資訊大歷史：人類如何消除對未知的不確定

推薦序一 我們不預測未來，我們創造未來／ 鄔賀銓
推薦序二 資訊時代，每個人的必修課／鄭緯民
前言 資訊時代的底層邏輯
 
第一編 自發時代
第一章    因喪妻之痛而發明電報的畫家
畫家摩斯
對信息進行編碼
「上帝創造了如此的奇跡」
開啟資訊科學

第二章 電報產業催生商業和社會新模式
誰在為電報建設買單
新的商業和生活方式出現
新舊大陸的心臟一同搏動
新技術的碾壓性優勢

第三章 計算機的奠基者
世界上第一位程式師
巴貝奇發明小型差分計算機
用卡片記錄指令和思想
悲劇英雄的錯選

第四章 來自失聰家族的聲學家
蘇格蘭的聾啞人教師
「華生先生，快來這裡，我需要你幫忙……」
誰最先發明了電話
由電話到現代通信

第五章 無線電通信的冰與火
新舊大陸的第三次握手
電磁波的本質是什麼
進入怪圈的特斯拉
馬可尼的逆襲
為利益而站隊
性格決定命運

第六章 聲光影的記錄和複製
讓聲音被留存和廣播
「我抓住了光，我逮捕了它的飛行」
用動態信息記錄時間的流動

第七章 盟軍獲勝的秘密武器
至暗時刻的希望之光
「眼觀六路」的千里眼
在飛行中獲取信息

第八章 資訊的另一面
李鴻章遺恨春帆樓
從美國「黑室」到中國「黑室」
謠言比真相傳播更快
羅斯福對日本偷襲珍珠港知情嗎？
 
第二編 自覺時代
第九章 讓成功從偶然到必然
符號和表意
為資訊尋找數學基礎

第十章 開啟資訊時代的天才
一位天才橫空出世
向農與圖靈的智力遊戲
雜訊通道：通信數學模型的基礎

第十一章 消除複雜世界的不確定性
聰明頭腦大聚會
信息冗餘和資訊壓縮
向農的資訊理論
對記憶本質的討論

第十二章 大規模處理資訊成為可能
德國工匠的奇跡
探究可計算的奧秘
比炮彈還快，「簡直是電的腦」

第十三章 開啟由資訊驅動的社會
怪人肖克利和青年才俊們
「八叛徒」與仙童公司
將所有電路做到一個晶片上

第十四章 用更少能量傳輸更多資訊
從對講機到汽車電話
行動電話與固定電話
變頻通信和CDMA
衛星通信的可能性

第十五章 資訊技術和產業發展的規律
英特爾的誕生
摩爾定律的奇跡
英特爾的「以色列軍隊」
資訊產業的根本規律

前言

資訊時代的底層邏輯

　　我們生逢資訊社會，需要對資訊有所瞭解。然而不同於農耕時代的穀物，或者工業時代的鋼鐵，資訊是看得見卻摸不著的東西。對於穀物和鋼鐵，我們可以從數量上衡量它們的多寡，同時度量相應的地區和文明的發達程度，但是資訊不同，我們很難度量它們。即便我們能夠度量它們，似乎也不能把它們直接和財富、經濟發展或者生活水準掛鉤。因此，我們雖然人人生活在資訊時代，卻很少有人能說明白資訊是什麼，它又是如何決定和影響我們的生活。這便是促使我寫《資訊大歷史》一書的原因。

　　要理解資訊，可以從以下三個方面入手。

　　什麼是資訊

　　七十多年前，我們這個星球上最聰明的一些頭腦，時常聚集在紐約最古老的比克曼酒店討論後工業時代的科學問題，其中包括馮．紐曼、圖靈、維納和向農等人。資訊的本質是大家討論的熱門話題。雖然有些科學家依然將資訊和其中所包含的具體涵義互相關聯，但是向農卻開宗明義告訴大家，所謂資訊的涵義根本不重要，它的表現形式（比如文字、圖形或聲音）更不重要，甚至很多資訊本身就沒有涵義。所謂資訊，不過是對一些不確定性的度量。而資訊的意義就在於，它能夠消除一個藏在黑盒子裡未知世界的不確定性，從而達到瞭解它的目的。用這種方式認識世界，是資訊時代最根本的世界觀和方法論。

　　自從人類進入文明社會以來，能量和資訊就是衡量我們這個世界文明程度的硬性標準。一種文明能夠開發和利用的能量越多，文明水準就越高；同樣的，一種文明能夠創造、使用和傳輸的資訊越多，手段越有效，文明水準就越高。中國古代文明能夠在長達上千年的時間裡在世界上維持較高的水準，和便宜的紙張、普及的印刷術有很大的關係。

　　進入十九世紀之後，電的使用催生出近代的資訊產業，而我們能夠說得出對人類影響最大的那些發明和創造，大半都和資訊有關，包括電報、電話、電影、無線電、大眾傳媒、電腦、行動通信、衛星技術、網際網路等。自那時開始，資訊技術的發展史就可謂半部技術和商業的進步史，資訊可說是帶動經濟和社會發展的火車頭。

　　今天，我們已無法想像每天的生活如果離開了資訊或資訊技術，會是什麼樣子。二○一八年，世界上製造出來的積體電路晶片首次超過了一萬億片，它們廣泛存在於各種生活用品之中，幫助我們進行生產和提供服務，替我們節省了許多體力和腦力。如今，我們對整個社會的管理，對經濟生活的維持，都是在上萬億片晶片的幫助下完成的。而這些晶片的背後，則是流動的資訊。

　　資訊技術的本質

　　理解了資訊是什麼，我們或許應該更進一步瞭解資訊技術的本身，以便在日常工作學習中更有效率地收集和利用資訊。資訊技術從本質上來說，大致涵括了資訊的傳輸、處理和存儲技術。電報、電話、手機通信和網際網路，都是傳輸資訊的手段，電腦和各種控制系統則是處理資訊的工具，紙張、膠捲、磁帶、光碟、半導體存儲器，則是存儲資訊的媒介。全世界資訊技術的發展，都是遵循著「用更少的能量傳輸、處理和存儲更多的資訊」這條主線來進行的。

　　我們知道，電報比「六百里加急」（古代驛站傳送資訊的方式）快，電話傳輸的資訊比電報多，網際網路則更方便而有效。其實，從本質上來說，這些進步都可以看成單位能耗所傳輸資訊量的提高。在行動通信中，從1G到5G，單位能耗的資訊傳輸率提高了五個數量級左右，這就是通信發展的根本趨勢。

　　處理資訊也是如此。儘管一九四六年世界上第一台電子電腦埃尼亞克耗電量高達一百五十千瓦，但是進行一次計算依然比機械電腦更能節省能量。二○一六年，谷歌的AlphaGo 在圍棋比賽中戰勝了世界冠軍的九段棋手李世石，如果用埃尼亞克的技術來實現AlphaGo 的計算量，需要消耗掉四百萬個三峽發電站的峰值發電量。同樣地，在資訊存儲方面，今天一台伺服器就可以存下世界上最大的圖書館—美國國會圖書館紙質媒體上的全部內容。這就是技術進步，而且進步的速度比起資訊時代到來之前加快了許多。

　　今天，每個人對摩爾定律幾乎都不陌生，它道出了資訊產業高速發展的規律。但很多人擔心，當半導體積體電路技術達到物理的極限水準，未來的世界該如何發展。其實，我們的世界依然會依循著用更少能量傳輸、處理和存儲更多資訊的趨勢繼續演進。二○一七年，谷歌和輝達推出了人工智慧晶片，用於機器學習。這些晶片單位能耗的計算速度比英特爾的處理器要快上千倍，儘管那些晶片的複雜程度相比後者並沒有提高。

　　資訊的歷史

　　這本書述說的是資訊的歷史，它的起點是摩斯發明電報碼。我們之所以選擇這件事作為起點，而非更早的一些事件——比如文字的起源和印刷術的發明——不僅因為電報是第一項近代的通信技術，更因為它和我們今天理解的資訊有較大的相關性。或者說，我們今天用到的很多資訊技術，比如資訊編碼技術、資訊傳輸技術，都和電報有承襲性。因此，對電報的瞭解，可以幫助我們理解今天技術發展的脈絡。

　　資訊的歷史大致可以分為兩個階段「自發時代」和「自覺時代」，而劃時代的代表人物是向農。在向農（Claude Elwood Shannon）之前，雖然人類有了電報、電話、無線電、電視機與機械電腦等資訊技術的成就，但是人類並不瞭解資訊的本質和它的規律，因此依然處在黑暗中摸索的階段，那時候的成功有著很大的偶然性。如特斯拉和巴貝奇這樣的天才，他們完全無法明白自己的很多努力其實完全走錯了方向。特斯拉的競爭對手馬可尼與其說比特斯拉水準更高，不如說比他更加幸運。由於不瞭解資訊的本質，有時甚至還會受丟失資訊和相信錯誤資訊之害。因此，這個階段還只能被稱為資訊科技發展的「自發時代」。

　　在向農之後，從資訊的角度來看，整個世界為之一變。向農用一個被稱為「熵」的概念和三個非常簡潔的定律，描述了資訊科學的本質—這些就是我們今天所說資訊理論的核心。此後資訊科學和工程的發展，其實都是在向農資訊理論的指導下進行的，人類從此幾乎沒有再犯過什麼大的錯誤，也沒有走太多的彎路。

　　從1G 到5G 行動通信的發展，無非是工程師按照向農第二定律指出的方向，根據各個時代能夠獲得的技術，對資訊編碼和傳輸技術進行持續改進而已。在第二次世界大戰之後，世界上沒有再發生過災難性的密碼被破譯的事件，這很大程度要感謝向農道出了資訊加密的本質，即在雜訊通道中的通信問題。因此，從那時到今天，可稱為資訊科技發展的「自覺時代」。

　　在資訊的歷史上，一方面我們會看到一些極為聰明與智慧的頭腦，他們幾乎以一己之力改變了文明的發展進程。一九三六年，二十四歲的圖靈和二十歲的向農分別解決了使用機器處理資訊的兩個基礎理論問題，促成了後來電腦的誕生。從摩斯開始，這種宛如超新星爆發的時刻時有發生，那些歷史讀起來讓人盪氣迴腸，也構成了本書很重要的一部分。但是，另一方面，資訊科學和產業的進步，則是很多科學家和工程師共同努力的結果。從1G到今天的5G，我們很少能聽到某個特殊貢獻者的名字，但是我們今天每一個人都在享受著這個行業從業者們的貢獻。同樣地，雖然我們把描述資訊產業規律的定律以摩爾的名字命名，但真正讓這個產業在半個多世紀輪番增長的原因，卻是英特爾等公司默默奉獻的工程師們。

　　我們希望這本書可以幫助大家進一步瞭解資訊，瞭解資訊的歷史，這有助於我們在現今的工作和生活中利用資訊進行決策，也有助於我們理解資訊技術和經濟發展的趨勢。同時，也希望歷史上那些成功的人、成功的做事方法能夠為讀者們提供有益的借鑒和啟發，讓大家能夠事半功倍地做事，獲得可重複性的成功、可疊加式的進步。