制造工具的突破可能发生在250万年前。证据显示，人类历史上第一个工具是由能人制造的粗糙的片状石质手斧，它是在坦桑尼亚的奥杜威峡谷中被发现的。大约100万年前，人类进入了直立人时代，开始制造一些复杂的工具——手斧两侧都有细微的敲击痕迹和剥落。此外，直立人还发现了另一种非常有用的工具——火。

根据进化论理论家理查德·道金斯的观点，一旦山雀学会用嘴撬开奶瓶，这种技能就会通过模仿在整个种群中传播开来。但只有人类才能把制造工具和向同龄人及幼儿传播知识结合起来。正是在这一点上，进化才真正地进入我们的社会文化，那也是物理技术诞生的时刻。

物理技术是为实现一个或多个目标而将物质、能量和信息从一种状态转换为另一种状态的方法和设计。例如，原始人拉里拿了几块石头（物质），燃烧了一些卡路里（能量）互相敲击它们，创造了一个手斧（设计），从而有了一个能用来砍动物骨头的工具（目标）。或者，一个程序员利用自动售货机中的食物来给他的大脑提供能量，然后电能进入到计算机中（能量），将代码（信息）从一种状态转换为另一种状态，从而创造出人们可以用来娱乐的（目标）视频游戏（设计）。一些物理技术生产了人工制品（例如一个手持斧头或计算机程序），而另一些则提供了服务。一项物理技术并不仅仅是事物本身（手斧、软件），相反，它既是事物的设计，又是制作它的说明和技术。设想一项物理技术的一种方法是思考一个手工品的说明手册或者一项服务是什么样子的。例如，制作石质手斧的手册可能包括成型斧头的图解、所需石头类型的描述以及将它们组合在一起创建预期设计的方法。就像斯密图书馆一样，我们可以为物理技术定义一个模式——一个由自然语言、数学符号、图片、实物演示视频等组成的概要。任何在理论上可以数字化的东西都可以成为概要的一部分。原则上，即使是语言指示和隐性知识也可以被编码到概要中，例如人类学家可以观看拉里用手斧干活，然后将他所见详细转录为文字。

和其他设计空间一样，一项物理技术必须可以被概要阅读器阅读。因此，我们需要人或者事物从物理技术中提取信息，把它转换成现实世界中的物质、能量和信息模式。也就是说，我们需要有人接受建造房屋的指示，然后把材料变成一座房子。而且，概要和阅读器是共同进化的，随着房屋建设者的技能和方法的改变，房屋设计也随之改变；随着房屋设计的改变，建造房屋所需的建设者类型也会改变。为了让进化起作用，知识必须是可传播的，因此它能以某种形式被编码。如果拉里有一些如何制作特别漂亮的手斧的隐性知识，但他不能用任何方式编码或传播这些知识，那么，这些知识将与拉里一起死去，而不会成为未来制作手斧的物理技术进化的一部分。

在人类历史的早期，物理技术只是描述如何制造工具的经验法则，并且最初是通过模仿、嘟哝和身体语言传播的。非语言信号是一种低效率的编码和传输概要的方式，显然会限制物理技术设计空间的大小和复杂性。此外，嘟哝等方式并不是一种非常可靠的通信方式。错误会不可避免地进入早期的物理技术传输中，但为了使进化正常运作，信息传输必须有一个最低准确性。因此，语言在编码和传输更大、更复杂的物理技术以及更准确地进行编码和传输的能力上是一个巨大的突破。考古记录显示，在旧石器时代晚期，工具制作的创新和多样性发生了戏剧性的突破。那个时代出现了各种各样的材料，鱼钩和缝纫针等新设计开始出现。

人类物理技术最卓越的地方是每一项发明都创造了更多发明的可能性和需求。它们的共同之处在于，所有的发明都有涟漪效应。斯图尔特·考夫曼指出，内燃机的发明促进了汽车的发明，这又促进了充气橡胶轮胎、挡风玻璃雨刷、沥青路面、汽车旅馆、快餐店、收费站和拉斯维加斯的婚礼小教堂的发明。每一项发明都为未来的发明开辟了新的天地。一项发明的成分经常会以新形式被重新使用。

为什么技术会有这种指数级增长的品质呢？技术如何促进自身的发展呢？物理技术和其他概要一样，有着模块化的区块构建特征。任何物理技术都可以看作组件和整体结构的编码。一座房子的组件包括房间、管道系统和窗户，其整体设计可以是模拟都铎式建筑。正是这种组件和结构结合的特性使得物理技术比宇宙更广阔，这也意味着创新会使物理设计空间呈指数级展开。我们假设制作手斧有两种方法，一种是单面开刃，一种是两面开刃。后来有一天，原始人哈利偶然发现了一种更好的开刃方法——他使用越来越小的岩石去开刃，使手斧的边缘更锋利。现在我们有三种刀刃类型：单面、双面和细边。又如，有一天，哈利拿着一把大的管状柄手斧，他没有把它削成一个锋利的刀刃，而是把它做成了稍钝一点的形状。尽管这开始看起来像是一个小组件的改变，最后却成了一种全新的结构——一种可以用来研磨坚果、捣碎谷物及其他有用的东西的石臼。创新增加的库存单位数量随着工件的复杂性呈指数级增长。一个只有两个组件，每个组件有两个变体的结构有4个可能的库存单位；一个有着3个组件，每个组件有3个变体的可能结构有27个；一个有着4个组件，每个组件有4个变体的可能结构有256个。结构的创新还可以带来组件的创新。

人们在考虑物理技术创新是一个进化过程时可能会问：“进化是一个盲目、随机的过程，而技术创新是由人的理性和意图所引导的？”答案是，在进化算法的本质中，没有任何基础可以说明意向性及合理性不能发挥作用。进化论的核心是一个反复实验、选择、放大有效性状的过程。生物进化过程中随机的部分是通过创造选择的多样性来实现的。但即便如此，它也不是完全随机的。突变可能是随机的，有性生物的重组却不是。对配偶的竞争可以确保适合的有机体与其他适合的有机体有更高的配对概率。唯一的要求是要给算法提供足够多的实验来进行选择。实验必须覆盖足够宽的适合度景观，使算法有微小但值得一搏的机会找到高峰。

在人类搜索物理技术空间的案例中，进化算法通过“演绎-探寻法”来获得实验的多样性。“演绎-探寻”一词融合了心理学家唐纳德·坎贝尔的理念和赫伯特·西蒙的“有目的的适应”这一概念。基本上，人类在发明行为中会经历两个认知过程，其中之一是他们的演绎能力。从复杂的角度来看，演绎是英特尔的工程师使用量子力学理论来计算将电路封装到芯片上的极限。另一个部分是探寻，就是我们展开尝试的地方。历史上有许多人们意外发明新事物的著名故事。例如，20世纪80年代，3M公司的化学家斯宾斯·西尔弗试图制造出更强的黏合剂，却意外地制造出了一种较弱的黏合剂，随后用这种黏性较弱的胶制作了一个黏性书签，最终变成了现在普遍存在的便利贴。

演绎-探寻为物理技术的变革提供了一个可能机制，那么，选择是如何进行的呢？什么决定了物理技术景观的适合度呢？所有的物理技术都是为了实现某种功能，手机的设计是为了促进交流，咖啡杯的设计是为了装咖啡，塑料雪球纪念物的设计是为了提醒我们在蒙特利尔的美好旅程。物理技术选择的基础是其对目的的适用性，我们会寻找那些比其他物理技术更能满足某种目的的物理技术。“更”意味着它们能更高效地满足目的，而且在经济上比其他选择更节约。要想让选择在进化系统中发生，系统就需要有西北大学的乔尔·莫基尔所说的超凡创造力——产生比环境所能支持的设计更多的设计，这样才能创造竞争。在生物学中，潜在的有机体设计比任何生态系统所能支持的都要多。进化能在物理技术空间中运作，因为物理技术的超凡创造力能使这些技术相互竞争，而且随着时间的推移，人们倾向于选择能高效实现目标的物理技术。

进化清单上的最后一站是复制。测试进化是否成功的关键是成功的设计在总设计中的频率有所增加。在生物学中，这个过程相当简单。有助于增加适合度的基因比不能增加适合度的基因更有可能传给下一代。不同的物理技术是如何在全部物理技术中复制并增长的呢？很简单，对人类有益的物理技术就能得以复制。例如，公元前5000年，第一种可以用来制作模型砖的物理技术被发明了。这项非常有用的发明被广泛复制，通过演绎-探寻，用于制砖的各种物理技术变体不断进化。