信息传：决定我们未来发展的方法论

推荐序一 我们不预测未来，我们创造未来/ 邬贺铨
推荐序二 信息时代，每个人的必修课/ 郑纬民
前言 信息时代的底层逻辑

*编 自发时代

*章 因丧妻之痛而发明电报的画家
画家莫尔斯
对信息进行编码
“上帝创造了如此的奇迹”
开启信息科学
第二章 电报产业催生商业和社会新模式
谁在为电报建设买单
新的商业和生活方式出现
新旧大陆的心脏一同搏动
新技术的碾压性优势
第三章 计算机的奠基者
世界上*位程序员
巴贝奇发明小型差分计算机
用卡片记录指令和思想
悲剧英雄的错选
第四章 来自失聪家族的声学家
苏格兰的聋哑人教师
“华生先生，快来这里，我需要你帮忙……”
谁*先发明了电话
由电话到现代通信
第五章 无线电通信的冰与火
新旧大陆的第三次握手
电磁波的本质到底是什么
进入怪圈的特斯拉
马可尼的逆袭
为利益而站队
性格决定命运
第六章 声光影的记录和复制
让声音被留存和广播
“我抓住了光，我逮捕了它的飞行”
用动态信息记录时间的流动
第七章 盟军获胜的秘密武器
至暗时刻的希望之光
“眼观六路”的千里眼
在飞行中获取信息
第八章 信息的另一面
李鸿章遗恨春帆楼
从美国“黑室”到中国“黑室”
谣言比真相传播更快
罗斯福对日本偷袭珍珠港知情吗？

第二编 自觉时代

第九章 让成功从偶然到必然
符号和表意
为信息寻找数学基础
第十章 开启信息时代的天才
一位天才横空出世
香农与图灵的智力游戏
噪音信道：通信数学模型的基础
第十一章 消除复杂世界的不确定性
聪明头脑的大聚会
信息冗余和信息压缩
香农的信息论
对记忆本质的讨论
第十二章 大规模处理信息成为可能
德国工匠的奇迹
探究可计算的奥秘
比炮弹还快，“简直是电的脑”
第十三章 开启由信息驱动的社会
怪人肖克利和青年才俊们
“八叛徒”与仙童公司
将所有的电路做到一个硅片上
第十四章 用更少能量传输更多信息
从对讲机到汽车电话
移动电话与固定电话
变频通信和CDMA
卫星通信的可能性
第十五章 信息技术和产业发展的规律
英特尔的诞生
摩尔定律的奇迹
英特尔的“以色列军队”
信息产业的根本规律
索引

我们生逢信息社会，需要对信息有所了解。然而不同于农耕时代的谷物，或者工业时代的钢铁，信息看得见却摸不着。对于谷物和钢铁，我们可以从数量上衡量它们的多少，同时度量相应的地区和文明的发达程度，但是信息不同，我们很难度量它们。即便我们能够度量它们，似乎也不能把它们直接和财富、经济发展或者生活水平挂钩。因此，我们虽然人人生活在信息时代，却很少有人能道得清、说得明信息是什么，它又是如何决定和影响我们的生活的。这便是促使我写《信息传》一书的原因。理解信息可以从以下三个维度入手即什么是信息、信息技术的本质和信息的历史。

什么是信息
70 多年前，我们这个星球上*聪明的一些头脑，时常聚集在纽约*古老的比克曼酒店，讨论后工业时代层次的科学问题，其中包括冯·诺伊曼、图灵、维纳和香农等人。信息的本质是大家讨论的热门话题之一。
虽然有些科学家依然将信息和其中所包含的具体含义相联系，但是香农却开宗明义地告诉大家，所谓信息的含义根本不重要，它的表现形式（比如文字、图形或者声音）更不重要，甚至很多信息就没有含义。所谓信息，不过是对一些不确定性的度量。而信息的意义就在于，使用它能够消除一个藏在黑盒子里的未知世界的不确定性，从而达到了解它的目的。用这种方式认识世界，是信息时代*根本的世界观和方法论。
自从人类进入文明社会以来，能量和信息就是衡量我们这个世界文明程度的硬性标准。一种文明能够开发和利用的能量越多，文明水平就越高；同样，一种文明能够创造、使用和传输的信息越多，手段越有效，其文明水平就越高。中国古代文明能够在长达上千年的时间里在世界上维持较高的水平，和便宜的纸张、普及的印刷术有很大关系。进入19 世纪之后，电的使用催生出了近代的信息产业，而我们能够说得出来的对人类影响*的那些发明创造，一大半都和信息有关，包括电报、电话、电影、无线电、大众传媒、计算机、移动通信、卫星技术、互联网等。可以讲，自那时开始，信息技术的发展历史，就是半部技术和商业进步的历史。可以说，信息是带动经济和社会发展的火车头。
我们今天已经无法想象每天的生活如果离开了信息或者信息技术，将会什么样。2018 年，世界上制造出来的集成电路芯片首次超过1 万亿片，它们广泛地存在于我们生活的各种日用品中，帮助我们进行生产和提供服务，替我们节省了许多体力和脑力。今天，我们对整个社会的管理，对经济生活的维持，都是在上万亿片芯片的帮助下完成的。而这些芯片的背后，则是流动的信息。

信息技术的本质
理解了信息是什么，我们或许应该更多地了解一下信息技术本身，以便我们在日常工作学习中可以更好地收集和利用信息。
信息技术从本质上讲，可以概括成信息的传输、处理和存储技术。电报、电话、手机通信和互联网，都是传输信息的手段，计算机和各种控制系统则是处理信息的工具，纸张、胶卷、磁带、光盘、半导体存储器，则是存储信息的媒介。全世界信息技术的发展，都是沿着用更少的能量传输、处理和存储更多的信息这条主线来进行的。我们知道，电报比“六百里加急”（古代驿站传送信息的方式）快，电话传输的信息比电报多，互联网则更加方便有效。其实，从本质上来讲，这些进步都可以看成单位能耗所传输信息量的提高。在移动通信中，从1G（*代移动通信技术）到5G（第五代移动通信技术），单位能耗的信息传输率提高了5 个数量级左右，这就是通信发展的根本趋势。处理信息也是如此。尽管1946 年世界上*台电子计算机埃尼亚克耗电量高达150 千瓦，但是进行一次计算依然比机械计算机更能节省能量。2016 年，谷歌的AlphaGo 在围棋比赛中战胜了世界冠军李世石九段，如果用埃尼亚克的技术来实现AlphaGo 的计算量，则需要消耗掉400 万个三峡发电站的峰值发电量。类似地，在信息存储方面，我们今天一台服务器就可以存下世界上*的图书馆——美国国会图书馆纸质媒体上的全部内容。这就是技术进步，而且这个进步的速度，比信息时代到来之前加快了很多。
今天，每一个人对摩尔定律几乎都不陌生，它道出了信息产业高速发展的规律。但是很多人会担心，当半导体集成电路技术发展到物理的极限水平时，未来的世界该如何发展。其实，我们的世界依然会沿着用更少的能量传输、处理和存储更多信息的趋势继续发展。2017 年，谷歌和英伟达推出了人工智能芯片，用于机器学习。这些芯片单位能耗的计算速度比英特尔的处理器要快上千倍，尽管那些芯片的复杂程度相比后者并没有提高。

信息的历史
我们这本书讲述的是信息的历史，它的起点是莫尔斯发明电报码。我们之所以选择这件事作为起点，而不是更早的一些事件，比如文字的起源和印刷术的发明，不仅因为电报是*项近代的通信技术，更因为它和我们今天理解的信息有较大的相关性，或者说我们今天用到的很多信息技术，比如信息编码技术、信息传输技术，都和电报有继承性。因此，对电报的了解可以帮助我们理解今天技术发展的脉络。
信息的历史大致可以分为两个阶段——自发的时代和自觉的时代，而划时代的代表人物是香农。
在香农之前，虽然人类有了电报、电话、无线电、电视机以及机械计算机等信息技术的成就，但是人类并不了解信息的本质和它的规律，因此依然处在黑暗中摸索的阶段，那时候的成功有很大的偶然性。如特斯拉和巴贝奇这样的天才，他们完全无法明白自己的很多努力其实完全走错了方向。特斯拉的竞争对手马可尼与其说比特斯拉水平更高，不如说比他更加幸运。由于不了解信息的本质，有时甚至还会受丢失信息和相信错误信息之害。因此，这个阶段还只能被称为信息科技发展的自发时代。
在香农之后，从信息的维度来看，整个世界为之一变。香农用一个被称为“熵”的概念和三个非常简洁的定律，描述了信息科学的本质。它们就是我们今天所说的信息论的核心。以后信息科学和工程的发展，其实都是在香农信息论的指导下进行的，人类从此几乎没有再犯过什么大的错误，也没有走太多的弯路。从1G 到5G 移动通信的发展，无非是工程师按照香农第二定律指出的方向，根据各个时代能够获得的技术，对信息编码和传输技术进行持续改进而已。在第二次世界大战之后，世界上没有再发生过灾难性的密码被破译事件，这在很大程度上要感谢香农道出了信息加密的本质，即在噪声通道中的通信问题。因此，从那时
到今天，可以讲是信息科技发展的自觉时代。在信息的历史上，一方面我们会看到一些极为聪明与智慧的头脑，他们几乎是以一己之力改变了文明的发展进程。1936 年，24 岁的图灵和20 岁的香农，分别解决了使用机器处理信息的两个基础理论问题，这促成了后来电子计算机的诞生。从莫尔斯开始，这种宛如超新星爆发的时刻时有发生，那些历史读起来让人荡气回肠，那些内容构成了我们这本书很重要的一部分。但是，另一方面，信息科学和产业的进步，则是很多科学家和工程师共同努力的结果。从1G 到今天的5G，我们很少能听到某一个特殊贡献者的名字，但是我们今天每一个人都在享受着这个行业从业者们的贡献。类似地，虽然我们把描述信息产业规律的定律以摩尔的名字命名，但是真正让这个产业在半个多世纪里翻番增长的原因，却是英特尔等公司默默奉献的工程师。
我们希望这本书，可以帮助大家进一步了解信息，了解信息的历史，这样有助于我们今天在工作和生活中利用信息进行决策，也有助于我们理解信息技术和经济发展的趋势。同时，也希望历史上那些成功的人、成功的做事方法能够为我们的读者提供有益的借鉴和启发，让大家能够事半功倍地做事情，获得可重复性的成功、可叠加式的进步。
由于本人学识有限，书中难免有这样或者那样的错误和遗漏，也望读者朋友不吝指正。