第一传奇：查尔斯・巴贝奇

寂静回声

当人们谈起计算机领域的先驱时，脑海中会浮现出艾伦·图灵、约翰·冯·诺依曼，甚至是史蒂夫·乔布斯这些名字。
但如果我们把视野拉大，探寻技术演进深厚的历史根源，就会发现还有一位尚未得到充分认可的巨人：查尔斯·巴贝奇。
直至今日，我们所打造的每一款处理器、每一套算法以及每一个人工智能模型之中，依然回响着他当年的思想。

查尔斯・巴贝奇常被视作计算机之父，早在第一只晶体管、硅芯片以及我们如今所熟知的二进制代码问世之前，查尔斯・巴贝奇就已经构想并完成了部分设计，打造出了如今我们公认的第一台通用计算机：分析机。
他是 18 世纪的一位博学家，所谓博学家，指精通多个不同学科领域，并且能够从复杂事物当中梳理思路、找出解决方案的人。
拿查尔斯本人来说，就连现代的航天机构都会很乐意聘用他：他身兼机械工程师、数学家与发明家，最为世人熟知的成就就是提出了可编程计算机的构想。


查尔斯・巴贝奇于 1791 年 12 月 26 日出生于伦敦一个富裕的家庭，他的父亲本杰明・巴贝奇是一家大型房地产公司的老板。
不幸的是，年仅8岁时他发起了高烧，于是他被送到埃克塞特附近的一所乡村学校读书。
后来，他就读于托特尼斯的爱德华六世国王文法学校，但他的身体状况再次变差，不得不请一名私人家庭教师辅导他。
之后，他进入米德尔塞克斯郡恩菲尔德的霍尔姆伍德学院学习。
1810年，19岁的巴贝奇进入剑桥大学开始学习。
由于此前他已经自学了数学的诸多领域，查尔斯对校内讲授的基础数学感到失望。
查尔斯·巴贝奇协助创立了分析学会，该学会致力于推广微积分的莱布尼茨记法，这是一套使用dx和dy表示各个变量无穷小增量的记法规范。


他同时也是幽灵俱乐部的成员，这是一个专门调查超自然事件的组织。
1812年，巴贝奇转入剑桥大学彼得豪斯学院，是校内数学成绩最顶尖的学生。
尽管如此，他毕业时并未取得荣誉学位，而是在1814年无需参加考试便获得了学位。
事实证明1814年对他来说是顺遂的一年，这一年他不仅从大学毕业，还和友人爱德华·瑞安一同迎娶了惠特莫尔家的一对姐妹，后来巴贝奇一共育有九个孩子。
查尔斯·巴贝奇在读大学期间协助创立的分析学会，很快就不再仅仅是一次校园范围内的尝试。
他与几位同事将法国数学家西尔维斯特·拉克鲁瓦撰写的微积分著作译成英文，之后予以出版。


但在求职择业方面，他的人生就没有那么顺遂了。他不断投递求职申请，却一次又一次遭到拒绝。1820年，巴贝奇协助创立了后来的英国皇家天文学会，以此扶持天文学研究，目标是统一天文计算的标准，同时推动相关数据的传播。

在查尔斯·巴贝奇所处的时代，“computers（计算员）”并非机器，而是。这些人员承担着枯燥且容易出错的计算工作，服务于航海、天文学、工程以及金融领域。查尔斯·巴贝奇认为这种计算方式效率极低，并且存在严重缺陷。他立下了一项极具开创性的目标：将计算机械化，消除人为计算错误，并实现精准数学用表的自动化编制。

正是在皇家天文学会任职期间，他开始在世界上崭露头角。他致力于寻找修正数学表格错误的方法，并研制出了“差分机”。1822年6月14日，他在一篇题为《论机械装置在天文与数学表格计算中的应用》的论文中向世人公布了这台机器。该机器可以运用一种叫作差分法的数学方法来计算多项式。学会认可了这一构想，政府也对此表示支持，并向他拨付了1500英镑。

1824年，他凭借能够计算数学与天文数表的“差分机”这一发明，荣获英国皇家天文学会金质奖章。有些人将查尔斯·巴贝奇视作现代计算机之父，因为他发明了首台可编程计算机，为日后研制更加复杂的计算机机型铺平了道路。

查尔斯抓住这一发现并继续深入开展研究，他把家中的一间屋子改造成作坊，亲手设计并制作每一件工具。他考察其他工业作坊并做好笔记，以此更加深入地了解生产制造流程。差分机大约由 25000 个零部件组成，重量超过 15 吨。这台机器的研制是一项浩大的工程，由齿轮、操纵杆构成，对精密工程技术有着极高的要求。
1832年，他发表了另一部著作，名为《论机器与制造业的经济》。
1827年，巴贝奇在父亲去世之后变得相当富有，他继承了大约10万英镑，这笔钱折合如今的英镑价值为781万英镑。


虽然早期的从教经历并不顺利，但在1828年至1839年间，查尔斯·巴贝奇担任剑桥大学卢卡斯数学教授，这是一个声望极高的职位。
尽管他对教学并不上心，但在此期间，他还是撰写了三本专题著作。
在此过程中，他对政治产生了相当浓厚的兴趣。他曾两次参选芬斯伯里自治区的议会议员，和他早年求职的经历一样，他在政治方面也算不上十分成功；1832年，他以500票的差距落败，在五名候选人当中位列第三。
1833年至1842年间，查尔斯·巴贝奇忙于研制一台机器。这台机器可以通过编程求解任意类型的方程，而不仅仅是多项式方程。它包含了日后奠定现代计算机的核心特性：顺序控制、条件分支、循环、存储器（巴贝奇称之为 “仓库”）以及中央处理器（巴贝奇称之为 “运算作坊”）。约瑟夫‑雅卡尔的可编程提花织布机启发了查尔斯・巴贝奇，该织布机使用穿孔卡片来输入数据与指令，这正是现代编程的早期雏形。
在造出这台机器之后，他着手研制另一台“差分机”，不过这一次他尝试大幅减少零部件的数量。1846‑1849年间他一直在开展这项工作。这台新机器如果研制完成，将仅使用8000个零部件。这在当时是闻所未闻的。

说起Ada Lovelace，她通常被视作第一位计算机程序员。她不仅读懂了查尔斯・巴贝奇宏大的构想，还写出了有据可考的首段用于机器执行的算法。
Ada在翻译的基础上增添了大量关于分析机的注释，这些注释的篇幅达到原文的三倍。
1843 年，这些注释以她的首字母缩写 “A.A.L.” 署名发表在一本英国期刊上。在这份内容详尽的文稿的 G 号注释中，阿达详细阐述了如何通过编写代码，让这台机器计算伯努利数。许多人认为这是首个面向机器的算法，也就是世界上第一个计算机程序。倘若分析机当年能够完整制造出来，Ada编写的代码就可以在这台机器上运行。


Ada Lovelace是拜伦勋爵这位著名诗人唯一的合法女儿，她的母亲安妮・伊莎贝拉・米尔班克・拜伦夫人天资聪颖，曾师从剑桥大学的前任教授，修习古典文学、哲学、自然科学，还有她尤为喜爱的数学。她的父亲拉尔夫・米尔班克爵士与朱迪思・米尔班克因相爱而结合，并将她抚养成人。这个关系紧密的家庭，深刻影响了伊莎贝拉对自己未来的期许。
而历史上著名的诗人拜伦是绰号 “疯杰克” 的约翰・拜伦上尉与其第二任妻子凯瑟琳・戈登的儿子，凯瑟琳・戈登是苏格兰国王詹姆斯一世的直系后裔与财产继承人，而约翰・拜伦挥霍掉了她的家产，直至 35 岁便早早离世。

小拜伦10岁时从叔祖父那里继承了拜伦男爵的头衔，他由患有精神分裂症、脾气暴躁的母亲以及一名性情刻薄的保姆抚养长大。
这些经历，再加上他右脚先天畸形造成跛行，在学校里饱受旁人嘲弄，或许致使他始终渴求关爱，这种渴求后来表现为他与多名男女发生风流韵事。

当他的抒情叙事史诗《哈罗德伯爵游记》前两版全部售罄之后，拜伦一举成为名人。几乎所有人的谈话话题都绕不开他，男人们嫉妒他，女人们则相互妒忌。上流名门纷纷向他敞开家门，所有人都欣赏这位性情奔放、行事古怪、言辞犀利的诗人。
1812年，伊莎贝拉在她表亲威廉·兰姆举办的一场宴会上结识了拜伦。兰姆夫人，也就是威廉的妻子，曾与这位诗人有过一段短暂的私情，而且丝毫没有加以掩饰，这桩丑闻震惊了整个英国社会。



拜伦被伊莎贝拉的谦逊与才智所吸引，几个月之内便向她求婚。但这位品行堕落的诗人起初对这位十分虔诚的姑娘并无好感，于是伊莎贝拉列举出他性格中的种种缺点，拒绝了他。
然而，二人始终对彼此心存好感。两年之后，在第二次订婚时，伊莎贝拉改变了主意。她坚信，“纠正他的言行，引导他走向美德”是自己的宗教使命。

拜伦夫人与这位性情反复无常、有暴力倾向且风流成性的诗人的婚姻短暂而充满矛盾，他们于1815年1月成婚，但这段婚姻毫无幸福可言。拜伦当时深陷严重的财务困境，性格至少可以说是喜怒无常，稍有一点刺激就会勃然大怒。他总是随身带着两把手枪和一支霰弹枪，因此当他扬言要杀死伊莎贝拉或者了结自己性命的时候，这种威胁听上去极具真实感。
他情绪阴郁，服用鸦片酊，开始酗酒。拜伦夫人担心丈夫快要精神失常了。在她身怀六甲的时候，拜伦传话到她的卧室，命令她不要再在吱呀作响的镶木地板上来回踱步，因为这噪音令他心烦。

1815年12月10日，拜伦夫人生下一名女婴，取名Augusta。拜伦对女儿的降生感到失望，因为他想要“一个出色的儿子来延续家族姓氏”。
这位幻想破灭的诗人继续债台高筑，拥有数段毫不加以掩饰的婚外情，并且对待妻子愈发冷酷粗暴；而妻子当时以拜伦家族有疯病遗传倾向为由，为他的这些行为开脱。


1816年1月，正当拜伦夫妇庆祝结婚一周年之际，拜伦致信妻子，建议她带着女儿尽快搬离他们位于伦敦皮卡迪利露台的租住屋。伊莎贝拉带着出生仅五周的女儿回到了位于柯比‑马洛里的父母家中，不久之后便提出离婚。在离婚诉讼过程中，她说出了自己的怀疑：拜伦勋爵与其同父异母的姐姐奥古斯塔·利存在乱伦关系，此外还有数段同性恋恋情。而在当时，同性恋属于违法行为。

在那个女性不得拥有财产、通常几乎没有法定权利的时代，伊莎贝拉成功争取到了女儿的抚养权。拜伦勋爵自知有错，并未争取做父亲的监护权利，但他要求自己的同父异母姐姐Augusta持续向他通报女儿的近况。
离婚之后，小Augusta被改名为Ada，安娜贝拉与艾达从此再也没有见过拜伦。
1816年4月，拜伦选择自愿流亡，逃离了英格兰，身后留下一段破碎的婚姻、数桩声名狼藉的风流韵事以及越积越多的债务。
他再也没有回来，此后Ada再也没有见过他。
Ada八岁那年，拜伦勋爵在希腊独立战争期间染病，于米索隆吉离世。
但他的阴影始终挥之不去，他扭曲乖张的性格渗透进这两位女性的生活。她们不得不坚强起来，抵御因与这个男人有所牵连而蒙受的污名。
乱伦与鸡奸的流言始终围绕着拜伦，不断成为人们茶余饭后的谈资。


伊莎贝拉告别了时髦的伦敦社交圈，转而交往的是那些沉闷乏味的教区牧师，以及定居于宁静乡间小镇、热衷于慈善事业的中年独身女性。
然而无论她们去往何处，都会遭到旁人的围观与指指点点。摆脱丈夫的姓氏所带来的耻辱，成了安娜贝拉毕生努力的目标，尽管母女二人都为自己和这位深受众多读者喜爱的诗人之间的联系而感到自豪。

拜伦夫人对科学、技术、工程与数学有着浓厚的兴趣，尤其热衷于天文学与数学，拜伦勋爵亲昵地称她为自己的“平行四边形公主”。
拜伦夫人做出了在19世纪英国贵族女性中并不常见的选择，她认为一套侧重逻辑与理性的严格课程，能够帮助女儿避开父亲身上的浪漫主义气质与喜怒无常的性情。于是，她为Ada制定了一套数理科学学习计划，从Ada4岁便开始实施，以此让她远离世俗杂念。这一决定对Ada的人生起到了关键作用，引领她建立了一段将改变历史的智力伙伴关系。

Ada Lovelace年纪尚幼时，就开启了众多富有创造力与发明精神的探索历程中的一段。她研究鸟类的身体构造，尝试研究各类材料，由此设想出一种带翅膀的飞行装置。在写给母亲的一封信中，她阐述了自己的构想：“我想出一个方案，制造一匹马形状的装置，内部安装一台蒸汽机，经过巧妙设计来驱动安装在马身外侧的一对巨大翅膀；当有人坐在它的背上时，这台装置就可以腾空飞起。”

这比威廉・亨森与约翰・斯特林费洛在 1842 年取得专利的气动蒸汽马车早了 15 年。但当年轻的Ada开始痴迷于星辰与骑马之后，她对飞行的兴趣便消退了。
拜伦夫人鼓励女儿发展兴趣，并安排当时维多利亚时代英国一些最杰出的学者来辅导阿达，例如社会改革家William Frend、家庭医生William King以及母亲的朋友Mary Somerville，她是苏格兰天文学家与数学家。Mary Somerville在助力海王星发现的相关计算工作中发挥了至关重要的作用，并且她与Caroline Herschel一同成为最早入选英国皇家天文学会的两位女性成员之一。事实上，正是Mary Somerville在1833年将Ada引荐给了查尔斯·巴贝奇。在观看了他所构想的差分机的部分模型演示之后，她产生了浓厚的兴趣。常被称作“计算机之父”的巴贝奇很快成为了她的导师。在作为巴贝奇门生期间，阿达着手翻译军事工程师Luigi Menabrea撰写的一篇文章，此人后来出任意大利首相，这篇文章详细介绍了巴贝奇构想中的理论机器分析机。尽管无论是差分机还是分析机，都没有在巴贝奇或是洛芙莱斯的有生之年被制造出来，但她围绕这些机器开展的开创性工作依旧成为她不朽的遗产。

阿达关于分析机的笔记至今仍备受推崇，这不仅是因为其精湛的技术见解，更源于其富有远见的特质。在那个女性常常被排除在学术探讨之外的时代，Ada凭借远超所处时代桎梏的才智留下了自己的印记。

然而，尽管取得了这些成就，她一生中大部分时间都相对默默无闻。这种状况一直持续到1953年。她关于计算的思想远远领先于所处的时代，将近过了一个世纪之后，科技发展才跟上了她的远见。Ada关于分析机的笔记于1843年首次发表时几乎没有引起什么关注；而当这些笔记被收录进

B.V.鲍登于1953年所著的《快于思维：数字计算机研讨会》一书之后，才获得了更加广泛的读者群体。
随着计算机科学在20世纪50年代逐步兴起，在数字时代，Ada重新获得了人们的认可。

20世纪70年代，美国国防部开始开发一种高级计算机编程语言，用以取代当时军方正在使用的众多编程语言。
1979年，美国海军指挥官Jack Cooper提议将这门新语言命名为“Ada”，以此向Ada Lovelace致敬，该提议获得了一致通过。
时至今日，Ada语言仍在全球范围内被广泛使用，为航空、医疗、交通运输、金融、基础设施以及航天等行业的实时系统提供技术支持。

但除了她在计算机科学领域所做出的具体贡献之外，Ada留给后世的遗产还有想象力。她没有局限于当下能够实现的事物，构想出其他人甚至根本无法设想的未来。从很多方面来看，她的思考方式和她父亲创作诗歌一样富有创造力。她能够对机器进行抽象思考，这为如今许多我们习以为常的技术进步奠定了基础，其中就包括人工智能以及机器学习。
Ada Lovelace设计出一种方法，让分析机可以重复执行一系列指令，这就是计算机领域首个有文献记载的循环。
Ada试图运用自己的数学与分析能力在赌博中占据优势，尤其是赛马赌博。尽管她设计出了复杂的数学方案，但这项尝试并不算成功。赌博的嗜好使得她的经济状况日益窘迫，她不得已偷偷变卖Lovelace家族的钻石。
查尔斯·狄更斯与Ada Lovelace是在19世纪30年代经由两人共同的熟人查尔斯·巴贝奇结识，这位数学家偶尔会参加这位作家在伦敦居所举办的聚会。
1852年，Ada正饱受子宫癌的折磨，这位著名的英国小说家前去探望卧病在床的友人。应Ada的请求，狄更斯朗读了其1848年广受好评的小说《Dombey and Son》中的一个著名片段，此时距离她离世仅三个月。
尽管艾达与父亲关系疏远，但她一生都对父亲及其作品抱有浓厚的兴趣。在她离世之后，遵照她本人的遗愿，她被安葬于英国哈克纳尔镇的抹大拉的圣马利亚教堂内的拜伦家族墓穴之中，她的灵柩与父亲的灵柩并排安放。

查尔斯·巴贝奇于1871年10月18日逝世，留下了影响深远的遗产，启发了包括卡尔·马克思、约翰·斯图尔特·密尔以及约翰·赫歇尔在内的众多发明家和哲学家。然而，他那台新式演算机仍属于未竟的事业，这台机器他始终没能制造出来。
巴贝奇失败的主要原因是他在19世纪20年代和30年代开拓以数字化方式做计算，这比机械技术的发展足以使制表机正常运作早了差不多五十年。
如果他在19世纪末再做同样的事情，结果将会完全不同。

二次大战之前，IBM慷慨捐赠的主要受益人是哈佛大学的一位研究者，霍华德H.艾肯(Howard Hathaway Aiken 1900-1973)。
1936年艾肯是理论物理专业的一名研究生，他的研究工作有关真空管的设计。为了进行他的博士论文，艾肯需要解决一系列的非线性微分等式。邻近的麻省理工学院的模拟机器如范那弗.布什(Vannevar Bush)的微分分析仪只适用于普通的微分等式，不可能解决非线性的等式。这一障碍促使艾肯给哈佛物理系提交了一份计划建造一台大规模的数字计算仪器的方案。

同时艾肯想造计算机的计划开始传遍了哈佛物理实验室，艾肯回忆道，有一个工程技术员来找他并对他说，他“看不出来为什么我要在物理实验室做这样一件事，因为我们已经有一台这样的机器却无人用它”。不知怎么回事的艾肯让这个技术员带他到储藏室，他看到巴贝奇计算机的残片放置在大约十八英寸平方面积的木制架子上。
       这个残片是前面提到的19世纪初的巴贝奇的儿子亨利1886年捐赠给哈佛大学的。亨利曾拆毁了他父亲的机器，但没有把所有的东西丢入熔化炉。他将计算机械中一组组的滑轮装在木制的展品架上。只有一套架子送到了国外给了哈佛大学的校长。
1886年哈佛正庆祝学校二百五十周年的生日，对，你没看错。哈佛大学于1636年创立，比美国建国还早100多年，亨利可能想到哈佛是他可以将巴贝奇的种子种在新世界的最肥沃的地方。
     这是艾肯第一次知道巴贝奇，艾肯被这些组件吸引了。当然巴贝奇的计算机械滑轮只是一些残片，它们无法被用于计算，而且建造它们所用的技术早就被现代计算机器所超过。但是对艾肯来说，它们是过去到现在的接力棒，有趣的是，他把自己看成是巴贝奇二十世纪的继承人。为了更多地了解巴贝奇，艾肯立即去了哈佛图书馆，得到了1864年出版的一本巴贝奇自传《一个学者的生平路程》（Passages from the Life of a Philosopher）, 艾肯读到：
      如果不被我的例子吓倒，任何人都可以按照不同的原理或通过简单的机械手段成功地建造一个使数学分析具体运作的机器。我不怕他把我的荣誉拿走，只要他单独可以充分了解我的发明及其价值。
     当艾肯读到这一段时他“感到巴贝奇在一个过去的时间里正亲自对他说话”。为了从IBM获得对他计算机的支助，艾肯经人介绍会见了IBM的总工程师杰姆士.巴斯(James Bryce)。巴斯立刻理解了艾肯计划的重要性，对艾肯幸运的是，巴斯比在莫罗公司的切斯受到他雇主更大的信任。巴斯顺利地使沃森支持这个项目，第一次就出了$15000元钱。接着在1937年12月，艾肯对他的计划做了修改，其中提到了某些巴贝奇的观点，尤其是用编好程序的提花机卡片来操纵机器的想法，把计划交给了IBM。这个计划是现存最早关于马克一型机的文件，其中仍然有些如艾肯从巴贝奇那里获得多少东西的问题。从设计和技术而言，回答是显然不多，但是就整个思想而言，艾肯可能获得了不少。


在艾肯第一次与IBM联系大约七年以后，1944年八月，一台IBM自动循序控制计算机正式在哈佛落成。
尽管哈佛马克一型机在计算机历史上是一个里程碑，但在电控机器出现之前它只有一个短暂的黄金时期。电控机器运转的更快，因为它们没有移动的部件。所有在30年代和40年代制造的电动计算机实际上都有这样的问题。哈佛马克一型机实际上很慢，一分钟仅做200次的运算。而艾肯喜欢宣称它比一个人工计算员快了一百倍，一天做成一个计算员六个月的计算工作。
哈佛马克一型机不仅技术上不够先进，而且在它建成后的十五年中没有做出什么非常有用的事。

但是哈佛马克一型机是培养早期计算机开拓者的沃土，例如霍珀（Grace Murray Hopper）和艾肯对欧洲早期计算机器的设计产生过重要的影响。在被战争拖累了的欧洲，当时电机还不是到处都有。
哈佛马克一型机真正的重要性在于它是计算机时代的象征，表示第一个真正自动化的计算机问世了。这件事的重要性已被科学界普遍承认，机器的诞生也是对巴贝奇一生成就的最后确认。1864年巴贝奇曾写道：“半世纪后有人不用我留下的这些东西就会尝试如此不知前景的任务”，尽管巴贝奇低估了需要多久才有人会做这件事的时间。
       就技术和速度而言，哈佛马克一型机可说是“巴贝奇的梦想成真”，但是如果巴贝奇能活着看到它，他不会太惊奇，因为哈佛马克一型机的技术能力和他在19世纪30年代设计的计算机非常相象，尤其在速度上，大概只比他设计的分析机快十倍。


2011年，英国的研究人员决定尝试制造出他的这台机器。虽然建造它将耗资数百万英镑，但人们认为这项工作十分值得。项目计划在2021年完工，这一年恰逢巴贝奇逝世150周年。以现代标准来看，这台计算机性能偏弱，内存仅相当于675字节，运行频率只有7赫兹，速度会极其缓慢。
尽管如此，对于一台比第一台现代计算机早一百年构思出来的设备而言，它已经相当厉害了，它有力证明了查尔斯·巴贝奇过人的巧思与非凡天赋。

查尔斯·巴贝奇的分析机实质上就是通用人工智能（AGI）的雏形：至少从理论上来说，这台机器能够完成所有可以设想出来的计算。如今，我们正处在有望实现通用人工智能的转折点上，重新回顾查尔斯·巴贝奇的探索历程，比以往任何时候都更具现实意义。他的研究促使我们必须直面一个问题：我们不仅要思考该如何制造机器，更要思考我们为何要制造机器。