物理空间与网络空间融合

物理空间与网络虚拟空间的深度融合就是构建人类赖以生存的第二空间。物质生产仍然是第一性的规律，不会因为虚拟空间的发展而失去这一地位；网络空间将和物理空间形成映射和互控关系。

信息物理系统（CPS）早期侧重于嵌入式机器的系统建模与现实互动。随着互联网、云计算、大数据等通用计算技术的门槛迅速减低，原来的计算和网络资源单位成本趋向于零。但是，在这种情况下，嵌入式系统（Embedded System）固有的实时性、并发性和反馈基因仍不可替代，反而显得愈发弥足珍贵。

嵌入式系统是嵌入机械或电气系统内部、具有专属功能的计算机系统，通常要求实时计算性能。它也具有并发性（concurrency）的特点，即在系统中拥有多个计算，这些计算可以同时执行，而且其间存在潜在的交互。由此，系统可进行的运行路径会有多个，结果可能具有不确定性。同时，绝大多数控制系统都会利用反馈，嵌入式系统也不例外。反馈意味着一个带方向的循环，一个行为者的输出被返回，影响到同一行为者的输入。

在通用计算领域，软件泛指各种中央处理器执行的程序语言。在新一代的嵌入式系统中，计算机架构将突破诺依曼的五大部分（控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备），包含物联网等更多的系统元素。软件的重心将偏离传统程序，更加注重各类流程和算法创新。这个过程类似在成衣行业中，时尚设计师超越传统的裁缝师傅。

嵌入式系统的关键特性是专用于处理特定的任务，因此工程师能对其进行优化，以降低产品的体积和成本，提升可靠性和性能。嵌入式系统本身不定义规模上限，它可以是一台洗衣机，一套完整智能家居，一架大型航空器，一个传统产业，甚至可以囊括整个社会。近年来，CPS指导和建立大系统的能力日益显现。

与互联网本身一样，CPS的意义也在进化之中。我们认为，CPS的内涵不在信息和物理两个单词。Cyber是一个古希腊词，意为“舵手”，引申为“控制”。互联网诞生之初有意重启这个古词，用它来表示虚拟空间，国人音译为“赛博”。Physical一词，与Cyber即虚拟空间放在一起，自然代表实体空间。那么，虚拟空间和实体空间放在同一个系统中说明什么呢？通过深入研究，我们发现CPS的内涵是两个空间的关联，即虚拟空间和实体空间互相映射而形成的升维系统。比较贴切的翻译应该是“虚实镜像系统”。镜像两字没有明说，但是，虚实放在一起，已经强调了映射关系，而且，系统理念也贯穿其中。

CPS的优势在哪里？与传统云+端的通用计算模式不同，CPS在当前火热的O2O和共享经济链条中插入了新的价值元素。也就是说，通过嵌入式计算和物联网构成虚拟（信息、数据、流程）和实体（人、机器、商品）紧密耦合的系统。

一、高维管理低维

我们要网络干什么？通信？连接？汇聚？云计算？大数据？这些都是表象。CPS的命题非常明确，在网络上建立实体空间的影子，或镜像，为我们生活的时空增加一个虚拟空间维度，使实体得到全息和永生。如此一来，实体空间状态可追溯，可预测，可分析，一切尽在远程掌控之中。

多部好莱坞电影告诉我们，通过高维度空间能够有效管理低维度空间的活动。低维度空间中扑朔迷离的乱象，在高维度空间一目了然。这些电影背后都有一流的科学见识，尤其是物理学。

量子力学领域重量级人物大卫·玻姆（David Joseph Bohm）对物理学有一个极为重大的贡献，即全息宇宙观。“鱼缸里的鱼”就是说明全息概念的经典实验：在一个长方体玻璃鱼缸中放进一条鱼，用两台相互垂直的摄像机“观察”鱼的活动，将图像直接在两台电视机上播放出来。在电视机里我们可以看到，两条鱼分别作着方向相反、速度相等的游动。你最终会觉察它们之间存在某种关联。当一条鱼转动时，另一条也会做出稍微不同的相应动作；当一条正对前方时，另一条总会朝向侧面。

再看另一个实验。在1982年，物理学家阿莱恩·阿斯派克特（Alain Aspect）领导的研究小组，在巴黎大学进行了可能是20世纪最重要的一个实验。阿莱恩·阿斯派克特和他的小组发现，在特定情况下，次原子粒子，例如电子，无论彼此相距多远，都能互通信息。不管是10英尺还是100亿英里，它们似乎总能知道彼此所处的状态。

玻姆对上述两个实验的解释是：“两个纠缠粒子应当被视为同一高维现实的两个不同的低维投影，在三维空间看来，二者没有相互接触，毫无因果关联；而实际情况是，两个粒子之间相互关联的方式，非常类似于上面所说的鱼的两个电视图像之间相互关联的方式。因此普遍地说，隐序必须被扩展到一个高维现实，这个高维原则上是不可分割的整体。”

也就是说，宇宙本身就是一个全息投影，在“实在”的更深处，存有一种我们尚不知晓、更复杂的空间维度。在显现的宇宙秩序中，隐藏着绵绵不断的另一种秩序。如果想发现后者，就要超出前者所在的维度。在以上两个实验中，同一高维实现两个低维投影。在低维空间看来，二者独立；但实际在高维空间互相关联。

玻姆的全息宇宙理论对我们理解CPS而言，启示在于要通过虚实镜像系统提升维度，从而更好地掌控实体空间。此外，鉴于虚拟空间内含网络存储能力，实体空间的影子可以永久保存，并且沿时间轴来回扫描。通过分析过去，可以预测未来的实体状态。

二、CPS与工业4.0

CPS的重要性也可以从产业变革史的层面加以认识。我们可以说，人类迄今为止一共经历了四次工业革命，可以分别称之为工业1.0—工业4.0。工业1.0时期，通过水和蒸汽动力驱动机械生产设备；工业2.0时期，电力促成流水线的发明，劳动分工和大规模生产成为现实；工业3.0时期，可编程逻辑控制器出现，通过电子和信息技术系统的应用，生产得以自动化；工业4.0时期，则就是CPS大显身手的时期。

国内的研究成果，如易观智库《工业4.0专题研究报告2015》，把CPS解释为工业4.0的基础，我们认为这个描述不尽准确。互联网、物联网、云计算和大数据都是相对独立的基础技术，由CPS完成深度统合，成为新经济的终极写真。“互联网+”是应用，工业4.0是产业升级，CPS才是真正的纲。应用和产业都是目，纲举目张。实际上，CPS对未来社会有效管理的潜力远远超越制造业和工商业。

仅就制造业而言，我们就需要突破原来的思考窠臼，不是从实体看实体，而是从虚拟看实体，要习惯于从信息科学的角度看待制造业。

以日益引起重视的车联网来说，通常人们以为，车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的通信协议和数据交互标准，在车—车、车—路、车—行人及互联网之间，进行无线通信和信息交换的大系统网络。它是物联网的一部分，让车辆的有关信息与现有的互联网联通，可以通过不同的控制终端比如手机等，联网了解车辆的相关信息。汽车的信息经过收集与共享，可以完美实现车与车主、车主与车主、车主与第三方服务商的沟通，让汽车生活更加智能。

这些理解并非不对，但远远不够。因为它还是比较局限于汽车业的实体思维。如果可以从虚拟看实体，为什么不可以把汽车看成是一种媒介？按照麦克卢汉（Marshall McLuhan）的理论，媒介即人体的延伸，因此，汽车是整个人体视觉、听觉、四肢、头脑的延伸，我们可以通过车联网，实现交流、娱乐、交易、教育等功能，车联网因此推动了汽车媒介的真正成形。如果我们把家庭作为最大的媒介消费空间，那么，车联网可以让汽车成为家庭之后的第二媒介空间。在这个空间内，重要的并非硬件，而是软件，或者说是软件对硬件的驱动。