什麼?阿拉伯帝國學風開放,還搞出第一台可編程機器?│《電腦簡史》 齒輪時代(七)

從沙漠中崛起的阿拉伯帝國快速擴張,版圖橫跨歐、亞、非。不同於刻版印象中的軍事強國與宗教國家,阿拉伯帝國以自由開放的態度擁抱學術思想,首都巴格達成為繼亞歷山卓之後的學術中心。希臘先哲的智慧結晶,竟是在語文、宗教、文化都大相逕庭的伊斯蘭文明中發揚光大……。

本文為系列文章,上一篇請見:羅馬帝國一分為二,對人類文明是件好事?│《電腦簡史》 齒輪時代(六)

阿拉伯帝國海納百川,智慧宮成為學術聖殿

七世紀初,阿拉伯半島上諸多不同的遊牧民族,在先知穆罕默德的號召下,以伊斯蘭教為核心,結合成為一個統一的國家。穆罕默德於 632 年過世後,繼任的哈里發 (Caliph ,阿拉伯帝國的最高統治者) 很快就開始對外擴張,一方面向東攻擊波斯帝國,同時也進攻西邊的東羅馬帝國,勢如破竹地取得中亞以及埃及的領土,阿拉伯帝國就此崛起。到了八世紀中葉,阿拉伯帝國已經成為橫跨亞、非、歐的軍事強國,版圖擴及非洲北部與歐洲的伊比利半島。

雖然阿拉伯帝國是軍事強國,又是個宗教國家,但由於穆罕默德本身就非常重視知識與教育(他曾說過:「追求知識是每個穆斯林的義務。」),繼任的歷代哈里發也非常重視學術文化。因此阿拉伯軍隊在攻城掠地時,還特地把波斯帝國和拜占庭帝國收藏的文獻著作搜刮回國。

到了八世紀中葉,阿拔斯 (Abbasid) 王朝更將阿拉伯帝國的學術水平推往高峰。先是阿拔斯王朝第二任哈里發曼蘇爾 (Al-Mansur) ,在巴格達建立新都時,效法波斯帝國的薩珊王朝 (Sassanid Empire) ,也設立了一座王室圖書館。之後幾任哈里發則把圖書蒐集的範圍,擴及到希臘、中國、印度等地。第七任哈里發馬蒙 (Al-Ma’mun) 更是重視知識教育,他在 813 年至 833 年二十年執政期間,進一步將王室圖書館擴展為像亞歷山大圖書館那樣的學術機構。為了鼓勵伊斯蘭學者投入研究,他設立專職機構,有系統地將蒐集來的圖書翻譯為阿拉伯文。同時,馬蒙也歡迎各地學者前來巴格達,不分種族、不論宗教。這個學術機構很快便因廣納人才而日益擴大,而以「智慧宮」 (House of Wisdom) 的美名享譽四方。

阿拉伯帝國建立「智慧宮」 (House of Wisdom) ,匯集各地文化資產、智慧結晶而聲名遠播。圖\wikipedia

此時的伊斯蘭世界無論在學術、宗教,或種族方面,都採取開放包容的態度,加上與各地的經貿往來也越來越頻繁,到了九世紀,首都巴格達已成為人文薈萃的城市,一如幾百年前的亞歷山卓,吸引各地學者在此駐留。從八世紀中葉到十三世紀這五百年的黃金時期,伊斯蘭學者提出各項新的創見與發明,範圍遍及數學、天文、物理、化學等不同領域,例如代數的開創者之一花剌子密 (al-Khwārizmī ,演算法的名稱便是出自他的姓氏) 、最早正確解釋視覺原理的光學先驅海什木 (al-Haytham) ,都是在這個時期發表影響深遠的著作。

穆薩兄弟成為延續希臘學術的幕後推手

這些創見與發明當然不是憑空而來,如果不是阿拔斯王朝四處蒐集圖書,並大量翻譯為阿拉伯文,伊斯蘭學者就無法站在希臘學者的肩膀上,再創學術高峰。而在翻譯工程中扮演重要角色的,是馬蒙特別任命的穆薩三兄弟 (Banū Mūsā brothers) 。

其實穆薩三兄弟並非阿拉伯人,而是波斯人;之所以被委以重任,與父親有很大的關係。他們幼時與父親原本住在大呼羅珊 (Khorasan ,現今的伊朗、阿富汗一帶) ,當時馬蒙還只是駐守此地的親王。馬蒙看中他們父親的才能,委派他負責觀測天象,兩人因而培養出很深的交情。後來馬蒙當上第七任哈里發,穆薩兄弟與父親也跟著來到巴格達。父親過世後,他們三人被馬蒙帶入宮中照料,還讓他們進入智慧宮學習。穆薩三兄弟在智慧宮學會希臘文,對希臘學術思想大為折服。於是當馬蒙賦予他們翻譯工程的任務,他們便想方設法,以金錢與外交手段從拜占庭帝國蒐購希臘典籍。許多希臘經典因此才免於失傳,例如《幾何原本》與《天文學大成》便是從阿拉伯文譯本,翻譯為拉丁文傳到歐洲的。

除了翻譯,穆薩三兄弟也發表了二十餘本著作,範圍涵蓋數學、天文與機械。其中於 850 年發表的《奇巧裝置之書》 (Book of Ingenious Devices) ,以圖文解說介紹了近百種機械裝置,從實用的工程機械到好玩的自動機器都有。這些裝置有許多是前人的發明,包括希臘、波斯、印度、中國等地都有。「拜占庭的費隆」及「亞歷山卓的希羅」兩人的部分作品,也收錄在這本書中才為後人所知。

穆薩三兄弟發表的《奇巧裝置之書》 (Book of Ingenious Devices) 涵蓋古今中外的實用的工程機械及好玩的自動機器,當中許多裝置是源自古希臘的發明。圖\wikipedia

第一個可編程 (Programmable) 機器-會奏樂曲的機器吹笛手

這本書除了前人的作品,也有不少穆薩兄弟自己發明的機械裝置,其中特別值得一提的,是一尊會吹奏樂曲的吹笛手。

這尊吹笛手可不是做做樣子,而是真的用嘴巴吹笛子。原來嘴巴吹出的氣是來自開水沸騰後的蒸氣,同時這股蒸氣的力量也帶動一個圓筒轉動。圓筒表面有許多突起的針柱,當轉到吹笛手的手指底下時,便會撐起原本按住笛孔的手指,而發出高低不同的音調。只要適當安排針柱散布的位置,隨著圓筒轉動,手指被經過的針柱頂得此起彼落,自然就吹出一首完整的曲子。這個設計正是後來音樂盒的構造,音樂盒同樣以圓筒表面的針柱控制音調,差別在於針柱挑動的是長短不一的鋼片。因此穆薩兄弟設計的吹笛手可算是音樂盒的鼻祖。

更重要的是,它在計算機的發展歷史上,或許是史上第一個可編程 (Programmable) 的機器。所謂「可編程」,是指機器的運作方式由某個「程式」控制,只要變更程式,就可以讓機器執行不同的任務。一般機器的運作都固定不變,例如費隆與希羅的自動機器固然巧妙,但每次啟動後的動作都千篇一律。而穆薩兄弟的吹笛手,只要更換不同圓筒,就能吹出不同曲子;針柱位置就相當於這台自動機器的程式,更換圓筒就相當於更換程式,所以才說它是台可編程的機器。

不過穆薩兄弟自己可能沒有意識到這項功能的重大意義,因為他們書中並未特別提及圓筒是否可以更換。真正發揮可編程強大功能的機器,還要再等將近千年才會出現。

穆薩兄弟設計的吹笛手或許是史上第一個可編程 (Programmable) 的機器。圖\YouTube

無論如何,穆薩兄弟編寫的《奇巧裝置之書》在自動機器的傳承上扮演了承先啟後的角色。以費隆與希羅的發明來說,他們的原始著作後來都已佚失,幸好有穆薩兄弟這本書,他們這些作品才有機會啟迪後人,設計更精巧的自動機器。另一方面,穆薩兄弟自己的發明也貢獻不小,除了吹笛手,他們還發明許多控制裝置,例如錐形閥門,就成為幾百年後水力天文鐘的重要零件。


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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。

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