分享本文至 E-mail 信箱
學術引用格式
MLA
APA
EndNote(.enw)

巴貝奇誕辰|科學史上的今天:12/26

他是生錯時代的天才,腦袋裝著二十世紀的現代觀念,被困在十九世紀的蒸氣時代。他的夢想太過龐大,注定要因當時的技術限制而失敗;他的觀念太過先進,注定得不到世人的理解與讚譽。巴貝奇,橫跨數學、天文、機械、管理等不同領域的數學家與發明家,注定要抱憾而終。

查爾斯.巴貝奇。圖/wikimedia

其實巴貝奇的聰明才智早受肯定,所以才能接任地位崇高的劍橋大學盧卡斯數學教授一職。擔任過這教職最有名的就是牛頓,不過巴貝奇在大學時期就連同好友一起抵制牛頓艱澀難用的「流數」,推動全校學生改用萊布尼茲的微積分。他的創新還展現在各種領域,例如倡議用同一費率取代依距離遠近訂定郵資,因為如此郵務會更有效率,不但縮短遞送時間,還能節省成本與人力。他訂定第一個保險統計表,讓保險公司計算保費有所依據。他還能巡訪各地工廠,分析每個生產步驟的成本,比泰勒更早用科學方法改善生產流程,也比福特更早提出分工專一的作業方式。

他還有許多發明,包括可以同時測量火車車速與路面顛簸的記錄器,以及用燈光傳遞訊息的通訊系統。其中野心最龐大的就是打造一具可以自動計算出答案的機器。

當時所有函數與公式都只能靠人工計算,不但費時費力,又容易出錯。以對數表為例,愛爾蘭測量局曾比對各地出版的十三種版本,結果每份都有錯誤。巴貝奇深信可以用機器取代人腦做出正確無誤的計算。他心中已有腹案:只要利用有限差分將多項式運算拆解為多次迭代的加法,機器就可以勝任這種很單純的計算工作。

原理說來簡單,但真要轉化為齒輪與轉軸的實際運作可就困難重重了。「差分機」預計使用兩萬五千個零件,高二米四、重十五噸;零件都得重新製造,還須符合極高的精密度;組裝須分毫不差以免牽一髮而動全身;構思時難免顧此失彼,因此一邊製造一邊更改設計。自1822年開始打造,花了十年光陰不過完成七分之一,預算嚴重超支的英國政府終於失去耐心,停止補助,差分機就此夭折。

但巴貝奇並未就此放棄夢想,反而著手設計一台功能更強大的「分析機」,可以用打孔卡片輸入不同程式,還有貯存資料的暫存器,最後還能直接印出答案,可說是具備了現代電腦的雛型。艾妲 (Ada Lovelace) 還為它寫了史上第一支程式,為女性奪得第一位程式設計師的頭銜。只是那個時代沒有人理解一台通用型的計算機有何用途,這台始祖電腦就只能以藍圖的形式,像化石般被遺忘在歷史中等待後人發掘。

由倫敦科學博物館建構,巴貝奇所設計的差分機2號。圖/Allan J. Cronin@wikimedia

等待被發掘的還有「差分機2號」,這是巴貝奇針對差分機所做的改進,只需八千個零件,但同樣只是張未能實現的設計藍圖。直到153年後,倫敦科學博物館終於以17年的光陰,於2002年將差分機2號打造出來。它完全忠於巴貝奇的原始設計,分毫不差,也一如巴貝奇的構想,齒輪、轉軸、彈簧、鉤環、……等零件一個一個運轉後,吐出正確無誤的答案,證明巴貝奇超越時代的構想確實可行。其實現代生活早已印證了他當時的遠見:「計算的科學──我們愈前進,它就變得愈重要。而科學如何應用到生活之中,最終都將由它引導。」

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。

網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策