從巴貝奇的失敗談起

石海明

一、巴貝奇發明機械式計算機的過程

在計算機器的發展歷史中，為數不多的人物，因其突出的貢獻而鐫刻下了自己的名字，英國數學家查理·巴貝奇(1792-1871)就是其中之一。1819年，巴貝奇第一次到巴黎訪問，期間，他聽說普羅尼組織了一個重大的法國制表計劃，這個龐大的計劃花了十年時間才結束，普羅尼為此耗費了大量心血。然而，遺憾的是，盡管整個計劃中組織工作已做得相當細致嚴密，但巴貝奇在法國科學院的圖書館中所見的表的手抄稿依然存在許多錯誤。這件事在年輕的巴貝奇心中留下了深深的印象。1820年巴貝奇回到英國，準備為天文學會制造一套星座表。在此后的制表過程中，他發現許多數學用表都含有大量錯誤，于是，巴貝奇決定在他科學生涯的早期，出版一份沒有錯誤的數學用表。

對人工制表的困難及難免的錯誤，巴貝奇通過實踐深有體會……不過在新的情況下，隨著生產技術的發展，已經出現了生產效率高的機器。他決定不再模仿普羅尼那種依靠大量人力、以勞動密集型的手工方式來組織制表工作。他想借助出現大規模生產技術發展的有利形勢，發明一種能進行算術運算的機器以代替人力。這樣不僅可以減輕工人勞動，大大提高制表效率，而且還避免了數學用表中的錯誤，使沒有錯誤的表真正成為現實。他想發明的機器后來對計算機器的發展具有重大影響。

巴貝奇想發明的機器叫差分機。這種根據差分原理設計和制造的自動計算機器，能夠存儲一系列數并對這些數進行加法運算，這些數為函數值的一次差、二次差……直至n次常數差以及函數值。關于萌發差分機的思想，巴貝奇曾在《一位哲學家的生活》一書中寫道：

“一個晚上，我坐在劍橋分析學會房間里的一張桌子前面，一份對數表攤在我面前，當時我的頭腦處于一種恍惚的狀態。有一位同學走進房間，看到我半睡，便喊起來：‘好啊!巴貝奇，你在做什么夢?我回答：‘我在想那些可以計算這些對數表的機器。

1822年，巴貝奇終于研制出了一臺可工作的模型機。它能對六位數進行計算，可以求出具有常數二次差的任何函數值。巴貝奇深知他將設計的機器的價值，對于一個海運和工業發達的國家，十分需要高質量的數學用表，而他將設計和制造的差分機可以準確地計算，并消除在人工編制數學用表過程中的人為錯誤，且經費開支少得多。在1822年7月3日，他給皇家學會主席汗弗萊·戴維先生寫了一份信，請求皇家學會能幫助爭取政府支持。英國政府邀請皇家學會調查了這項工程，并同意貸款1500英鎊。巴貝奇也從自己的私人財產中拿出5000英鎊資金。然而，很快他就發現工程實施比他原來想象的要復雜得多，他需要更多的資金和技術上的支持。幸運的是，他得到了塞繆爾·克萊門特的幫助和政府的后續支持。1833年，他提出了差分機二型的思想。這是一種可以控制計算機程序的通用數字機，就是通常所說的“分析機”。它比差分機的設計更完善，程序設計的思想在這里得到了更充分的發揮。但隨后科研探索之路卻愈走愈難，克萊門特已棄他而去，政府也不再提供支持。此后巴貝奇千方百計努力賺錢以繼續研究，但直到1871年巴貝奇去世，分析機終究也沒有能制造出來。

二、啟示

1．技術發明依賴于當時的科學技術條件

與當時的工業技術水平相比，巴貝奇制造計算機的設想過于宏大了。盡管當時英國是世界上工業水平最高的國家，其機械加工能力也難以使巴貝奇的設想實現。巴貝奇的這種機器的出現，必須等到電子學發展的時代才有可能。我們不妨設想一下，第一臺電子計算機的機重三十噸，占地面積一百七十平方米，如果把這些電子器件改用齒輪、凸輪、杠桿、金屬線等機械器件，它的規模之大、精度之高也就可想而知了。顯然，要依托19世紀的生產技術水平制造出這臺大而精密的機器，是當時時代的物質條件所不能容許的。

2．資金支持在一定時候也是決定技術發明成功與否的重要因素

無論是在研制差分機的時候，還是在后來向分析機挑戰的日子里，資金的困難一直困擾著巴貝奇。在整個研制過程中，英國政府總共提供了17000英鎊的資助，而巴貝奇從自己的資產中，貢獻了20000英鎊。在1842年政府決定不再支持他的研究項目后，為了籌款制造這臺機器，巴貝奇絞盡腦汁，嘗試了許多掙錢辦法。資金短缺，也使分析機的發明擱淺成為一種必然。

3．發明家要甘當鋪路石

盡管巴貝奇窮盡四十年之光陰，卻未能成功發明分析機，但他愈挫愈奮的執著精神及其創新設想、創新構思，仍不斷地激勵和啟迪著后人，并發明出一代一代至臻完善的計算機，對人類文明和進步產生重大影響。人類社會的未來之路，需要數不勝數的和巴貝奇一樣的鋪路石子。