用肉类,有证据表明工具制造至少可以追溯到 260 万年前。早期人类开发了一种用石片形成刀片的方法,并用植物纤维将这些刀片固定在木材或骨头上。然后,170 万至200 万年前,人类在观察自然发生的野火后,将使用工具(狩猎和建筑所必需的)的能力与火结合起来。掌握烹饪和吸烟对于安全食用和保存肉类以及度过严冬是必要的。最后,我们的祖先在公元前 5200 年(七千多年前)发明了轮子,并主要用于制陶。到公元前 3300 年,它成为运输的必需品,并随着公元前 2200 年战车的出现而变得司空见惯。今天,人类仍然使用所有这些技术。

早期书写系统(公元前 6600 年 - 公元前 3200 年)

早期书写系统

美丽的埃及地标内有巨大的柱子,上面有象形文字和古代符号。

第一个已知的可追溯到古代书写系统的抽象形状示例是贾湖符号,约公元前 6600 年刻在贾湖的龟甲上,Vinča 符号刻在 Tărtăria 平板上,可追溯到公元前 5300 年,还有印度河文字,追溯到公元前 3300 年。通过这些示例,可以说,青铜时代早期的第一个书写系统并不是突然发明的。公元前 3200 年左右,苏美尔人可能是美索不达米亚第一个创造出第一种完整书面语言的人,并将其刻在泥板上。专家们曾经认为埃及象形文字源于苏美尔语言,但现在他们相信该系统是独立发展的。

如果把注意力转回最近的时代,很明显,书面语言在全世界已经发生了相当大的演变。1440 年左右,随着印刷机在德国的出现,才华横溢的金匠约翰内斯·古腾堡 (Johannes Gutenberg) 开启了印刷革命。这项创新使发行商能够留下陈旧而古老的手稿,因为书籍和论文现在可以批量复制,从而可以在公众中广泛传播信息。

冶金(公元前 5500 年)

冶金(公元前 5500 年)

工业冶金厂。

控制火和熔化金属矿石的能力是人类历史上的惊人进步。这项技能使得能够从矿石中提取金属,标志着进入青铜时代和铁器时代的过渡。考古学家和地质学家在普洛奇尼克附近的贝洛沃德遗址发现了一把铜斧,这是铜冶炼的最早证据,属于文察文化,可追溯到公元前 5500 年。合金是通过在金属加工过程中加入金属混合物而制成的,将铜与锡、银和铁等其他矿石结合在一起。因此,第一个合金时代是青铜时代,大约是公元前3300年。将铁提炼成可加工的金属要困难得多,铁器时代大约在公元前 1200 年才开始。由于添加碳的实施更具挑战性,早在公元前 1800 年,金属工人就制造出了最重要的合金之一:钢。所有钢都含有碳,含量在 0.002% 到 2.14% 之间,当铬混合且其含量超过 11% 时,就会变成不锈钢。与铁相比,钢的优点是重量轻且灵活。最后,在罗马帝国时代,由于生产钢铁所需的基础设施,钢铁的使用更加频繁。

蒸汽机 (1712)

蒸汽机 (1712)

老蒸汽机火车的黑白照片。

蒸汽机是以煤为燃料、以蒸汽为工作流体的外燃机。与许多发动机一样,蒸汽的压力被转化为劳动力,可以通过活塞或滚动涡轮等杆来迫使火车的车轮移动。有一个关于蒸汽机的基本示例记录,被称为“aeolipile”,由一位著名的希腊人描述公元1世纪的数学家。博学家塔基·阿尔丁 (Taki al-Din) 于 1551 年、意大利工程师兼建筑师乔瓦尼·布兰卡 (Giovanni Branca) 于 1629 年描述了进一步的基本蒸汽轮机装置。然而,在 1712 年,英国发明家托马斯·纽科门 (Thomas Newcomen) 发明了一种蒸汽机,可以为 19 世纪标志性的火车提供动力,并且后继者改进了1764 年的设计。这一重大技术进步使半自动化工厂成为现实,并实现了远程和快速的货物运输,并引发了工业革命的开始。

电的发现(1752)

电的发现(1752)

火花导致电缆之间爆炸。

就像火一样,电是一种自然现象,不需要发明。美国博学家本杰明·富兰克林 (Benjamin Franklin)是最受赞誉的科学家,他于 1752 年在雷暴雨期间在风筝上系了一根电线,对此进行了研究。然而,像1600年代的威廉·吉尔伯特和公元前6世纪的米利都的泰勒斯这样的科学家已经研究过它。就重要性而言,可以说,对电的研究以及最终对电的掌握是所有连续技术进步的基础。

得益于电力,英国发明家威廉·福瑟吉尔·库克 (William Fothergill Cooke) 和英国科学家查尔斯·惠斯通 (Charles Wheatstone) 于 1837 年发明了第一部电报机。得益于古列尔莫·马可尼 (Guglielmo Marconi) 于 1894 年设计的新型无线电波传输技术,这种革命性的通信形式迅速发展为无线通信。随后,塞缪尔·莫尔斯 (Samuel Morse) 于 1838 年发明摩尔斯电码后不久,该电码就被采用,留下了第一台针式电报机。莫尔斯电码从华盛顿到巴尔的摩的阿尔弗雷德·韦尔的第一次传输引用了《圣经》:“上帝做了什么”。

就像电的发现一样,灯泡的发明也经历了近一个世纪的过程,而且只是部分始于托马斯·爱迪生。他获得了前人的一些专利,并从他们的错误中吸取了教训,并于 1879 年发明了一种不完美的灯泡。意大利发明家亚历山德罗·克鲁托 (Alessandro Cruto) 发明的灯泡只持续了 40 小时,又花了两年时间才在 1881 年实现了 持续 500 小时的灯泡,更接近现代白炽灯泡的持续寿命。超过 1000 小时,但现在通常被 LED 所忽视。

汽车 (1886)

汽车 (1886)

1921 年福特 T 型车在旧车展览上。

汽车的发展始于 1672 年,第一批车型仍然依赖蒸汽动力。然后,艾萨克·德·里瓦兹 (Isaac de Rivaz) 在 1804 年创造了革命性的新型发动机,这是最早的内燃机示例之一。这种设计使工程师能够在 1807 年制造出第一辆原型汽车。卡尔·本茨 (Carl Benz) 将第一辆汽车投入批量生产,出现在 1886 年,数量极少。后来的汽车生产集中在福特 T 型车上,在福特汽车公司的工厂组装。福特于 1908 年推出了该版本,并首次成功地将个人汽车概念带给了广大受众。与第一辆奔驰汽车的最高时速 10 英里相比,目前最快的汽车可以达到 330 英里/小时以上。如今,尽管电动汽车兴起,但内燃机驱动的汽车远未过时,因此,这项技术是充满活力的。

飞机 (1903)

飞机 (1903)

1909 年 7 月,赖特的飞机在弗吉尼亚州迈尔堡进行陆军试飞。

纵观历史,在古代故事和希腊传说中,对飞行的探索一直是一段非凡的旅程,例如伊卡洛斯和代达罗斯的传说中,启发了几代人。同样,达芬奇对鸟类翅膀设计的细致研究标志着对空气动力学理解的重大飞跃。让·玛丽·勒布里斯 (Jean Marie Le Bris) 等先驱者继续着这一探索,他于 1868 年大胆尝试驾驶滑翔机翱翔天空。然而,直到莱特兄弟奥维尔·赖特和威尔伯·赖特的出现使载人飞行的梦想成为了现实。1903年,他们发明并驾驶了第一架飞机,双翼飞机,取得了开创性的成就。这种双翼飞机需要两对机翼来支撑机身并将其带到空中,这是“第一次持续和受控的重于空气的动力飞行”。

在接下来的几年里,莱特兄弟开发了他们的飞机,使其运行时间更长,空气动力效率更高。莱特兄弟利用他们建造的小型风洞收集了更准确的数据,使他们能够设计出更高效的机翼和螺旋桨来实现他们的目标。由于他们和其他许多人的努力,商用客机现在可以以高达 0.92 马赫的速度在国家之间舒适地移动。

粒子加速器 (1929)

粒子加速器 (1929)

CERN(欧洲核研究组织),2012 年在这里发现了希格斯玻色子。

人类的好奇心让我们越来越接近观察事物的内部,寻找分子、原子,然后是粒子。1927 年,德国物理学家马克斯·斯滕贝克(Max Steenbeck)在基尔大学就读时首次提出了粒子加速器的理论。尽管 M. Steenbeck 当时很沮丧,但匈牙利物理学家 Leo Szilárd 在 1928 年末和 1929 年初为几种类型的粒子加速器申请了专利,Ernest O. Lawrence 于 1930 年建造了一台。

直到 20 世纪 50 年代,回旋加速器都是最强大、最有用的粒子加速器技术。它们迫使中子等粒子穿过具有强大磁场的圆形斑块,以接近光速的速度撞击另一个粒子,使科学家能够观察它们之间的新颖相互作用。从本质上讲,大型加速器是为了探索粒子物理学中的未知事物。

目前最大的加速器是瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机(LHC) 。欧洲核研究组织(CERN)通过多项国际合作进行了大量实验。就影响而言,这个重要的研究中心在 2012 年发现了希格斯玻色子,奇怪的是,在 1989 年创建了万维网。

核裂变 (1938)

核裂变 (1938)

核裂变爆炸。贝克尔对十字路口行动的测试,1946 年。

1938 年 12 月 19 日,德国化学家奥托·哈恩 (Otto Hahn) 和弗里茨·斯特拉斯曼 (Fritz Strassmann) 通过原子核实验发现了核裂变。随后,物理学家 Lise Meitner 和她的侄子 Otto Robert Frisch 在 1939 年 1 月从理论上解释了这个实验:像铀 235 这样的大原子,有 92 个质子和 143 个中子,被一个快速移动的中子撞击。这种碰撞会在短时间内将其变成铀236,然后分裂成两个较小的原子。这种链式反应会产生大量能量,可以为核反应堆中的涡轮机提供动力或造成毁灭性的爆炸。因此,虽然核反应堆高效且富有成效,但核武器对所有人都是威胁。

本质上,核反应堆通过用控制棒和水降低反应室来精心控制链式反应,从而减慢或停止反应。然而,在武器装备方面,军方敦促“释放”连锁反应,以实现大规模破坏。最后,尽管人为失误和自然灾害导致核反应堆造成危害,但许多人认为利大于弊,特别是与化石燃料的危害相比。

计算机革命 (1945)

计算机革命 (1945)

ENIAC 计算机是第一台通用电子数字计算机。

计算机不仅仅用于电子邮件,从理论上讲,它们还可以计算,而且仅此功能就非常有价值。古代文明了解快速数学的价值,因为数学赋予他们建造、测量和导航的能力。例如,算盘发明于公元前2400年,帮助人们进行简单的计算。然而,一群现代潜水员在一艘沉船中发现了一种古老的装置,Antykitera 装置。它的历史可以追溯到 2,200 年前,是历史上第一台已知的齿轮模拟计算机。

关于 1 和 0 的现代二进制语言,Clifford Berry 和 John Vincent Atanasoff 在 1939 年发明了第一台数字计算机。1943 年,一台名为 Colossus 的新机器成为世界上第一台电子、数字、可编程计算机。它使用 1,500 个真空管作为阀门,有纸带输入,并且可以执行多种操作,但它不是“图灵完备”(在足够的时间下能够进行任何计算)。第一台真正意义上的计算机ENIAC 于 1945 年在美国问世。这个怪物般的机器占据了一个大房间的所有空间,但它的存储和计算能力却很小。

1947 年之后,晶体管取代了真空管,加快了计算速度。如今,我们的智能手机中装有数十亿个晶体管,帮助我们完成日常任务。

人工智能 (1956)

人工智能 (1956)

商务人士和人形人工智能机器人坐着等待面试。

人工智能 (AI) 是指任何能够完成通常只有人类才能完成的任务的机器。区别在于细节:我们的有机智能基于活细胞(神经元),它们在快速、自适应的信息网络中协同工作,使我们能够做出预测和选择。计算机主要是算法,通常不具备这些优势,但在记忆和计算等熟练程度方面很容易超越人类。从历史上看,人工智能作为一个学术领域成立于 1956 年,英国数学家 Alan Turing 是研究工程师最终可能设计出真正“智能”计算机的可能性的早期人物。

谷歌、亚马逊和 Netflix 等搜索引擎使用的复杂算法是人工智能技术的现代示例,它可以学习用户的偏好,并尝试为他们建议最佳结果或产品。艺术化的 DALL·E 3 或 Open AI 的 Chat GPT 等创意工具是机器学习 AI 的最新发展。从本质上讲,机器学习允许先进的人工智能模型通过输入大量信息来形成知识。这个过程通常模仿人脑中神经元的结构和效率,尽管要简单得多,这就是为什么专业人士将这些计算机系统描述为“神经网络”。

许多专家担心人工智能可能超越人类智能并在社会中造成混乱。这样的超级智能可能很难控制和遏制。目前,人工智能科学家正在考虑如何实施故障保险来预防灾难。希望人们能够使用人工智能,或者至少与人工智能共存;实现先进人工智能的好处可能看起来像是发现复杂疾病的治疗方法或自动化困难的分娩。自动车辆驾驶、人工智能医疗诊断和灾难预测可以挽救大量生命。然而,这些主要好处也伴随着道德使用和社会稳定的问题。

太空探索 (1957)

太空探索 (1957)

宇航员执行登月任务。

人类的好奇心使我们质疑我们祖先认为不可能事情的界限。然而,直到上个世纪,地球引力的力量才是一个无可争辩的界限。第一枚成功进入太空的火箭是V2导弹,由德国于1944年首先发射。随后,美国和苏联之间爆发了激烈的竞争。这场“太空竞赛”最终交付了第一颗人造卫星 Sputnik 1,于 1957 年进入地球轨道。仅仅四年后,苏联还成功进行了第一次载人航天飞行,载着一位名叫尤里·加加林的年轻俄罗斯宇航员飞出了地球大气层。在多次失败的尝试之后,阿波罗 11 号最终于 1969 年成功将指挥官尼尔·阿姆斯特朗、巴兹·奥尔德林和迈克尔·柯林斯送上月球,他们甚至还步行登上了月球。N. 阿姆斯特朗于 1969 年 7 月 21 日成为第一个登上月球的人。从那时起,人类也庆祝了分别于 1990 年和 2022 年发布的轨道哈勃望远镜和詹姆斯韦伯望远镜的发现。

就人类在太空长期居住而言,目前有两个已被占用的空间站绕地球一圈。除2021年发射的天宫空间站外,国际空间站(ISS)是近地轨道上最大的模块化空间站。第一个国际空间站组件于 1998 年发射,自此一直运行和维护。该站作为空间环境和微重力实验室,用于天体生物学、天文学、气象学、物理学和其他领域的研究。在逗留期间,宇航员轮流进行为期六个月的探险。

现代药物

现代药物

1928 年,亚历山大·弗莱明 (Alexander Fleming) 不可思议地发明了青霉素,从根本上震撼了医学的核心,之后,由于猖獗的技术革命,人类看到了巨大的医学进步。1800年之前,预期寿命低于40岁,而今天已超过80岁。

促成这一惊人跳跃的因素包括对核磁共振的研究,核磁共振由伊西多·拉比 (Isidor Rabi) 于 1938 年首次发现和描述。这种物理现象包括用磁场刺激原子核,并带来了令人难以置信的医学应用,磁共振成像(核磁共振成像)。这一令人难以置信的突破于 1973 年发表,并于 1974 年在鼠标上构建和测试了第一台可用的 MRI 机器,并在 20 世纪 80 年代实现全面生产。MRI 检测癌症、中风等相关问题的能力挽救了无数人的生命。

未来科技

未来科技

IBM 在 CeBIT 展馆展示量子计算机模型。

三十年前,很难想象给世界各地的某人打电话并在任何地方享受视频通话。这种快速的进步提出了一个问题:“三十年后,技术还会进步多少?” 线索和迹象为我们指明了正确的方向:

量子计算机: 计算机的功能一年比一年强大,芯片变得越来越小,但很快,我们可能会遇到阻碍,从而减慢速度。所涉及的最小部件,即晶体管栅极,很难或不可能生产出长度小于一纳米的部件,而目前,它们的长度为三纳米。如今,晶体管可以被视为小于 3 纳米的简单开关。幸运的是,一项新技术目前正在开发中:量子计算。这一新突破源于对量子力学领域的研究。最简单的解释是当前方法使用“位”,它携带存储为 0 或 1 的信息。新的信息单位是“量子位”,它可以同时为 0 和 1!这可以大大提高计算能力和数据存储,

核聚变: 与核裂变相反,核聚变不会通过向原子发射粒子来分裂原子。相反,聚变将原子推到一起进行聚变。这个过程还产生大量的能量,理论上比核裂变发电厂更高效、更可持续。然而,这个装置并不像裂变那么简单。该设备需要比太阳高七倍的温度。不幸的是,构建一个能够承受这些条件的环境是缓慢且极其昂贵的。到目前为止,聚变反应实验消耗的能量比产生的能量还要多,开发出能够持续有效地产生能量的原型还需要时间。另一方面,功能齐全的聚变反应堆是新“工业革命”的代名词,因为它相当于廉价、安全、无限的能源。

人类是持续进化数十亿年的结果,而且没有任何停止的迹象。然而,过去的十万年表明,人类现在的进步是技术进步,而不是基因进步。我们塑造了我们的工具和衣服,用语言和传统定义了文化。当不再追随迁徙的食物时,我们决定开始建筑和耕种并创建了稳定的社区,并在我们之间分配了专门的角色。我们已经探索了世界并超越了它。

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