追求精準(zhǔn)的變革
查爾斯·巴貝奇（Charles Babbage）1791年出生于一個(gè)銀行家家庭，他自幼對(duì)數(shù)學(xué)有著濃厚的興趣。在他1810年就讀于劍橋大學(xué)三一學(xué)院之前，他已經(jīng)從拉格朗日（Joseph Louis Lagrange）等數(shù)學(xué)家的書中自學(xué)了一些現(xiàn)代數(shù)學(xué)知識(shí)。對(duì)現(xiàn)代數(shù)學(xué)的了解讓他對(duì)大學(xué)課程中的數(shù)學(xué)課程產(chǎn)生了很大不滿。
在巴貝奇上學(xué)的年代，英國的數(shù)學(xué)課程都是以牛頓式方法、符號(hào)來進(jìn)行微積分運(yùn)算的；而法國、德國等國家則采用萊布尼茲發(fā)明的大陸式方法（the Continental method），這比牛頓的符號(hào)更加簡(jiǎn)練、清晰。出于民族主義情緒和墨守陳規(guī)的心態(tài)，萊布尼茲的大陸式符號(hào)一直沒能在英國普及，這也在一定程度上導(dǎo)致了英國數(shù)學(xué)發(fā)展的滯后。
在大學(xué)期間，巴貝奇結(jié)識(shí)了威廉·胡威立（William Whewell）、約翰、赫歇爾（John Herschel）、喬治·匹考克（George Peacock）等好友；他們?cè)谌蘸笠捕汲蔀榱撕蘸沼忻膶W(xué)者，胡威立成為三一學(xué)院校長(zhǎng)；赫歇爾被冊(cè)封爵士，在天文學(xué)頗有建樹；匹考克成為一名神學(xué)家。他們都和巴貝奇保持了多年的交流與友誼。1812年，巴貝奇和赫歇爾以及匹考克一起創(chuàng)辦了分析社（The Analytical Society），致力于萊布尼茲符號(hào)在英國的普及。盡管直至1817年劍橋大學(xué)才緩慢地開始了他們所期望的改革，彼時(shí)分析社早已解體，但他們的努力卻反映了其前瞻性以及改革的必要性。
查爾斯·巴貝奇
實(shí)際上，在19世紀(jì)初的英國，數(shù)學(xué)之外的各個(gè)領(lǐng)域也開始顯現(xiàn)出滯后的疲態(tài)，人們對(duì)社會(huì)現(xiàn)實(shí)的不滿也在不斷積蓄。在學(xué)術(shù)界，大學(xué)仍然像幾個(gè)世紀(jì)以前一樣以培養(yǎng)紳士以及神職人員作為第一目標(biāo)，主要授課內(nèi)容是神學(xué)和古典文學(xué)。自然科學(xué)的研究由于需要大量開銷與時(shí)間，又缺乏報(bào)酬，仍然被視為“紳士們的興趣”，而不是一個(gè)專業(yè)性領(lǐng)域。同時(shí)，最初為了振興科學(xué)而由格拉漢姆學(xué)院教授們自發(fā)創(chuàng)立的英國皇家學(xué)會(huì)（Royal Society）也因?yàn)榇罅糠茄芯咳藛T的加入，已經(jīng)逐漸淪落為貴族社會(huì)的社交場(chǎng)所。當(dāng)然，這不意味著科學(xué)研究已經(jīng)一潭死水般停滯，隨著工業(yè)革命后工業(yè)城市的蓬勃發(fā)展，很多創(chuàng)建了地方性質(zhì)的文學(xué)和哲學(xué)協(xié)會(huì)，這將在未來對(duì)英國科學(xué)促進(jìn)會(huì)（British Association for the Advancement of Science，2009年改名為英國科學(xué)協(xié)會(huì)）的創(chuàng)立與發(fā)展起到重要的作用，但此時(shí)任何改革的嘗試都必須經(jīng)受重重阻力。
正是在這個(gè)時(shí)代背景之下，1822年，巴貝奇研制出了一款“差分機(jī)（Difference Engine），它能夠自主完成三組十萬以內(nèi)的加法，而不需要任何人力計(jì)算。在學(xué)生時(shí)代，巴貝奇和赫歇爾便意識(shí)到當(dāng)時(shí)的航海導(dǎo)航表以及天文數(shù)據(jù)表中存在許多錯(cuò)誤，這是由于表中的數(shù)據(jù)需要大量繁瑣而枯燥的計(jì)算，盡管動(dòng)用了大量人力反復(fù)檢查，但是計(jì)算錯(cuò)誤還是層出不窮。巴貝奇設(shè)計(jì)差分機(jī)正是為了解決這一問題。于是他向英國皇家海軍部申請(qǐng)資金以制造一臺(tái)比原型機(jī)更大、功能更強(qiáng)的差分機(jī)；用它來制作數(shù)據(jù)表，其結(jié)果就會(huì)無比精確。在他的構(gòu)想里，新的差分機(jī)可以進(jìn)行20位的六項(xiàng)式運(yùn)算。然而，對(duì)差分機(jī)的研制只是他漫長(zhǎng)斗爭(zhēng)中的起始。
差分機(jī)的完成部分，1832
無奈與憤怒
巴貝奇既不像胡威立一樣有著穩(wěn)定的收入，也不像赫歇爾一樣足夠富足而從不為錢所困，直至1827年他的父親去世之前，他一直持續(xù)著“啃老”，依靠父親的津貼維持生活。1828年，劍橋大學(xué)盧卡斯教授的榮譽(yù)職位出現(xiàn)空缺，已經(jīng)在天文學(xué)界名聲遠(yuǎn)播的赫歇爾立刻成為了眾人心目中的第一人選，但赫歇爾卻竭力推舉巴貝奇，在他的四處游說之下，巴貝奇成功坐上了一百多年前牛頓的寶座，并一直擔(dān)任該職至1839年。1827年，因?yàn)楦赣H的去世，巴貝奇在友人的建議下短暫擱置了已經(jīng)持續(xù)數(shù)年的差分機(jī)研制，前往歐洲各國旅行。媒體對(duì)巴貝奇花費(fèi)政府巨資設(shè)計(jì)的機(jī)械究竟有何用途表示懷疑，赫歇爾挺身而出，公開支持巴貝奇和他尚未完成的事業(yè)。
約翰·赫歇爾
但巴貝奇和赫歇爾的友誼很快出現(xiàn)了裂痕。1829年他開始寫作《對(duì)科學(xué)在英格蘭的衰落及其原因的反省（Reflections on the Decline of Science in England， and on Some of Its Causes）》一書，并于1830年出版。書中他認(rèn)為只有最富裕階級(jí)的子弟能從事科學(xué)工作的現(xiàn)象阻礙了科學(xué)發(fā)展，指出“英格蘭的科學(xué)發(fā)展?fàn)顩r已經(jīng)大大落后于法國和德國等歐洲強(qiáng)國，甚至還不如某些歐洲小國，尤其是像數(shù)學(xué)這樣比較艱深和抽象的科學(xué)門類 ，情況就更為糟糕”。并把矛頭直指皇家學(xué)會(huì)，特別是時(shí)任會(huì)長(zhǎng)戴維斯·吉爾伯特（Davies Gilbert），他表示：“（吉爾伯特）是一名‘合適的（會(huì)長(zhǎng)人選）’都足夠稱得上阿諛，說他是‘目前最合適的’則只能被理解為他的支持者們一直容忍的一種美化、奉承的風(fēng)氣，和其它類似的行為，在委員會(huì)里出現(xiàn)?！?/p>
巴貝奇曾經(jīng)把書稿送給赫歇爾，后者曾經(jīng)在1829年的一篇論文的腳注中表示對(duì)英國科學(xué)研究現(xiàn)狀的不滿，但赫歇爾不建議巴貝奇出版這種引起輿論爭(zhēng)端的內(nèi)容，建議他把書稿燒了。巴貝奇不以為意，反而援引赫歇爾的注釋來為自己背書，被逼無奈的赫歇爾只能公開表示自己對(duì)書中的內(nèi)容并不贊同，以證清白。
也有人支持巴貝奇，但在當(dāng)時(shí)他還沒能掀起什么大風(fēng)大浪。這便是大衛(wèi)·布儒斯特（David Brewster），他主要從事光學(xué)研究，但卻一生都沒能取得教職，科研活動(dòng)也得不資助，所以巴貝奇的不滿他更加感同身受。布儒斯特從1827年起就在《愛丁堡科學(xué)雜志( Edinburgh Journal of Science)》上發(fā)表政府對(duì)科學(xué)研究進(jìn)行資助，在巴貝奇的書出版后，他還寫書評(píng)贊揚(yáng)其中內(nèi)容。布儒斯特身無教職，巴貝奇雖然尊為盧卡斯教授，也是拜赫歇爾所賜；赫歇爾和胡威立，加上牛津、劍橋的其他教授都對(duì)巴貝奇的書持反對(duì)態(tài)度。不過，反對(duì)的聲浪很快便化作了改革的助力。
為未來播種
在巴貝奇的差分機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)入瓶頸之時(shí)，布儒斯特聯(lián)絡(luò)了約克哲學(xué)協(xié)會(huì)，希望能夠在約克舉辦一次英國科學(xué)人的會(huì)議，其目的在于使科學(xué)研究者們能彼此了解，同時(shí)使更多的公眾對(duì)科學(xué)產(chǎn)生興趣，以加速其發(fā)展。這些理念成為了英國科學(xué)促進(jìn)會(huì)的創(chuàng)建核心，其很快吸引了赫歇爾、胡威立、理查德·瓊斯（Richard Jones）等人的參與，盡管他們最開始對(duì)1831年的約克大會(huì)持觀望態(tài)度而沒有參與。
科學(xué)促進(jìn)會(huì)相比于皇家學(xué)會(huì)對(duì)科學(xué)的分類更加細(xì)致，使得不斷專業(yè)化的科學(xué)家們能各得其所，同時(shí)也設(shè)立基金來為一些缺乏經(jīng)費(fèi)的項(xiàng)目提供支持。同樣，在1834年的大會(huì)上，胡威立正式提出“科學(xué)家（scientist）”的概念，從事科學(xué)工作的人不在被局限在“自然學(xué)家（naturalist）”的特定范疇里，這也標(biāo)志著科學(xué)專業(yè)化的一個(gè)新的臺(tái)階。
威廉·胡威立
在這段時(shí)間里，巴貝奇的差分機(jī)項(xiàng)目最終在花掉兩萬三千英鎊（在19世紀(jì)這幾乎是一艘戰(zhàn)艦的價(jià)格）之后依然沒能完成，但他積極參與在科學(xué)促進(jìn)會(huì)的各項(xiàng)會(huì)議之中，還有了新的計(jì)劃。在1834年巴貝奇基本停止了對(duì)大型差分機(jī)的研制（但直到1842年政府才公開宣布放棄該計(jì)劃）之后，他決定研發(fā)另外一種大型機(jī)械——分析機(jī)。
根據(jù)設(shè)計(jì)，分析機(jī)將擁有巴貝奇稱為“倉庫（store）”的齒輪式寄存器，用以保存數(shù)字信息；用打孔紙來進(jìn)行程序的輸入與輸出，擁有巴貝奇稱為“倉庫（store）”的齒輪式寄存器、名為“磨坊（mill）”的中央處理器，控制操作順序的控制器；通過打孔紙實(shí)現(xiàn)的輸出與讀取裝置?？梢哉f，除了采用機(jī)械元件而非電子電路之外，分析機(jī)幾乎是現(xiàn)代電腦的原型。由于1834年巴貝奇的女兒?jiǎn)讨伟材炔恍胰ナ溃@個(gè)宏大的設(shè)想在1835年才開始實(shí)施。和制作差分機(jī)時(shí)一樣，巴貝奇再次投入了大量金錢與心血，它們的結(jié)局也十分相似，最終因?yàn)橥顿Y中斷而沒能完成。
分析機(jī)部分設(shè)計(jì)圖，1840
不過，在對(duì)精密程序的研究之中，巴貝奇也產(chǎn)生了新的神學(xué)理解：他設(shè)想上帝設(shè)計(jì)了一套自主運(yùn)行的完美程序（就像他在嘗試做到的），之后發(fā)生的一切全部依靠程序的自主運(yùn)作，不受到上帝的實(shí)時(shí)干預(yù)。在巴貝奇家的社交晚會(huì)上，社會(huì)上流的各界人士有機(jī)會(huì)接觸到了他的理念和設(shè)計(jì)。有一個(gè)年輕人也是巴貝奇的常客，他1836年剛剛結(jié)束一次環(huán)球地質(zhì)旅行回到倫敦，很快便成為了地質(zhì)學(xué)界的一顆新星；他的名字叫查爾斯·達(dá)爾文（Charles Darwin）?？梢哉f，巴貝奇的構(gòu)想至少在一定程度上幫助達(dá)爾文構(gòu)建了生物在殘酷的自然選擇中進(jìn)化的邏輯，使他可以用一種機(jī)制來解釋殘酷的自然競(jìng)爭(zhēng)，而非某些物種被仁慈的上帝主動(dòng)淘汰。
另一方面，科學(xué)促進(jìn)會(huì)的蒸蒸日上最終在1847年倒逼皇家學(xué)會(huì)也完成了自身的改革，對(duì)每年成為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員的人數(shù)作出限制，并且公開投票，這樣席位就會(huì)回到真正的學(xué)者身上，而不是無條件地接納那些想要依靠人情取得席位的人們。但科學(xué)改革的推動(dòng)卻離巴貝奇越來越遠(yuǎn)，1837年威廉·胡威立出版的《歸納法科學(xué)史（History of the Inductive Sciences）》一書里點(diǎn)評(píng)認(rèn)為數(shù)學(xué)家的工作缺乏對(duì)已知的創(chuàng)新，這讓巴貝奇大為光火，公開地對(duì)胡威立進(jìn)行了攻擊，盡管胡威立沒再做任何回應(yīng)，兩人的關(guān)系卻再也不復(fù)從前，巴貝奇也漸漸停止了參加各項(xiàng)科學(xué)會(huì)議。
可能性的豐碑
1859年，當(dāng)年巴貝奇家的青年達(dá)爾文也步入中年，他經(jīng)過十多年深思熟慮，終于發(fā)表震驚世界的《物種起源(On The Origin of Species)》，科學(xué)界也迎來了新的一波沖擊。不過達(dá)爾文是幸運(yùn)的，如果不是科學(xué)促進(jìn)會(huì)的成立和皇家學(xué)會(huì)的改革讓專業(yè)的科學(xué)家重新掌握話語權(quán)，他必然會(huì)面臨更大的輿論壓力。而這則離不開巴貝奇的呼吁、布儒斯特的推動(dòng)以及胡威立、赫歇爾等人的積極參與。
達(dá)爾文與《物種起源》
1871年10月，足夠長(zhǎng)壽的巴貝奇先后見證了胡威立和赫歇爾分別于1866年3月與1871年5月辭世，最終帶著無比的遺憾，孤獨(dú)地離開了人世。在學(xué)界一直持續(xù)爭(zhēng)論著巴貝奇未能完成差分機(jī)與分析機(jī)的根本原因：究竟是單純的經(jīng)費(fèi)不足，還是維多利亞時(shí)代的工業(yè)技術(shù)根本不足以實(shí)現(xiàn)巴貝奇設(shè)計(jì)的精度？這個(gè)問題的謎底直到1991年巴貝奇誕辰200周年之際，才終于得以揭曉。
自1986年開始英國科學(xué)博物館的技術(shù)團(tuán)隊(duì)根據(jù)圖紙對(duì)巴貝奇的差分機(jī)進(jìn)行了還原。為了考證巴貝奇設(shè)計(jì)的可行性，在制作過程中，復(fù)原團(tuán)隊(duì)僅僅使用了維多利亞時(shí)代所有的技術(shù)條件，根據(jù)原圖紙來進(jìn)行零件的制作。最終的結(jié)果是喜人的：在歷時(shí)5年，花費(fèi)近三萬英鎊之后，差分機(jī)得以面世。這個(gè)純機(jī)械驅(qū)動(dòng)的計(jì)算工具固然早已沒有任何實(shí)際意義，但這證明了維多利亞時(shí)期的工業(yè)技術(shù)已經(jīng)能滿足巴貝奇提出的構(gòu)想；如果有足夠的經(jīng)費(fèi)，他本有可能將分析機(jī)也完成，從而將計(jì)算機(jī)發(fā)展的時(shí)鐘撥快?；羧A德·艾肯（Howard Aiken）——第一臺(tái)真空管電子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)師之一曾經(jīng)感嘆，如果巴貝奇活到今天，自己一定會(huì)失業(yè)。
巴貝奇絕不是一個(gè)狂想家，或是預(yù)言家。他從雙重意義上都沒有超越自己所處的歷史局限：其設(shè)計(jì)符合維多利亞時(shí)代工業(yè)技術(shù)所能達(dá)到的范圍；其構(gòu)思沒能得到政府更多經(jīng)費(fèi)的支持。試想，如果上世紀(jì)60年代沒有美蘇間的太空競(jìng)賽，人類對(duì)宇宙的探索在沒有經(jīng)費(fèi)支撐時(shí)恐怕也只是空談。這一對(duì)比再次凸顯了巴貝奇所處的時(shí)代特性，專業(yè)化的科學(xué)雖然發(fā)展迅猛，但尚處于萌芽階段。不過，他不可謂不是一位偉大的先驅(qū)者，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的今天，他鍥而不舍的探索精神和對(duì)計(jì)算機(jī)程序構(gòu)想的前瞻性仍然令人震撼。巴貝奇以及和他同時(shí)代的科學(xué)家們生活在一個(gè)承前啟后的時(shí)代：他們既是時(shí)代局限性的產(chǎn)物，也作為科學(xué)從興趣走向?qū)I(yè)的見證者與推動(dòng)者，成為了照亮未來的燈火。
參考資料
Babbage，Charles. Reflections on the Decline of Science in England and on Some of Its Causes1830
Enros，Philip C. “The Analytical Society(1812-1813): Precursor of the Renewal of Cambridge Mathematics.” Historia Mathematics 10 (1983)
Synder，Laura J. The Philosophical Breakfast Club: Four Remarkable Friends Who Transformed Science and Changed the World. Broadway Books， 2012
柯遵科“英國科學(xué)促進(jìn)會(huì)的創(chuàng)建”自然辯證法通訊2010，第三期
浦根祥、錢卉 “查爾斯·巴貝奇——計(jì)算機(jī)史上被誤判的先驅(qū)者”自然辯證法通訊，第十八卷第101期
張志群“計(jì)算機(jī)先驅(qū)者巴貝奇”自然雜志Vol.21，2
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