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神乎其技的下棋機器人,是場世紀騙局?!│《電腦簡史》 齒輪時代(十三)

張瑞棋_96
・2020/05/18 ・2589字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 503 ・六年級

機器人在 18 世紀後不斷推陳出新,擬真的程度令人嘖嘖稱奇,而其中,最令人矚目的一台會下西洋棋的「土耳其人」,甚至打敗歐美多位好手與名人。等等,難道先前在《電腦簡史》 楔子中提及的深藍電腦並非第一台下棋機器人?這台令人匪夷所思的土耳其人隱藏著怎樣的黑科技?或是幕後暗藏著一場騙局……

本文為系列文章,上一篇請見:如果上帝是鐘錶匠,當然我們也能?│《電腦簡史》 齒輪時代(十二)

「仿生」機器人:出神入化的擬人動作

在沃康松之後,許多鐘錶匠也運用他們擅長的齒輪工藝,打造仿生機器人,栩栩如生的程度更勝以往。尤其是瑞士的鐘錶世家雅克德羅 (Jaquet-Droz) 家族,於 1768 年到 1774 年間設計的三具機器人更令人讚嘆。

第一具是「鋼琴家」,會用十指彈奏真的鋼琴,同時跟著節奏搖頭晃腦,胸口也隨之起伏,彷彿真人在演奏。第二具是「繪圖員」,它手握鉛筆,會在紙上畫出四種圖畫。包括法國國王路易十五的肖像、路易十六伉儷的肖像、駕著戰車的邱比特,以及一隻站立的小狗。同樣地,繪圖員在畫圖時也會如真人般,注視著圖面,頭跟著筆尖來回轉動。

最精巧複雜的是「作家」機器人。它體內有超過四千個零件,能拿著鵝毛筆,伸進墨水瓶中蘸墨水,然後在紙上寫出三行詩。最特別的是,詩句並非固定不變,只要更換字母組件,就能讓作家機器人寫出四十個字以內的任何字句。這項「可編程」的功能比起音樂盒,又更接近現代電腦了。

「作家」機器人能夠寫字,甚至是詩句,擴增了「可編程」的功能。圖\wikipedia

在 IBM 的深藍電腦之前,早已出現下棋機器人?!

雅克德羅家族打造的這三具機器人已經堪稱登峰造極之作了,沒想到, 1770 年出現更令人匪夷所思的自動機器——會下棋的機器人。是的,早在 IBM 的深藍電腦兩個世紀之前,就有這麼一台號稱會下西洋棋的齒輪裝置。

這個機器人是由奧地利的鹽礦總監坎佩倫 (Wolfgang von Kempelen) 一手打造。它就如真人大小,身穿傳統的土耳其袍,頭頂戴著頭巾,因此被稱為「土耳其人」 (The Turk) 。不過主要零件不在它的身體,而是在它面前的一個矮櫃中。土耳其人就坐在矮櫃後方,一手拿著長長的煙管,一手撐在櫃子上。

坎佩倫所設計的「土耳其人」 (The Turk) 真正的機關均藏於櫃子內部。圖\wikipedia

土耳其人首度亮相是在奧地利宮廷,當著女皇面前與在場官員對奕。棋賽開始前,坎佩倫先打開櫃子前後的門,讓觀眾看到裡面只有錯綜複雜的齒輪與連桿。為了證明中間沒有暗藏夾層或鏡子,坎佩倫特地手執點燃的蠟燭,到櫃子後方來回晃動,讓觀眾可以一眼看穿,以示前後透通。

展示完後,他關起櫃子的門,從下方的抽屜拿出棋子,在矮櫃檯面上的棋盤一一擺好位置。挑戰的棋手就位後,坎佩倫便轉動櫃子側面的搖柄,上緊發條。在嘎嘎作響的齒輪聲中,土耳其人緩緩抓起一只棋子,下在棋盤上,開始了人類史上首見的人機大戰。原本大家還等著看坎佩倫出洋相,畢竟也沒見他發明過什麼機器,頂多在礦坑摸索過抽水的蒸汽機。結果出乎眾人意料,棋賽最後竟然是土耳其人大勝!

這場棋賽很快傳遍歐洲,各方人士紛紛希望能前來挑戰。但坎佩倫一律予以回絕,只有一次在女皇的堅持下,土耳其人才再度亮相,與英國使節對弈。在這之後土耳其人便從此塵封,直到女皇的兒子繼任王位後,希望藉由土耳其人拓展外交關係,才下令重啟。於是坎佩倫自 1783 年開始帶著土耳其人巡迴歐洲,展開為期兩年的巡演。這期間除了偶而敗給西洋棋高手幾場,土耳其人仍贏過諸多官員使節、政商名流;美國開國元勳富蘭克林當時擔任駐法大使,也成為土耳其人的手下敗將。

坎佩倫算是圓滿完成國王交代的外交任務,來自奧地利的土耳其人不僅傲視歐洲所有的機器人偶,更展現了前所未有的齒輪科技。當然,還是有很多人不相信齒輪機器會思考,認為一定有人躲在櫃子裡操縱土耳其人。但是這些懷疑只是風言風語,畢竟那麼多場公開表演在眾目睽睽下也都沒露出馬腳,其中有一場甚至是在法國科學院舉辦,當場那麼多科學家也都沒看出破綻。

拆穿謊言:土耳其機器人原來是場世紀騙局?!

坎佩倫返國後,再度將土耳其人束之高閣,在他 1804 年過世前都未再解封。第二年,坎佩倫的兒子將土耳其人轉賣給一位樂器發明家梅爾策 (Johann Nepomuk Mälzel) ,土耳其人才又重出江湖。

梅爾策重新整修土耳其人後,帶著它橫跨歐美,展開更大規模的商業巡演,其中於1809年跟法國皇帝拿破崙的對弈,尤其令人津津樂道。這次巡演前後長達三十年,仍令觀眾嘖嘖稱奇,但也有更多人表示懷疑。例如推理小說鼻祖愛倫坡,在親臨現場仔細觀察後,特地寫了長長一篇揭密文章,附上圖解詳述可能的手法。但同樣地,這只能算是他個人的片面猜測,愛倫坡與其他質疑者始終拿不出一刀斃命的證據。

土耳其人的傳奇就這麼延續長達八十幾年。直到 1857 年,梅爾策過世十幾年後,他的兒子才將土耳其人的秘密公諸於世。

愛倫坡所著的一篇文章 (Maelzel’s Chess Player (1836)) 中提及土耳其人實質上是由人躲在櫃子中進行操縱,而非機器自動運行。圖\wikipedia

是的,土耳其人根本不是什麼自動機器。那些齒輪機件只不過是障眼法,並無實際功用,一切都是由躲在櫃子裡的西洋棋高手操控的。坎佩倫與梅爾策不過是用舞台魔術常見的手法,讓觀眾相信櫃子裡絕不可能藏著人,而以為真的是齒輪在運作。

以我們現在的眼光來看,可能會覺得相信土耳其人會下棋未免也太過愚昧。但是當時自動機器就是一種高科技,對信以為真的人而言,機器人偶既然已經能像真人般彈琴、畫畫、寫字,那麼同樣是齒輪打造的土耳其人會下棋,也不是不可能吧。

相對而言,在拿不出直接證據的情況下,如何證明土耳其人不過是個騙局?要主張齒輪機器不可能思考,勢必要回答這些問題:何謂思考?人類如何思考?如果誠如十七世紀的哲學家霍布斯所言:「推理即計算」,那麼在土耳其人出現之前,能做加減乘除的計算器已經問世許久,為什麼不能有推理棋步的機器?

這些問題日後在電腦發展史上將不斷出現。也因為這樣的爭辯與思索,人類才會持續探索機器的極限,從計算機進展到電腦,再到人工智慧。事實上,設計出史上第一部通用型計算機的英國數學家巴貝奇(Charles Babbage),就是和土耳其人對弈後沒多久,開始著手設計計算機。不過在往下說這個故事之前,讓我們先回顧十七世紀,看看四則運算的計算器是如何發明的。

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張瑞棋_96
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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。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。


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推開地獄之門?冰島開挖全球首座「火山岩漿井」,開啟地球科學新篇章!

安比西林_96
・2021/10/20 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

水井、石油井和天然氣井大家都知道,但你有聽過「岩漿井」嗎?最近,冰島著手開挖全球第一座「火山岩漿井」。這似乎是一個瘋狂的主意,滾燙的岩漿可高達攝氏上千度,還可能伴隨著可怕的火山災害。不過這個前所未有的大膽計劃,不僅具備新興可再生能源的巨大潛能,更有望開啓地球科學的新篇章!

冰與火之地——冰島,100% 依靠可再生能源的國家

落在北極圈邊緣的冰島(Iceland),擁有壯闊冰川與絢麗極光,同時也是地球上火山活動最頻繁的地區之一,可謂名副其實的「冰與火的國度」。這座大約 1500 萬年前才因火山活動形成的年輕島嶼,因位在大西洋中洋脊[註1]之上,受到歐亞大陸板塊與北美洲板塊往各自方向的拉扯,而有著 32 個活躍的火山系統,且平均每 4 年就會發生噴發。

圖/wikimedia

除了令人屏息的天然極地美景,冰島更是全球綠能國家中的模範生。得天獨厚的地理條件,讓冰島超過 99% 的電力都是依靠可再生能源,其中 73% 的電力源自水力發電,另 26.8% 則來自地熱能。在可再生能源,尤其是地熱能的開發應用技術上領先世界的冰島,在地發電厰不單是觀光旅游的賣點之一,更吸引了不少國外的投資入駐,以降低企業的碳足跡。

延伸閲讀:利用地球的熱情發電吧:深層地熱發電

通往「地獄」之門,也是推開科學新研究的大門

地熱能開發技術純熟的冰島,在 2009 年的一次鑽探中,卻遇到了意想不到的變故:原本想開挖深達 4500 公尺下的熱水,沒想到卻在 2100 公尺處挖到了一個岩漿庫[註2]!這此的開挖位於冰島北部的 Krafla 火山口附近,一個較小火山口 Víti (冰島語中正是「地獄」之意)邊上。

大量的蒸汽與玻璃從鑽孔中噴湧而出,在鑽探套管報廢之前,還觀測到破紀錄的 900°C 高溫。原先的計劃被迫喊停,但科學家卻從中看到進行地科研究的大好機會。

2009 年時,原先要鑽探地熱井的冰島團隊,卻意外挖到了一口岩漿井。圖/science.org

這起事故,促成了克拉夫拉岩漿試驗臺( Krafla Magma Testbed,簡稱 KMT)研究計劃的誕生。時隔多年籌備,這個備受矚目與期待的計劃,在國際大陸科學鑽探計劃(International Continental Scientific Drilling Program)與多個科研機構的支持資助下,終於於今年展開。這一次,科學家們帶著更堅實的鑽探工具,與明確的鑽研目標,要來敲開通往「地獄」的大門。

「我們曾去過火星,也到過金星,但我們從未觀測過地表下的岩漿。」意大利國家地理物理與火山學的研究主任 Paolo Papale 如是説道。

過去火山學家一直缺乏直接觀測地底岩漿的機會,只能仰賴地震儀、GPS 感測系統和雷達衛星,來推測岩漿的運動。儘管他們可以調查噴發到地表的熔岩,但這些已固化的樣本,早已失去大部分原本所含有的氣體。這些氣體是驅動火山噴發,影響岩漿原始溫度、壓力與成分的關鍵。

自 2009 年與這口岩漿井打交道以來,科學家確認它的脾氣相當溫和,並無噴發的太大風險,加上位處偏僻無人居住之地,因此非常適合進行研究。未來若從 KMT 取得新鮮熱辣的岩漿樣本,將可用來驗證過去科學家對於岩漿的認知是否屬實。

地底下的岩漿,揭開大陸形成的秘密

地球大部分海床,都是由玄武質熔岩[註3]構成,冰島也不例外 。然而組成大陸地殼的花崗岩,卻是由另一種更粘稠、富有二氧化矽的流紋質岩漿而來,而 KMT 岩漿井底下的就是流紋質岩漿。

為什麽構成海床與大陸地殼的熔岩種類有所差異?科學家相信,探究以玄武岩為主要構成的冰島上的流紋質岩漿樣本,將揭秘這個地質科學中很基本,卻未解決的問題。

要長期監測岩漿井的溫度、氣壓、化學成分等參數,實實在在地挑戰人類科技的極限,因為靠近岩漿處的溫度可是超過攝氏一千度。鑽探團隊正測試各種能耐高溫及膨脹的器械,而科學家也在研發各種可抵抗高溫高壓的新型偵測器。

這些研究成果不僅能用於地球科學,有朝一日更可能造福太空探索,如被運用在登陸太陽系中環境最惡劣的金星上。

水手 10 號拍攝的金星,由可見光與紫外光影像疊合而成,可見其表面被一層厚厚的硫酸雲遮蓋。圖/維基百科

一口岩漿井,將成為世界重要的火山學中心

KMT 引領科技的創新,也為冰島的地熱能產業帶來突破的機會。越靠近熾熱的岩漿,利用地熱能發電的效率便會增倍,這麽一來便可減少為了滿足能源需求而開挖的地熱井數量,降低對周圍環境造成的衝擊。光是在 2009 年意外挖掘的這一口岩漿井,就具備可以供應一整個小鎮電力的潛能。

開挖岩漿井時,需要注入大量的水來冷卻與潤滑鑽頭,這個對火山系統進行擾動的過程,也提供科學家一個瞭解火山運動的絕佳觀測機會。進行鑽探後,地震波速度發生的改變,也可透露岩漿流動的範圍。透過探究這些細微的火山運動變化,科學家能更好預測火山的噴發,讓我們能建立更整全的火山預警系統。

「十年後,這裏將可能成為火山學的中心。」冰島地熱研究中心科學主管 Ottó Elíasson 這麽認為。觀察地底下流動的岩漿,就像在瞭解地球的脈動,可以告訴人類更多關於這顆星球的故事,更能帶領我們走向更多科學新的可能性。

註釋

  1. 大西洋中洋脊(Mid – Atlantic Ridge,又稱中大西洋帶),是橫跨大西洋及北冰洋、大部分地區位於海底的山脈。
  2. 岩漿庫(Magma chamber,又稱岩漿房),是地球表面下一至十公里處由熔岩和火山灰氣體形成聚集之處。由於其內的岩漿密度比周圍的母岩來得低,因此會產生使岩漿往上移動的浮力。如果出現可讓岩漿通往地表的管道,便會造成火山噴發。
  3. 玄武岩(basalt),由基性岩漿噴發凝結而成,主要成分是矽鋁酸鈉或矽鋁酸鈣,是一種細粒緻密的黑色火成岩。玄武岩質熔漿被認為源自地球的上部地函。

延伸閱讀

參考資料

  1. Forget oil or water. In Iceland, well diggers seek to tap a volcano’s magma
  2. VisitIceland – Geography of Iceland
  3. VisitIceland – Renewable energy
  4. Magma chamber
  5. Krafla Magma Testbed
  6. Rhyolite
  7. Basalt

安比西林_96
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本職為生態環境領域的可撥煙酒生。 不定時掉落科普文章。 大家一起嗑科科(❍ᴥ❍ʋ)
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