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我们仔细回顾的那些基本过程——宇宙的演进、生命形式的进化以及后来的技术进步都是呈指数级的，有些逐渐减速，有些逐渐加速。那么它们推进的共同主线是什么呢？为什么进化在加速时宇宙却在以指数级减速呢？答案会令诸位大吃一惊，但这些答案却是了解21世纪的基本条件。
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在我试着回答这些问题之前，我们先研究另一个加速度的相关案例：计算的指数级增长。
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在生命形式进化的早期，某些特化[1]器官逐渐拥有了一种既能维持体内状态稳定又能对体外刺激做出不同反应的能力。从那以后，这种能力逐渐演变为更加复杂也更有能力的神经系统，能够储存大量记忆，能够通过视觉、听觉和触觉的刺激进行模式识别，还能够参与更加复杂的推理活动。记忆能力以及问题解决能力（即计算能力）已是多细胞生物进化过程中具备的最高级能力。
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在人类创造的技术的发展过程中，计算能力也具有同样的价值。如果某个产品既能维持内部状态稳定又能对外部的不同情境做出不同反应，那么这种产品将更加有用。在帮助强化人类的力量之后，机器开始积攒记忆的能力以及进行逻辑操纵的能力。中世纪时期的简易凸轮、齿轮以及杠杆装置的组合使用为欧洲的文艺复兴贡献了力量。17世纪出现的机械计算器也比以往更加复杂，在1890年美国第一次自动化人口普查中发挥了重要作用。第二次世界大战期间，计算机至少在一个战场中扮演着至关重要的角色，而且从那以后发展得越来越快。
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技术的生命周期
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技术为自身的生存和发展而战，并且有着独特的生命周期。我们可以将其划分为7个不同阶段。在“先驱”阶段，技术的先决条件已经存在，梦想家们可能会考虑把这些元素放在一起。然而，即便这些梦想此时已经记录在案，人们也不会将其视为发明创造。达·芬奇曾绘制过很多有说服力的飞机和汽车图画，但人们并不认为他这是在发明创造。
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第二个阶段是在人类文化当中相当有名的阶段：“发明”阶段。这个阶段比较短，从某些方面来看，这就像怀胎数月最终分娩的过程一样。只是在这个阶段当中，发明家们把科学技术、好奇心、决心结合起来，通常再加上一定的表演技巧，将各种方法以一种新的方式结合在一起，给生活带来一种全新的技术。
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第三个阶段是“发展”，在这一阶段，新发明会得到那些溺爱的监护者（也许还包括最初的发明者）的保护和支持。通常这一阶段比发明阶段还要重要，可能还包括额外的创造，而这些额外的创造要比那个独创性发明更重要。当年，许多工匠已经手工制作了不少非常精美的老式汽车，但使汽车产业得以生根发芽、枝繁叶茂的却是美国企业家亨利·福特推出的大批量生产的创新做法。
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第四个阶段是“成熟期”。技术在不断进步，现在已有了自己的生命，也终于成为社会当中独立稳定的部分，也许已经深入人类生活的方方面面，因此许多观察家认为，技术将永存于世。在下一个阶段（我称之为“挑战者”时期）到来前，这种状态会发生有趣的变化。技术界的“新贵”威胁着要排挤那些老技术，其追随者过早地宣布了胜利的消息。尽管新技术能带来一些独特的益处，但仔细思考之后你会发现，其功能和质量方面存在着关键元素缺失的问题。当人们发现这些新技术确实无法改变已有的秩序之后，技术的保守派便以此为证据，证明以前的技术方法确实可以永存。
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这对逐渐老化的技术来说通常只是一个短暂的胜利。另一种新技术很快就会出现，它总能成功地将原有的技术逼到过时的舞台上。在生命周期的这个部分，技术在逐渐衰败的状态当中度过了晚年，它的最初目的和功能现在都被一个更活泼的竞争对手比下去了。这一阶段约占技术整个生命周期的5%~10%，技术最终成为“老古董”（例如：马和轻便马车、拨弦键琴、人工打字机、机电式计算器）。
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我以留声机为案例解释一下吧。19世纪中叶有几种先驱机器，包括法国发明家斯科特·德·马丁维尔发明的声波记振仪，这种设备可以把声音的振动用印刷物的形式记录下来。不过，1877年，爱迪生把这些元素集合在一起，发明了世界上第一台可以记录并复制声音的机器。若想让留声机在商业领域也大获成功，就要对它做一些必要的改良工作。1948年，美国哥伦比亚公司推出了每分钟转数为33的密纹唱片，美国无线电公司推出了每分钟转数为45的小型唱盘，至此，这项技术才算羽翼丰满。这些唱片的挑战者是20世纪60年代推出的盒式磁带，在70年代大受欢迎。早期的追随者曾经预言，磁带凭借其娇小的体型及可录制信息的能力，可以轻松地将体型相对庞大又容易划伤的记录机淘汰出局。
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尽管具有这些显而易见的优点，磁带还有一些缺陷，比如不能随机读取（按照你想要的顺序播放歌曲的能力）、容易变形，也缺乏保真度。20世纪80年代末及90年代初，数字激光唱片问世后确实给留声机来了致命一击。激发唱片既可以随机读取，又可以提供接近人类听觉系统极限水平的高质量声音，留声机在20世纪90年代初开始进入衰退期，虽然还有小批量生产，但爱迪生在一个多世纪前发明的技术也要变成老古董了。
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另一个案例是纸质书，如今这已经是一项非常成熟的技术，当下正面临着多位“挑战者”的威胁，以软件为基础的“虚拟”书就是挑战者之一。由于虚拟书清晰度低、对比率低、不断闪烁，还有很多其他视觉方面的质量问题，因此最新一代的虚拟书还没有能力取代纸质书。不过纸质书的胜利也将非常短暂，未来不断更新换代的电脑设备一定会提供最令人满意的纸张替代品。
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摩尔定律的诞生
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美国科学家戈登·摩尔是集成电路的发明者，也是英特尔公司的前总裁。1965年，摩尔发现单个晶体管所占表面积（即该晶体管被印刻在集成电路上时占据的面积）大约每12个月就会减少50%。1975年，媒体广泛报道他将这一周期延长为18个月，不过摩尔本人声称他已经将这一周期延长至24个月，这个说法似乎与数据更吻合。
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图1–1 奏效的摩尔定律
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结果显示，一块集成电路板上的晶体管数量每两年就可以翻一番，这使得芯片的零部件数量也加了一倍，速度也提升至原来的两倍。由于集成电路的成本相当稳定，这表明，每隔一年你都能获得两倍于之前电路运行速度的新集成电路，而价格却不变。对于许多应用程序来说，这是使价值翻番的有效途径。而上述发现在任何一种集成电路中都成立，不管是存储芯片中的电路还是计算机处理器中的，都适用。
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这一富有洞察力的发现后来被称作“摩尔定律”，这项意义非凡的定律在过去40年中一直推动着计算的加速发展。但这一定律究竟能走多远呢？各大芯片公司曾信心满满地表示，如果运用持续提高光刻（一种类似于影印的电子处理法）图形分辨率的做法来缩小晶体管和其他主要零部件的形体尺寸——现在应该用百万分之一米来测量，那么摩尔定律至少还能撑15~20年。18之后（大概60年后），这一模式便会瓦解，晶体管绝缘层厚度只相当于几个原子，无法再使用常规做法来缩小它们的尺寸。
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那接下来怎么办？
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首先，我们要注意到计算的指数级增长并不是从摩尔定律才开始的。在图1–2中，19我在一张指数型图表上标绘了横跨20世纪的49台著名计算机器，其中纵轴代表单位成本中电脑速度的10的次方（用1 000美元可以购买的“每秒计算速度”的数量来衡量），图中的每一点都代表一台机器，前5台机器使用的是机械技术，后面3台是机电（继电器式的）计算机，接着是11台真空电子管机器，然后是12台使用分离式晶体管的机器，只有最后18台计算机使用了集成电路。
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我在把这些点拟合成曲线时采用了四阶多项式，这样曲线中最多可出现四个弯曲点。换言之，我起初并没有尝试用一条直线拟合这些点，而是用了与点的分布最接近的四阶曲线，但结果却接近一条直线。在一幅指数图中，直线表明指数级增长趋势。仔细观察图中走势会发现，该曲线实际上有些向上弯曲，这表明在指数级增长的大趋势下还有一小段增速更快。这也许是两种不同指数型趋势相互作用的结果，本书第六章会就这一话题展开讨论。或许确实存在两种水平上的指数级增长，但即便采纳最保守的观点认为只存在一种加速，我们也能看见计算的指数级增长并不是因为有了摩尔定律才出现的，具体日期还要追溯到20世纪初电子计算机诞生的时候。
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图1–2 1900~1998年计算的指数级增长图