差分機(jī)零號(hào)

不值一提的往事

1791年12月26日，查爾斯·巴貝奇出生于英格蘭一個(gè)富有的銀行家家庭，這讓他在后來繼承了相當(dāng)豐厚的遺產(chǎn)，為他的科學(xué)研究提供了不小的資本。

沒錯(cuò)，接下來要說的就是，巴貝奇從小天資聰穎，具有極高的數(shù)學(xué)天賦。

似乎每一位科學(xué)家都是從小就有著這樣或那樣的，異于常人的天賦，仿佛所有為這些科學(xué)家做傳記的故事都出自一人筆下。我們又沒辦法穿越到巴貝奇小時(shí)候，帶著張數(shù)學(xué)試卷考考他，去檢查一下他的數(shù)學(xué)天賦。

不過，至少有一點(diǎn)是確定的，巴貝奇考入了劍橋大學(xué)，并在畢業(yè)后成了學(xué)?！氨R卡斯講座”的數(shù)學(xué)教授。

如果繼續(xù)在數(shù)學(xué)領(lǐng)域耕耘，巴貝奇可能也會(huì)像同時(shí)期的高斯一樣，成為一位數(shù)學(xué)家。但是，他選擇了另一條道路。

科學(xué)釣魚法則

目標(biāo)：釣到一名年富力強(qiáng)的科學(xué)家

魚餌：人工編制《數(shù)學(xué)用表》。法國(guó)數(shù)學(xué)界調(diào)集大批精兵強(qiáng)將，組成了人工手算的流水線，算了個(gè)天昏地暗，才完成了17卷大部頭書稿，而且錯(cuò)誤連篇。

結(jié)論：發(fā)現(xiàn)《數(shù)學(xué)用表》滿篇錯(cuò)誤的巴貝奇上鉤了！

我，查爾斯·巴貝奇，今年21歲，決定造一臺(tái)能進(jìn)行8位數(shù)的某些數(shù)學(xué)運(yùn)算的機(jī)械儀器。我打算稱呼它為——計(jì)算機(jī)？差分機(jī)？分析機(jī)？或者別的什么，我還沒想好。

什么困難也無法阻止我！

“輕松”的科學(xué)檔案

名字：差分機(jī)0號(hào)

基本情況：1822年，巴貝奇耗去了10年時(shí)間，初戰(zhàn)告捷，第一臺(tái)差分機(jī)呱呱墜地。從設(shè)計(jì)繪圖到零件加工，車鉗刨銑磨，都由巴貝奇自己親自動(dòng)手，樣樣不落。他孤軍奮戰(zhàn)下造出的這臺(tái)機(jī)器，運(yùn)算精度達(dá)到了6位小數(shù)。

深刻理解：差分機(jī)就是一臺(tái)多項(xiàng)式求值機(jī)，以蒸汽機(jī)為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)大量的齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)，通過常量差分計(jì)算數(shù)表，把結(jié)果記錄到金屬表盤上。

1822年6月14日，巴貝奇向皇家天文學(xué)會(huì)遞交論文《論機(jī)械在天文及數(shù)學(xué)用表計(jì)算中的應(yīng)用》，順便向政府伸手要錢，資助他繼續(xù)搞發(fā)明。

我真是個(gè)天才。我可不是吹噓自己，只要你看到我設(shè)計(jì)的差分機(jī)，你就明白，嘿嘿，天才本來就是屬于我的稱號(hào)。連政府都為我提供了1.7萬英鎊，這可不是小錢，如果穿越到2022年，它將相當(dāng)于3300萬人民幣。

為了證明我的天才設(shè)想，也為了不負(fù)眾望，我決定利用這筆錢再造一臺(tái)運(yùn)算精度達(dá)到20位的大型差分機(jī)。

陰溝里翻船

根據(jù)巴貝奇設(shè)計(jì)的圖紙，第二臺(tái)差分機(jī)大約需要25000個(gè)零件，主要零件的誤差不得超過每英寸的千分之一，許多具體設(shè)計(jì)還需要在過程中不斷改進(jìn)。巴貝奇把差分機(jī)交給了英國(guó)最著名的機(jī)械工程師約瑟夫·克萊門特所屬的工廠制造，但要想造出這種高精度的機(jī)械絕非易事，工程進(jìn)度十分緩慢。

日復(fù)一日，年復(fù)一年，巴貝奇把圖紙改了又改，讓工人把零件重做一遍又一遍。10年過去后，全部零件只完成不足一半數(shù)量。巴貝奇并不打算放棄，他又苦苦支撐了10年，機(jī)器卻仍然無法運(yùn)轉(zhuǎn)，政府宣布不再為這個(gè)項(xiàng)目出一分錢，為期20年的差分機(jī)項(xiàng)目最終失敗了。

英國(guó)首相：“我宣布，這部機(jī)器的唯一用途，就是花掉大筆金錢！”

發(fā)明，繼續(xù)

奧古斯塔·阿達(dá)·金又叫阿達(dá)·洛芙萊斯，她是著名詩人拜倫的女兒。洛芙萊斯為巴貝奇的機(jī)器提供了全新的想法，她覺得差分機(jī)也許可以創(chuàng)造世界?！胺治鰴C(jī)‘編織的代數(shù)模式同杰卡德織布機(jī)編織的花葉完全一樣”。于是，為分析機(jī)編制一批函數(shù)計(jì)算程序的重?fù)?dān)，落到了數(shù)學(xué)才女柔弱的肩頭。

他們一拍即合，成為新的發(fā)明伙伴。發(fā)明——繼續(xù)向前！

我失敗了，沒能造出第二臺(tái)差分機(jī)，我大約連計(jì)劃的一半都沒完成。我甚至自己又投入了1.3萬英鎊，可擺在我面前的依然是一堆廢棄的滑車和齒輪，工廠里一片狼藉。不過，我可不會(huì)這么容易就放棄。

沒錯(cuò)，我又有了全新的想法，給機(jī)器來個(gè)大升級(jí)，造一臺(tái)分析機(jī)（我想的名字怎么樣）。那將是一臺(tái)可以解決所有計(jì)算問題的通用機(jī)器，為每一個(gè)人服務(wù)。

但我現(xiàn)在一貧如洗，許多人都勸我，是時(shí)候考慮放棄發(fā)明了！

儀器檢測(cè)報(bào)告

巴貝奇計(jì)劃，分析機(jī)將由三個(gè)主要功能組成。

第一種齒輪式的“存貯庫”，每一齒輪可儲(chǔ)存10個(gè)數(shù)，總共能夠儲(chǔ)存1000個(gè)50位數(shù)。

第二種是“運(yùn)算室”，基本原理與帕斯卡的轉(zhuǎn)輪相似，但改進(jìn)了進(jìn)位裝置，使得50位數(shù)加50位數(shù)的運(yùn)算可完成于一次轉(zhuǎn)輪之中。

第三種是送入和取出數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)，以及在“存儲(chǔ)庫”和“運(yùn)算室”之間運(yùn)輸數(shù)據(jù)的部件。

預(yù)言：如果巴貝奇的計(jì)劃實(shí)現(xiàn)了，那么，計(jì)算機(jī)時(shí)代也許會(huì)提前100多年到來。

失敗與尾聲

遺憾的是，巴貝奇無法再得到任何資助了。為把分析機(jī)的圖紙變成現(xiàn)實(shí)，他耗盡了自己全部財(cái)產(chǎn)，弄得一貧如洗。

貧困交加，無休止的腦力勞動(dòng)，讓洛芙萊斯的健康狀況也急劇惡化。1852年，36歲的洛芙萊斯去世。

1871年，為計(jì)算機(jī)事業(yè)貢獻(xiàn)畢生精力的巴貝奇，終究沒能完成神奇的發(fā)明，離開了人世。留給后世的是一臺(tái)小小的模型，30種不同的設(shè)計(jì)方案，近2100張組裝圖和50000張零件圖。

后記

1991年，倫敦科學(xué)博物館彌補(bǔ)了查爾斯·巴貝奇的遺憾，制作了一臺(tái)完整的差分機(jī)，它包含4000多個(gè)零件，重2.5噸。