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第三章 技术的性质

  自从有人类存在,就有技术。实际上,制造工具的技巧一直被作为人类文明起点的主要证据。总的看来,技术是发展人类文明的强大动力,特别是技术与科学的紧密联系。技术与语言、宗教、社会准则、商业和艺术一样,是人类文化系统不可分割的一部分,并且,它还塑造和反映了这个系统的价值。在当今世界,技术变成了一项复杂的社会事业,不仅包括研究、设计和技巧,还涉及财政、制造、管理、劳动力、营销和维修。

  从最广泛的意义上讲,技术增强了我们改变世界的能力,人们将物体切割、塑造或者合成一体;将物体从一个地方移到另一个地方,技术扩展了人的触觉、听觉和感觉。我们试图运用技术改变世界,使其更加美好。这种改变可能与人类的生存需要有关,如食物、住房和防卫力量;或者与人类的精神生活有关,如涉及知识、艺术和管理。但是,改造世界的结果常常是复杂的、难以预料的,包括无法预见的利益、无法预见的代价和无法预见的风险,这些后果可能在不同时期落到不同的社会集团头上。因此,估计技术产生的后果同提升其性能同样重要。

  本章提出的建议是:具有科学素养的人应该了解哪些技术特性,强调有益于明智地使用技术的思维方法。这些概念分为三部分:科学与技术的关系,技术原理,技术与社会的关系。第八章“被改造了的世界”提出了一些与当今世界有关的重要技术原理。第十章“历史展望”讨论了工业革命等问题。第十二章“思维习惯”包括了有关参与技术世界的一些技能。

  ■ 建 议

技术与科学

  技术依靠科学又促进科学
  在早期,技术产生于人们对事物性质的了解和使用技术时所获得的经验,产生于师傅与徒弟的世代传承。今天,流传下来的技术诀窍不仅是艺人们的技艺,而且也是一部由文字、数字和图片组成的,描述和说明这些技术诀窍的巨大文献。毫无疑问,积累实用知识对技术发展做出了贡献,但是,了解事物如何发展的原理,即对科学的理解也同等重要。

  工程学——即系统地运用科学知识开发和应用技术,其本身也是从手工艺发展起来的一门学,甚至在制造产品或观察事物之前,科学和知识就为我们提供了预测事物发展的手段。而且科学常常可以为我们提出新的、以前没有想到过的事物特性,进而导致新技术的产生。工程师正是利用科学技术知识和设计谋略解决实际问题的。

  反过来,技术也为科学提供了眼睛、耳朵和一部分肌肉。例如,电子计算机使气象研究人口统计、基因结构研究和其他以前不可能进行的复杂系统的研究取得巨大进步。对某些工作来说,技术是科学的基础,如测量、数据收集、样本处理、数据计算、抵达研究地点(如南极洲、月球和海底)、取样、有害物体的防护和通讯。人们运用技术,发明了越来越多的新仪器和新技艺,进而推进了各个方面的科学研究。

  技术不仅为科学研究提供了工具,而且还可以激励理论研究动机和提供方向。例如,能量守恒定律的提出,主要是为了解决如何提高商业蒸汽机车的效率这个技术问题。基因工程技术促进了绘制整个人类脱氧核糖核酸基因构造的工作,这项技术不仅提供了绘制基因结构的理由,也使绘制工作成为可能。

  技术变得越复杂,与科学的联系就越紧密。在某些领域,例如固体物理学(包括晶体管和超导体),由于研究物质的能力和制造物质的能力相互依赖,以至于人们不可能把科学和技术截然分开。新技术常常需要新见解,新研究常常需要新技术。

  工程学使科学探索和实用价值相结合
  与科学探索和数学模型联系最紧密的技术构成是工程。广义上讲,工程包括提出问题和解决问题。基本方法是对必须研究的物体(例如汽车发动机、计算机芯、机械玩具)或所要进行的工作(如灌溉、民意测验、产品测试),首先要提出总的设想,然后,详细拟定技术细节。

  我们在“科学的性质”一章中讨论过的大部分观点、方法也同样适用于工程技术。特别是运用数学探索事物的本源,创造性和逻辑性的相互影响,参与工作的各种人,职业特性,公共责任感等等。的确,称呼工程师的人比称呼科学家的人更多。而且,许多科学家从事的工作既是科研,也是工程。同样,许多工程师也参与科学研究。

  科学家研究、观察一个现象时,认为这个世界是可以认识的;工程师看待这些现象时,则认为这个世界是可以改造的。科学家试图表明理论是符合实际数据的;数学家要对抽象概念进行逻辑证明;工程师则寻求对设计工作的验证。科学家不能解答所有的问题;数学家不能证明可能存在的所有联系;工程师也不能所有难题找出解决办法。

  但是,工程与科学研究相比,能更直接地影响社会系统和社会文化,影响人类事业的成功或失败,给个人带来直接的利害关系。工程决策,不论是设计一个飞机机门插销,还是一个灌溉系统,都不可避免地要涉及到社会价值、个人价值以及科学判断等问题。

设计与系统

  受约束的设计是工程的精髓
  每项工程设计都要受到条件的约束,必须查明这些约束条件并加以考虑。一种类型的约束条件是绝对的,例如物理定律——能量守恒定律,或者物理特性如弹性极限、导电性和摩擦力。其他类型的限制则有灵活性,如经济限制(可供该项目支配的经费)、政治限制(地方、州政府和国家的法规)、生态限制(自然环境的毁坏)和道德限制(对某些人的伤害和对下几代人的危险)。一个最佳设计要考虑所有这些限制因素,并且找出合理的折衷方案。有时,为了取得设计的折衷方案,就不能过分地强调开发特有的技术,而要考虑人的价值和社会价值。尽管有时设计工作只是对人们熟悉的器件按照惯例重新进行组合,但是,同样具有很大的创造性。例如,发明解决问题的新方法、新器件和新的组合方式。伟大的发明常常在于认识新的问题和新的可能性。

  但是,世上没有十全十美的设计。因为调整好一个限制因素常常会导致与其他限制因素的冲突。例如,最轻的材料不一定是最结实的,效用最高的形状可能不是最安全的或者最符合审美标准的。因此,每项设计都应有多种选择方案。方案的选择取决于人们把每个限定因素看得多重。例如,是要结实还是要轻巧?外观重要还是安全更重要?我们的任务是能得到一个合理平衡各种限制因素的设计,应该懂得从来没有一种设计可以同时做到最安全、最可靠、最便宜、最有效等等。

  如果不考虑影响产品使用的各个方面,孤立地设计产品或加工过程,就毫无实用价值。大部分技术产品都需要有人操作、保养,有时还要修理,直至被淘汰。由于所有这些工作都涉及成本问题,所以必须予以考虑。在使用更复杂的技术设备时,需要为销售、操作、保养和修理这些设备培训人员,这个问题正变得日益重要。特别是当技术装备变化很快时,培训费用可能就变成了主要成本。因此,减少对人员需求就成了设计的另一个限制因素。

  所有的设计都要进行设计试验,特别是设计异乎寻常或者很复杂,如果设计的产品和加工过程很昂贵或者很危险,如果设计失败后的损失很大时更是如此。设计的性能试验可以通过使用最终产品进行。但是,这样做可能极其困难和昂贵。所以,常常通过小型模型进行试验,或进行计算机模拟试验,或进行模拟系统分析(例如用试验动物代替人做试验,用地震灾害模拟核灾害),或只分别进行部件试验。

  所有技术都包括控制
  从最简单的系统到最复杂的系统,都需要控制,以保证系统正常运转。控制的基本原理是对有关实际发生的和我们想要发生的事情的信息数据进行比较,然后做必要的调节。典型控制系统包括反馈(即把信息从传感器或其他信息源送到控制器)、进行逻辑比较(即把信息与指令以及其他输入的数据进行对比)以及调节激发方法。例如,烘烤炉有个相当简单的控制系统,它把来自温度传感器的信息与控制盘上的指令进行比较,然后接通或断开热源,在很小的范围内保持温度。汽车是一个比较复杂的系统,由控制发动机温度、燃烧比、转向和速度等亚系统组成,要根据环境和指令的变化改变这些亚系统。小型电子器件使很多技术系统可以实现逻辑控制。今天,除了最简单的家用电器外,几乎所有的家电产品都采用微电脑控制功能。

  随着控制的复杂性增加,协调性也要增加,这就意味着需要有额外的控制系统。由于人们改进了信息快速通讯和快速处理技术,因此,能够实现非常复杂的控制。然而,所有技术系统都包括人和机械以及电子器件。即使自动化程度最高的系统,一些地方也需要人对某些功能实行控制。例如编制内置控制器件的程序;监控程序执行;当程序发生故障时进行纠正;当系统功能目的改变时更换程序等等。最终的控制都要由人来完成,因为只有人才能较深刻地理解控制过程的目的和性质,以及加工操作的背景。

  技术总有副作用
  每项设计除了可以获得预期的利益外,在生产和应用过程中还会产生无法预料的副作用。当然,也可能存在意外的好处。例如,当材料被铸造而不是冲压时,工作条件可能会安全些,设计用于空间卫星的材料也可能用于消费品。另一方面,生产材料和过程一般可能会对工人或公众造成伤害。例如,长时间坐在计算机前,就会使操作者的眼睛感到疲劳,并导致与其他工人分开的孤独感。此外,就业机会也会受到影响,增加了懂得新技术的人的就业机会,减少了掌握旧技术的人的工作机会。人们日常必须进行的一些工作的性质会起变化。

  不仅大型技术(如核反应堆、农业技术)易于产生副作用,简单技术、日常技术也有副作用。日常技术的影响可能很小、很分散,但是积累起来,就变得举足轻重。例如,电冰箱的确给食物储存和食物分销系统带来很大方便,但是由于存在着巨大数量的冰箱,即使冰箱制冷系统废气的微小泄漏,对地球大气层都可能造成严重的不良后果。

  因为缺乏兴趣或财力去预知它们,有些副作用很难预料。而且在寻找技术的新用途时,由于技术系统和人的发明过程十分复杂,从原则上讲,计多后果是无法预料的。一些无法预见的副作用,使一大部分人从道德角度、审美角度和经济角度觉得无法接受,致使一些社会集团之间产生矛盾。为了尽量减少这种副作用,计划人员正求助于系统风险分析。例如,许多社区团体根据法律要求在新的医院、工厂、高速公路、废品处理站、商业网点或其他设施被获准建设以前,要进行环境影响研究。

  然而,风险分析是个复杂问题。因为,采取每项行动的风险都不能减少为零,风险能否被接受,必须与替代方案的风险或其他更熟悉的风险进行比较后才能决定。人们对风险的心理反应没有必要同简单的成本效益数学模型直接比较。如果不控制某些现象(如烟雾较之于冒烟),或在极端恐怖中厄运降临(空难中瞬间许多人死亡较之于车祸中数人死亡),人们往往不得不承受更大的风险。人们对风险的论述方法也会给人对风险的解释带来很大的影响。例如,比较死亡的概率和生还的概率,比较致命的风险和愿意承受的风险,比较全部成本和人均每天的成本,或者比较真正受到影响的人数和受影响人数所占的比例。

  所有的技术系统都会出现故障
  绝大部分现代技术系统,从半导体收音机到客机,其设计和生产都十分可靠。故障少得令人吃惊。然而,系统越大越复杂,出现毛病的机会就越多,产生故障的可能性就越大。一个系统或者一个装置发生故障,可能出于不同原因,有的是因为某些部件失灵,或因为有的部件不适合其他的部件,或因为系统的设计不适用于所有的使用条件。一个对付风险的办法是采取“过度设计”,也就是设计的物体比需要的更大或更结实。另一个办法是设计“备份系统”,就是建造一个或多个支持系统,当原系统出现故障时,马上替换。

  如果一个系统失灵会造成非常严重的损失,设计时要考虑出现故障时怎样才能使伤害最小。具有这种“故障保护系统”设计的实例很多,例如,炸弹导火线发生故障时炸弹不能爆炸;汽车玻璃破碎时,使四处飞溅的锐利的碎片连成不锋利的大块。现已建立的法律体系使这种做法变成必须履行的义务而不仅是一种理念。减少故障的其他做法有:收集更多数据,改进设计,考虑更多的变量因子,建立更符合实际的工作模式,延长计算机仿真设计的时间,实行严格的质量控制以及随着减少事故的手段不断发展,建立敏锐地发现和纠正问题的控制系统。

  所有防止事故或尽量减少事故的措施都会导致成本增加。但是无论采取哪种预防措施或是进行哪些投资,技术失败的风险永远不能减少为零。因此,风险分析应该包括:估计每个可预见的不良后果发生的概率;估计不良后果发生时造成伤害的程度。由此,将发生概率和伤害程度相乘,就可以得到每个风险重要程度的期望值。然后,综合每个风险带来的伤害,就以比较不同设计方案的相对风险。

技术中的问题

  人的存在
  过去100年来,地球上的人口已经翻了三番。显然人类在地球上几乎无所不在,这件事的影响远远比单纯数目上的统计要大得多。人类有能力控制大多数行星和其他动物物种——其他物种无法做到这一点——人类还具备塑造未来而非仅仅适应未来的能力。

  这种能力运用起来既有优点也有缺点。一方面,技术的发展已经为几乎所有人带来了巨大的利益。今天许多人在交通、通讯、营养、卫生、健康保健、娱乐等方面得到过去只有富人才能奢侈地享受的各种商品和服务。另一方面,正是推进人类社会迅速繁荣的那些行为使人类和地球上的其他生物处在新的危险中。农业技术的发展使人口有可能大量增长,然而为了保持连续足量的生产使土壤和水资源被过度地榨取。人类用抗生素治疗细菌感染,但是已经到了只有发明新的抗生素才能继续抵抗细菌的变异。

  人类大量开发和使用矿物燃料使人类依赖于不可再生的资源。根据现有的蕴藏量,不久我们就无法维持靠现有技术所能提供能源的生活方式,可替代性技术尚不成熟或可能承受令人难以承受的公害。我们大规模开矿和生产商品,但也令人生畏地污染着河流、海洋、土壤和大气层。工业化的副产品可能正在破坏大气层中可以避免地球表层受强紫外线伤害的臭氧层,制造出大量的可堆积热量和大幅度提高地球平均温度的二氧化碳。比起其他灾害,核战争造成的环境破坏,可能改变地球上所有生命的命运。

  从其他物种的角度来看,由于大量植物被损坏,人类的存在减少了这些物种赖以生存的土地;影响了它们的食品来源;因世界大部分环境严重的气温和化学成分的变化改变了它们的栖息地;人类通过引进外部物种有意或无意地改变了其生态系统;生物物种数量减少;某些情况下人类通过选择繁殖或更现代的基因工程实际上已经改变了一些植物和动物的特征。

  把握地球上生命的未来,阻止某些巨大的自然灾难,将主要取决于人类。使我们发展到今天所处条件的人类的智慧——它在许多方面改进人类的生存条件,也给世界带来新的危险——但智慧仍将是我们生存的主要资源。

  技术系统与社会系统的相互作用十分强烈
  个人发明创造能力是技术创新的基础。研究哪些技术,重视哪些技术,投资哪些技术,使用哪些技术,这些问题肯定要受到社会力量和经济力量的巨大影响。技术发明决策是政府政策的直接产物,同时,也间接受到当时社会环境和社会价值的影响。在美国,哪些技术将盛行一时,要受到许多因素影响,如消费者的接受程度,专利法,风险资本的效益,联邦预算程序,地方和国家法规,宣传媒介的重视程度,经济竞争力,税收刺激和科学发现。通常,这些刺激和法则的平衡对不同的技术系统的影响程度也不相同,有些技术得到鼓励,有些技术则受到抑制。

  技术对人类社会的性质和历史进程具有重大影响,这种影响还将持续下去。例如,农业技术的伟大革命,对人类生活产生的影响可能比政治革命产生的影响还要大;卫生的改进和预防药物导致了人口爆炸和人口控制;弓箭、火药以及核武器改变了战争的进程;微处理机改变了人们书写、计算、储蓄提款、做生意、搞研究和相互通讯的方式。技术对世界范围内大规模的变化负有主要责任,如社会日益都市化,世界范围内相互依赖的经济共同体的迅速发展。

  从历史角度来看,一些社会理论家认为,技术变化(如工业化和大生产)引起了社会变化另外一些人则认为,社会变化(如政治变革和宗教变革)导致技术变化。然而,有一点是清楚的,由于技术和其他社会系统之间的关系像网络一样交织在一起,许多影响的作用是双向的。

  社会系统对技术公开施加一定限制
  工程学具有专业价值,绝大部分同其他科学知识具有的价值相近,包括一些显而易见的优点,如公开分享知识成果。但是,由于技术的经济价值,使涉及技术发明的科学和工程学知识的公开受到限制。开发一种新技术产品,然后打入市场,需要投入大量的时间和金钱,并承担商业风险。如果竞争者没有进行类似的投资便得到了这种新技术,那么投资者就会受到损害。因此,许多公司常常限制分享专有技术知识。但是,没有一种科学知识或技术知识能够长久保密。大部分秘密带来的好处只是时间优势——即成为技术领头人而不可能绝对控制住技术。专利法通过给那些个人和公司对别人使用自己开发的新技术的控制权来鼓励技术公开。不过,为促进技术竞争,这种控制只限于一定时间之内。

  商业利益并不是实行技术保密和控制的惟一动机。许多技术是在政府机构中研究出来的,他们对商业利益关心得很少。但是出于对国家安全的担心,导致技术成果保密。任何具有潜在军事用途的技术都可能被联邦政府列入受管制之列。这种管制有时限制分享这种工程技术知识,有时甚至限制某些产品出口,以防泄漏该项技术。由于科学和技术在某些领域的联系十分紧密,采取的保密措施不可避免地限制了某些科学信息的传播。一些科学家和工程师对此很不满意,认为是他们对科学道德观念做出了妥协。另外一些科学家则拒绝参加秘密项目的研究工作。然而,也有一些科学家认为这些限制理所当然。

  采用技术的决策是复杂的
  大部分技术发明的推广或消失基于自由经济的作用力,这就是说基于人和公司对于这种发明做出的反应。然而,有时采用某些技术却会引起公众争议,甚至可能形成正式法规。一种情况是当一个人、一个团体或一个企业建议试验或引入某些新技术时,循海岸线开沟耕种、接种牛痘、遗传工程、核电站等等就是如此,会引起公众争议。另一种情况是当有人宣布某种被广泛使用的技术存在问题时也会引来争议。例如,当发现一种特别的技术或技术产品存在,或者可能存在副作用时,一些人、一些组织或一些机构就会告诫人们最好停止使用或减少使用这种技术或技术产品。在这种情况下,提议的解决办法可能是禁止在公共垃圾堆掩埋有毒废料,或禁止使用含铅汽油和石棉绝缘材料。

  与技术有关的问题,很少是简单的、单方面的。只有一些已知的或获得的技术数据(实际上有些数据常常得不到)通常还不能完全解决倾向有利于哪一方的问题。个人和集体能否做出良好的技术决策取决于得到的信息以及信息的质量。这些信息应该既不是热情支持者,也不是怀疑者自愿提供的,而应该是客观现实的。决策过程中,只有当削减或引进技术中的重大问题确实都提了出来,且掌握了影响技术决策尽可能多的知识,社会的长远利益才有保证。考虑这些问题并不能确保总能做出最好的决策,但是如果不能提出这些重要问题,肯定会导致不好的决策。任何拟议中的与新技术有关的重要问题都应包括如下内容:
  ■ 哪些替代方法可以完成同样功能?这种替代方法具有哪些优点和缺点?对替代方法的积极作用和消极作用怎样进行必要的权衡?
  ■ 谁是主要的受益者?谁受益很少或者不受益?采用新技术谁将受到损害?利益能持续多久?这些技术是否还有其他用途?这些技术将给谁带来好处?
  ■ 开发新技术的成本和操作成本是多少?与替代技术的成本进行比较,结果如何?是不是要由非受益者来承担这些费用?谁来担负新技术的开发成本?这些成本怎样随时间变化?新技术的社会成本是什么?
  ■ 与这种新技术相联系的风险是什么?不用这种新技术存在什么风险?谁面临的危险最大?这种新技术会给其他生物物种和环境带来什么危险?在最坏的情况下,会带来哪些问题?谁将对此负责?如何解决和控制这些问题?
  ■ 需要用哪些人、材料、工具、知识和技巧制造、安装和操作新技术装备?是否能获得这些?如果不能,怎样获得?从什么地方获得?在修建、生产以及操作过程中,需要哪种能源?在保养、更新改造和修理新技术装备时,需要哪些资源?
  ■ 怎样才能安全处理采用新技术产生的废料?当新技术装备已经过时或者已经损坏时,怎样更换它?最后,这种产品的材料和依赖于这种工作的人怎么办?

  每个公民可能很少在公众场合提出或要求回答这些问题,但是,他们具备的对有关的重要性和相关性的知识,会增加私人企业、利益集团和公共官员对这些问题的注意力。而且,每个人还可以对自己使用某种技术,提出同样问题,例如如何恰当地使用家用电器,以及导致污染的物质、食品和织物。个人决策的累积效果对大范围地推广使用技术会产生巨大影响,给公众决策造成压力。

  并不是所有上述问题都能找到现成答案。大部分技术决策是基于不完善的信息做出的。而且,政治因素有着同技术因素一样大的影响,有时更大。但是,科学家、数学家和工程师在估计利益、副作用和风险时具有特别重要的作用,他们可以通过设计适当的监测装置和监控技术,建立收集、统计和分析有关数据的程序,向人们提供帮助。

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