2人类新空间/无限带宽 从涓涓细流到浩浩江河 60年代末,当我还是个电脑制图助理教授时,没有人知 道电脑制图是什么东西,电脑完全置身于日常生活之外。 今天,我经常听到65岁的商界巨头们吹嘘他们伟大的电 脑设备里有多少字节的内存( memory),或是他们的硬盘 hard disk)容量有多大。有的人则一知半解地讨论他们的电 脑速度有多快—一这要归功于“内置英特尔处理器”(ntel Inside)的出色广告,或兴致勃勃地谈论操作系统 (operating system)的特色。我最近碰到一位社交名媛,她是个富有而迷 人的女士,由于精通微软 (M icrosoft)的操作系统,她甚至 创办了一家小公司,专门为在电脑上还不怎么上道的同伴提 供咨询服务。她的名片上印着:“我提供‘视窗’ o indows) 服务
２ 人 类 新 空 间 A无 限 带 宽 从 涓 涓 细 流 到 浩 浩 江 河 ６ ０ 年 代 末 ， 当 我 还 是 个 电 脑 制 图 助 理 教 授 时 ， 没 有 人 知 道 电 脑 制 图 是 什 么 东 西 ， 电 脑 完 全 置 身 于 日 常 生 活 之 外 。 今 天 ， 我 经 常 听 到 ６ ５ 岁 的 商 界 巨 头 们 吹 嘘 他 们 伟 大 的 电 脑 设 备 里 有 多 少 字 节 的 内 存 （ ｍ ｅ ｍ ｏ ｒ ｙ ） ， 或 是 他 们 的 硬 盘 （ ｈ ａ ｒ ｄ ｄ ｉ ｓ ｋ ） 容 量 有 多 大 。 有 的 人 则 一 知 半 解 地 讨 论 他 们 的 电 脑 速 度 有 多 快 — — 这 要 归 功 于 “ 内 置 英 特 尔 处 理 器 ” （ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ Ｉ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ） 的 出 色 广 告 ， 或 兴 致 勃 勃 地 谈 论 操 作 系 统 （ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ） 的 特 色 。 我 最 近 碰 到 一 位 社 交 名 媛 ， 她 是 个 富 有 而 迷 人 的 女 士 ， 由 于 精 通 微 软 （ Ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｏ ｆ ｔ ） 的 操 作 系 统 ， 她 甚 至 创 办 了 一 家 小 公 司 ， 专 门 为 在 电 脑 上 还 不 怎 么 上 道 的 同 伴 提 供 咨 询 服 务 。 她 的 名 片 上 印 着 ： “ 我 提 供 ‘ 视 窗 ’ （ Ｗ ｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ ） 服 务 。
30数学化生存 带宽就不同了。一般人不怎么了解带宽,尤其在今天,光 纤已经带着我们从较窄的带宽大步跳跃到近乎无限的带宽。 带宽指某个特定信道传送信息的容量,大多数人都把它想象 为管子的直径或高速路的车道。 这些比喻忽略了不同的传输媒介(铜线、光纤、大气)之 间一些微妙和重要的差别—一我们有能力根据我们设计(及 调制)信号的方式,来决定在同样的铜线、光纤或大气中每 秒传输多少比特。尽管如此,我们还是可以概略介绍一下电 话铜线( copper telephone wire)、光纤(iber)和无线电频 谱 (radio spectrum)的特点,让大家能够更好地了解没有重 量的比特究竟是如何运动的 龟兔赛跑 电话铜线通常被称为“双绞线”( twisted pair),因为早 期它们像辫子一样纠结在一起,恰如今天还能在一些古老而 豪华的欧洲饭店中看到的电灯线一样。这种线路被看作带宽 较窄的信道。尽管如此,美国有价值600亿美元的架设好的 电话线,只要有合适的调制解调器,它们每秒能传输600万 比特的信息。调制解调器能够把比特转换为波形,然后再把 波形还原为比特。它通常的速率是9600比特/秒(bps),或称 9600波特(baud)。(bps和baud在技术上的含义并不完全相 同,但现在已可以互换使用,我在本书里也是这么用的。baud
带 宽 就 不 同 了 。 一 般 人 不 怎 么 了 解 带 宽 ， 尤 其 在 今 天 ， 光 纤 已 经 带 着 我 们 从 较 窄 的 带 宽 大 步 跳 跃 到 近 乎 无 限 的 带 宽 。 带 宽 指 某 个 特 定 信 道 传 送 信 息 的 容 量 ， 大 多 数 人 都 把 它 想 象 为 管 子 的 直 径 或 高 速 路 的 车 道 。 这 些 比 喻 忽 略 了 不 同 的 传 输 媒 介 （ 铜 线 、 光 纤 、 大 气 ） 之 间 一 些 微 妙 和 重 要 的 差 别 — — 我 们 有 能 力 根 据 我 们 设 计 （ 及 调 制 ） 信 号 的 方 式 ， 来 决 定 在 同 样 的 铜 线 、 光 纤 或 大 气 中 每 秒 传 输 多 少 比 特 。 尽 管 如 此 ， 我 们 还 是 可 以 概 略 介 绍 一 下 电 话 铜 线 （ ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｔ ｅ ｌ ｅ ｐ ｈ ｏ ｎ ｅ ｗ ｉ ｒ ｅ ） 、 光 纤 （ ｆ ｉ ｂ ｅ ｒ ） 和 无 线 电 频 谱 （ ｒ ａ ｄ ｉ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ） 的 特 点 ， 让 大 家 能 够 更 好 地 了 解 没 有 重 量 的 比 特 究 竟 是 如 何 运 动 的 。 龟 兔 赛 跑 电 话 铜 线 通 常 被 称 为 “ 双 绞 线 ” （ ｔ ｗ ｉ ｓ ｔ ｅ ｄ ｐ ａ ｉ ｒ ） ， 因 为 早 期 它 们 像 辫 子 一 样 纠 结 在 一 起 ， 恰 如 今 天 还 能 在 一 些 古 老 而 豪 华 的 欧 洲 饭 店 中 看 到 的 电 灯 线 一 样 。 这 种 线 路 被 看 作 带 宽 较 窄 的 信 道 。 尽 管 如 此 ， 美 国 有 价 值 ６ ０ ０ 亿 美 元 的 架 设 好 的 电 话 线 ， 只 要 有 合 适 的 调 制 解 调 器 ， 它 们 每 秒 能 传 输 ６ ０ ０ 万 比 特 的 信 息 。 调 制 解 调 器 能 够 把 比 特 转 换 为 波 形 ， 然 后 再 把 波 形 还 原 为 比 特 。 它 通 常 的 速 率 是 ９ ６ ０ ０ 比 特 A秒 （ ｂ ｐ ｓ ） ， 或 称 ９ ６ ０ ０ 波 特 （ ｂ ａ ｕ ｄ ） 。 （ ｂ ｐ ｓ 和 ｂ ａ ｕ ｄ 在 技 术 上 的 含 义 并 不 完 全 相 同 ， 但 现 在 已 可 以 互 换 使 用 ， 我 在 本 书 里 也 是 这 么 用 的 。 ｂ ａ ｕ ｄ ３ ０ 数 学 化 生 存
人类新空间/无限带宽31 这个名称是为了纪念电信技术先驱 Emile baudot,就像电 报中的“莫尔斯电码”以发明人莫尔斯②命名一样。) 新型的调制解调器能以38400波特的速率工作(这仍然 比连接大多数美国家庭的铜线的潜在传输速率慢了100倍以 上)。我们可以把双绞线想成“龟兔赛跑”故事中的那只乌龟, 它虽然跑得很慢,但并不像你原本想象的那么慢。 你可以把光纤的容量想成无限大。我们并不清楚光纤每 秒钟究竟可以传输多少比特。最近的研究表明,利用光纤,我 们每秒几乎可以传送1万亿比特。也就是说,像一根头发丝 那样细的光纤在不到1秒钟的时间里,可以传送《华尔街日 报》 W all Street Journal)创办以来每期报纸的所有内容。以 这样的速度来传递数据,光纤可以同时传送100万个频道的 电视节目——大约比双绞线快上20万倍,真是一大跃进!而 且,别忘了,我说的还只是一条光纤而已。所以如果你还嫌 不够的话,你可以制造更多的光纤。毕竟,光纤只不过是玻 璃罢了。 般人都觉得以太( ether,即大气,也就是一般人说的 ‘无线电波”)的传输能力也是没有止境的。它毕竟就是空气, 而空气到处都有。我虽然通篇使用以太这个词,但它其实只 有历史上的意义。无线电波( radio waves)一经发现,以太 ①埃米勒·波多(1845-1903),法国发明家,发明电传打字机电码“波特 码”( Baudot code) ②塞缪尔·莫尔斯 amuel m orse,1791-1872)美国发明家,发明莫尔
这 个 名 称 是 为 了 纪 念 电 信 技 术 先 驱 Ｅ ｍ ｉ ｌ ｅ Ｂ ａ ｕ ｄ ｏ ｔ ① ， 就 像 电 报 中 的 “ 莫 尔 斯 电 码 ” 以 发 明 人 莫 尔 斯 ② 命 名 一 样 。 ） 新 型 的 调 制 解 调 器 能 以 ３ ８ ４ ０ ０ 波 特 的 速 率 工 作 （ 这 仍 然 比 连 接 大 多 数 美 国 家 庭 的 铜 线 的 潜 在 传 输 速 率 慢 了 １ ０ ０ 倍 以 上 ） 。 我 们 可 以 把 双 绞 线 想 成 “ 龟 兔 赛 跑 ” 故 事 中 的 那 只 乌 龟 ， 它 虽 然 跑 得 很 慢 ， 但 并 不 像 你 原 本 想 象 的 那 么 慢 。 你 可 以 把 光 纤 的 容 量 想 成 无 限 大 。 我 们 并 不 清 楚 光 纤 每 秒 钟 究 竟 可 以 传 输 多 少 比 特 。 最 近 的 研 究 表 明 ， 利 用 光 纤 ， 我 们 每 秒 几 乎 可 以 传 送 １ 万 亿 比 特 。 也 就 是 说 ， 像 一 根 头 发 丝 那 样 细 的 光 纤 在 不 到 １ 秒 钟 的 时 间 里 ， 可 以 传 送 《 华 尔 街 日 报 》 （ Ｗ ａ ｌ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｅ ｔ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ） 创 办 以 来 每 期 报 纸 的 所 有 内 容 。 以 这 样 的 速 度 来 传 递 数 据 ， 光 纤 可 以 同 时 传 送 １ ０ ０ 万 个 频 道 的 电 视 节 目 — — 大 约 比 双 绞 线 快 上 ２ ０ 万 倍 ， 真 是 一 大 跃 进 ！ 而 且 ， 别 忘 了 ， 我 说 的 还 只 是 一 条 光 纤 而 已 。 所 以 如 果 你 还 嫌 不 够 的 话 ， 你 可 以 制 造 更 多 的 光 纤 。 毕 竟 ， 光 纤 只 不 过 是 玻 璃 罢 了 。 一 般 人 都 觉 得 以 太 （ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ， 即 大 气 ， 也 就 是 一 般 人 说 的 “ 无 线 电 波 ” ） 的 传 输 能 力 也 是 没 有 止 境 的 。 它 毕 竟 就 是 空 气 ， 而 空 气 到 处 都 有 。 我 虽 然 通 篇 使 用 以 太 这 个 词 ， 但 它 其 实 只 有 历 史 上 的 意 义 。 无 线 电 波 （ ｒ ａ ｄ ｉ ｏ ｗ ａ ｖ ｅ ｓ ） 一 经 发 现 ， 以 太 人 类 新 空 间 A无 限 带 宽 ３ １ ① ② 塞 缪 尔 · 莫 尔 斯 （ Ｓ ａ ｍ ｕ ｅ ｌ Ｍ ｏ ｒ ｓ ｅ ， １ ７ ９ １ — １ ８ ７ ２ ） 美 国 发 明 家 ， 发 明 莫 尔 斯 电 码 （ Ｍ ｏ ｒ ｓ ｅ ｃ ｏ ｄ ｅ ） 。 埃 米 勒 · 波 多 （ １ ８ ４ ５ — １ ９ ０ ３ ） ， 法 国 发 明 家 ， 发 明 电 传 打 字 机 电 码 “ 波 特 码 ” （ Ｂ ａ ｕ ｄ ｏ ｔ ｃ ｏ ｄ ｅ ）
32数学化生存 就被当作传播这些电波的神秘媒介,然而科学家们无法找到 它,倒是借此发现了光子@ photon)的存在。同步卫星( station ary satellite)在赤道上空22300英里的轨道上运行,这意味 着地球到同步轨道之间充斥着34万亿立方英里的以太,这么 多的以太一定能够传送许多比特,同时又能让这些比特不至 于彼此碰撞。当你想到全球数以百万计的遥控器( remote control unit),正是利用和电视机及其他类似设备进行无线 通信( wireless communication)的方式来操作时,这种说法 确实有它的道理。由于这些遥控器威力不大,从你的手中传 送到电视机上的区区几个比特,并不会改变邻近公寓或城镇 的电视频道。但是,正如大家听到过的那样,假如换作无绳 电话( cordless telephone),情形就大不一样了。 地空大转移 旦我们利用以太作为强大的电信和广播传输媒介,我 们就必须格外小心,不要让信号彼此干扰。我们必须乐于把 自己事先定位在频谱中的某个部分,而不能贪得无厌地使用 以太。必须尽可能高效地运用它,因为不像光纤,我们无法 不断制造更多的以太。大自然早已一次性地结束了这项工作 想要高效使用以太,办法很多。例如,可以通过建立网 格、划分传输单元的办法,使用户在不同的信号区 ( quadrant)内使用相同的频率,这样频谱的各个部分可以得 到重复利用;也可以进入以前被视为禁区的部分(因为那些
就 被 当 作 传 播 这 些 电 波 的 神 秘 媒 介 ， 然 而 科 学 家 们 无 法 找 到 它 ， 倒 是 借 此 发 现 了 光 子 （ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｎ ） 的 存 在 。 同 步 卫 星 （ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ B ａ ｒ ｙ ｓ ａ ｔ ｅ ｌ ｉ ｔ ｅ ） 在 赤 道 上 空 ２ ２ ３ ０ ０ 英 里 的 轨 道 上 运 行 ， 这 意 味 着 地 球 到 同 步 轨 道 之 间 充 斥 着 ３ ４ 万 亿 立 方 英 里 的 以 太 ， 这 么 多 的 以 太 一 定 能 够 传 送 许 多 比 特 ， 同 时 又 能 让 这 些 比 特 不 至 于 彼 此 碰 撞 。 当 你 想 到 全 球 数 以 百 万 计 的 遥 控 器 （ ｒ ｅ ｍ ｏ ｔ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｕ ｎ ｉ ｔ ） ， 正 是 利 用 和 电 视 机 及 其 他 类 似 设 备 进 行 无 线 通 信 （ ｗ ｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｍ ｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ） 的 方 式 来 操 作 时 ， 这 种 说 法 确 实 有 它 的 道 理 。 由 于 这 些 遥 控 器 威 力 不 大 ， 从 你 的 手 中 传 送 到 电 视 机 上 的 区 区 几 个 比 特 ， 并 不 会 改 变 邻 近 公 寓 或 城 镇 的 电 视 频 道 。 但 是 ， 正 如 大 家 听 到 过 的 那 样 ， 假 如 换 作 无 绳 电 话 （ ｃ ｏ ｒ ｄ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｌ ｅ ｐ ｈ ｏ ｎ ｅ ） ， 情 形 就 大 不 一 样 了 。 地 空 大 转 移 一 旦 我 们 利 用 以 太 作 为 强 大 的 电 信 和 广 播 传 输 媒 介 ， 我 们 就 必 须 格 外 小 心 ， 不 要 让 信 号 彼 此 干 扰 。 我 们 必 须 乐 于 把 自 己 事 先 定 位 在 频 谱 中 的 某 个 部 分 ， 而 不 能 贪 得 无 厌 地 使 用 以 太 。 必 须 尽 可 能 高 效 地 运 用 它 ， 因 为 不 像 光 纤 ， 我 们 无 法 不 断 制 造 更 多 的 以 太 。 大 自 然 早 已 一 次 性 地 结 束 了 这 项 工 作 。 想 要 高 效 使 用 以 太 ， 办 法 很 多 。 例 如 ， 可 以 通 过 建 立 网 格 、 划 分 传 输 单 元 的 办 法 ， 使 用 户 在 不 同 的 信 号 区 （ ｑ ｕ ａ ｄ ｒ ａ ｎ ｔ ） 内 使 用 相 同 的 频 率 ， 这 样 频 谱 的 各 个 部 分 可 以 得 到 重 复 利 用 ； 也 可 以 进 入 以 前 被 视 为 禁 区 的 部 分 （ 因 为 那 些 ３ ２ 数 学 化 生 存
人类新空间/无限带宽33 频率会毁了那些天真的家伙)。但是即使你掌握了所有的窍 门,最大限度地占有了频谱,和光纤能提供的带宽以及我们 能不断制造和铺设光纤的能力比起来,以太能提供的带宽就 显得极为有限了。因此我的建议是,今天的有线和无线通信 应该交换位置 内布拉斯加州 Nebraska)参议员鲍勃·凯瑞( Bob ker- regy)竞选总统时,曾经花了几小时参观我们的媒体实验室。我 们见面的时候,他劈头就说“尼葛洛庞帝式转换”( The negro ponte Switch)。这个概念是我在北方电信公司( Northern Telecom)的一次会议上首次加以探讨和介绍的,那次会议上 我和乔治·吉尔德 G eorge Gilder)是演讲人。它的含义简 单说来就是,目前经由地下(即电缆)传输的信息,将来会 经由以太传输,反之亦然。换句话说,空中传输的信息会走 入地下,而在地下传输的信息则会升上天空。我们这叫做 “交换位置”,吉尔德则称之为“尼葛洛庞帝式转换”。这个名 词不胫而走 我认为这种位置转换的好处是不言而喻的,因为地下管 线的带宽是无限的,而以太的带宽则是有限的。以太是唯 的,但光纤的数目却无穷无尽。尽管我们可能会越来越聪明 地使用以太,我们终究还是得把所有无线通信的频谱节省下 来,用在像飞机、轮船、汽车、手提箱或手表等移动的物体 上。它们的活动范围无法限制
频 率 会 毁 了 那 些 天 真 的 家 伙 ） 。 但 是 即 使 你 掌 握 了 所 有 的 窍 门 ， 最 大 限 度 地 占 有 了 频 谱 ， 和 光 纤 能 提 供 的 带 宽 以 及 我 们 能 不 断 制 造 和 铺 设 光 纤 的 能 力 比 起 来 ， 以 太 能 提 供 的 带 宽 就 显 得 极 为 有 限 了 。 因 此 我 的 建 议 是 ， 今 天 的 有 线 和 无 线 通 信 应 该 交 换 位 置 。 内 布 拉 斯 加 州 （ Ｎ ｅ ｂ ｒ ａ ｓ ｋ ａ ） 参 议 员 鲍 勃 · 凯 瑞 （ Ｂ ｏ ｂ Ｋ ｅ ｒ B ｒ ｅ ｙ ） 竞 选 总 统 时 ， 曾 经 花 了 几 小 时 参 观 我 们 的 媒 体 实 验 室 。 我 们 见 面 的 时 候 ， 他 劈 头 就 说 “ 尼 葛 洛 庞 帝 式 转 换 ” （ Ｔ ｈ ｅ Ｎ ｅ ｇ ｒ ｏ B ｐ ｏ ｎ ｔ ｅ Ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ） 。 这 个 概 念 是 我 在 北 方 电 信 公 司 （ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ Ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｏ ｍ ） 的 一 次 会 议 上 首 次 加 以 探 讨 和 介 绍 的 ， 那 次 会 议 上 我 和 乔 治 · 吉 尔 德 （ Ｇ ｅ ｏ ｒ ｇ ｅ Ｇ ｉ ｌ ｄ ｅ ｒ ） 是 演 讲 人 。 它 的 含 义 简 单 说 来 就 是 ， 目 前 经 由 地 下 （ 即 电 缆 ） 传 输 的 信 息 ， 将 来 会 经 由 以 太 传 输 ， 反 之 亦 然 。 换 句 话 说 ， 空 中 传 输 的 信 息 会 走 入 地 下 ， 而 在 地 下 传 输 的 信 息 则 会 升 上 天 空 。 我 们 这 叫 做 “ 交 换 位 置 ” ， 吉 尔 德 则 称 之 为 “ 尼 葛 洛 庞 帝 式 转 换 ” 。 这 个 名 词 不 胫 而 走 。 我 认 为 这 种 位 置 转 换 的 好 处 是 不 言 而 喻 的 ， 因 为 地 下 管 线 的 带 宽 是 无 限 的 ， 而 以 太 的 带 宽 则 是 有 限 的 。 以 太 是 唯 一 的 ， 但 光 纤 的 数 目 却 无 穷 无 尽 。 尽 管 我 们 可 能 会 越 来 越 聪 明 地 使 用 以 太 ， 我 们 终 究 还 是 得 把 所 有 无 线 通 信 的 频 谱 节 省 下 来 ， 用 在 像 飞 机 、 轮 船 、 汽 车 、 手 提 箱 或 手 表 等 移 动 的 物 体 上 。 它 们 的 活 动 范 围 无 法 限 制 。 人 类 新 空 间 A无 限 带 宽 ３ ３