未解之谜网

当前位置: 未解之谜网 > 趣闻轶事 > 已经不能没有“它”？悄悄改变我们生活的“家庭科技”

已经不能没有“它”？悄悄改变我们生活的“家庭科技”

我们生活在一个高度依赖科学与技术的社会，但几乎所有的人对科学与技术都一无所知。

——Carl Sagan（1934-1966）美国天文学家、科普作家

在“日常生活范式的转变：从纸笔到 AI”一文里，笔者谈到 50 年来的科技发展完全改变了我们自己日常生活的方式，如笔者已经不再用纸笔写文章、不在图书馆里找资料、旅行不需要携带地图、在家逛街购物、买股票不需要透过券商下单、与亲友及科学月刊通讯都是瞬间达成、⋯⋯等等。最近人工智能的正式登场更可能让人人成为写文章高手，让读者怀疑这篇文章是不是笔者自己写的。

除了这些有形的日常生活方式的改变外,事实上还有一些无形、没有改变我们生活方式的科技正在我们家中发生的。其中最明显的就是电视, 我们看电视的方法还是一样, 但年轻的读者可能不知道不管从软件或硬体来看, 电视机已经完全不再是 1970 年代的电视机了。我们在这里就来谈谈这些偷偷摸摸进入我们家庭生活的三大无形改变吧，免得被名科幻小说及科普作家萨根（Carl Sagan）嘲笑：我们生活在一个高度依赖科学与技术的社会，但几乎所有的人对科学与技术都一无所知。

电视机

早期的电视机是由真空管及阴极射线管（CRT）组成的，体积膨大。1940 年代，半导体器件的发明使得生产固态电子器件成为可能，它比热真空管更小、更高效、更可靠、更耐用、更安全、更凉爽、更经济。从 1960 年代中期开始，热电子管可以说完全被晶体管取代。然而直到 21 世纪初，阴极射线管（也是一种真空管）仍然是电视监视器和示波器的基础。

图/作者提供

1982 年，爱普生（Seiko Epson）发布了第一台用液晶（liquid crystal）当平面显示器（display）的液晶电视（LCD TV）;1984 年，爱普生又发布了第一台全彩袖珍液晶电视。夏普（Sharp）于 1988 年推出第一台商用液晶电视;第一台电浆（plasma）电视于 1997 年出现。电浆电视画面是透过显示器上面画素（Pixel）点发光，不是像液晶电视机在画面后面照光，因此在画质方面比液晶显示器强多了，但因在价格上没办法竞争，早已被淘汰掉了，最近被类似的有机发光二极体（organic light emitting diode, LED）电视机取代。

除了硬体外，电视影像讯息的传播编码（coding）也大异于前：早期使用类比讯号（analog signal）编码，现在则使用数字（digital）。后者在其开发时就立即被认为是自 1950 年代彩色电视出现以来，电视技术上之一项创新进步的重大变革。类比广播到数字广播的转变始于 2000 年左右;经过多次及多年的拖延，美国终于于 2009 年 6 月 12 日正式取消无线类比电视广播，台湾也已于 2012 年 7 月全面废除无线类比电视广播,改用数位电视。详情请参见高画质数位电视。

电灯泡

我们一般都将发明灯泡的功劳归于爱迪生（Thomas Edison），事实上早在他 1879 年申请专利之前，英国发明家就已经知道用弧光灯当灯泡。但爱迪生不但将白炽灯泡商业化，并发明了将电力带入住家所需的整个系统——发电机、电线、保险丝、灯的开关。1904 年出现了取代碳丝灯泡之更亮的新型钨丝灯泡，1913 年发现在灯泡内放入氮气等惰性气体可以提高寿命，沿用至今。

电灯照明的原理是因为任何温度不为绝对零度的物体，总是不停地对外放出各种频率的辐射能（见“科学家如何找到黑体辐射光谱，引发 20 世纪初的量子革命?”）。不幸的是：这些不同频率的辐射能中只有非常少的一部分是可见光，因此利用钨丝加热来照明的电灯效率非常低（见“电灯的效率”）。

笔者在“太阳能与光电效应”里探讨了“二极体”（diode）的物理，其用途甚广（如整流器及控制器等）。它可以透过光来发电制造太阳面板;它也可以透过电来发光——“发光二极体”（light emitting diode, LED）——制造上面提到之有机发光二极体电视机及二极体灯泡。因我们可以用不同材料来控制发出来之辐射在可见光范围，所以二极体灯泡效率比传统钨丝灯泡高得非常多：例如前者只需 18 瓦特就可达到后者 100 瓦特（W）的亮度。加上它不使用高温，寿命也因之比较长;但因其制造成本高，所以直到最近美国才宣布禁售传统钨丝灯泡，强迫使用二极体灯泡1。

图/作者提供

发光二极体需要在直流电下运作，一般家用二极体灯泡设计在低电压 1.2-3.6V 之间。然而，为了变压方便及减少输送过程中的能量浪费（见“高压危险”），全世界电力公司都用高电压的交流电输送电力，到住宅区附近的变电所后再减压到 120-240V，因此二极体灯泡的设计非常不同于传统灯泡：它的首要任务是将高电压交流电降压整流为低压的直流电。除此之外，因固态线路特性，它也必须考虑电压及电流的稳定、散热等问题，因此在设计上比钨丝灯泡复杂多了，成本也贵得多。

家庭电话

与电视机及灯泡相比，家庭电话可以说是改变最少的;事实上自从行动电话普及后，许多家庭已不再使用固定的家用电话，改变了我们日常生活的方式。但仍有不少像笔者一样顽固的长者保留家用电话的，他们将发现：虽然现在的电话机比以前的加了很多功能，如来电显示、留言、无线分机等,但其基本结构还是保留在 1962 年世界博览会上首次以商品名“按键音（Touch-Tone）”推出的按钮拨号（也就是说 1970 年代的电话现在还是可以用的，也还可以在市面上买到）。

图/giphy

传统电话系统通话依赖于两个节点间的直接物理连接，在通话中这条线是不能断的。为了覆盖广泛的地区，任何两点间都直接连线当然是不可能的，因此出现了称为“电路交换”（circuit switching）的呼叫切换技术。早期的呼叫切换是由电话接线员来完成的，但随着电话覆盖范围的扩大，美国电话及电报公司（AT&T）开始推出机械交换系统，人们可以从家里手动拨打其它号码，不再需要人工操作员接通。到 1978 年左右，完全自动化终于消灭了电话接线员这一职业。

图/作者提供

自从互联网（Internet）及一种可用宽频连线进行语音通话的互联网协定语音（voice over internet protocol, VoIP）出现后，网络语音（VoIP）电话开始慢慢侵食传统的家庭电话。不像电视机及灯泡，事实上传统的家庭固定电话是有其优点，如不受断电及不稳定网络的影响等，但因网络语音电话成本较低及较高弹性，美国联邦通讯委员早在 2022 年 8 月就宣布不再要求美国电信公司提供铜线固定电话服务，因此相信传统的电话系统不久将在美国消失了2。

电路交换技术的一大缺点是：两点一旦连接在一起，别人便不能再使用那整条电路3，浪费了有限的资源。现在网络语音电话的交换网络依赖于“分组交换”（packet switching）技术。分组交换概念是波兰裔美国工程师巴兰（Paul Baran）于 1960 年代初提出，首先使用于美国国防部的阿帕网（ARPANET）。使用者透过网络传送档案时，先将档案分割为较小的数位“资料包”（packet）形式来进行传输。每个资料包都有一个包括来源位址、目标位址、资料包数量和序号等的资料包头，因此它们可以各走其独立路线（网络节点负责指挥交通），发送者和接收者之间没有必要（也从未）直接连接在一起，可以充分且更有效率地利用传输媒体。数位资料包到达目的地后，经组合再透过数据机（modem）将数位数据转回电话线的类比讯号，传到传统的电话上。

以前传统电话因为要用实体电线接到区域交换总机，所以可以从区域号码知道这支电话的所在地;网络语音电话只要连接到任何一个网络节点就可以，所以家用电话号码可以随搬家移动到别的区域（例如台北的 02 区域电话号码可以在阿里山出现），因此区域号码已经失去其区域的意义。

结论

这些悄悄来的家庭科技中，改变最多的是电视：在软件（数位讯号传输）及硬体方面（平面显示器）都完全摆脱了旧科技，以全新的面貌在家庭中出现;接触过旧电视的读者，应该不难发现影像的改进不可同日而语。灯泡则只改变硬体（二极体灯泡），网络语音电话只改变软件（分组交换讯号传输）。

笔者虽然喜欢新科技，但因一则较贵，再则可能不稳定，而不愿做新技术的天竺鼠（实验对象），对新技术的接受总是很迟的;即使如此，笔者的家庭也已经全面“现代化”了。但是内人除了发现电视机不同及灯泡比以前更接近太阳光4外，根本不知道老公花了多少心血将狗窝现代化。

注解

事实上美国早在 2007 年就颁布白炽灯泡禁令，但被川普政府撤销，该规则于今年（2023 年）8 月 1 日才又生效。台湾经济部宣布 2011 年底全面禁售白炽灯，五年内全面更换成二极体灯泡。

但在台湾还不流行。根据名市场研究公司 Future Market Insights 分析：全球住宅网络语音服务市场规模预计将从 2023 年的 221 亿美元增至 2033 年的 678 亿美元;在预测期内（2023 年至 2033 年），全球住宅网络语音服务需求预计将以 11.9% 的复合年增长率增长。

只要电话不挂断（如找资料暂停通话），电路就不会、也不能断;因此原则上如果够多人在同时用电话，将会将所有的电路线都占罄了。

太阳表面的温度约在 6000°C，钨丝灯泡大都在 3000°C 左右操作以增加寿命。