一、电与信息

起源

早在对电有任何具体认知之前，电这种现象就已经存在于早期人类的记录当中，无论是闪电还是电鱼，电在自然界中并不罕见，尽管对这种强烈的能量释放非常困惑，但人们也一直在尝试探索电的本质。无独有偶，古代学者们也从另一个角度视图揭开电的面纱，在地中海的古老文化中，很早就有文字记载，将琥珀棒与毛皮摩擦，会产生吸引羽毛的性质，这时候还没有静电的概念，古希腊哲学家 Thales of Miletus 将这种现象归因于磁性，虽然这种朴素的理解并不正确，但依托于直觉的联想却是有价值的，数千年后，科学证明了电与磁的密切关联。

在17世纪以前，电不过是学者们好奇的自然现象，直到 1600 年，威廉·吉尔伯特才系统地总结了电与磁的区别和联系，他从实验结果出发，详细描述了带电物质的性质，而他更重要的贡献则是发明了 electrica 这一词汇，从希腊语中的琥珀 “electron” 演变而来，电学自此诞生。

2. 古典电学

从十八世纪开始，电磁学开启了如火如荼的发展。

1752 年，本杰明·富兰克林完成了著名的风筝实验，将闪电牵引到地面，证实了闪电属于自然界中的一种电现象，之后又发现了电荷守恒定律。1767 年，约瑟夫·普利斯特里提出带电物体之间的作用力类似于万有引力。1785 年，查尔斯·库仑使用扭称证实了电荷之间的力服从平方反比定律，从此，电学进入定量研究时代。1835 年，Carl Gauss 提出高斯定律，描述了电荷与电场之间的关系，库伦定律成为高斯定律的一种特殊情况的演绎，同时 Gauss 还提出了高斯磁定律，表明了磁场的散度为 0。

1820 年，汉斯·奥斯特发现了电流的磁效应，随后安德烈·安培提出安培定律，定量描述了电与磁的关系，电学也发展成了电磁学。1827 年，格雷格·欧姆发展出一套数学理论来研究电路。这些都成为了现代电子电路行业的基石。

1831 年，麦克·法拉第发现电磁感应，变化的磁场可以产生电场，这是人类工业史最重要的理论之一，发电机也因此进入历史舞台。

十九世纪见证了电磁学的蓬勃发展，电磁学知识的积累也催生了工程学的突破，1866 年，西门子发明了第一台工业发电机；1876 年，贝尔发明了第一台可用的电话；1878 年，爱迪生改进了灯泡；1887 年，尼古拉·特斯拉在交流电的基础上发展完成了感应电动机。电力成为了人们生活的必需品，第二次工业革命也随之而来。

    3. 电磁场

古典电学各成体系，内容驳杂，电与磁的关系还没有系统的理论，而物理学史最重要的人物之一，麦克斯韦将电磁学实现了统一，颇有一般以雷霆击碎黑暗的感觉。1865 年，麦克斯韦提出麦克斯韦方程组，推导出电磁波方程式，并大胆推测光就是一种电磁波。无论是无线电、5G 信号，还是光纤传播，本质上都是通过电磁波来携带信息，通过改变振幅和频率来表达 0 和 1，从而将电信号以电磁波的形式传递出去。从此，信息的传播再无空间的制约，效率大大提高，现代社会的一切媒介传播也都基于此。

4. 电子时代

时间来到 20 世纪，这是一个混乱不堪的年代，两次世界大战让数千万生命消逝，大国之间错综复杂的关系让世界多次面临分崩离析；这也是一个充满希望的年代，物理学界群星闪耀，爱因斯坦，普朗克，波尔，薛定谔，海森堡，不断把理论物理推向新的高度；这也是一个激情四射的年代，电子产品得到了空前的发展，人类的生活方式实现了翻天覆地的变化。

1901 年，马可尼从英国发射无线电讯号，穿越大西洋，将信息传送至加拿大。1906 年，无线电之父，李·德富雷斯特发明真空三极管，将电子时代的发展快速推进向前，无线电与长途通讯不再是遥不可及的梦想。四十年代，固态元件开始出现在越来越多的场合当中，这标志着真空管的快速没落，以及半导体的迅速崛起。1947 年，贝尔实验室的科研团队发明晶体管，这是二十世纪最重要的发明之一，信息时代到来。1959 年，罗伯特诺伊斯发明集成电路，晶体管、二极管、电阻、电容等电子元件都以集成电路的形式装配进用户终端，这是我们所有现代电子设备的最基本元件。

5. 控制论、信息论、计算机科学与人工智能

如果让我选取当今信息社会的创世级人物的话，那么一定是这四位，提出控制论的诺伯特·维纳，提出信息论的克劳德·香农，“计算机之父”冯诺依曼，“人工智能之父”艾伦·图灵，无独有偶，四位巨擘都是数学家。

二、数字信息的发展

基本规则的定义完成，在之后的时间里，技术便集中于如何更快速地创造出更多的更丰富的信息，并高效地呈现给所有用户。

早期的计算机体积庞大，效率低下，无法满足科学家日益增加的算力需求以及普通用户的日常使用，人们需要更优雅的交互终端，因此在小型化和高速化的路上已经走过了数十年，直到今天。

贝尔实验室在 1968 年推出全球第一个移动蜂窝电话系统，也称为先进移动电话系统。更大的信息传输和通道，配合同时期出现的芯片、储存、屏幕等组件以及对应的图像技术，最早的移动通信设备就自然地出现了。

1G 使用的是模拟通信技术，信息容量低，信号不稳定，数据传输质量也不高。在 80 年代后期，随着大规模集成电路和数字信号等技术的逐渐发展，人们开始研究数字通信的转型。

随着通信领域技术的不断突破，在 2G 崛起之前的这一时期，互联网爆发了。1980 年代，计算机和网络技术的相关理论逐渐完善，无论是技术本身还是产业应用都获得了肉眼可见般的蓬勃发展，并最终催生出强大的互联网。这也相应地带来了计算机之间的数据通信需求呈爆炸式增长。

80—90 年代，通信技术的重点发展方向，就是从模拟信号到数字信号，从语音到多媒体。这也直接加速了 2G 技术的发展，并于 1990 年欧洲电信标准协会发布了全球移动通信系统标准。

到了 2000 年，国际电信联盟发布了第三代移动通信标准。3G 技术可以满足基本的多媒体业务需求，有着更大的信息容量和更快速的信息传输速度。这时，以 iPhone 为代表的智能手机冲击了以 Nokia 为代表的传统移动终端，我们能将身边的世界和信息更有效率地通过移动设备传输到数字网络中，并进行信息的传递与交换。

经过几年的发展，通信技术的发展又得到进一步的加速，国际电信联盟又在 2008 年指定了用于 4G 通信标准的一系列要求，并在十年后的 2017 年，3GPP 正式进行了 5G NR 首发版本的冻结与发布，这也标志着第五代通信技术步入了应用阶段。

直到 2010 年以来，从 3G 到 4G 的通信技术发展，让人们一下子能获得比过去大得多的数据量和算力的支持，同时人们也找到了新的机器学习算法（特别是深度学习），配合日益增加的数据量和场景，进一步地促进了人工智能的再次爆发。

每次通信技术的进化都会催生大量的新信息，2G 时代的图片，3G 时代的视频，4G 时代的直播，5G 时代的 VR，新技术不断将现实世界的信息数字化，从文字、图像到人物、建筑到整个世界，这也加速了虚拟世界原生信息的发展。在此基础上，随着数据量的增加，结合大数据分析归类以及人工智能的自我学习，虚拟世界的原生信息也会不断诞生，这也会带来新的需求和交互，如何应对越来越多的虚拟内容？如何与虚拟人物建立关系？真实世界变得越来越智能，虚拟世界则变得越来越真实，甚至会超越真实社会。

5G 信号可以被转化为 WiFi、蓝牙、ZigBee 等各种局域网信号，从而满足不同设备的连接要求。在渠道端进行各种设备的联动、控制与计算，同时结合 AI 算法和云端实时交互，实现智能的生活场景。在云技术和通信技术的加持下，内容的存储、迭代都在云端进行，通过不同的终端来链接不同的场景，比如游戏、通讯、旅行等等，用户能够打破次元壁，重新定义这些场景下的需求，加深内容的交互程度，逐渐地实现去中心化。从而在任何场景和设备中，用户都能无缝地衔接与切换，真正地身处智能数字世界中进行体验与生活。

随着大数据、 AI 、算力的进一步发展，以人为中心的全自动化场景交互将会出现，摆脱终端设备对人和场景的约束。在未来，半导体的材料技术的突破可以把生活中的各种物体联入互联网，未来的家居、办公、商场等场景的建筑材料、装饰道具等都能实时连接到数字网络中。由于到处都是通信的终端，终端的概念反而会逐渐消失，被数字边界所替代。不同的用户将会获得个性化智能体验，达到以人为中心的自然化的智能交互与场景化的智能生活。

三、虚拟世界中的信息

信息技术发展到 2021 年，我们生活绝大多数场景已经完成了数字化，而数字世界的边界仍然在不断扩张，从个人的衣食住行到群体的系统管理，我们的身份信息、一举一动全都以结构化数据的方式存储在数字世界当中，从数字、代码到文字、图像，虚拟世界的早期信息都是以还原真实世界信息为准则。随着技术的发展，静态的信息也逐渐可以自动完成对外界输入的反应，我们也可以与虚拟世界中的内容进行实时互动；而未来，我们将以更直接的方式，感触到虚拟世界中跳动的数据和流动的信息。

同时，随着数字世界边界的扩张，我们与数字世界交互方式也在不断更新与迭代。简单来说，人类的感官决定了我们认知和感受数字信息的方式，因此我们需要不同的工具作为感官和信息之间的交互桥梁。在这些边界中，电子屏幕是当前我们接受视觉信息的必不可少条件，而键盘、鼠标、耳机等工具，则是通过触觉、听觉等方式，与视觉信息传递进行同步响应。如果想要以更加沉浸的方式体验或感知数字世界的存在与运行，除了科幻作品中的意识上传，则需要将机械的交互和人类神经的交互连在一起，让神经元能直接理解机器的工作方式，从而更加沉浸和真实地感知虚拟内容。

数字世界与真实世界相同，同样是由大量的个体组成，而人与人之间信息的交换则构成了社交的基础，信息的交换是有代价的，可以是权力的交割，也可以是物品的交换，因此对于权利的确认变成了数字世界的重中之重。现实世界中，国家政府、社会组织是我们所有身份或者财产的证明机构，在数字世界中，这种确权需要通过区块链的方式来完成，所有数字财产以及权利都以数字信息的形式上，记录在区块链网络中，不可修改且去中心化，保证了信息的稳定和权威。

我们相信，正如人类历史长河中的那些科学家和企业家不断地提出创新的理论和框架，推动了文明的发展与前进；未来的人们能够加速地突破人类所受到的物理限制。人们不仅能创造原生虚拟的世界，也能够真正地搭建起神经和机器之间桥梁，解放人类的感官，步入智能文明的时代。

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