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發現自己的無知──《人類大歷史:從野獸到扮演上帝》

天下文化_96
・2016/04/03 ・5280字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 560 ・八年級

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知識就是力量

對大多數人來說,要消化瞭解現代科學並不容易,因為對人腦來說,這種數學語言很難掌握,而且其結果常常與一般常識互相牴觸。在全球七十億人口中,有多少人真的瞭解量子力學、細胞生物學或總體經濟學?儘管如此,因為科學為人類帶來太多新的能力,也就享有崇高的地位。雖然總統和將軍可能自己不懂核物理,但他們對於核彈能做什麼事,可是瞭若指掌。

1620 年,培根發表了名為《新儀器》的科學宣言,提出「知識就是力量」。對於「知識」的考驗,不在於究竟是否真實,而在於是否能讓人類得到力量或權力。科學家一般公認,沒有任何一種理論百分之百正確。因此用「真實」與否來為知識評分,並不妥當。真正的考驗就是實用性。能讓我們做出新東西來的,就是知識。

培根
著名哲學家培根畫像。圖/wiki

幾個世紀以來,科學為人類提供了許多新的工具。有些是思考的工具,像是能夠用於預測死亡率和經濟成長率;但更重要的是技術工具。科學(science)和技術(technology)的關連實在太過密切了,往往讓許多人將這兩者混為一談。我們常常會認為,沒有科學研究,就無法發展出新技術,而如果不會產生新技術,科學研究也就沒有意義。

但事實上,科學和技術是在最近才開始緊密相連的。西元 1500 年以前,科學和技術還是兩個完全不相干的領域。培根在十七世紀將這兩者接軌的時候,其實是革命性的想法。兩者的關係在十七世紀和十八世紀更趨緊密,但要到了十九世紀才真正孟不離焦。即使到了 1800 年,當時多數的統治者都希望能有一支強大的軍隊,多數的商業大亨也都希望能擁有蓬勃的企業,但他們都還完全不會想到要為物理學、生物學、經濟學等研究提供資金。

當然,史上並不是沒有例外。只要是優秀的歷史學家,絕對都能找出例外情況;但如果是更優秀的歷史學家,就會知道這些例外只是出於某些人一時的好奇,不應該因此影響對大局的判斷。一般來說,前現代的統治者和商人想取得新技術的時候,多半並不是將資金投入研究宇宙的本質,而多數的思想家也不會想把他們的發現發展成技術上的小工具。統治者資助教育機構,目的只是為了傳播傳統知識、強化現行秩序。

雖然在過去也常有人發展出新技術,但通常是一些未受過教育的工匠、不斷嘗試錯誤而產生,而不是學者經由系統化的科學研究得到的成果。運貨馬車的製造商,每年會用一樣的材料,製作出一樣的車,並不會把每年賺錢的一定比例,投入研發新型馬車。雖然馬車的設計偶爾也會有改善,但通常是因為當地某個木匠天縱英才,而且他常常一步也沒進過大學,很可能大字也不識一個。

不僅民間如此,公部門也一樣。在現代國家裡,從能源、醫療到廢棄物處理,國家幾乎都會要求由科學家提出解決辦法,然而這在古代的王國裡很少出現。古今比較,最明顯的差別就在於武器裝備。1961 年,即將卸任的美國總統艾森豪,對於軍事與產業結合、勢力不斷膨脹的情形提出警告,但他的說法並不完整。除了軍事和產業,科學也是其中一份子,因為今日的武器正是科學的產物。許多科學研究和技術發展,正是由軍事所發起、資助及引導。

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第一次世界大戰時快速發展的坦克,被視為突破壕溝僵局的一大利器。圖/wiki

第一次世界大戰陷入無止境的壕溝戰時,雙方都是寄望科學家能夠打破僵局,拯救自己的國家。這些穿著實驗衣的人,響應了這項號召,從實驗室裡大量推出各種令人咋舌的新式武器:戰機、毒氣、坦克、潛艇,比以往效能更高的機槍、大炮、步槍和炸彈

到了第二次世界大戰,科學的重要性更是一日千里。1944 年底,德國節節敗退,戰敗已經近在眼前。一年前,德國人的盟友義大利,也已經推翻了墨索里尼,向同盟國投降。然而,即使英美俄三國聯軍步步進逼,德國還是不斷頑強抵抗。之所以德國軍民還是能夠維持一線希望,就是因為他們相信德國科學家,即將推出如同奇蹟般的新武器,像是 V2 火箭和噴射機,力挽狂瀾。

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被寄予厚望的V2火箭,曾被德軍視為能夠逆轉歐洲戰場的秘密武器。圖/wiki

不過,德國人在研發火箭和噴射機方面雖然頗有成果,美國曼哈頓計畫卻已經將原子彈研發成功。1945 年 8 月初,原子彈製造完成,雖然德國已經投降,但日本還在負隅頑抗。美國軍隊作勢攻入日本本土。日本誓死抵抗,準備決一死戰,而且這絕非裝腔作勢。

美國將領告訴杜魯門總統,如果真要攻入日本本土,必然有超過百萬美國士兵喪命,戰爭也必然會拖進 1946 年。於是,杜魯門決定使用這款新型炸彈。8 月 6 日及 9 日,兩枚原子彈分別投下廣島與長崎,之後日本宣布無條件投降,戰爭就此結束。

只是奇技淫巧?

然而,科學除了是攻擊性武器,也可能提供防禦的功能。今天有許多美國人相信,解決恐怖主義的關鍵不在政治,而是科技。他們相信,只要在奈米科技產業再投入幾百萬美元,美國就能研發出類似仿生間諜蒼蠅的裝置,前往每個阿富汗的山洞、葉門的碉堡、或是北非的軍營。只要夢想成真,賓拉登的繼任者就算只是泡杯咖啡,中情局的間諜蒼蠅也能瞭若指掌,立刻將這個重要訊息傳回中情局本部。美國人也相信,只要在大腦研究再投入幾百萬美元,就能在每座機場配備超精密的腦波掃描器,偵測種種憤怒和仇恨的思想。

這些科技會成真嗎?沒有人知道。開發這些間諜蒼蠅或思想掃描器,真的是明智的做法?這也在未定之數。儘管如此,就在你讀著這幾行字的時候,美國國防部很可能就投入了數百萬美元,研發相關的奈米技術、資助相關的大腦實驗,推動相關的種種研究。

從坦克、原子彈到仿生間諜蒼蠅,一般人可能想不到的是,這種對於軍事科技的迷戀,其實到了近代才出現。在十九世紀前,軍事上的主要變革都在於組織,而不是科技。在不同文明第一次接觸時,科技差距有時候影響重大,但即使如此,卻很少人認真想過要刻意製造或擴大這種差距。大多數的帝國之所以興起,並不是因為有了形同巫術般的科技,而且統治者也並未認真思考要提升科技。

阿拉伯人能夠打敗波斯帝國,並不是因為弓或劍更為優良;土耳其人能夠打敗拜占庭,並不是科技上占了什麼優勢;蒙古人征服中國,靠的也不是什麼巧妙的新武器。事實上,以上這些戰敗國的軍事和民生科技,其實都有過之而無不及。

羅馬軍隊是特別好的例子。這是當時最強的軍隊,但就科技上來說,羅馬並不比迦太基、馬其頓或塞琉西王國占有優勢。羅馬軍隊的優點在於有效率的組織、鐵一般的紀律,以及龐大的後備人力。羅馬軍隊從來沒有研發部門,在幾世紀間,所用的武器大致上並無不同。前面提過,小西庇阿曾在西元前二世紀率大軍攻下努曼提亞,將迦太基夷為平地,而如果他的軍隊穿越時空來到五百年後的君丁坦丁在位期間,小西庇阿戰勝的機率仍然很高。然而想像一下,就算已到了十六世紀至十八世紀的近代初期,如果把康熙皇帝的軍隊帶到現代,要和中國解放軍一較高下,情況會是如何?雖然康熙文治武功均高,手下也有一批猛將,但在現代武器裝備面前,都將不堪一擊。

無論是在古羅馬或是古中國,多數的將領和哲學家都不認為研發新武器是自己的責任。然而,中國史上最偉大的發明就包括了火藥。而就目前所知,火藥的發明其實是一場意外,原本的目的是道士想煉出長生不老藥來。而從火藥後來的發展,就更能看出這種趨勢。有人可能會認為,有了這些道教煉丹術士,中國就要稱霸全球了。但是火藥這種全新化合物,在中國的主要用途只是鞭炮而已。

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現代軍事科技非常普及的火藥,在幾世紀前還是非常珍貴的戰爭資產。圖/tlastand

就算是蒙古大軍已經兵臨城下,也沒有哪個宋朝皇帝急著建立起中世紀的曼哈頓計畫,發明某種末日武器來拯救宋朝。一直要到大約十五世紀(火藥發明約六百年後),大炮才成了亞非大陸上,戰爭勝敗的決定性因素。

打從一開始,火藥就有了能夠攻城略地的潛力,但為什麼要花了這麼久,才付諸軍事用途?原因就在於,火藥剛發明的時候,不論是皇帝、文人或是商人,都沒有想到新的軍事科技能夠救國、或是致富。

情況一直要到十五、十六世紀才有所改變,但又要再過兩百年後,才有證據顯示統治者確實已經願意將資金投入新武器的研發。

在當時,後勤對戰爭的影響仍然遠大於科技。拿破崙在 1805 年的奧斯特利茨(Austerlitz)戰爭大破俄奧聯軍,但他所用的武器其實和不久前被送上斷頭臺的路易十六,並無太大不同。拿破崙本人雖然是炮兵出身,卻對新武器的興趣不大。科學家和發明家曾希望說服他撥款研發飛行器、潛艇和火箭,他仍然意興闌珊。

一直要到資本主義體制和工業革命登場,科學、產業和軍事科技才開始了水乳交融的關係,從此世界急速全然改觀。

科技扮演現代救世主

在科學革命之前,多數人類文化都不相信人類還會再進步。他們覺得黃金時代屬於過去,整個世界只會停滯不前,最擔憂的是世風日下、人心不古。如果恪遵祖宗智慧,或許能夠再次喚回過去的美好時光;如果發揮今人智慧,或許也能勉強改善日常生活某些面向。然而,一般都不相信人類知識能夠克服世界上最重大的問題。

如果連穆罕默德、耶穌、釋迦牟尼、孔孟聖賢這些全知者都沒辦法解決饑荒、疾病、貧窮和戰爭,我們這些平凡人又怎麼做得到呢?

許多信仰相信,總有一天會出現某位救世主,解決一切戰爭、饑荒、甚至死亡。但是如果說到人類可以靠著發現新知識、發明新工具就解決一切問題,就會被認為不只是可笑,更是狂妄自大。無論是《聖經》創世記中的巴別塔、希臘神話的伊卡魯斯、或是猶太傳說的活假人(Golem),這些神話故事都一再告誡人類,不要企圖超越人類的極限,否則只會災難加身。

等到現代文化承認自己對許多重要的事還一無所知,又發現科學研究可以帶給我們新力量,人類開始思索,覺得確實還有可能真正進步。隨著科學開始解決一個又一個過去認為無法解決的問題,許多人也開始相信,只要取得並應用新知,人類就能解決所有的問題。貧困、疾病、戰爭、饑荒、年老和死亡,看來都已不再是人類必然的命運,而只是無知造成的限制。

一個著名的例子就是閃電。在許多文化裡,都認為閃電是憤怒的雷神之錘,用來懲罰罪人。但在十八世紀中葉有了一場科學史上最著名的實驗,富蘭克林在一陣雷雨中放風箏,希望驗證閃電是否只是一道電流。透過富蘭克林的實證觀測,再加上他對電力特性的知識,讓他終於發明了避雷針,於是雷神繳械認輸。

富蘭克林
富蘭克林在雷雨中放風箏,用以證明閃電只是一道極強的電流。圖/wiki

貧窮又是另一個例子。在許多文化裡,都認為貧窮是這個不完美世界裡不可避免的一部分。根據新約《聖經》,在耶穌被釘在十字架之前不久,有一個女人拿著一瓶珍貴的香膏來澆在耶穌的頭上,香膏足足價值300德納累斯銀幣。耶穌的門徒認為這麼大一筆錢可以用來賑濟窮人,不該如此浪費,因此有些生氣。但耶穌則為她辯護,說道:「常有窮人和你們同在,要向他們行善隨時都可以;只是你們不常有我。」(馬可福音 14:7)。然而到了今天,就算是基督徒,也愈來愈少人會同意耶穌的說法。就現在看來,貧窮愈來愈像是可以處理的技術問題。一般認為,只要以農學、經濟學、醫學、社會學的最新發現為基礎,制定相關政策,就能消滅貧窮。

而且確實,世界上許多地方已經不再有最惡劣的貧窮形式。縱觀歷史,社會上有兩種貧窮:第一、社會性的貧窮,指的是某些人掌握了機會,卻不願意釋出給他人;第二、生物性的貧窮,指的是因為缺乏食物和住所,而使人的生存受到威脅。或許社會性的貧窮永遠都會存在,無法根除,但在全球許多國家中,生物性的貧窮都已經成了過去式。

在不久之前,大多數人的生活還十分接近生物貧窮線,只要一落到這條線以下,就代表無法得到足以維持生命的熱量。於是只要稍微失算或是一時不幸,就很容易落到線下,面臨餓死的危機。而無論是天災或是人禍,都很可能讓一大群人共同落入這個深淵,造成數百萬人死亡。

但是到了今日,全球大多數人民都有一張安全網:可能是健康保險,可能是社會福利,也可能是當地或國際非政府組織的救援,能讓他們免遭不幸。即使某一地區遭遇重大災難,全球動員的救災工作通常也能避免情況惡化到無可挽回。雖然民眾還是會碰上一些落魄、恥辱、貧病交錯的窘境,但在多數國家裡,都不會再發生飢餓至死的慘劇。事實上,許多社會現在的問題是營養過剩,胖死比餓死的機率更高


立體書封

 

人類大歷史:從野獸到扮演上帝》,天下文化出版。

本書作者 哈拉瑞(Yuval Noah Harari)希望滿足讀者的是:「請給我單單一本書,不到五百頁的篇幅,用清晰可讀的散文,不填塞一堆令人暈頭轉向的年份、人名、地名、稱號,就能涵蓋了人類如何崛起、如何被農作物綁架……乃至影響現代生活甚巨的資本主義、一神教、自由人文主義、基因工程……如何興盛的重大脈絡,讓我洞悉其中的關鍵和意涵。」

文章難易度
天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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PanSci_96
・2022/11/14 ・647字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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曾經邊陲落後的英國,為何能建立史上最強的日不落帝國?——《人類的旅程》
商業周刊
・2022/10/23 ・3134字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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英國在工業革命期間前所未有的飛躍邁進,得以掌控地表一片又一片的領土,建立史上最強大的帝國之一。然而在人類歷史上大多數時候,不列顛群島的居民在財富和教育上遠不及在法國、荷蘭、義大利北部的鄰居;英國只是位於西歐邊陲的落後地方。英國是農業封建社會;政經權力由少數菁英把持;十七世紀初,許多經濟部門經皇家敕令由貴族壟斷。英國因為缺乏競爭和自由企業,被壟斷產業在開發新技術上成果極為貧乏。

英王也像許多其他統治者一樣敵視技術變革,阻撓國家技術進步。有個很著名、也很諷刺的例子,與英國紡織業起步被延誤有關。

一五八九年女王伊莉莎白一世(Elizabeth I)拒絕給予牧師兼發明家威廉.李(William Lee)的新編織機專利。她擔心這個發明會傷害各地手織工行會,造成工人失業,以致引起動盪。威廉.李遭英國女王拒絕後遷居至法國,法王亨利四世(Henry IV)很樂於給予他想要的專利。直到幾十年後其弟回到英國銷售這種尖端技術,它才成為英國紡織業的基石。

英國經濟體制的大改革—光榮革命!

不過到十七世紀末,英國的統治體制經過徹底改造。英王詹姆士二世(James II)力求鞏固君主專制,又信奉羅馬天主教,引發強烈反彈。反對派找到的救星是奧蘭治親王威廉(William of Orange),他是荷蘭共和國(Dutch Republic)多個新教郡的執政官(stadtholder)(也是詹姆士二世長女瑪莉〔Mary〕公主的夫婿)。反對派力促威廉奪取英國王權,威廉響應其號召,罷黜岳父,登上王位,成為英格蘭、愛爾蘭、蘇格蘭國王威廉三世。

光榮革命後登上王位的威廉三世(左)與妻子瑪麗二世(右)/wikipedia

這次政變被稱為光榮革命(Glorious Revolution),理由是被誤認為相對少的流血事件,卻改變了英國的政治權力平衡:威廉三世是外來的,在英國國內缺乏支持勢力,威廉三世高度依賴國會,詹姆士二世則非如此。

編按「廢除英國皇室獨大的權力後,錢錢終於不會都被國王沒收(享受)了!」

一六八九年威廉三世批准權利法案(Bill of Rights),廢除國王終止國會立法的權力,國王未獲國會同意也不得徵稅和動員軍隊。從此英國成為君主立憲國家。國會開始代表較廣泛的利益,包括逐漸興起的商人階級。英國也建立各種包容式體制,以保護私人財產權,鼓勵私人企業,推廣機會均等和經濟成長。

英國在光榮革命之後積極廢除壟斷。英王查理二世(Charles II)曾授予皇家非洲公司(Royal African Company)獨占非洲奴隸買賣,當時它和許多公司頓失獨占權。國會也通過新立法,促進成長中產業的競爭,瓦解貴族的經濟利益。尤其國會降低工業熔爐稅,提高土地稅,而地主大都是貴族。

這些改革在當時獨見於英國,形成歐洲其他地方所沒有的誘因。以西班牙為例,國王積極維護對跨大西洋貿易利益的掌控,經常用來資助作戰和奢侈享受。相形之下在英國,跨大西洋原料、商品、非洲奴隸等貿易的收益是由廣大的商人階級共享,所以收益大半投入資本累積和經濟發展。這些投資為工業革命空前的技術創新奠下基礎。

當時英國的金融制度也改頭換面,為經濟發展更添助力。威廉三世採用其祖國荷蘭的先進金融體制,包括證券交易所、政府公債和中央銀行。有些改革是擴大授信範圍,非貴族企業家也能借到款,並鼓勵英國政府在平衡支出與稅收上更加自律。國會取得對公債發行的更強大監督權,而公債持有者,即借錢給政府的人,得以派代表參與財政和貨幣政策決策過程。於是英國在國際信用市場的公信力提高,相對於其他歐洲王國,借貸的費用也降低。事實上,工業革命最早發生於英國,或許更早前的體制改革曾助其一臂之力。

編按:體制的不同使英國在黑死病後與東歐國家逐漸分歧

如第二章曾提到,十四世紀的黑死病使不列顛群島失去近四○%居民。因此造成的農工不足,增加了農奴討價還價的力量,迫使貴族地主提高佃農的工資,以防止他們由鄉下遷居都市。

如今看來,黑死病給了封建制度致命一擊,英國的政治體制因而變得更包容,少壓榨。那些體制促成政經分權化,鼓勵社會流動,讓社會上更多人能夠創新並參與創造財富。反之,東歐在黑死病過後,由於封建體系更嚴酷,都市化程度較低,加以西歐對農業產量需求增加,反而強化控制土地的貴族階級及其榨取式體制。換句話說,在黑死病爆發前,東西歐原本或許不重要的體制差別,在疫情後卻是分道揚鑣,使西歐走在與東歐大不相同的成長軌道上。

黑死病幾乎摧毀了中世紀的歐洲。圖/wikipedia

衰微的行會促進了英國的工業革命

英國的手工業行會相對較弱勢,這也有助於英國在工業革命之前的某些體制變革。歐洲各地都有的行會,是由某種行業的技術工匠組成的組織,目的在保護會員利益。行會經常運用本身獨占的力量壓制企業家精神和技術進步。

例如十五世紀晚期巴黎的抄寫員行會(Scribes Guild),成功阻止第一台印刷機進入巴黎達將近二十年之久。

一五六一年紐倫堡的冰銅車工行會(Red-Metal Turners Guild)向市議會施壓,阻止當地銅匠漢斯.史白希(Hans Spaichi)散布他發明的強大車床,後來更揚言,誰敢用這種新生產技術就要坐牢。

一五七九年但澤(Danzig)市議會下令,把發明新織帶機而威脅到傳統織帶工的人偷偷淹死。

十九世紀初,法國織布工行會一群憤怒的暴民,向約瑟夫-瑪麗.雅卡爾(Joseph-Marie Jacquard,一七五二年至一八三四)抗議。雅卡爾發明了創新的織布機,靠一系列打洞的卡片運轉,後來最早的電腦受這種技術所啟發,以此方式輸入程式。

但在英國,行會的勢力沒有歐洲那麼強,部分原因在於一六六六年倫敦大火後,重建迅速且大致未受管制,加上其他地方的市場快速擴張,以致對工匠的需求超出行會所能提供。行會弱勢,國會便易於保護和助益發明者,英國實業家能夠更快速、更有效率地採用新技術。

工業革命後的英國紡織廠。圖/wikipedia

多虧這些體制改革,十八世紀末的英國受到商人和企業家的各種利益所影響,而非以土地菁英的利益為主,菁英決意阻擋技術進步以延續個人權力。就此而言,英國當時已成為世上第一個現代經濟體,而其他西歐國家迅速跟進。於是根深柢固的力量將整體的人類帶往馬爾薩斯世的終點,來到成長時代的邊緣,就在人類物態變化的時機已成熟之際,這些制度的發展,配合以下即將探討的其他因素,英國成為特別適合技術快速發展的沃土。

英國率先開始工業革命,以及朝鮮半島兩個經濟體的分歧,顯示出體制對發展與繁榮的影響有多麼深遠。然而這些特別戲劇化的例子是例外還是常態?在歷史過程中,當體制逐步演進時,是體制變革影響經濟繁榮,還是經濟繁榮導致體制變革?又或者是某些其他因素,造成這兩者間明顯的關係?

———本書摘自《人類的旅程》,2022 年 10 月,商業周刊,未經同意請勿轉載

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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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