第3章
飞速发展的9大指数型技术（二）

虚拟现实与增强现实

2001年的一天，斯坦福大学心理学家、虚拟现实先驱杰里米·拜伦逊（Jeremy Bailenson）将实验室里的大部分设备打包，装上飞机，飞往华盛顿特区。他将前往美国联邦司法中心主持一场会议，并与法官们讨论虚拟现实可以在法庭中发挥什么作用。考虑到“耳闻为虚，眼见为实”，拜伦逊让法官们戴上虚拟现实眼镜，走上一块木板。

那块木板是虚拟现实模拟的重要组成部分。拜伦逊所用的程序可以将举行会议的房间映射为地毯上的纤维和窗户上的条纹，这是戴上虚拟现实眼镜后能看到的。然后，拜伦逊按下按钮，法官脚下出现一道裂缝，大约有9米深、3米宽，只有一块薄薄的、摇摇晃晃的木板横在上面。游戏要求以这块木板为跳板走过裂缝。有一位法官参加了这个游戏，他向前迈了一步，就在中间偏左一点的地方。

然后，他就滑倒了。

这位法官已经60多岁了，体重接近120千克。由于这个游戏还模拟了重力，所以这位法官从自己的角度出发得到的感受是，所有的重量都突然掉进了那条裂缝的底部。如果这发生在现实世界中，拯救自己生命的最好方法肯定就是以最快速度冲向裂缝的另一边，同时尽力在水平方向伸展你的身体，希望能够抓住远端某个小小的“抓手”。

这位法官就是这么做的。“他以45度角俯冲过去，”拜伦逊解释道，“飞速冲向一张桌子，我的电脑就放在那张桌子上，但要命的是，那张桌子有一个很尖的角。”

幸运的是，这位法官没有撞上桌子。他最终毫发无伤。拜伦逊就这样以一个精彩的故事结束了这场旨在向法官们说明通常被虚拟现实专家称为“临在感”（presence）的感官骗局演示。“从本质上说，如果虚拟现实技术真的登峰造极，那么由于人类大脑的神经生物学结构，我们是无法判断自己是否身在‘母体’中的。如果像素仍然隐藏着，如果那个视场真的模拟了人的视场，如果从阴影到运动的一切都是以精确的逼真度创造出来的，那么大脑就会相信这种错觉是真的，也就是为什么那位法官会一头冲向桌子的原因。”

“临在”是一个全新的发展。纵观历史，我们的生活一直被物理定律所限制、被五感所束缚。但是虚拟现实在改写这些规则，它让我们体验数字化，把我们的感官传送到一个计算机生成的世界中，在这个世界里，想象力的极限是现实的唯一障碍。

与人工智能非常类似，虚拟现实的概念从20世纪60年代开始就已经存在了。80年代出现了第一个虚假的黎明时期，当时最早的“面向消费者”的虚拟现实系统开始出现。1989年，在苹果手机问世之前，如果你有25万美元的闲钱，就可以购买由“虚拟现实之父”杰伦·拉尼尔（Jaron Lanier）创办的VPL公司（“虚拟现实”这个术语就是拉尼尔创造的）出品的EyePhone虚拟现实系统。然而不幸的是，为这个系统提供动力的电脑足有一个集体宿舍所用的冰箱那么大，而且与它配套的耳机也是既笨重又笨拙的，同时，它每秒只能产生5帧画面，比那个时代的电视的平均速度还要慢6倍。

到了20世纪90年代初，这种炒作就已经退潮了，虚拟现实进入了一个长达20年的欺骗性阶段。不过，相关的基础技术并没有停止发展。到了新旧世纪之交，虚拟现实技术已经足够愚弄法官了。进入21世纪之后，随着日益强大的游戏引擎和人工智能图像绘制软件的融合，欺骗性阶段过渡到颠覆性阶段，虚拟现实的世界开始对商业打开了大门。

大量虚拟现实初创企业涌现出来，收购、兼并事件此起彼伏。2012年，Facebook斥资20亿美元收购了虚拟现实公司Oculus Rift，引起巨大轰动。2015年，科技博客Venture Beat发布报告称，这个通常每年只有10家新企业进入的市场，突然间出现了234家。2017年，对三星公司来说是标志性的一年，该公司卖出了365万套耳机，吸引了足够多的眼球。终于，从苹果、谷歌到思科和微软，所有科技巨头都决定要研究虚拟现实了。

不久之后，基于手机的虚拟现实就出现了，把进入门槛一路降到了最低5美元。到2018年，第一批无线适配器、独立耳机和移动耳机联袂上市。在分辨率方面，到2018年，谷歌和LG公司将每英寸像素数增加了一倍，刷新率也从VPL时代的每秒5帧提高到了超过每秒120帧。

大约在同一时间，这些系统开始瞄准更多的感官，而不再仅限于视觉。HEAR360的“全双耳”麦克风套件可以360度捕捉声音，这意味着沉浸式的听觉感受已经赶上了沉浸式的视觉效果。触觉虚拟现实也已经普及到普通大众，触觉手套、触觉防弹衣和触觉全身紧身衣都进入了消费市场。气味发射器、味觉模拟器和各种各样的传感器（只要你想象得到）——包括脑电波阅读器，都在试图把“非常像”变成完全逼真。

同时，虚拟现实探险家的数量也在不断增加。根据eMarketer的一项研究，2017年，月度活跃用户已经达到2 200万，到2018年进一步增加到3 500万。预计到21世纪20年代中期，虚拟现实的市场价值将达到350亿美元左右，而且我们将很难找到一个虚拟现实技术完全没有涉足的领域。

在本书的第2部分，我们将仔细考察虚拟现实如何重塑从娱乐到医疗的所有市场。不过在这里，不妨先考虑一下教育市场这个例子，因为虚拟现实技术提供了一种全新的学习方式。自从向法官展示虚拟现实技术以来，杰里米·拜伦逊和他的团队花了20年时间探索虚拟现实导致人类行为改变的能力。他开发了第一人称虚拟现实体验程序，用来帮助说明种族主义、性别歧视和其他形式的歧视。例如，在他创造的虚拟现实中，用户可以体验一下住在巴尔的摩街头的年老、无家可归的非裔美国妇女的生活，这种体验会给用户带来持久的变化：在移情能力和理解程度方面的重大转变。

“虚拟现实并不是一种媒体体验。”拜伦逊在2010年纽约大学法学院的一次演讲中解释道，“如果虚拟现实做得足够好，那么这就是一种实际的体验。总的来说，我们的研究结果表明，与其他类型的传统媒体相比，虚拟现实会导致更多的行为改变、更多的参与和更大的影响。”

随着虚拟现实技术的发展，增强现实（augmented reality）技术也在不断发展。2016年，任天堂公司出品的《精灵宝可梦Go》（Pokémon Go）下载量超过了10亿次，这标志着增强现实技术进入了颠覆性阶段。而苹果则成了下个阶段的领先者，它的行动分为两步：第一，推出增强现实技术开发者套件，让任何人都可以为苹果公司的平台设计应用；第二，收购Akonia Holographics公司，那是一家为智能眼镜制作超薄透明镜片的公司。

企业家们也纷纷以在增强现实领域创新为乐。就在本书的写作过程中，在众筹网站AngelList上，已经涌现了超过1 800家不同的增强现实技术初创公司。专家预测，到2021年，所有这些创业活动加起来将促使一个超过1 330亿美元的市场出现。

虽然增强现实应用还不如虚拟现实应用便宜，但是100美元就可以买到入门级的Leap Motion耳机了，如果愿意花3 000美元，那么就可以入手顶级的微软HoloLens。与此类似，在豪华汽车上使用的平视显示器（它可能是第一个得到了广泛使用的增强现实技术），很快将成为经济型汽车的标准配置。

在教室里，增强现实技术可以帮助孩子们更好地探索虚拟物体和虚拟世界。在街道上，增强现实技术可以创造出一种不同的学习体验，每一栋建筑都能够将它的历史投射到你的视野中。零售业将这种技术的应用提升到了另一个层次。你饥肠辘辘，又不想花冤枉钱？你的增强现实镜头会显示出你所在街区所有餐饮的特价午餐，同时还附上了消费者给出的评分。在工业领域，增强现实技术模拟正在教会我们操作各种各样的机器，甚至包括如何驾驶飞机。博物馆的展览可以利用增强现实技术，房地产经纪人在带人看房时也可以利用。在医疗保健领域，增强现实技术可以让外科医生“看到”堵塞的动脉的内部，让医学院的学生在虚拟尸体上剥开层层皮肤。

所以，准备好迎接增强现实吧，毕竟已经有法官为你在前面开好路了。

3D打印

“整个宇宙”最昂贵的补给链其实只有388千米。这是一个补给网络，从地面任务控制中心一直延伸到国际空间站上的宇航员。昂贵源于重量。把一个物体从地球的“重力井”中取出来的成本高达每磅1万美元。由于一件东西实际到达空间站往往需要几个月的时间，所以国际空间站的很大一部分宝贵空间都被存放的替换部件占用了。换句话说，有史以来最昂贵的补给链，导致了宇宙中最奇异的垃圾场。

在《创业无畏》中，我们讲述了“太空制造公司”的故事，这是第一家尝试解决上述问题的企业。这家公司的目标是制造出能在太空正常工作的3D打印机。那已经是几年前的事情了，现在，“太空制造”真的已经进入太空了。这就是为什么，在2018年的国际空间站任务中，当一名宇航员手指受伤时，他们不需要从地球上订购夹板，更不需要等上几个月（从地球上送过来需要几个月）。相反，他们只需打开3D打印机，装入一些塑料原料，在打印蓝图档案中找到“夹板”，就可以在需要的任何时间制造出所需要的东西。这是一种我们以前从未见过的“按需生产”能力。

但是，我们花了相当长的一段时间才实现了这一点。

最早的3D打印机出现在20世纪80年代，它们既笨重又缓慢，还很难编程，同时又很容易损坏，而且只能打印塑料。而到了今天，3D打印机已经可以用元素周期表上的大部分物质来打印了。我们现在可以用数百种不同的材料来打印（而且是全彩色的）——金属、橡胶、塑料、玻璃、混凝土，甚至有机材料，如细胞、皮革和巧克力。至于我们现在能够打印出来的东西，那就更是越来越令人印象深刻了。从喷气发动机到公寓大楼、从电路板到假肢，3D打印机正在以越来越短的时间制造越来越复杂的设备。

这对工业来说无疑是一件大事。3D打印机的随需应变特性，消除了对库存的需求，也消除了保持库存所需的一切需求。除了原材料和打印机本身所需的存储空间之外，这项技术几乎完全抹去了供应链、运输网络、备件室、仓库和所有其他部分。仅仅是这一个指数型技术的发展，就会威胁到价值12万亿美元的整个制造业。

而且这一切来得非常快。

直到21世纪初，3D打印机一直都是一种非常昂贵的机器，价格在10万美元以上。如今，它们的售价已经下降到不到1 000美元。随着价格的下降和性能的提升，与3D打印技术有关的融合也开始出现了，而这将3D打印推向了更加广阔的市场。

几年前，一家以色列公司将3D打印和计算技术融合在了一起，将第一台商用电路板3D打印机推向市场，让设计师可以在几个小时内完成新产品的原型设计（以前至少需要几个月的时间）。另一个融合是3D打印和能源，现在，这种技术已经广泛用于制造电池、风力涡轮机和太阳能电池，这些也许是可再生能源革命中最昂贵和最重要的三种组件。交通运输也受到了类似的影响。引擎曾经是地球上最复杂的机器之一。通用电气的高级涡轮螺旋桨发动机曾经包含855个独立的研磨部件。而如今，有了3D打印技术，它只需12个这样的部件了。好处显而易见吗？是的，重量减少了45千克，同时燃料效率提高了20%。

生物技术和3D打印构成了又一个交叉领域。第一副3D打印假肢出现在2010年。到了今天，医院已经在大规模地推广3D打印技术了。2018年，约旦一家医院推出了一个可以在24小时内设计、打印并安装假肢的项目，总费用不到20美元。与此同时，由于3D打印机现在还可以打印电子产品，我们看到无限明天（Unlimited Tomorrow）和开放仿生学（Open Bionics）等公司正在以非仿生制品的价格销售3D打印机制造的多手柄仿生假肢。

而且，对身体外部的肢体替换，已经发展为对内部器官的替换。2002年，维克森林大学的科学家3D打印出了第一个能够过滤血液并产生尿液的人工肾脏。2010年，生物打印设备公司Organovo打印出了第一根血管。如今，Prellis Biologics公司正在以创纪录的速度打印毛细血管。Iviva Medical公司在3D打印肾脏时也实现了非常快的速度。正是因为如此，3D打印器官预计将在2023年正式上市。

3D打印技术对建筑业的影响也在加速。2014年，中国盈创建筑科技公司利用3D打印技术在24小时内打印了10套独栋住宅，每套成本不到5 000美元。几个月后，该公司又用一个周末就打印好一栋五层的公寓楼。2017年，另一家中国公司将3D打印与模块化建筑技术相结合，在19天内建成一座57层的摩天大楼。2019年，位于加利福尼亚州的Mighty Building公司将3D打印技术与机器人技术及材料科学的最新发展成果融合起来，完成了一个前所未有的创新：利用3D打印机，以1/10的劳动力成本和低于行业标准3倍的产品成本，打印出了满足美国建筑法规标准的独栋房屋。

但是，最能说明3D打印拥有彻底改变世界的力量的故事，则是由一个名叫布雷特·哈格勒（Brett Hagler）的人写就的。2010年海地大地震几年后，哈格勒去了一趟海地。他非常震惊地发现，在灾难发生那么久之后，竟然仍然有成千上万的人住在帐篷里。见此情形，哈格勒下定决心，要找到一种方法，利用新兴技术为最需要的人提供永久的避难所。为了实现这个目标，他成立了一个名为“新故事”（New Story）的非营利组织，从一群被称为“建设者”（Builders）的投资者那里筹集到了研究资金。然后，他发明了一种太阳能3D打印机，可以在我们能够想象到的最恶劣的环境中正常工作。哈格勒的3D打印机能够在48小时内打印出37到74平方米的房子，成本则介于6 000和10 000美元之间（具体取决于地点和原材料成本）。而且，这种房子并不是一间简陋的泥屋，而是一幢漂亮的设计好的现代化住宅，甚至还配了环绕的门廊。

从2019年秋天开始，在墨西哥，“新故事”开始建造世界上第一个3D打印社区，向无家可归的人赠送或低价出售50套住房（购买者可以申请只需以小额方式逐渐还款的免息贷款，而且所有申请人都可以得到批准）。“数据很清楚，”哈格勒对此解释道，“有一个栖身之所是人类的基本需求。如果你能满足这个需求，那么其他一切都会开始改善：健康、幸福感、收入、孩子的教育水平等。3D打印是消除贫困的一个不可思议的工具，我们要很好地利用它。”

区块链

在区块链问世之后的短时间里，它就已经有了一系列非常丰富多彩的绰号。人们用来代指区块链技术的名称包括：指数型的记录保存技术、全世界有史以来最“性感”的记账解决方案、终结政府的终极技术等。简单地说，区块链是一种赋能技术，本身就是通过为数字货币赋能而诞生的。

数字货币，或者说我们可以用1和0来代替美元和美分这个概念，是在1983年首次提出的。然而，这个思想一直被看上去非常棘手的“双重支付问题”所困扰。所谓双重支付问题，可以用一个简单的例子来说明：如果你有一张一美元的钞票，并把它送给了朋友，那么你的朋友就拥有了这张一美元的钞票；但是，如果你有一张电子美元钞票，并把它送给你的朋友，如果这种钞票的核心只不过是一些“1”和“0”的话，那么，有什么办法能阻止你只把这张钞票的副本送给朋友，而把原件留给自己呢？毕竟，这正是一切数字共享行为得以实现的方式。例如，当你发送电子邮件时，你的电脑会储存原件并发送副本。这对于交换信件来说当然很好，但是对于交换货币来说就非常糟糕了。这就是双重支付问题，比特币就是用来解决这个问题的。

比特币最初诞生于2008年，当时一个自称中本聪（Satoshi Nakamoto）的匿名人士在互联网上发表了一篇论文，提出了一种数字点对点支付系统，也就是人们常说的P2P，它可以在无须金融机构的情况下交换现金。第二年，第一个比特币软件公开问世，但是因为这些比特币都是“开采”出来而不是用来交易的，所以没有办法给它们赋予货币价值。2010年，拉斯洛·汉耶兹（Laszlo Hanyecz）解决了这个问题，他用1万比特币买了两个比萨。在当时，这两个比萨的市场价格为25美元，以此为标准计算，每个比特币的价值为0.0025美元。而到了2019年，1万比特币的市场价值接近1.5亿美元。

然而，真正的革命发生在比特币的背后，也就是区块链技术。区块链是一个分布式的、可变的、被允许的、透明的数字账本，接下来我们依次讨论这四个特点。分布式意味着，区块链是一个共享的、“集体所有”的数据库，所以网络上的每一个人，也就是任何拥有货币的人都有这个账本的一个副本；可变意味着，在任何时候，任何人都可以往账本中输入新的信息，而且所有的账本都会改变；区块链是被允许的，就像现金是被允许的一样，也就是说任何人都可以使用它；这个系统是透明的，因为网络上的每个人都可以看到网络上的每一笔交易，这实际上也就解决了双重支付问题。

然而，区块链真正的创新之处在于交易是如何记录在数字账本上的。在通常的金融交易中，当货币四处转手时，需要一个可信的第三方：如果我给你开了一张支票，那就隐含着有一个第三方（通常是银行）能确保我有足够的现金进行支付。但是，加密货币把这个“中间人”从交易中移走了，取而代之的是与网络上的每台计算机进行交易验证。一旦某个交易被认定为有效，这个交易的记录将与其他记录捆绑到一个“块”中，添加到之前所有块的记录中（即加入“链”中）。

区块链去掉了中间人，把记账带入了数字时代，它对传统银行的影响就像互联网对传统媒体的影响一样，最终将彻底摧毁它们。而对于创新者来说，区块链却在那些以前没有银行业的地方创造了银行业。因为这项技术是无须许可的，所以之前没有银行账户的几亿人现在也有地方可以存钱了。根据埃森哲咨询公司的一份报告，这是一个价值3 080亿美元的机会。

区块链还提供了一种转移资金的简便方法，尤其是在不同国家之间。目前，国际汇款市场的价值高达6 000亿美元。所有这些钱都被那些“第三方”“刮”走了，因为像西联汇款这样“可信的”中间人，要从它们处理的每一笔交易中收取高额费用。

此外更加重要的是，之所以会有那么多人没有银行账户，一个原因是他们同时也缺乏一个官方身份。区块链解决了这个问题，它为人们提供了一个数字身份证。那么，这个数字身份证可以做什么呢？我们可以拥有自己的数据，可以促进公平和准确投票。如果你可以确定自己的身份，那么声誉评价也就很容易建立起来。有了这个评价，点对点共享出行就会非常方便了——现在，这种服务还需要诸如优步等“可信”第三方的介入。

就像它可以验证身份一样，区块链也可以验证任何资产，例如，确保你的订婚戒指用的不是“血钻”。土地所有权是区块链“大展拳脚”的另一个机会，这是因为地球上有相当一部分人是居住在不是他们自己拥有的土地上的（或者，不是由他们正式拥有土地所有权的土地上）。再一次以海地为例。地震、独裁统治和强制疏散，所有这些因素结合在一起，使确定谁真正拥有哪些土地变成了一个巨大的难题。区块链“土地登记册”可以记录每一笔交易，因而保证了土地所有权永远可以一笔交易一笔交易地回溯到原来的所有者。

这种土地登记册也让我们看到了区块链的另一个优势——它内置了一个智能契约层。区块链在体育博彩中的应用就是一个很好的例子。现在，网络博彩需要一个“可信的第三方”，也就是一个赌博网站，它能保证赌资会得到支付。但是，如果两个赌徒可以在赌局开始之前就约定信任某个来源，将之作为结果的仲裁者，比如可以信任《纽约时报》的体育版，那么他们就可以订立一个区块链合同，然后打赌，并让系统解决通过《纽约时报》的体育版来解决赌约，自动转移钱款。之所以说这是一个智能合约，是因为它能够自我执行，而不需要人的参与。

正是因为上面这些原因，区块链技术得到了飞速发展。截至2018年，像摩根大通、高盛和美国银行这样的金融巨头，都已经着手大规模推广加密货币了。首次代币发行（Initial coin offerings，ICOs）可以说是区块链版的众包，也呈现出爆炸性增长的势头。截至2018年，新发行的加密货币的市场价值达到了差不多100亿美元。加特纳咨询公司（Gartner，Inc.）提供的数据显示，加密货币的价值，不到10年前只能换两个比萨，而到2025年总价值预计将增加至1 760亿美元，到2030年更是有可能超过3.1万亿美元。

为了更准确地把握这个潮流的未来走向，我们还必须讨论区块链的另一个特性，它可以成为不同世界之间的桥梁。软件先驱埃里克·普里尔（Eric Pulier）创立的Vatom公司正在使用区块链打造各种“智能物件”。从财务角度来看，这里所说的“智能物件”既是一种新型的资产类别，也是一种在虚拟世界和现实世界之间传递价值的方式。这似乎是一种奇怪的东西，很难用通常的英语表达清楚。事实上，真相是，我们还没有恰当的词语来描述智能物件将会带来的无限可能性。

下面，我们分若干层次研究这个问题。

在最基本的层次上，智能物件是一个数字对象，在它之下还有一个区块链层。区块链层意味着智能物件是唯一的，为数字对象提供了真实性和稀缺性。如果你有一张经Vatom公司授权的汤姆·布雷迪（Tom Brady）足球卡，那么你可以确定它是所属的那一类中的唯一一张。如果你把你的这张卡给我，那么现在就变成了我有你无了。换句话说，这时候它就像一个物理对象。

下一层是这样的。假设你戴着智能眼镜在纽约四处闲逛，看到了一个可口可乐的广告牌，上面有6瓶可口可乐。把你的手机对准广告牌，点击购买，马上就会有一瓶可乐从广告牌上跳到你的手机上来。现在，广告牌上有5瓶可乐，还有一瓶装在了你手机中的一个特殊的智能物件里。这里有两件事需要注意。要把可口可乐“装到”你的手机上来，并不需要下载应用程序或登录网站，你只要点一下鼠标，其他一切都是自动完成的。更妙的是，你不仅拿到了这瓶可口可乐的电子版本，还可以拿到真正的可口可乐。现在广告牌上还有5瓶可乐，就像你的手机上有一瓶一样。然后，你可以走进一家酒吧，把可乐从你的手机上刷到酒保的手机上。现在酒保递给你一杯真正的可乐。智能物件的工作原理就像优惠券。然而，神奇的事情发生了：通过用你的数字可乐换取真正的可乐，你把价值从数字世界转移到了现实世界。

数字对象也是可变的。例如，在前述可口可乐的例子中，你也可以不把这杯饮料交给酒保，而是把它送给一个朋友。事实会证明，可口可乐正在进行一个秘密的促销活动。如果你把可乐给朋友，一旦刷到你朋友的手机上，这杯可乐就变成了两杯可乐。现在你的朋友可以赎回一杯给自己，把另一杯给另一个朋友。

事情还可以变得更加奇怪。智能物体是人工智能化的，这意味着它们可以学习并拥有记忆。假设你需要一套新西装，于是你去买了一套。在购买的时候，你还可以得到一份这套西装的电子版。不需要你填写任何表格，它会直接出现在你的手机上。更棒的是，这套数码西装还配了一部电影，它可以展示西装上的每一根线的全部历史。这不是程序设计好的，因为智能西装已经在整个生产过程中很好地了解了自己的历史。为什么这一点很重要？因为现在你有了区块链化的证据，证明你的西装没有任何一部分是非法生产的。

现在还可以更进一步。由于存在人工智能层，这些智能物件并不是存在于某个固定位置上的。事实上，它们已经不太像物体，而更像另一种形式的生命了，它们能够在数字世界中按照自己的意愿到处“走动”。假设你在微软公司工作，想为一款奇幻游戏雇用一名新的游戏设计师。于是你设计了一把智能的“火红之剑”，用来在社交媒体上搜索，以寻找那些对幻想、密码术、游戏设计以及其他你所需要的技能有热情的人。你找到了约翰·史密斯，一个完美的候选人，他当时正好在巴哈马度假。当史密斯戴着他的智能眼镜在海滩上漫步时，智能眼镜可以为他讲述海滩的历史。突然之间，不知从什么地方，一把巨大的燃烧着的剑从天而降，插进了约翰脚下的沙子里。他想把它拔出来，但是它一动也不动。然而，这把剑的把手闪着金光——有16个数字闪烁着出现，然后又闪烁着消失。因为约翰对密码学一直很感兴趣，因此他意识到这些数字实际上是个谜题。约翰解开了这个谜题之后，大声说出了正确答案，然后就可以把剑从海滩上拔出来了。当他这样做的时候，这把剑又变成了一条粉红色的小龙，告诉约翰，他已经被选中，成为微软公司的一名游戏设计师候选人，并问他是否有兴趣申请这份工作。

我们还可以继续举出很多类似的例子。智能物件不仅填补了不同世界之间的鸿沟，它们还成功地将世界游戏化了。如果说区块链一项已经变成了科学事实的科幻技术，那么智能物件似乎逆转了这个过程，把日常的现实变成了科幻。

材料科学与纳米技术

1870年，托马斯·爱迪生遇到了一个“材料科学”方面的难题。在他之前，研究人员已经发现，当电流通过某些金属时，金属会发热，当它们变得足够热时，就会变白并开始发光。爱迪生意识到，如果能找到合适的材料，即某种只会产生最小的余热、耗电量很低，同时又足够耐用到能经受住电击的材料，他就能制造出第一个灯泡。

但是，这种寻找非常耗费时间。仅仅凭自己的直觉，爱迪生花了14个多月的时间尝试了1 600多种材料，最终找到了一种能持续14.5个小时的碳涂层棉线。几年之后，他又将之升级为碳涂层竹线，制造出一个能连续工作1 200小时的灯泡。但是到1904年，市场力量开始发挥作用，其他创新者也参与了进来。更亮、更持久的钨丝出现了，这就意味着爱迪生的1 600次凭直觉的实验只产生了一个次优解，其优势在短短几十年内就完全消失了。

但是今天，工程师可以直接跳过所有类似的“钳工工作”，而且永远不必满足于次优解决方案。现在，在用硅芯片取代了试管之后，工程师已经可以虚拟地尝试新材料了，因而他们可以在短短几个小时内完成过去需要几个月甚至几年的工作。换句话说，我们正处于一场材料科学革命的热潮中。

顾名思义，材料科学是致力于发现和开发新材料的学科。它是物理和化学的产物，元素周期表就是它的“杂货铺”，物理定律就是它的“食谱”。然而不幸的是，由于需要利用的元素周期表非常大，而且涉及的定律非常复杂，材料科学一直是历史上发展最缓慢的科学之一。以锂离子电池为例，在今天，从智能手机到自动驾驶汽车，都依赖锂离子电池来提供电力。它早在20世纪70年代就被提出了，直到90年代才进入市场，并且直到最近几年才开始真正成熟。

2011年6月，美国前总统奥巴马在卡内基梅隆大学宣布了“材料基因组计划”（Materials Genome Initiative），这是一项全国性的计划，旨在利用开源方法和人工智能，将材料科学的创新速度提高一倍以上。奥巴马认为，这种加速发展对美国的全球竞争力至关重要，也是应对清洁能源、国家安全和人类福祉等重大挑战的关键。

这项计划奏效了。

奥巴马倡议的计划的结果是一个巨大的数据库，因为利用人工智能技术，我们可以绘制出上亿种可能的元素组合：氢、硼、锂、碳等。有了这样一个数据库，科学家就可以用元素周期表来演奏一曲特殊的“即兴爵士乐”了。对此，德勤咨询公司材料科学部高级主管杰夫·卡贝克（Jeff Carbeck）这样解释道：“在过去的几年里，我们能够对一万多种已经比较了解的材料随心所欲地加以利用了，而且，在高性能计算机和量子技术的帮助下，我们已经能够预测目前还不存在的新材料的性能了（几年后）。如果你想要得到下一代的膝盖植入物，人工智能可以利用这个数据库筛选出所有可用的材料，并从中选择最安全、最可靠的材料。”

感谢奥巴马的倡议，我们拥有了一幅全新的物质世界地图。在这张地图的帮助下，科学家就能够比以往更快地组合已有元素，甚至创造出我们从未见过的元素。一系列新的制造工具进一步放大了这个过程，使我们能够在全新的尺度和规模下工作，包括在原子尺度上，毕竟我们现在已经做到了一次只用一个原子来制造东西。现在，在这些工具的帮助下，我们已经制造出许多“超材料”，然后又运用这些超材料制造出生产轻型车辆所需的碳纤维复合材料、生产更耐用的喷气发动机所需的高级合金，以及用来替代人类关节的生物材料。我们还见证了能源存储和量子计算技术的突破。在机器人技术中，新材料正在帮助我们制造类人机器人、“软”机器人所需的人造肌肉。不妨想想《西部世界》中的场景。

更好的材料也意味着更好的设备。应用材料公司（Applied Materials, Inc.）首席技术官奥卡拉姆·纳拉玛苏（Omkaram Nalamasu）对此解释说：“如果你在1980年就制造出今天的智能手机，那么它的成本会高达1.1亿美元，而且整个手机会有14米高，需要为它提供大约200千瓦的能源……这就是材料科学进步的力量。”

材料科学领域最重要的可能是太阳能电池的材料的故事。目前，普通太阳能电池板的“转换效率”仍然徘徊在16%左右，这是一种测量被捕获的阳光转化成电能的方法，发电成本为每瓦3美元。钙钛矿是一种光敏晶体，也是我们看重的新材料之一，它有潜力将转换效率提高到66%，那将比硅板效率高出几倍。钙钛矿的成分广泛存在，而且加工成化合物时的成本也很低廉。所有这些因素加起来意味着什么？意味着人人都能负担得起太阳能。

纳米技术处于新材料技术的最前沿。在这个领域里，对物质的处理在纳米尺度上进行。1纳米比一只蚂蚁还要小100万倍，比一个红细胞还要小8 000倍，比一条DNA还要小2.5倍。纳米这个概念最早可以追溯到物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）1959年的一次演讲。他的演讲主题是“在底部有足够大的空间”，但是真正让纳米技术名声大振的是“纳米技术之父”埃里克·德雷克斯勒（K. Eric Drexler）于1987年出版的著作《创造的引擎》（Engines of Creation）。在这本书中，德雷克斯勒描述了一种可以自我复制的纳米机器，即可以制造其他机器的微型机器。因为这些机器是可编程的，所以可以引导它们去生产更多的自己，或者生产更多你想要的其他东西。同时因为这些都是在原子尺度上进行的，所以这些纳米机器人可以一个原子一个原子地分解任何物质——土壤、水、空气，然后以得到的这些材料来建造任何东西。根据德雷克斯勒的说法，在这个世界上的任何东西，即便是沉积在池塘底部的“渣滓”，也可以利用纳米技术重新组成一枚完美无瑕的多克拉钻石戒指。

从那时起，纳米技术的发展突飞猛进。现在，市场上已经出现了许多纳米产品。你再也不想叠衣服了？在织物中添加纳米级添加剂可以帮助织物防止起皱和褪色。你再也不想擦窗户了？也不是问题，纳米薄膜可以让窗户自动清洁、抗反射，并能导电。想为你的房子加一个太阳能发电装置？我们可以用纳米涂层来捕捉阳光的能量。纳米材料可以制造出更轻、更坚固的汽车、飞机、棒球棒、头盔、自行车、行李箱、电动工具等。哈佛大学的研究人员制造了一种纳米级的3D打印机，这种打印机能够生产不到1毫米宽的微型电池。如果你不喜欢那些笨重的虚拟现实眼镜，也不是问题，研究人员正在使用纳米技术来制造智能隐形眼镜，其分辨率是目前智能手机的6倍。

更大的好消息正陆续传来。在医学领域，事实已经证明，能够在身体内部传递药物的纳米机器人在抗击癌症方面尤其有用。纳米计算可能是一个更令人惊奇的事情，哈佛大学的一位生物工程师最近在1克DNA中存储了7 TB的数据。在环境方面，科学家可以从大气中提取出二氧化碳，并将其转化为超强的碳纳米纤维，用于制造其他东西。如果我们能做到这一点，并以太阳能为动力，那么一个大小是撒哈拉沙漠10%的系统可以在大约10年内将大气中的二氧化碳含量降低到工业化之前的水平。纳米技术的应用空间是无止境的，并且新的应用方法来得也非常迅速。在接下来的10年里，这个非常非常小的东西，其影响力将会变得非常非常大。在本书的第2部分中，我们将研究这些发展是如何影响社会各个主要方面的，但是在那之前，让我们先把注意力转向一类特殊的物质——生命的基本组成部分：细胞、基因和蛋白质，并看看它们给生物技术带来了什么变化。

生物技术

20世纪70年代，美国演员约翰·特拉沃尔塔（John Travolta）的演艺事业风生水起。虽然他的事业在1972年就取得了突破，但是他之所以能够引起公众的广泛关注，是因为在1975年的电视节目《欢迎归来，科特》（Welcome Back, Kotter）中成功的演出。最终，他凭借在电视电影《无菌罩内的少年》（The Boy in the Plastic Bubble）中的精彩演出，三次获得艾美奖提名，在1976年成为真正的明星。

这部电视电影是根据戴维·维特尔（David Vetter）的真实生活改编的。维特是一个来自得克萨斯州的男孩，患有“X连锁严重联合免疫缺陷病”，这是一种破坏免疫系统的基因疾病。患了这种疾病的人必须生活在一个“泡泡”状的无菌罩内，以免受任何细菌的侵害。这个“泡泡”是一个自给自足的环境，所有进入“泡泡”的东西——水、食物、衣服，都必须先经过严格的消毒。对于得这种疾病的患者来说，呼吸正常的空气都可能是致命的。

大约在约翰·特拉沃尔塔出演《无菌罩内的少年》4年前，发表在《科学》上的一篇文章认为，一种新的治疗方式可能会给患有严重免疫缺陷病和其他遗传性疾病的患者带来希望。这个治疗方法就是基因疗法，这种疗法有点儿不走寻常路，却可能很有用。遗传疾病是由DNA突变引起的，所以基因疗法的要点就是试图找到一种方法，用好的DNA替换掉那些不好的DNA。或者，用计算机术语来说，是对系统进行调试。

但是，如何才能让好的DNA“就位”呢？

这就要让病毒来发挥作用了。病毒可以说是一类微小的“寄生虫”，它们要通过附着在细胞上才能生存繁殖。一旦进入细胞，病毒就会将自己的遗传物质注入细胞核，导致宿主复制病毒的DNA，使宿主变成一条被劫持的装配线。基因疗法就是利用这个过程，将病毒代码中致病的部分剥离出来，代之以好的DNA。一旦病毒把好的DNA注入宿主细胞，那么疾病的症状就会消失，疾病也就被治愈了。

虽然基因治疗的前景非常巨大，但是相关的科学研究并不容易。第一批治疗方案花了近20年才出现，那也正是许多意外问题出现的时候。1999年，一个名叫杰西·盖尔辛格（Jesse Gelsinger）的18岁男孩患上了一种罕见的代谢紊乱疾病，他报名参加了宾夕法尼亚大学主持的一项基因治疗药物实验。盖尔辛格的病情原本不是致命的。只要严格地注意饮食，每天服用32片药，症状就可以得到控制。但关键是，这个实验性基因治疗方法有可能彻底治愈他，所以他报名参加了。但是盖尔辛格并没有痊愈，相反，在接受第一次药物注射的4天之后，他就不幸去世了。这是基因治疗导致的第一个死亡记录。

更多的事故接踵而至。不久之后，在法国进行的一项旨在治疗“泡泡男孩”疾病的基因疗法实验中，10个参加实验的孩子当中有两个患上了癌症。美国食品药品监督管理局立即叫停了所有基因治疗实验。2001年的互联网泡沫也是致命的一击，因为正是互联网泡沫带来的资金为探索基因疗法的初创公司提供了资金。这是欺骗性阶段的阴冷陷阱，当时有许多人认为我们再也无法挣脱这个陷阱。

但最终还是成功挣脱了，而且是以更加科学的方式。

在美国食品药品监督管理局发布禁令之后，基因疗法淡出了人们的视线，但是研究仍然在继续。2019年4月18日，这种疗法突然以一个惊人的公告形式重新出现了：有一些患了“泡泡”病的人已经通过基因疗法被治愈了。10个出生时就患有这种疾病的婴儿（严格地说，他们在出生时是没有免疫系统的），在接受基因疗法治疗之后已经痊愈了。这不只是说他们的症状有了好转，也不只是说他们的病情变得更加可控，而是说他们完全好了。在接受治疗前，他们没有免疫系统，在治疗结束后，他们拥有了健康的免疫系统。疾病彻底消失了。

针对其他疾病的基因疗法也紧随其后。现在，已经有超过50种基因治疗药物进入了临床试验的最后阶段，我们开始看到治愈许多不治之症的希望。而且，基因疗法只是生物技术更大转变的一小部分。

简而言之，生物技术就是把生物作为技术来使用。它正在把生命的基本组成部分——基因、蛋白质、细胞，变成操纵生命的工具。这是一种非常真实的技术，因为有关的故事就是从人的身体开始的。人的身体是30万亿到40万亿个细胞的集合，这些细胞能否正常发挥自己的功能，决定了我们的健康状况。每个细胞都包含来自母亲的32亿个字母，以及来自父亲的32亿个字母，那是你的DNA、你的基因组，也是编码“你”的软件。你的头发的颜色、眼睛的颜色，你的身高、性格、患某种疾病的概率、寿命等的很大一部分，全都取决于此。

直到最近，要“读懂”这些字母都是很困难的，要理解它们的功能就更难了。这也正是人类基因组计划的目标，这个计划耗资1亿美元，历时10年，才于2001年最终完成。然而，从那之后，成本就开始直线下降了，速度超出摩尔定律三倍。如今，人类基因组测序只需要几天时间就可以完成，成本不到1 000美元。几年之后，像Illumina这样的公司承诺在一小时内就可以完成基因测序，而且只收费100美元。

为什么更便宜、更快捷的基因组测序很重要？因为这意味着医疗游戏规则的改变。现有的修复细胞的几种主要方法全都依赖于它。基因疗法替代细胞内有缺陷或缺失的DNA，基因编辑技术如CRISPR-Cas9则允许修复细胞内的DNA，而干细胞疗法则完全替代细胞。正是在拥有了更快的基因组测序方法之后，所有这些治疗方法现在才获得了可观的市场。

例如，CRISPR-Cas9这种基因编辑技术已经成了抗击遗传疾病的一个希望。从技术上讲，这是一种基因工程工具，可以让我们精确定位基因代码中的位置，然后重写DNA。想要移除导致肌肉萎缩症的DNA链吗？很简单。只要瞄准基因组中的那个点位，释放出CRISPR-Cas9，然后修剪、修剪、再修剪，问题就解决了。

更重要的是，CRISPR这种技术便宜、快速、易用。在过去的几年里，它几乎已经成为编辑基因组的唯一方法。最近，哈佛大学的科学家推出了CRISPR 2.0，这是一款非常精确的下一代基因编辑器。它可以定位并改变DNA序列中的一个字母。32亿个字母中的一个字母有什么用？“在目前已知的与人类疾病相关的5万多个基因突变中，”领导这项研究的哈佛大学化学生物学家刘如谦（David Liu）认为，“其中有3.2万个基因突变是由碱基对与另一个碱基对的简单交换引起的。”

当然，我们还需要考虑干细胞。干细胞是人体的主要修复机制之一，这种细胞具有转化成任何其他类型细胞的非凡能力，这正是为什么人体会用它来修复受损组织的原因，干细胞疗法也基于这个原理。

目前，在美国只有为数不多的干细胞疗法获得了批准，但是这并不妨碍全球各地的实验室正在展开的大量研究。研究人员正在探索如何用干细胞疗法治疗癌症、糖尿病、关节炎、心脏病、黄斑变性、骨骼组织修复、疼痛管理、神经系统疾病、自身免疫条件、烧伤和其他皮肤病、失明等疾病，这些都是开创性的研究。

更加重要的是，生物技术不仅仅意味着干细胞疗法或基因疗法，也不仅仅意味着CRISPR基因编辑技术，它是这些技术和所有其他生物技术的综合力量。技术融合才拥有最大的潜力。

也许，这种融合的最大成果将是个性化定制的药物或所谓的“单病例药物”（N-of-1 medicine）。所谓“单病例药物”是指，你接受的每一种治疗、每一种药物都是专门为你设计的，也就是根据你的基因组、转录组、蛋白质组、微生物组，以及所有其他你特有的条件定制而来的。这将是前所未有的预防性医疗保健。你将会知道哪些食物、营养品和运动养生方法最适合你。你将了解到生存在你肠道内的微生物有哪些，以及令它们保持“健康”的饮食是什么。你将知道哪些疾病是你最容易患上的，并且能够采取措施预防它们。

我们将进入一个难以置信的个性化医疗保健时代，在那里，生活的工具已经变成了爱护生命的工具，许多困扰前几代人的疾病都已经开始从记忆中消失。