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兩艘軍艦換不到兩噸重的計算機?巴貝奇與差分機│《電腦簡史》 齒輪時代(十八)

張瑞棋_96
・2020/06/22 ・3116字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 533 ・七年級

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德普羅尼編製的十七冊數值表深藏於法國科學院,十多年後被英國數學家巴貝奇無意發現。德普羅尼所用的差分法啟發巴貝奇著手打造差分機,可自動算出對數表與三角函數表,並直接印出來。但差分機所費不貲,花了英國政府兩艘軍艦的錢,經過十年仍未完成,它的最終命運會是如何?

本文為系列文章,上一篇請見:度量衡革命,計算方法也跟著革命!│《電腦簡史》 齒輪時代(十七)

對數表問世已兩百年,仍無完全正確的版本

「我真希望這些計算當初是用蒸汽機做的。」還是大學生的巴貝奇望著眼前的對數表大嘆。

根據巴貝奇的回憶,那應該是 1812 年或 1813 年在劍橋大學的時候。他與同學赫歇爾 (John Herschel )、皮考克(George Peacock)三人都不滿意學校採用牛頓的「流數」,而不是萊布尼茲的記法來教授微積分,於是創立名為「分析學會」的社團,大力宣揚萊布尼茲的版本。某一天,赫歇爾進來社團看見巴貝奇坐在桌前發呆,問他在想什麼,這句話便從他嘴中脫口而出。

巴貝奇這句話反映出對數表令人又愛又恨的無奈。如上上一篇所說,儘管萊布尼茲等人發明了各種計算器,卻因為造價太高,成為少數權貴才能擁有的收藏品。而對數尺雖然便宜實用,卻只能計算到三位數,所以若要做更精確的計算,對數表還是不可或缺的輔助工具。

問題是,對數表並不是那麼可靠,因為其中有不少數字是錯的。

查爾斯·巴貝奇 (Charles Babbage),1791 年 12 月 26 日- 1871 年 10 月 18 日。圖/wikipedia

錯誤來自於各個環節的人為疏失。首先在計算一個一個數值時,就難保偶有計算錯誤;就算計算結果沒錯,在謄寫到表格上時也可能不小心抄錯。等到書稿完成付梓時,排版工人或許又會誤植數字。因此最後印製成書的對數表總是會有些許錯誤,無一例外。事實上,巴貝奇就曾買了不同版本的對數表來比較,發現許多數字並不一致,也難怪巴貝奇要如此感嘆,希望能用蒸汽機自動產生對數表,就不會有人為疏失。

什麼都改用蒸汽機了,難道不能拿來算對數表?

巴貝奇這個念頭並不算荒誕,畢竟當時工業革命已經進行了半世紀,蒸汽機大量用於礦場、鋼鐵廠、紡織廠等場域,不僅節省大量人力,而且許多製造程序改由機器自動規律運作後,也減少許多人為疏失,大幅提高良率。既然已有現成的機械式計算器,那麼用蒸汽機推動計算器,自動算出對數表,甚至同時列印出來,也不是不可能。

事實上,巴貝奇對機械並不陌生,他孩提時期倫敦不時有各種自動機器的展覽會,展出機械鐘表、音樂盒、機械人偶等新奇科技,母親看他深受吸引,便常常帶他去參觀。有一次他還受邀到一個工作室參觀製作中的機械玩偶,其中一具芭蕾舞孃會隨著音樂翩翩起舞,姿態生動優美,更令他深深著迷。

雖然巴貝奇喜愛機械,還曾於 1813 年小試身手,發明一款新的機械鎖,但他可沒打算投身製造計算機。畢竟他的本業是數學,而他只想盡快謀得教職,證明自己是個自力更生的紳士,而不是坐享家產的紈绔子弟。然而儘管巴貝奇的數學才能頗受肯定,還於 1816 年獲選為英國皇家學會院士,他仍然好幾年都找不到工作。

巴貝奇人生轉捩點:法國的十七冊數值表

直到 1819 年,巴貝奇的生涯出現了轉捩點。這一年,他偕同好友赫歇爾前往巴黎造訪法國科學院,結識了拉普拉斯、傅立葉(Joseph Fourier)等數學巨擘,順便參觀院內的收藏。德普羅尼十七冊的對數表與三角函數表立刻引起巴貝奇的注意,在得知它們的製作方式後,更讓他銘記在心。

返國第二年,巴貝奇與赫歇爾等人發起成立天文學會,宗旨之一就是改善天文計算。這裡要稍微介紹赫歇爾這個人。其實他的父親威廉·赫歇爾(William Herschel)在天文學的地位更加崇高,不但發現天王星與土衛一、土衛二,還發現上千個星雲,進而推測出太陽並非宇宙的中心,而是繞著銀河系中心移動。約翰·赫歇爾子承父志,轉換跑道成為天文學家,也做出許多貢獻,劍橋大學一畢業就獲選為英國皇家學會院士,比巴貝奇還早三年。巴貝奇一路上始終有這位好友的支持與協助。

剛成立的天文學會隨即決定修訂《航海天文年鑑》(The Nautical Almanac),由赫歇爾與巴貝奇兩人負責監製。沒多久巴貝奇就屢屢發現計算結果有誤,「真希望這些計算當初是用蒸汽機做的」,大學時的感嘆再次襲上心頭,不過這一次他真的要著手打造這麼一部機器了。

美國海軍天文台於2002年編製的《航海天文年鑑》。圖/wikipedia

讓巴貝奇起心動念的正是他 1819 年造訪法國科學院的收穫。

德普羅尼的成果證明大部分的計算工作可以化為不斷重覆的加法,交由一群不懂數學的美髮師計算。而他在法國科學院也看過巴斯卡加法器,了解齒輪如何相加進位的原理,所以他只要同樣用差分法拆解函數,找出初始值與差值後,交由加法器不斷累加就可以了。當然,他得設法讓幾十具加法器一起運作,才能像幾十個計算員那樣迅速算出函數值。這會很難嗎?巧得很,巴貝奇也在 1819 這一年與「土耳其人」下了一盤棋,雖然他也不相信機器會思考,認為真正下棋的是躲在櫃子裡的真人,但這次對弈似乎勾起他幼時的回憶,當年那個熱愛自動機器的小男孩,又在他心中甦醒了。

差分機是護國神器或只是個大錢坑?

巴貝奇於 1820 年開始設計,經過不斷嘗試,終於在 1822 年完成一個三個立軸的小型樣品。三個立軸相當於三個加法器,可以在兩分半鐘內算出函數 f(x) = x2 + x + 41 的前三十個函數值,相當於每分鐘計算 33 個數字。巴貝奇將這部機器取名為「差分機」(Difference Engine),除了在天文學會演示,他也同時寫信給相關人士,尋求政府挹注研發資金。

巴貝奇在信中再三強調正確的對數表與三角函數表有多重要,關係到英國在海權時代與工業時代是否能不落人後;他設計的差分機不但能迅速正確地算出數值,還會將計算結果直接印製成表,避免排版印刷時出現錯誤,一勞永逸。巴貝奇的訴求打動英國內閣,而且天文學會與英國皇家學會也都大表贊同,於是英國政府於 1823 年先撥款一千五百英鎊給巴貝奇開始開發。

然而事情沒有巴貝奇想像那麼簡單。首先巴貝奇在市面上找不到可用的現成零件,也沒有工廠願意為他特別訂製,他只好雇用工匠自己打造所有機件。而差分機的零件都需要極高的精密度,數量又多,因此還得先打造製造零件的工具與模具。零件組合後,運作情況有時又不如預期,巴貝奇就得變更設計,於是開發時程與經費都遠遠超乎原先計畫。

到了 1832 年,巴貝奇好不容易組裝出六個立軸的模組,可以做到二階差分,計算到六位數。雖然看似不多,但重點是奇數軸與偶數軸可以交替同時運作,有了這個突破性的設計,差分機完成後將能做到六階差分,快速完成 20 位數的計算。巴貝奇希望這足以說服內閣繼續撥款支持。但差分機預計使用兩萬五千個零件,將會是高二米六、寬兩米三,重達兩噸的龐然大物,而巴貝奇展示的模組卻只是整體的七分之一。

巴貝奇1832年完成的差分機部分模組。圖/wikipedia

英國政府前後已經挹注了一萬七千英鎊,足以打造兩艘軍艦。遠遠超出原先預期,因此內閣官員決定暫時擱置,多方徵詢意見再決定是否繼續此計畫。沒想到最後將差分機推上斷頭台的,卻是巴貝奇自己。

巴貝奇於 1834 年底回覆首相的信中,竟坦承已無意繼續完成差分機。倒不是做不出來,而是他已構想出更厲害的「分析機」 (Analytical Engine) 。分析機不但具有差分機的功能,還能計算其它所有數學問題,所以與其繼續原有計畫,不如轉而投入開發功能更強的分析機。

是的,差分機說穿了就是一部大型加法器,而巴貝奇設想的分析機則加減乘除都可以計算。但是讓分析機在計算機歷史上佔有特別地位的,並非它的計算功能,而在於它是第一部可編程的計算機。可編程這個點子來自一個看似毫無關聯的機器——織布機,而這還得從巴貝奇的上個世紀談起。

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張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 633 位粉絲
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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金魚的記憶才不只 7 秒!記憶力怎麼回事?好想要超大記憶容量
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/12/01 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 美光科技 委託,泛科學企劃執行。

你是不是也有過這樣的經驗?本來想上樓到房間拿個東西,進到房間之後卻忘了上樓的原因,還完全想不起來;到超巿想著要買三四樣東西回家,最後只記得其中兩樣,結果還把重要的一樣給漏了;手機 Line 群組裡發的訊息,看過一轉身回頭做事轉眼就忘了。

發生這種情況,是不是覺得很懊惱:明明才想好要幹嘛,才不過幾秒鐘的時間就全部忘記了?吼呦!我根本是金魚腦袋嘛!記憶力到底是怎麼回事啊?要是能擁有更好的記憶力就好了!

明明才想好要幹嘛,一轉眼卻又都忘記了。 圖/GIPHY

金魚的記憶才不只 7 秒!

忘東忘西,我是金魚腦?!無辜地的金魚躺著也中槍!被網路流傳的「魚只有 7 秒記憶」的說法牽累,老是被拖下水,被貼上「記憶力不好、健忘」的標籤,金魚恐怕要大大地舉「鰭」抗議了!魚的記憶只有 7 秒嗎?

根據研究顯示,魚類的記憶可以保持一到三個月,某些洄游的魚類都還記得小時候住過的地方的氣味,甚至記憶力可以維持到好幾年,相當於他們的一輩子。

還有科學家發現斑馬魚在經過訓練之後,可以很快學會如何走迷宮,根據聲音信號尋找食物。但是當牠們壓力過大時會記不住東西,注意力分散也會降低學習效率,而且記憶力也會隨著衰老而逐漸衰退。如此看來,斑馬魚的記憶特點是不是跟人類有相似之處。

記憶力到底是怎麼回事?

為什麼魚會有記憶?為什麼人會有記憶?記憶力跟腦袋好不好、聰不聰明有關係嗎?這個就要探究記憶歷程的形成源頭了。

依照訊息處理的過程,外界的訊息經由我們的感覺受器(個體感官)接收到此訊息刺激形成神經電位後,被大腦轉譯成可以被前額葉解讀的資訊,最終會在我們的前額葉進行處理,如果前額處理後認為是有意義的內容就有可能被記住。

在問記憶好不好之前,先了解記憶形成的過程。圖/GIPHY

根據英國神經心理學家巴德利 Alan Baddeley 提出的工作記憶模式,前額葉處理資訊的能力稱為「短期工作記憶」,而處理完有意義、能被記住的內容則是「長期記憶」。

你可能會好奇「那記憶能被延長嗎」?只要透過反覆背誦、重覆操作等練習,我們就有機會將短期記憶轉化為長期記憶了。

要是能有超大記憶容量就好了!

比如當我們在接聽客戶電話時,對方報出電話號碼、交辦待辦事項,從接收訊息、形成短暫記憶到資訊篩選方便後續處理,整個大腦記憶組織海馬迴區的運作,如果用電腦儲存區來類比,「短期記憶」就像隨機存取記憶體 RAM,能有效且短暫的儲存資訊,而「長期記憶」就是硬碟等儲存裝置。

從上一段記憶的形成過程,可以得出記憶與認知、注意力有關,甚至可以透過刻意練習、習慣養成和一些利用大腦特性的記憶法來輔助學習,並強化和延長記憶力。

雖然人的記憶可以被延長、認知可以被提高,但當日常生活和工作上,需要被運算處理以及被記憶理解的事物越來越多、越來越複雜,並且需要被快速、大量地提取使用時,那就不只是記憶力的問題,而是與資訊取用速度、條理梳理、記憶容量有關了!

日常生活中需要處理的事務越來越多,那就不只是記憶力的問題,而是有關記憶力容量的問題了……。圖/GIPHY

再加上短期記憶會隨著年齡增加明顯衰減,這時我們更需要借助一些外部「儲存裝置」來幫我們記住、保存更多更複雜的資訊!

美光推出高規格新一代快閃記憶體,滿足以數據為中心的工作負載

4K 影片、高清晰品質照片、大量數據、程式代碼、工作報告……在這個數據量大爆炸的時代,誰能解決消費者最大的儲存困擾,並滿足最快的資料存取速度,就能佔有這塊前景看好的市場!

全球第四大半導體公司—美光科技又領先群雄一步!除了推出 232 層 3D NAND 外,業界先進的 1α DRAM 製程節點可是正港 MIT,在台灣一條龍進行研發、製造、封裝。日前更宣布推出業界最先進的 1β DRAM,並預計明年於台灣量產喔! 

美光不久前宣布量產具備業界多層數、高儲存密度、高性能且小尺寸的 232 層 3D NAND Flash,能提供從終端使用者到雲端間大部分數據密集型應用最佳支援。 

美光技術與產品執行副總裁 Scott DeBoer 表示,美光 232 層 3D NAND Flash 快閃記憶體為儲存裝置創新的分水嶺,涵蓋諸多層面創新,像是使用最新六平面技術,讓高達 232 層的 3D NAND 就像立體停車場,能多層垂直堆疊記憶體顆粒,解決 2D NAND 快閃記憶體帶來的限制;如同一個收納達人,能在最小的空間裡,收納最多的東西。

藉由提高密度,縮小封裝尺寸,美光 232 層 3D NAND 只要 1.1 x 1.3 的大小,就能把資料盡收其中。此外,美光 232 層 NAND 存取速度達業界最快的 2.4GB/s,搭配每個平面數條獨立字元線,好比六層樓高的高速公路又擁有多條獨立運行的車道,能緩解雍塞,減少讀寫壽命間的衝突,提高系統服務品質。

結語

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參考資料

  1. https://pansci.asia/archives/101764
  2. 短期記憶與機制
  3. 感覺記憶、短期記憶、長期記憶  
  4. 注意力不集中?「利他能」真能提神變聰明嗎?

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計算機先驅:巴貝奇與他的小型差分計算機——《資訊大歷史》
azothbooks_96
・2022/07/01 ・3045字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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查爾斯.巴貝奇

查爾斯.巴貝奇(Charles Babbage),1792 至 1871 年。

1843 年,一位英國數學家提出了分析機原理,這個構思將在一百零三年後由後人付諸實踐,並有了一個為大家熟知的名字——計算機(今日俗稱電腦)。很遺憾,查理斯.巴貝奇終其一生也沒能實現造出分析機的願望,但他依舊是當之無愧的計算機先驅。

直到今天,許多計算機書籍扉頁裡仍然刊載著他的照片,以表紀念。

巴貝奇發明小型差分計算機

一七九二年,巴貝奇出生於倫敦一個富有的銀行家家庭,十八歲進入著名的劍橋大學三一學院,成為牛頓的校友。後來他擔任了牛頓擔任過的「盧卡斯數學教授」職務。在進入大學之前,他就展現出極高的數學天分。

進入大學後,巴貝奇發現,當時英國人普遍接受的牛頓建立在運動基礎之上的微積分,不如萊布尼茨基於符號處理的微積分那樣便於理解和傳播。為了推廣已被歐洲大陸普遍接受的萊布尼茨的微積分,他和其他人一同創辦了英國的(數學)分析學會。

不過巴貝奇並不是一個安分的學生,他一方面顯現出超凡的智力,另一方面又不按照要求完成學業,為此他不得不轉了一個學院,才能繼續學業。在學校裡,他還對很多超自然的現象感興趣。

延伸閱讀:巴貝奇誕辰|科學史上的今天:12/26

如果不是趕上工業革命,巴貝奇或許會尋找某個傳統的數學領域或者自然哲學領域做一輩子研究,並且留下一個巴貝奇定律或者巴貝奇定理。但是,工業革命的大背景,讓他把畢生精力和金錢都投入研究一種能夠處理資訊的機械中。

這也不奇怪,因為工業革命為資訊處理提供了思想上的依據、技術上的條件和廣闊的市場。工業革命是人類歷史上最偉大的事件。它不僅第一次讓人類從此進入可持續發展的時代,也改變了人們的思想。人類從相信神,到今天開始變得自信起來,相信這個世界是確定的、有規律的,而自己能夠發現世界上所有的規律。

早在牛頓時代,著名物理學家玻意耳(Robert Boyle)在總結牛頓等人的科學成就之後,就提出了「機械論」,也被稱為「機械思維」。

提出「機械論」的玻意耳(Robert Boyle)。圖/Wikipedia

玻意耳等人(包括牛頓、哈雷等)認為,世間萬物的規律都可以用機械運動的規律來描述,包括蒸汽機和火車在內的工業革命中那些最重要的發明,都受益於機械思維。人們熱衷於用機械的方法解決問題,從精密的航海導航,到能夠奏樂的音樂盒,再到能織出各種圖案的紡織機。

既然能想到的所有規律都可以用運動規律來描述,那麼就很容易想到讓具有特殊結構的齒輪組運動來完成計算,這便是設計機械計算機的思想基礎。

其實,這種想法早在十七世紀就有人嘗試過。法國數學家帕斯卡(Blaise Pascal)發明了一種手搖計算器——雖然有時人們將它稱為最早的機械計算機,但實際上它和我們今天理解的電腦概念沒有太多相似之處,稱之為「計算器」更為恰當。

帕斯卡計算器從外觀上看有上下兩排旋鈕,每個旋鈕上都刻著○至九這十個數字。在做加減法時,只要將參加運算的兩個數字分別撥到相應的位置,然後轉動手柄,計算器裡的一組組齒輪就會轉動,完成計算。

帕斯卡計算器。圖/Wikipedia

帕斯卡計算器最初只能做加法,後來經過改良, 可以做減法和乘法, 但做不了除法。在帕斯卡之後,萊布尼茨改良了計算器。他發明了一種以他名字命名的轉輪「萊布尼茨輪」,方便實現四則運算中的進位和借位。

到了十九世紀初,經過近兩個世紀的改進,機械計算器已經能夠完成四則運算,但是計算速度很慢,精度也不夠高,而且設備造價昂貴。不過,這種計算器更大的缺陷在於,對於複雜的運算(比如對數運算和三角函數運算)都做不到。

十九世紀機械工業的發展需要進行大量的複雜計算,比如三角函數的計算、指數和對數的計算等。在微積分出現之前,完成這些函數的計算是幾乎不可能的事。

十八世紀之後,歐洲數學家用微積分找到了很多計算上述函數的近似方法,不過這些方法的計算量極大,需要很長的時間,而且當時除了數學家,一般人是完成不了那些計算的。為了便於工程師在工程中和設計時完成各種計算,數學家設計了數學用表,如此一來工程師就可以從表中直接查出計算的結果。

不過,那個時代的數學用表錯誤百出,為生產和科學研究帶來了很多麻煩。而這個問題很難避免,因為手算很難保證完全不出錯。如果很多數學家分別獨立計算,還可以比對結果發現錯誤。但是巴貝奇發現,那些不同版本的數學用表都是抄來抄去,而犯的錯也都一樣。

因此,巴貝奇想設計一種機械來完成微積分的計算,然後用它來計算各種函數值,得到一份可靠的數學用表。當時他只有二十二歲。

延伸閱讀:兩艘軍艦換不到兩噸重的計算機?巴貝奇與差分機|《電腦簡史》 齒輪時代(十八)

在隨後的十年裡,巴貝奇造出來一台有六位精度(巴貝奇最初的目標是達到八位精度)的小型差分計算機。隨後巴貝奇用它算出了好幾種函數表,用於解決航海、機械和天文方面的計算問題。

值得指出的是,巴貝奇的這次成功受益於工業革命的成就——當時機械加工的精度比瓦特時代已經高出了很多,這讓巴貝奇能夠加工出各種尺寸獨特的齒輪。

但是,當時並沒有二十世紀的精密加工技術,製造小批量特製齒輪和機械部件的成本高、難度大,這給巴貝奇後來的工作帶來了諸多不便。

巴貝奇小型差分計算機的部分模組。圖/Wikipedia

不過,首次成功還是讓巴貝奇獲得了英國政府的資助,用以打造一台精度高達二十位的計算機。

幾年後,他又獲得了劍橋大學盧卡斯數學教授的職位,讓他有了穩定的收入。在此之前,他一直在花自己繼承的十萬英鎊遺產。勝利女神似乎正向他招手,但接下來的時日,他在計算機研究方面一籌莫展。

從表面上看,巴貝奇遇到的困難是因為那台差分機太複雜了,裡面有包括上萬個齒輪的二點五萬個零件,當時的加工水準根本無法製造。但更本質的原因是,巴貝奇並不真正理解計算的原理。他不懂得對於複雜的計算來說,不是要把機器做得更複雜,而是要用簡單的計算單元來實現複雜的計算。

當然,在那個年代沒有人瞭解這些。作為現代計算機基礎理論的布林代數要再等十幾年才會被提出來,而且要再過近一個世紀,才會被應用到計算技術中。

後人根據巴貝奇的設計打造而成的差分機。圖/Wikipedia

——本文摘自《資訊大歷史:人類如何消除對未知的不確定》,2022 年 6 月,漫遊者文化,未經同意請勿轉載。

azothbooks_96
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漫遊也許有原因,卻沒有目的。 漫遊者的原因就是自由。文學、人文、藝術、商業、學習、生活雜學,以及問題解決的實用學,這些都是「漫遊者」的範疇,「漫遊者」希望在其中找到未來的閱讀形式,尋找新的面貌,為出版文化找尋新風景。

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科學啟蒙了社會然後呢?它可以走自己的路嗎?——《一生必修的科學思辨課》
天下文化_96
・2021/08/21 ・2270字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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  • 作者/江才健

在某種社會意念中,科學研究似乎是神創之事,不但來自無可名狀的靈感創造,也賦予了神聖和至高無上的崇敬,這在科學事物以某種整體卻含混的印象,帶來社會生活與應用技能巨大改變的社會背景下,得到更進一步的強化。類同於人類文明裡的其他文化創造,譬如藝術與文學,這些無名的想像力,帶給人類未可逆料的驚喜,使得沉悶的尋常生活出現深遠的意義,而不同於其他創造的才分,科學創造因為直接衝擊著人類的生活實質內涵,也就益發的受到欣羨與崇仰。

在二十世紀的科學歷史中,獲稱為偉大物理學家的愛因斯坦,最是典型的代表,許多人傳誦他所提出的相對論,其實大多對之不知其詳,甚或根本不知何其所謂,但是人們只是附和讚嘆他無可名狀的天才,只會赧然於自己對玄奧理論的無從理解,絕不會懷疑此些論說可能是瑕疵誤謬的。

獲稱為偉大物理學家的愛因斯坦 (Albert Einstein,1879 – 1955)圖/Wikipedia

科學在人類文化中樹立起信實地位的原由,來自科學創生思維的可驗證性。人們見識到科學在有限規範條件中,建立起可以預測的因果關係,也藉此造出許多實用工具,對於一些科學玄想,自然就有了深刻信心,認定一些看似難喻的玄想,終有其成就真實的一日,科學思維因此也就自然成為顛撲不破的真理。

回顧科學演進的歷史便可以知道,許多後來視之為近代科學的代表人物,在歷史演進的當下,其實是站在後來科學所謂主流思維的對立面。標誌實驗科學代表人物的波以耳,他便不信服以往的風火土水四元素論及引領化學主流思維的汞硫鹽三元素論,堅持宇宙由上帝創造的最小成分形成,他認為自己的實驗科學結果,證明了上帝的真實存在,煉金術也比合成化學更有價值。

當然,實證科學所觀照事物因果的簡單而貼近的特性,使其知識內涵易於轉化為實用工具,造成人類文明面貌的巨大改變,科學在利之所趨人性的導引下,自然走向立竿見影的實徵致用之路,也走出科學坐上人類宇宙思維主流寶座的歷史事實。

知識創造總無法自外於社會需求的衡度,由波以耳以降,近代科學的實證之路,雖說面對質疑與挑戰,終究還是開枝散葉,愈益茁長成蔭,伴隨著歐洲文明的擴張興起,科學更成為世紀的顯學,十九世紀下半以降迄今,人們多只企盼科學思維的新境,少有質疑其究竟如何。

但是科學創造波瀾壯闊、日起有新,在有限規範條件下受檢證之前,到底哪些才是有價值的呢?此種對於科學玄思的質疑,甚至到二十世紀初的愛因斯坦廣義相對論,也不可避免,英國愛丁頓(Arthur Eddington)爵士的東非洲日全食探測,雖說一夕揚名,日後仍不免對於其所用底片曝光可靠度的懷疑,但是社會信了,愛因斯坦坐上科學王座,一直到今天,當下的熱潮是競相砸錢建造大探測器,找尋那虛渺微妙的引力波。

懷疑論者是有的。十九世紀英國算則計量先驅,有稱他為近代計算機之父的巴貝奇(Charles Babbage),就提出以對作者著作計量的方式,來衡量一個人的科學貢獻,巴貝奇一生提出過許多奇想,大多沒有得到重視,這個想法也不例外,但是他沒有想到,當今科學界已然拳拳服膺此議,讓不計其數科學研究者浮沉論文計量的大潮之中。

近代計算機之父的巴貝奇(Charles Babbage) 所發明的差分機,被視為電腦先驅。圖/WIKIPEDIA

巴貝奇的構想受到質疑並不奇怪,因為一個人的創造貢獻,如何能以數量衡度,不過他的想法還是帶來影響。一八六八年英國皇家學會出版了頭一冊的《科學論文目錄》(Catalogue of Scientific Papers),雖然編目選擇標準引起批評,至少設定了一個查核評比標準,也讓許多科學中人援引利用。不過那冊《科學論文目錄》,不但收錄科學論文的來源性質不一,甚至文獻內容的寫作引用,以及作者的貢獻,都有爭議,以今天的學術常規來看,已經可歸之於學術不當行為。

到了二十世紀,美國學術界開始有「不出版就走路」(publish or perish)的概念,但是學術界光是追求論文出版數量,卻無法保證其質量的水準,因而也總想法子來矯正缺失,一直到一九六〇年代,美國語言學出身的專家加菲德(EugeneGarfield)開創出一個衡量科學論文價值的辦法,稱之為科學引用指數(sciencecitation index, SCI),計量一個科學研究者在選定刊物上發表論文,受到他人引用的指數,現今科學引用指數已成為科學界衡量科學研究者貢獻的主要標準。

這個標準在世界各個國家的科學界,受到不同程度的重視,得到共識與支持,也不可避免要引起許多批評。現在許多科學研究者倡議要有更好的評核標準,譬如十多年前由一個物理學家提出的 h 指數(h index),似乎得到相當好評。當然現在的所謂網上自由發表論文平台,跳過以往論文經由同儕評審(peerreview)才發表的辦法,由網路自由大量的評審來定奪價值。

回到科學或是人類創造的本質,那本來是出自人眾又再回到凡塵的活動,自不可能真正有「秋水文章不染塵」的絕對自在脫俗。尤其科學成為人間顯學,人人嚮往欣羨,也總希望他們奉獻出的膏脂,能夠帶來傲視宇宙的視野、豐沛的實質利益、長久的生命存在。於是,急功近利、近名這些人性本質,就宰制著社會設定出的衡量科學標準,宰制著科學大洋中的云云眾生,也決定著我們對於宇宙生命的認知視野。

——本文摘自《一生必修的科學思辨課》,2021 年 9 月,天下文化

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