大西洋月刊，1945 年 7 月

本文最初发表于 1945 年 7 月的大西洋月刊。经其许可转载于此。电子版由 Denys Duchier 于 1994 年 4 月制作。请将评论和更正发送至 [email protected]。

作为科学研究与发展办公室主任，范内瓦尔・布什博士协调了约 6000 名美国顶尖科学家的活动，将科学应用于战争。在这篇重要的文章中，他为科学家们在战斗结束后指明了前进的方向。他敦促科学家们着手一项艰巨的任务，即使我们令人眼花缭乱的知识宝库更容易获取。多年来，发明扩展了人类的体力，而不是智力。倍增拳力的空气锤、锐化眼睛的显微镜以及破坏和探测的引擎是现代科学的新成果，但也是最终成果。布什博士说，现在，一些工具已经出现，如果得到适当的开发，将使人类能够获取和掌握历代积累的知识。完善这些促进和平的工具应该是科学家们从战争工作中脱身后的首要目标。就像爱默生在 1837 年关于 "美国学者" 的著名演讲一样，布什博士的这篇论文呼吁思考的人类与我们知识总和之间建立新的关系。 - 编辑

这不是一场科学家的战争；这是一场全民参与的战争。科学家们在共同事业的需求下，抛弃了以往的专业竞争，共同分享了大量成果，也学到了很多东西。在有效的伙伴关系中工作令人振奋。现在，对许多人来说，这似乎即将结束。科学家们接下来该做什么？对于生物学家，尤其是医学科学家来说，几乎没有犹豫，因为他们的战争工作几乎没有要求他们离开老路。事实上，许多人能够在他们熟悉的和平时期实验室里继续进行他们的战争研究。他们的目标仍然基本相同。物理学家们被最剧烈地打乱了步伐，他们放弃了学术追求，转而制造奇特的破坏性装置，他们不得不为他们意想不到的任务设计新的方法。他们在使我们能够击退敌人的设备上发挥了作用。他们与盟国物理学家共同努力。他们内心感受到了成就带来的激动。他们是一个伟大团队的一部分。现在，随着和平的临近，人们想知道他们将在哪里找到值得他们全力以赴的目标。1

人类利用科学以及研究带来的新工具带来了什么持久的好处？首先，它们增强了人类对其物质环境的控制。它们改善了人类的食物、衣物、住所；它们增强了人类的安全感，并部分地解除了人类对基本生存的束缚。它们使人类对自身的生物过程有了更多的了解，从而使人类逐渐摆脱疾病，延长了寿命。它们正在揭示人类生理和心理功能的相互作用，为改善心理健康提供了希望。科学为个人之间提供了最快的沟通方式；它提供了思想的记录，并使人类能够操纵和提取该记录，从而使知识在整个种族生命周期而不是个人生命周期中不断发展和延续。研究成果如山般增长。但越来越多的证据表明，随着专业化程度加深，我们今天正陷入泥潭。研究人员被成千上万其他研究人员的发现和结论所震惊 —— 这些结论是他没有时间去理解，更不用说记住，因为它们不断出现。然而，专业化对于进步来说越来越必要，而学科间的桥接相应地变得肤浅。在专业上，我们传递和审查研究成果的方法已经沿用了好几代，现在已经完全不能满足其目的。如果能评估撰写学术著作和阅读学术著作所花费的总时间，那么这两者之间的时间比例可能会令人震惊。那些认真试图通过密切持续阅读来了解当前思想，即使是在有限领域内的人，也可能会回避一项旨在表明上个月的努力成果有多少可以随时调用的考试。孟德尔的遗传定律概念在世界范围内消失了整整一代，因为他的出版物没有传到少数能够理解和扩展它的人手中；这种灾难无疑正在我们周围不断发生，因为真正重要的成就淹没在大量无关紧要的东西中。

目前的困难似乎不在于我们出版的太多，而是在于出版已经远远超出了我们目前利用记录的能力。人类经验的总结正在以惊人的速度扩展，而我们用来穿过随之而来的迷宫找到暂时重要事物的工具，与帆船时代使用的工具相同。但随着新的强大工具的出现，也出现了变化的迹象。能够在物理意义上看到事物的光电池（photocell），能够记录所见或甚至未见事物的先进摄影技术，能够在比蚊子振动翅膀所需的能量更小的引导下控制强大力量的电子管，能够使持续时间如此短暂的事件可见的阴极射线管（cathode ray tube），与任何人类操作员相比，能够更可靠地执行复杂的运动序列，并且速度快上千倍的继电器组合（relay combinations）—— 有很多机械辅助工具可以用来改变科学记录。两个世纪前，莱布尼茨（Leibnitz）发明了一台计算器，它包含了最近键盘设备的大部分基本特征，但当时它无法使用。当时的经济状况不允许：在没有大规模生产的时代，建造它所花费的劳动力超过了使用它所节省的劳动力，因为它所能完成的一切都可以通过足够多的铅笔和纸张来复制。此外，它会经常出现故障，因此无法依赖它；因为在那个时代，以及很长一段时间之后，复杂性和不可靠性是同义词。巴贝奇（Babbage），即使在他那个时代获得了非常慷慨的支持，也无法制造出他的大型算术机器。他的想法足够合理，但当时的建造和维护成本太高。如果法老得到了汽车的详细而明确的设计，并且完全理解了它们，那么他的王国将需要动用所有的资源来制造一辆汽车的数千个零件，而这辆汽车将在第一次前往吉萨的途中就发生故障。现在，具有可互换零件的机器可以以极低的成本制造出来。尽管非常复杂，但它们运行可靠。看看简陋的打字机、电影摄影机或汽车。当电气触点被彻底理解后，它们就不再粘连了。注意自动电话交换机，它有数十万个这样的触点，但仍然很可靠。一个金属蜘蛛网，密封在一个薄玻璃容器中，一根被加热到明亮发光的电线，简而言之，无线电装置中的电子管，是按亿计地生产的，被装在包装盒里，插在插座上 —— 它工作了！它的轻薄零件，其制造过程中涉及的精确位置和对齐，会让行会的技师忙上几个月；现在它只需 30 美分（cents）就能制造出来。世界已经进入了一个廉价、复杂、可靠的设备时代；而这必将带来一些结果。

如果记录要对科学有用，它必须不断扩展，必须存储，最重要的是必须被查阅。今天，我们通过写作和摄影，然后印刷来制作记录；但我们也记录在胶片、蜡盘和磁线上。即使完全新的记录程序没有出现，这些现有的程序也肯定正在修改和扩展。摄影技术的进步肯定不会停止。更快的材料和镜头、更自动化的相机、更细粒度的敏感化合物，以允许扩展微型相机（minicamera）理念，所有这些都是迫在眉睫的。让我们将这种趋势推向一个合乎逻辑的，如果不是不可避免的结果。未来的摄影爱好者在他的额头上戴着一个比核桃略大的东西。它拍摄 3 毫米见方的照片，稍后可以投影或放大，这毕竟只涉及比目前实践多 10 倍的因素。镜头是通用焦距的，可以调节到人眼所能容纳的任何距离，因为它焦距很短。核桃上有一个内置的感光元件，就像我们现在至少在一台相机上拥有的那样，它可以自动调节曝光，以适应各种照明条件。核桃里有 100 张胶片的容量，操作快门和移动胶片的弹簧在插入胶片夹时就一次性上好了。它以全彩色呈现结果。它很可能是立体视觉（stereoscopic）的，并用间隔的玻璃眼睛记录，因为立体视觉技术的重大改进即将到来。触发快门的绳索可以沿着男人的袖子向下延伸，方便他的手指触及。轻轻一捏，照片就拍好了。

在一副普通眼镜的镜片顶部，靠近边缘的地方，有一个由细线组成的正方形，它不会影响正常的视力。当物体出现在这个正方形中时，它就会被对准进行拍照。当未来的科学家在实验室或野外四处走动时，每当他看到值得记录的东西，他就会按下快门，照片就会被记录下来，甚至不会发出任何声音。这一切都是幻想吗？唯一幻想的是，使用这种方法会产生大量的照片。干式摄影（dry photography）会成为现实吗？它已经以两种形式存在了。当 Brady 拍摄他的内战照片时，底片在曝光时必须是湿的。现在它必须在显影时是湿的。在未来，也许它根本不需要弄湿。长期以来，人们一直在使用浸渍了重氮染料（diazo dyes）的胶片，这些胶片在没有显影的情况下就能形成图像，因此图像在相机操作后就已存在。暴露在氨气中会破坏未曝光的染料，然后可以将图像取出到光线下进行检查。这个过程目前很慢，但有人可能会加快它，而且它没有像现在困扰着摄影研究人员那样的颗粒问题（grain difficulties）。通常，能够立即拍摄照片并查看照片将非常有利。

现在使用的另一种方法也很慢，而且或多或少很笨拙。五十年来，人们一直在使用浸渍纸，这些纸在任何电接触点都会变暗，这是由于在纸中包含的碘化合物中发生的化学变化。它们被用来制作记录，因为指针在上面移动会留下轨迹。如果指针上的电势在移动时发生变化，则线会根据电势变亮或变暗。这种方案现在用于传真传输（facsimile transmission）。指针在纸上一次又一次地绘制出一组紧密间隔的线。当它移动时，它的电势会根据从远处接收到的变化电流而变化，这些变化电流是由一个光电池（photocell）产生的，该光电池以类似的方式扫描图像。在任何时刻，正在绘制的线的深浅都与光电池观察到的图像上的点的深浅相同。因此，当整个图像被覆盖时，在接收端就会出现一个复制品。场景本身可以通过这种方式由光电池逐行扫描，就像场景的照片一样。整个装置构成一台相机，它具有附加功能，如果需要可以省略，即在远处制作图像。它很慢，图像细节很差。尽管如此，它确实提供了另一种 dry photography 方法，在这种方法中，图像在拍摄后立即完成。如果有人预测这种方法将永远保持笨拙、缓慢和细节错误，那他将是一个勇敢的人。

今天的电视设备（Television equipment）每秒传输 16 张质量相当好的图像，它与上面描述的过程只有两个基本区别。首先，记录是由移动的电子束（electron beam）而不是移动的指针制作的，因为 electron beam 可以非常快速地扫描图像。另一个区别仅仅是使用一个屏幕，当电子撞击时会短暂发光，而不是永久改变的化学处理过的纸张或胶片。这种速度在电视中是必要的，因为运动图像而不是静止图像才是目标。用化学处理过的胶片代替发光屏幕，让设备传输一张图像而不是一系列图像，就会产生一台快速 dry photography 相机。处理过的胶片需要比目前的例子快得多，但这可能是可能的。更严重的是，这种方案将涉及将胶片放入真空室（vacuum chamber）中，因为 electron beam 只有在如此稀薄的环境中才能正常工作。如果隔板能够让电子垂直穿过其表面，并防止它们向侧面扩散，那么可以通过让 electron beam 照射隔板的一侧，并将胶片压在另一侧来避免这种困难。这种隔板，以粗糙的形式，当然可以建造，而且它们不会阻碍总体发展。

像 dry photography 一样，显微摄影（microphotography）还有很长的路要走。缩小记录尺寸并通过投影而非直接观察的基本方案，具有不可忽视的巨大潜力。光学投影和摄影缩小的结合已经在缩微胶片（microfilm）中为学术目的产生了一些成果，其潜力非常具有启发性。今天，使用 microfilm，可以采用线性缩小 20 倍，并且在将材料重新放大以进行检查时仍然可以产生完全清晰度。

胶片的颗粒度、光学系统的质量以及所使用的光源效率都限制了它的发展。所有这些都在迅速改进。假设未来使用 100:1 的线性比率。考虑与纸张厚度相同的胶片，尽管更薄的胶片肯定可以使用。即使在这种情况下，普通书籍记录的体积与其缩微胶片复制品之间也存在 10,000 倍的总体缩小比例。大英百科全书可以缩小到火柴盒的体积。一个拥有百万册藏书的图书馆可以压缩到书桌的一端。如果人类自活字印刷术发明以来，以杂志、报纸、书籍、小册子、广告宣传、信件的形式产生了相当于十亿本书的总记录，那么整个事件，经过组装和压缩，就可以用一辆搬家车运走。当然，仅仅压缩是不够的；人们不仅需要制作和存储记录，还需要能够查阅它，而这方面的考虑将在后面进行。即使是现代的大型图书馆通常也不被查阅；它只被少数人浏览。然而，当涉及到成本时，压缩非常重要。缩微胶片版大英百科全书的材料成本为一个 nickel（约 5 美分），可以以一个 cent（约 1 美分）的成本邮寄到任何地方。印刷一百万份要花多少钱？在大型印刷中，印刷一张报纸的成本不到一 cent。缩微胶片形式的大英百科全书的全部材料可以放在一张 8.5 x 11 英寸的纸上。一旦它可用，随着未来摄影复制方法的发展，大量复制品可能可以以每份一 cent 的成本生产，不包括材料成本。原始副本的准备？这引出了主题的下一个方面。3

为了制作记录，我们现在用铅笔或打字机敲击。然后是消化和修正的过程，接着是复杂的排版、印刷和分发过程。要考虑程序的第一阶段，未来的作者会停止用手或打字机写作，直接与记录对话吗？他通过与速记员或蜡筒对话间接地做到了这一点；但如果他希望他的谈话直接产生一份打字记录，那么所有要素都已具备。他所需要做的就是利用现有的机制并改变他的语言。在最近的一次世界博览会上，展示了一台名为 Voder（语音合成器）的机器。一个女孩抚摸着它的琴键，它发出了可识别的语音。在整个过程中，没有人类的声带参与；琴键只是将一些电气产生的振动组合起来，并将它们传递到扬声器。在贝尔实验室，有这台机器的相反装置，称为 Vocoder（语音编码器）。扬声器被麦克风取代，麦克风拾取声音。对着它说话，相应的琴键就会移动。这可能是假设系统的要素之一。另一个要素是在 stenotype（速记机）中找到的，这种有点令人不安的装置通常在公共会议上遇到。一个女孩漫不经心地抚摸着它的琴键，环顾房间，有时还带着令人不安的目光看着演讲者。从它那里出来的是一条打字带，它用一种音标简化语言记录了演讲者应该说的话。后来，这条带被重新打成普通语言，因为在它最初的形式中，只有内行才能理解。将这两个要素结合起来，让 Vocoder 运行 stenotype，结果就得到了一台可以与之对话的打字机。诚然，我们现在的语言并不特别适合这种机械化。奇怪的是，universal languages（通用语言）的发明者没有抓住创造一种更适合语音传输和记录技术的语言的想法。机械化可能最终会迫使这个问题得到解决，尤其是在科学领域；届时，scientific jargon（科学术语）将变得更加难以被外行理解。现在可以想象未来的研究人员在他的实验室里。他的双手是自由的，他没有被束缚。当他四处走动和观察时，他拍照并评论。时间被自动记录下来，将这两个记录联系在一起。如果他进入野外，他可以通过无线电连接到他的记录器。当他晚上思考他的笔记时，他又将他的评论说进记录器。他的打字记录以及他的照片都可能是微缩的，因此他可以将它们投影出来进行检查。然而，在收集数据和观察、从现有记录中提取平行材料以及最终将新材料插入共同记录的主体之间，还需要发生很多事情。对于成熟的思考，没有机械的替代品。但创造性思维和本质上重复性的思维是截然不同的。

对于后者，存在着，并且可能存在着强大的机械辅助工具。计算一列数字之和是一个重复的思维过程，它很久以前就被适当地委托给了机器。诚然，机器有时由键盘控制，某种意义上的思考会出现在读取数字和按相应的键中，但即使这样也是可以避免的。已经制造出能够通过光电池（photocell）读取打字数字，然后按下相应键的机器；这些机器是用于扫描类型的 photocell、用于对后续变化进行排序的电路以及用于将结果解释为电磁铁动作以按下键的继电器电路的组合。所有这些复杂性都是因为我们学习写数字的方式笨拙。如果我们按位置记录它们，只需通过卡片上的一组点的配置，自动读取机制就会变得相对简单。事实上，如果这些点是孔，我们就有很久以前由 Hollorith 为人口普查目的而生产的穿孔卡片机，现在它被广泛应用于商业领域。一些类型的复杂业务几乎无法在没有这些机器的情况下运作。加法只是一项操作。执行算术运算还涉及减法、乘法和除法，此外还需要一些方法来临时存储结果、从存储中取出结果以进行进一步操作以及通过打印记录最终结果。用于这些目的的机器现在有两种类型：用于会计等目的的键盘机器，手动控制数据插入，通常在操作顺序方面自动控制；以及穿孔卡片机，其中单独的操作通常委托给一系列机器，然后将卡片从一台机器转移到另一台机器。这两种形式都非常有用；但就复杂计算而言，两者仍处于初级阶段。快速电子计数出现在物理学家发现需要计算宇宙射线之后不久。为了他们自己的目的，物理学家迅速构建了能够以每秒 100,000 次的速度计数电脉冲的热电子管（thermionic-tube）设备。未来的高级算术机器将是电气性质的，它们将以目前速度的 100 倍或更高速度运行。此外，它们将比目前的商用机器更加通用，因此可以很容易地适应各种操作。它们将由控制卡或 film 控制，它们将根据这样插入的指令选择自己的数据并进行操作，它们将以极高的速度执行复杂的算术计算，并将结果记录成便于分发或以后进一步操作的形式。这样的机器将有巨大的数据处理能力。其中一台机器将从一屋子使用简单键盘打孔机的女性操作员那里接收指令和数据，并每隔几分钟就会输出一张计算结果的表格。在数百万人在做复杂事情的详细事务中，总会有很多事情需要计算。

然而，重复的思维过程并不局限于算术和统计问题。事实上，每次根据既定的逻辑过程组合和记录事实时，思维的创造性方面只与数据的选择和要采用的过程有关，而随后的操作本质上是重复的，因此适合委托给机器。除了算术之外，在这方面做得还不多，主要是因为经济状况。商业的需求以及显然等待的广阔市场确保了当生产方法足够先进时，大规模生产的算术机器的出现。对于高级分析机器，不存在这种情况；因为没有，也没有广阔的市场；使用高级数据操作方法的用户只占人口的一小部分。然而，存在用于求解微分方程的机器 —— 以及函数方程和积分方程。还有许多特殊的机器，例如用于预测潮汐的谐波合成器（harmonic synthesizer）。未来还会出现更多这样的机器，它们肯定会首先出现在科学家手中，而且数量不多。

如果 scientific reasoning（科学推理）仅限于算术的逻辑过程，我们对物理世界的理解就不会走得太远。这就像试图完全通过概率数学来理解扑克游戏一样。abacus（算盘），它在平行线上串着珠子，在世界其他地区之前几个世纪就让阿拉伯人掌握了 positional numeration（位置记数法）和零的概念。它是一个有用的工具 —— 如此有用，以至于它仍然存在。从 abacus 到现代 keyboard accounting machine（键盘会计机），这是一个巨大的飞跃。未来 arithmetic machine（算术机器）将是同样的一步。但即使是这种新机器也不会把科学家带到他需要去的地方。如果使用者想要解放他们的头脑，去做一些比按照既定规则进行重复的详细转换更重要的事情，那么他们必须从繁琐的、详细的高级数学操作中解脱出来。数学家不是一个能轻松操作数字的人；他通常不能。他甚至不是一个能轻松地使用微积分进行方程变换的人。他首先是一个在高级 symbolic logic（符号逻辑）方面熟练的人，尤其是他是一个在选择他所使用的操作过程方面具有直觉判断力的人。所有其他事情他都可以交给他的机器，就像他自信地把汽车的推进交给引擎盖下的复杂机制一样。只有这样，数学才能在实践中有效地将不断增长的 atomistics（原子论）知识应用于化学、冶金和生物学高级问题的有用解决方案。因此，将会有更多的机器来处理科学家的高级数学。其中一些将足够奇特，以适合当今文明人工制品的最挑剔的鉴赏家。

然而，科学家并不是唯一一个通过使用逻辑过程来操作数据和检查周围世界的人，尽管他有时会通过将任何变得逻辑的人纳入其中来保持这种表象，就像英国工党领袖被封为爵士一样。每当使用逻辑思维过程时 —— 也就是说，每当思维在一段时间内沿着一条公认的轨道运行时 —— 机器就有了机会。formal logic（形式逻辑）曾经是老师在考验学生灵魂时手中的利器。很容易构建一台机器，它可以根据 formal logic 来操作前提，只需巧妙地使用 relay circuits（继电器电路）即可。将一组前提放入这样的设备中，然后转动曲柄，它就会很容易地输出结论，所有这些都符合逻辑规律，而且不会出现比键盘加法机更多的错误。逻辑可以变得非常困难，毫无疑问，在使用逻辑方面获得更多保证将是一件好事。用于高级分析的机器通常是 equation solvers（方程求解器）。关于 equation transformers（方程变换器）的想法开始出现，它将根据严格且相当高级的逻辑重新排列方程表达的关系。数学家表达他们关系的方式极其粗糙，这阻碍了进步。他们使用的符号像 Topsy 一样自然生长，而且缺乏一致性；在一个最具逻辑性的领域，这是一个奇怪的事实。一个新的符号系统，可能是 positional symbolism（位置符号系统），显然必须先于将数学变换简化为机器过程。然后，超越数学家的严格逻辑，是逻辑在日常事务中的应用。我们可能有一天会在机器上点击论点，就像我们现在在 cash register（收银机）上输入销售额一样自信。但逻辑机器不会像 cash register，即使是流线型模型。关于思想的操作及其插入记录，到目前为止，我们似乎比以前更糟糕了 —— 因为我们可以极大地扩展记录；然而，即使在它目前的规模下，我们也很难查阅它。这比仅仅为了科学研究目的提取数据要大得多；它涉及人类通过继承已获得的知识获益的整个过程。使用的主要行为是选择，而我们在这方面确实停滞不前。可能存在数百万个精妙的思想，以及它们所基于的经验的记录，所有这些都包含在可接受的建筑形式的石墙内；但如果学者只能通过勤奋的搜索每周获得一个，那么他的综合很可能跟不上当前的形势。从广义上讲，选择就像木匠手中的石斧。然而，在狭义上，在其他领域，选择方面已经有一些机械化了。工厂的人事主管将几千张员工卡堆放在一台选择机器中，根据既定的惯例设置一个代码，并在短时间内生成一份所有住在 Trenton 且懂西班牙语的员工的名单。