作者：胡志坚

来源：科学出版社（ID：sciencepress-cspm）

科学、技术、工业是人类认识自然、改造自然并为人类自身服务的社会实践活动的产物。近代以来，它们的变化速度都是历史空前的，它们不断进步，同时也驱动人类社会不断进步，对人类社会的影响巨大。不少学者认为，这三者都是通过“革命”的方式进步的。本文试图分别对三者的革命趋势做简要分析。

一、关于科学革命趋势

（一）世界处于第二次科学革命的过程中

关于科学革命的研究，最有影响的当属托马斯·库恩（T. S. Kuhn）和伯纳德·科恩（I.B. Cohen）。本文采用的科学革命概念，与库恩使用的一致，与科恩的狭义科学革命（大规模的科学革命）概念一致。

在人类探索历史的大部分时间中，科学探索一般遵循特定的科学范式，可能包括特定的一组信念、公理假设、定理体系、仪器设备、思维模式以及研究方法，等等。科学革命，就是一种新的科学范式，颠覆或替代旧的科学范式。科学革命的过程，是新的科学范式从某一学科诞生，并向其他所有学科领域传播扩散并替代旧科学范式的过程。

过去400 年，共发生两次这样的科学革命。第一次科学革命发生在16 ～ 18 世纪，以哥白尼天文学革命为开端，以牛顿和伽利略为代表的经典力学体系的建立为标志。牛顿和伽利略的科学范式替代了托勒密和亚里士多德的科学范式。第二次科学革命发生在20 世纪初期，以爱因斯坦的相对论和德布罗意等一批科学家发展出的量子力学的诞生为标志。相对论和量子力学的科学范式替代了牛顿和伽利略的科学范式。

科学发展历史表明，科学是从自然哲学中分离出来的，而早期的自然哲学基本类似于物理学，因此最早的科学可以被视为物理学，而其他如化学、生物学等学科被认为是从物理学中分离出来的，故物理学一般被人们认为是“母科学”。一些社会科学也认物理学为“母”，模仿物理学的范式，譬如古典经济学。因此，物理学发生范式革命的影响有可能是规模最大、范围最广的。虽然生物学、化学等其他学科也有过可以看作是本学科领域范围的范式革命，如热力学革命、进化论革命等，但都只能算是“小革命”，没有演变为广泛传播的、对所有学科产生颠覆式影响的“大革命”。总之，过去两次大的科学革命都源于物理学。

当前世界科学研究前沿，仍然处于相对论和量子力学的范式统治下。各国的自然科学教科书还是在传播这个范式的知识，研究生仍然是在接受掌握这个范式的训练，有关引力波、黑洞的研究还是在验证相对论的假设，量子力学仍然是热点，多元宇宙、暗物质、暗能量更像是对现有范式的修补完善，弦理论还在试图解决爱因斯坦未竟的难题。我们现在处于第二次科学革命的过程中。

（二）第二次科学革命的科学发现高峰期已过

科学革命的过程，是新范式创立和扩散传播的过程，是一种非线性过程。它似乎也遵循从报酬递增到报酬递减的演化周期，报酬指应用新范式重新解释自然现象或获得新的科学发现的数量与速度。新范式创立初期，面对的大多数科学家是旧范式下成长起来的，质疑的声音多，扩散传播阻力大；随着越来越多年轻科学家的成长，传播速度加快，出现报酬递增；随着越来越多的学科的科学家都蜂拥而至学习和采用新的科学范式，新范式的传播速度和报酬递增将进入拐点，进入传播速度递减和报酬递减阶段，直至最后传播达到最大边界和报酬接近于零。

本轮科学革命经过100 多年的发展，似乎已经越过了拐点（可能在20 世纪后半叶），进入报酬递减期。现有范式下未开发的科学知识空间日渐枯竭。容易摘的“果子”几乎没有，大的科学发现日益稀少。纯基础研究投入的边际科学收益极低，机会成本巨大，一些前沿研究方向，不论是微观还是宇观，投入巨额资金可能就是验证一个假设或者什么也得不到。近百年来，物理学家们孜孜不倦地探索相互作用的统一理论，至今仍无结果。

新的科学革命未见端倪。有人说，19 世纪末，科学的境遇与今天相似，紧接着20 世纪初发生了科学革命。今天的情形，是否意味着一次新的科学革命即将到来呢？人们还没有看到任何基于科学实践的证据。

（三）科学研究的重心向下游转移

新科学范式总是由中心向外围、由上游向下游传播转移的。由于科学研究沿原有路径继续延伸越来越难以取得进展，越来越多的科学家转向交叉学科或边缘学科，以获得更高的边际报酬。早在20 世纪中叶这种潮流就开始了，正如诺伯特·维纳（Norbert Wiener）那时指出的，在科学发展上可以得到最大收获的领域是科学的边缘区域。维纳的控制论正是处于边缘区域。然而这只是现有范式下知识体系的补充完善工作，是范式进一步向科学研究下游拓展的必然结果。

更多的科学家将科学研究的重心向下游应用端移动，应用科学研究活跃、竞争激烈。量子力学、生物学的所谓基础研究越来越像技术开发研究。诺贝尔奖越来越像应用科学奖或技术科学奖。刘则渊通过计量分析认为，21 世纪以来的诺贝尔奖属于技术科学性质者：物理、化学和医学分别占4 成、8 成和7 成；日本得奖属于技术科学性质者占8 成（表1）。这些成就都是20 世纪取得的，说明那个时候这种重心下移已经很显著了。也许将来哪一天会发现诺贝尔奖开始像重大技术发明奖。

表1 2000 ～ 2019 年诺贝尔奖得主中拥有发明专利者占比



科学研究活动越来越接近人们的日常生活，技术前景和技术产业化的加速带给社会显著影响，人们感觉科学发展日益迅猛是这个意义上的。

二、关于技术革命趋势

（一）世界处于第五次技术革命波的后半段

演化经济学和创新经济学对历次技术革命长波或周期进行了刻画。根据弗里曼和佩蕾丝的研究，自1780 年工业化以来共发生了五次技术革命，每次技术革命过程构成一次康德拉季耶夫波，大约延续50 年。根据熊彼特的商业周期理论，一次康德拉季耶夫波可以简单分为前后两个阶段。前半段是主导技术群和新兴产业爆发、成长阶段，后半段是成熟、扩散阶段。表现在经济发展上，前半段是信用扩张，新兴产业快速成长和已有产业的规模扩张；后半段是信用紧缩，新兴产业日趋成熟和新技术对已有产业的渗透改造（图1）。



图1 工业革命以来连续的五次技术革命波

资料来源：参考弗里曼，佩雷丝，Johan Scho制作。

技术革命的过程，与科学革命过程相似，是新的技术--经济范式创立--扩散传播的过程，是一种非线性过程。它遵循从报酬递增到报酬递减的演化周期。新范式创立初期，面对的大多数产业是旧范式下成长起来的，界面不友好，扩散传播阻力大；随着越来越多新企业采用新范式，新技术扩散速度加快，报酬递增；当各个产业纷纷学习采用新的范式时，扩散速度和报酬递增将进入拐点，进入扩散速度降低和报酬递减阶段，直至最后扩散停滞和报酬接近零，整个技术经济系统的结构得到进化，达到新的均衡。

第五次技术革命即信息与通信技术革命始于1990 年前后，以50 年为波长，应该到2040 年前后结束，2015 年左右为中点。据此，我们现在已经进入这轮技术革命的后半段。

（二）信息技术加速改造人类生产生活方式

新技术的扩散依赖于新技术的成长成熟，新技术的成长方式是新技术产业的发展。进入后半段，信息和通信技术（Information and Communication Technology，ICT）及其产业经历了前期竞争发展已经成熟，自身发展趋近阶段极限(阶段极限是指一轮周期内技术所能达到的最大边界)，进入ICT产业和使用ICT 的门槛大幅降低，其潜能开始加速向其他经济部门横向扩散，信息技术迈入全面扩散的“拓展区”。

在产业技术创新方面，这种扩散表现为信息世界向物理化学世界、生命科学世界等的渗透融合，产生杂交、变异的技术及产业种群，如电商、网联汽车、产业互联网等，带来难以预期的新技术、新业态和新商业模式，技术创新竞争进入“新水域”或“无人区”。

这种渗透融合需要桥接型技术的协助，如5G、人工智能、区块链、大数据、云计算、物联网、人机结合技术等。技术融合产生新的经济形态，如数字经济、大数据经济、共享经济、智能经济、物联网经济、计算经济等；商业或创新组织形式也会嬗变，如网络化、虚拟化，大众创新、协同创新、分布式创新等。以上这些都是已经发生的，未来还会有新的形式不断产生，因为信息技术每进入一个新的部门都会产生新的融合杂交形态，是不可预见的。

虽然此阶段ICT 自身发展速度放缓，但因为渗透融合速度加快，应用场景越来越多，人类生产生活方式受到更多的直接影响，给人们的感觉反而是技术进步一日千里，似乎新一轮技术革命已然开始。

（三）第六次技术革命的前瞻

信息技术基于量子力学原理，是第二次科学革命进入应用领域的产物。第五次技术革命是第二次科学革命引发的第一次技术革命。这可能意味着第一次科学革命赋予人类新技术革命的潜能已近枯竭，未来的技术革命将由第二次科学革命引领。

信息技术革命是首次替代人的脑力劳动的一次技术革命，这是与前四次技术革命替代人的体力劳动的不同之处。这意味着，信息技术革命开辟了工业技术文明的一个新纪元。虽然替代体力劳动的技术仍然会继续发展进化，但以后的技术革命将可能是沿着替代人的脑力劳动的方向前进，并使得替代体力劳动的技术更加全面和高效。

技术革命与能源关系密切，因为近现代工业文明是一种能源资源密集型文明。不论是技术革命还是工业革命，每一次革命都会导致人类生产生活方式的能源资源密集度大幅提高。正是对自然界能源的大量获取，人类社会系统才能实现熵减，得以打破均衡并沿着工业文明路径持续进行结构演化。

因此，从这个意义上讲，工业技术都是能源型技术，要么是能量供应类技术，如蒸汽机、汽油发动机、电厂技术，要么是能量耗散类技术，如纺织机、汽车、计算机技术。自然界的能源通过能量供应类技术转化为能量，能量再通过耗散类技术传播耗散，塑造人类社会的新结构，

因此，能源的获得是技术革命的前提，技术的演化又会要求获得更高密度、更高生产率的能源，两者相互制约、相互促进，或者互为瓶颈、互为条件。由此推论，技术革命的发生应该是在能量供应类技术革命和能量耗散类技术革命之间轮转的。信息技术是耗散类技术，随着信息技术不断向智能化、无人化演进，能量供应类技术将成为瓶颈，呼唤着新的能源技术。因此，第六次技术革命应该包含能量供应类技术革命。

综上所述，第六次技术革命将很有可能包括两个方面，即信息技术的再次革命和新的能源技术革命，或者两者的结合。爆发的时间节点可能在2040 年前后（图1）。

三、工业革命趋势分析

（一）工业革命与技术革命的关系

工业革命指工业化范式的革命，譬如“机械化”。技术革命是在工业生产中发生的，因此工业革命应该包含了技术革命，当然工业革命还包含有其他丰富的内容，如组织结构和生产方式的变革。

根据前述技术革命与能源的关系，一次工业革命应该并不只包含一次技术革命，应该至少包含两次，即一次能量耗散类技术革命和一次能量供应类技术革命。这与杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）的观点是不同的。经济史学家，如图泽尔曼（Nick Von Tunzelmann）和钱德勒（Alfred D.Chandler），倾向于将第一次和第二次康德拉季耶夫长波合称为“第一次工业革命”。

第一次康德拉季耶夫长波可视为纺织机带来的能量耗散类技术革命，第二次康德拉季耶夫长波可视为以蒸汽机为代表的能量供应类技术革命。一般认为纺织机开创了“机械化”工业革命，蒸汽机将“机械化”的威力完全发挥出来。在评价蒸汽机和煤对英国工业革命的贡献时，兰德斯指出，如果不能提供一种强有力的能源，使其远胜于人畜力并不受无常自然的影响，那么集中于大规模生产单位的机械化工业的发展将是不可能的。

煤和蒸汽没有创造工业革命，但它们却使工业革命的非凡发展和迅速扩散成为可能。但是，如果没有之前水力机械（能量供应类技术）的显著改进，如18 世纪50 年代发明的中射式水轮和30 年代发明的涡轮，第一次康德拉季耶夫长波中的纺织机及沿河流建立的机械化工厂是得不到足够动力驱动的。

自中世纪以来，水力机械一直是欧洲制造业的一个重要组成部分。贾根良总结历次工业革命与技术革命规律性的关系，发现工具机( “工具机”技术应属于本文所指的能量耗散类技术)的革命总是首先发生在历次工业革命的前半段，从而成为历次工业革命的起点或标志，而与其相对应的能源革命总是发生在该次工业革命的下半段，并在下一次工业革命的前半段作为动力方面的主导产业继续发挥作用。

（二）三次工业革命的分期

弗里曼按照经济史学家的方法分析，认为第三次和第四次康德拉季耶夫长波构成了“第二次工业革命”，现在发生的是“第三次工业革命”。按照这种方法，可以在图1 的基础上形成图2。



图2 三次工业革命与五次技术革命划分

一次工业革命包含两次技术革命，时长约100 年。近代工业化以来，共发生三次工业革命，分别是“机械化”革命、“电气化”革命和“信息化”革命。现在处于第五次技术革命的后半段，第三次工业革命的前半段。当第六次技术革命完成时，即2090 年前后，第三次工业革命才完成。