從巴貝奇的失敗談起

石海明

一、巴貝奇發(fā)明機(jī)械式計(jì)算機(jī)的過程

在計(jì)算機(jī)器的發(fā)展歷史中，為數(shù)不多的人物，因其突出的貢獻(xiàn)而鐫刻下了自己的名字，英國數(shù)學(xué)家查理·巴貝奇(1792-1871)就是其中之一。1819年，巴貝奇第一次到巴黎訪問，期間，他聽說普羅尼組織了一個(gè)重大的法國制表計(jì)劃，這個(gè)龐大的計(jì)劃花了十年時(shí)間才結(jié)束，普羅尼為此耗費(fèi)了大量心血。然而，遺憾的是，盡管整個(gè)計(jì)劃中組織工作已做得相當(dāng)細(xì)致嚴(yán)密，但巴貝奇在法國科學(xué)院的圖書館中所見的表的手抄稿依然存在許多錯(cuò)誤。這件事在年輕的巴貝奇心中留下了深深的印象。1820年巴貝奇回到英國，準(zhǔn)備為天文學(xué)會(huì)制造一套星座表。在此后的制表過程中，他發(fā)現(xiàn)許多數(shù)學(xué)用表都含有大量錯(cuò)誤，于是，巴貝奇決定在他科學(xué)生涯的早期，出版一份沒有錯(cuò)誤的數(shù)學(xué)用表。

對(duì)人工制表的困難及難免的錯(cuò)誤，巴貝奇通過實(shí)踐深有體會(huì)……不過在新的情況下，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了生產(chǎn)效率高的機(jī)器。他決定不再模仿普羅尼那種依靠大量人力、以勞動(dòng)密集型的手工方式來組織制表工作。他想借助出現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的有利形勢(shì)，發(fā)明一種能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算的機(jī)器以代替人力。這樣不僅可以減輕工人勞動(dòng)，大大提高制表效率，而且還避免了數(shù)學(xué)用表中的錯(cuò)誤，使沒有錯(cuò)誤的表真正成為現(xiàn)實(shí)。他想發(fā)明的機(jī)器后來對(duì)計(jì)算機(jī)器的發(fā)展具有重大影響。

巴貝奇想發(fā)明的機(jī)器叫差分機(jī)。這種根據(jù)差分原理設(shè)計(jì)和制造的自動(dòng)計(jì)算機(jī)器，能夠存儲(chǔ)一系列數(shù)并對(duì)這些數(shù)進(jìn)行加法運(yùn)算，這些數(shù)為函數(shù)值的一次差、二次差……直至n次常數(shù)差以及函數(shù)值。關(guān)于萌發(fā)差分機(jī)的思想，巴貝奇曾在《一位哲學(xué)家的生活》一書中寫道：

“一個(gè)晚上，我坐在劍橋分析學(xué)會(huì)房間里的一張桌子前面，一份對(duì)數(shù)表攤在我面前，當(dāng)時(shí)我的頭腦處于一種恍惚的狀態(tài)。有一位同學(xué)走進(jìn)房間，看到我半睡，便喊起來：‘好啊!巴貝奇，你在做什么夢(mèng)?我回答：‘我在想那些可以計(jì)算這些對(duì)數(shù)表的機(jī)器。

1822年，巴貝奇終于研制出了一臺(tái)可工作的模型機(jī)。它能對(duì)六位數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可以求出具有常數(shù)二次差的任何函數(shù)值。巴貝奇深知他將設(shè)計(jì)的機(jī)器的價(jià)值，對(duì)于一個(gè)海運(yùn)和工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，十分需要高質(zhì)量的數(shù)學(xué)用表，而他將設(shè)計(jì)和制造的差分機(jī)可以準(zhǔn)確地計(jì)算，并消除在人工編制數(shù)學(xué)用表過程中的人為錯(cuò)誤，且經(jīng)費(fèi)開支少得多。在1822年7月3日，他給皇家學(xué)會(huì)主席汗弗萊·戴維先生寫了一份信，請(qǐng)求皇家學(xué)會(huì)能幫助爭(zhēng)取政府支持。英國政府邀請(qǐng)皇家學(xué)會(huì)調(diào)查了這項(xiàng)工程，并同意貸款1500英鎊。巴貝奇也從自己的私人財(cái)產(chǎn)中拿出5000英鎊資金。然而，很快他就發(fā)現(xiàn)工程實(shí)施比他原來想象的要復(fù)雜得多，他需要更多的資金和技術(shù)上的支持。幸運(yùn)的是，他得到了塞繆爾·克萊門特的幫助和政府的后續(xù)支持。1833年，他提出了差分機(jī)二型的思想。這是一種可以控制計(jì)算機(jī)程序的通用數(shù)字機(jī)，就是通常所說的“分析機(jī)”。它比差分機(jī)的設(shè)計(jì)更完善，程序設(shè)計(jì)的思想在這里得到了更充分的發(fā)揮。但隨后科研探索之路卻愈走愈難，克萊門特已棄他而去，政府也不再提供支持。此后巴貝奇千方百計(jì)努力賺錢以繼續(xù)研究，但直到1871年巴貝奇去世，分析機(jī)終究也沒有能制造出來。

二、啟示

1．技術(shù)發(fā)明依賴于當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)條件

與當(dāng)時(shí)的工業(yè)技術(shù)水平相比，巴貝奇制造計(jì)算機(jī)的設(shè)想過于宏大了。盡管當(dāng)時(shí)英國是世界上工業(yè)水平最高的國家，其機(jī)械加工能力也難以使巴貝奇的設(shè)想實(shí)現(xiàn)。巴貝奇的這種機(jī)器的出現(xiàn)，必須等到電子學(xué)發(fā)展的時(shí)代才有可能。我們不妨設(shè)想一下，第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的機(jī)重三十噸，占地面積一百七十平方米，如果把這些電子器件改用齒輪、凸輪、杠桿、金屬線等機(jī)械器件，它的規(guī)模之大、精度之高也就可想而知了。顯然，要依托19世紀(jì)的生產(chǎn)技術(shù)水平制造出這臺(tái)大而精密的機(jī)器，是當(dāng)時(shí)時(shí)代的物質(zhì)條件所不能容許的。

2．資金支持在一定時(shí)候也是決定技術(shù)發(fā)明成功與否的重要因素

無論是在研制差分機(jī)的時(shí)候，還是在后來向分析機(jī)挑戰(zhàn)的日子里，資金的困難一直困擾著巴貝奇。在整個(gè)研制過程中，英國政府總共提供了17000英鎊的資助，而巴貝奇從自己的資產(chǎn)中，貢獻(xiàn)了20000英鎊。在1842年政府決定不再支持他的研究項(xiàng)目后，為了籌款制造這臺(tái)機(jī)器，巴貝奇絞盡腦汁，嘗試了許多掙錢辦法。資金短缺，也使分析機(jī)的發(fā)明擱淺成為一種必然。

3．發(fā)明家要甘當(dāng)鋪路石

盡管巴貝奇窮盡四十年之光陰，卻未能成功發(fā)明分析機(jī)，但他愈挫愈奮的執(zhí)著精神及其創(chuàng)新設(shè)想、創(chuàng)新構(gòu)思，仍不斷地激勵(lì)和啟迪著后人，并發(fā)明出一代一代至臻完善的計(jì)算機(jī)，對(duì)人類文明和進(jìn)步產(chǎn)生重大影響。人類社會(huì)的未來之路，需要數(shù)不勝數(shù)的和巴貝奇一樣的鋪路石子。