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第5章 信息领域的故事(2)

风后是指南车发明人之一。他听了隶首的想法,接过隶首的话说:“我看今后记账、算账不用那么多的石片。只用一百个石片,就可顶十万八千数。”隶首忙问:“怎么个顶法?”风后叫隶首把红欧粟子全摘下来,又折下十根细竹棒,每根棒上穿上十颗,一连穿了十串,一并插在地上。风后说:“比如,今天猎队交回五只鹿,你就从竹棒上往上推五颗红欧粟子。明天再交回六只鹿,你就再往上推六颗。”

隶首说:“那不行!一根棒上只穿十颗,已经推上去五颗,再要往上推六颗,那就没有红欧粟子可推了。”风后说:“我问你,五个加六个是多少?”隶首说:“当然是十一个!”风后说:“对呀!你就该向前进一位。从颗数上看,只有两个。实际上是十一个数。再有,如果猎队交回九只鹿,那你怎么记算?再进一位;九个加十一个是多少?当然是二十个。从竹棒上的颗数看,只有两颗红欧粟子,实际上顶二十个数。就是说,每够十个数,每够一百个数,都要向前进一位。比如,再有猎队交回八十只鹿,那么怎么计算法?二十加八十,整一百数,再进位,竹棒子颗数就成为一个红欧粟子。实际上它顶一百个数。”

隶首又问:“进位后,怎么能记得下!”力牧接着说:“这好办,进位后,应划个记号。比如,十个数后边划个圈(10);一百个数后边划两个圈(100);一千个数后边划三个圈(1000);一万个数后边划四个圈(10000)。这就叫个、十、百、千、万。”

隶首明白了进位道理后,信心百倍增加。回家做了一个大泥盘子,把人们从龟肚子挖出来白色珍珠捡回来,给每颗上边打出眼。每十颗一穿,穿成一百个数的“算盘”。然后在上边写清位数;如十位、百位、千位、万位。从此,记数、算账再也用不着那么多的石片了。算盘,中华民族当代“计算机”的前身,五千年前就这样诞生了。随着时代不断前进,算盘不断得到改进,成为今天的“珠算”。特别是民间,当初认字人不多,但是,只要懂得了算盘的基本原理和操作规程,人人都会应用。

所以,算盘在古老中国民间很快广泛流传和被应用。知识点费波拿契比萨的列奥纳多,又称斐波那契(意大利数学家,西方第一个研究斐波那契数,并将现代书写数和乘数的位值表示法系统引入欧洲。早年随父在北非从师阿拉伯人习算,后又游历地中海沿岸诸国,回意大利后即写成《算经》,亦译作《算盘书》)。《算经》最大的功绩是系统介绍印度记数法,影响并改变了欧洲数学的面貌。现传《算经》是1228年的修订版,其中还引进了著名的“斐波那契数列”。

阿拉伯数字的故事

通常,我们把1、2、3、4……9、0称为“阿拉伯数字”。其实,这些数字并不是阿拉伯人创造的,它们最早产生于古代的印度。可是,人们为什么又把它们称为“阿拉伯数字”呢?说起来,这里还有一个小故事呢!

公元3世纪,印度的一位科学家巴格达发明了阿拉伯数字。最古的计数目大概至多到3,为了要设想“4”这个数字,就必须把2和2加起来,5是2加2加1,3这个数字是2加1得来的,大概较晚才出现了用手写的五指表示5这个数字和用双手的十指表示10这个数字。这个原则实际也是我们计算的基础。罗马的计数只有到Ⅴ(即5)的数字,Ⅹ(即10)以内的数字则由Ⅴ(5)和其他数字组合起来。Ⅹ是两个Ⅴ的组合,同一数字符号根据它与其他数字符号位置关系而具有不同的量。这样就开始有了数字位置的概念,在数学上这个重要的贡献应归于两河流域的古代居民,后来古巴比伦人在这个基础上加以改进,并发明了表达数字的1,2,3,4,5,6,7,8,9,0十个符号,这就成为我们今天记数的基础。8世纪印度出现了有零的符号的最老的刻版记录。当时称零为首那。

今日阿拉伯人公元500年前后,随着经济、文化以及佛教的兴起和发展,印度次大陆西北部的旁遮普地区的数学一直处于领先地位。天文学家阿叶彼海特在简化数字方面有了新的突破:他把数字记在一个个格子里,如果第一格里有一个符号,比如是一个代表1的圆点,那么第二格里的同样圆点就表示十,而第三格里的圆点就代表一百。这样,不仅是数字符号本身,而且是它们所在的位置次序也同样拥有了重要意义。以后,印度的学者又引出了作为零的符号。可以这么说,这些符号和表示方法是今天阿拉伯数字的老祖先了。

两百年后,团结在伊斯兰教下的阿拉伯人征服了周围的民族,建立了东起印度,西到西班牙的撒拉孙大帝国。后来,这个伊斯兰大帝国分裂成东、西两个国家。由于这两个国家的各代君王都奖励文化和艺术,所以两国的首都都非常繁荣,而其中特别繁华的是东都——巴格达,西来的希腊文化,东来的印度文化都汇集到这里来了。阿拉伯人将两种文化理解消化,从而创造了独特的阿拉伯文化。

大约七百年后,阿拉伯人征服了旁遮普地区,他们吃惊地发现:被征服地区的数学比他们先进。用什么方法可以将这些先进的数学也搬到阿拉伯去呢?

公元771年,印度北部的数学家被抓到了阿拉伯的巴格达,被迫给当地人传授新的数学符号和体系,以及印度式的计算方法(即我们现在用的计算法)。由于印度数字和印度计数法既简单又方便,其优点远远超过了其他的计算法,阿拉伯的学者们很愿意学习这些先进知识,商人们也乐于采用这种方法去做生意。

后来,阿拉伯人把这种数字传入西班牙。公元10世纪,又由教皇热尔贝·奥里亚克传到欧洲其他国家。公元1200年左右,欧洲的学者正式采用了这些符号和体系。至13世纪,在意大利比萨的数学家费波拿契的倡导下,普通欧洲人也开始采用阿拉伯数字,15世纪时这种现象已相当普遍。那时的阿拉伯数字的形状与现代的阿拉伯数字尚不完全相同,只是比较接近而已,为使它们变成今天的1、2、3、4、5、6、7、8、9、0的书写方式,又有许多数学家花费了不少心血。

阿拉伯数字起源于印度,但却是经由阿拉伯人传向西方的,这就是它们后来被称为阿拉伯数字的原因。

摩尔斯与电报

发明实用电磁电报机的人,既不是物理学家,也不是工程师,而是一位画家,是一位从41岁才开始学习电学和机械知识的外行人。

他就是美国著名画家、发明家萨缪尔·摩尔斯。可是,一个外行人怎么会成为电报机的发明人呢?

发明电报的摩尔斯1832年10月1日的傍晚,“萨丽”号邮客轮满载着货物和旅客从法国拉弗尔港起锚,向目的地美国纽约港驶去。轮船在充满凉意的秋风中平稳地驶出多佛尔海峡,它将用十天的时间横渡大西洋,到达目的地纽约。

海上凉气逼人。一些人只能躲在狭小的船舱里打牌、交谈,百无聊赖,恨不得立刻插上双翅飞过大西洋去。然而来自美国的著名画家摩尔斯先生正在忙于挥笔作画,杰克逊博士也在整理他的笔记,上等舱里的这二位老兄倒显得很充实。

晚餐的时间到了,摩尔斯先生和杰克逊博士放下手中的笔到餐厅用餐。精美的菜肴使人们的情绪顿时活跃起来。就在这时,刚从巴黎电学讨论会归来的青年医生杰克逊,正在餐桌上大讲安培电学研究的新发现。

杰克逊出众的演讲才能,加上电学新发现的奇特,一下子吸引了所有旅客的注意。大家仿佛不是在用餐,而是听杰克逊的科学演讲。杰克逊给人们留下了深刻的印象。

几天之后,应几名旅客的要求,杰克逊干脆在餐厅里开起有关电磁学的科学普及讲座来了,大家说这样会觉得时间打发得更快些。

摩尔斯带着画夹子,也来到餐厅为大家画速写。画着画着,摩尔斯也被杰克逊关于电学发展史的演讲吸引过去了。

杰克逊讲起了电学家们以身体作测量电的仪器而被电打得哇哇叫,讲起富兰克林捕捉雷电实验时的幸运和里奇曼死于雷电实验的不幸,引起人们的莫大兴趣。杰克逊介绍了奥斯特在课堂上发现电流的磁效应时急切盼望下课的心情,以及学生们对奥斯特讲课内容不知所云的疑惑,还有巴黎女士们兴起避雷针式帽子时髦之风的由来……画家摩尔斯也被杰克逊吸引住了,他从来就不知道人类世间还有如此美妙的生活世界。他以为除了米开朗基罗、拉斐尔和提香的艺术生活值得羡慕外,其他生活都是平淡无奇的。

杰克逊如数家珍地演讲,让摩尔斯感到四十多年从事画画的生活有多平淡,他有些坐不住了。摩尔斯从小就是一个好奇心极强的孩子,19岁毕业于耶鲁大学时,获得的是法学博士学位,后来却以卖画为生。直到他成为全美美术学会主席以后,还经常漫游欧洲。在他看来,生活总像是一次没有港湾的远航。

杰克逊在最后一次演讲中的一段话,改变了摩尔斯的后半生。杰克逊说:“可以预言,在不久的将来,科学技术就将产生出奇迹,我们的生活就将为之改观。只有从事科学技术研究的生活,才是真正的、充实的生活……”

邮客轮驶入哈得逊河时,摩尔斯还在回味杰克逊的话语。杰克逊万万没有想到自己的航行演讲,竟深深打动了他素不相识的41岁画家摩尔斯的心。使摩尔斯对电学产生了极大兴趣,唤起了他对电学知识应用前景的丰富想象。

“萨丽”号邮客轮停靠长岛码头的时候,摩尔斯决定告别艺术,投身到科学领域中去。他在写生簿上端端正正地写下了“电报”两个大字。登上码头的摩尔斯已经不再是美国著名画家了,而是电磁学理论的初学者、有线电报机的未来发明人。

可以想象,摩尔斯要想完成这样的伟大使命是异常艰巨的。他投身到科学领域时已经四十多岁了。如果丢掉美术,专门从事电报机研究,收入就没有了,有什么人能饿着肚皮去搞发明创造呢?况且,他对电学知识又几乎等于零呢!为了解决吃饭问题,他到纽约大学当美术教授。没有电学知识,就从零开始学习。他拜美国电学家亨利为师,把授课以外的时间全都用在学习和研究上。

很快,摩尔斯就制造了一块电磁铁,发明了一种“继电器”。这种继电器可以解决远距离送电的微弱问题,这一发明增强了摩尔斯的信心。他这个电学迷到处搜罗有关电学研究的书籍,潜心钻研,写下了一本又一本学习笔记。他把画室变成了实验室,画架上摆满了电线、电池。堆放画布的地方成了存放木工和铁工各种工具的仓库。上帝给予成功者的机会是公平的,摩尔斯逐渐掌握了有关的电学知识,掌握了制造电报机所必备的手工技艺。

这时,亨利提出了电报原理,对摩尔斯启发很大。亨利用电磁铁做成电铃,可以把信号传送到16千米远的地方。实际上,这就是“电磁音响式电报机”的最早雏形。摩尔斯决定采用亨利的原理,进行深入实验。

三年过去了,摩尔斯的电报机没有制造出来,积蓄几乎全部花完,这位业余电报机发明家已经到进退维谷的地步了。

失败只能使懦夫退却,并没有使摩尔斯气馁,他变得冷静了,也更加成熟了。多少个不眠之夜,摩尔斯在考虑解决问题的办法。他所期望的一天终于来到了,摩尔斯悟出了科学真谛,他在科学笔记上充满信心地写道:

“电流是神速的,如果它能够不停顿地走10英里(约为16千米),我就让它走遍全世界。电火花是一种信号,没有电火花是另一种信号,时间间隔也是一种信号,用这三种信号的不同组合代表不同的字母、数字,就能够把信息通过电线传到另外一个地方去。这样,能够把消息传到远方的崭新工具就可以实现了。”

至此,摩尔斯解决了电报机最棘手的难题:电码软件与电磁硬件的匹配问题。它要求电码软件简单易操作,同时信息容量大。在这一道既简又繁的陡坡前,与摩尔斯一同冲击电报机研制难关的英国著名物理学家惠斯顿、法国物理学家库尔和德国发明家斯泰因海尔,尽管也各自独立地发明了电报装置,但相比之下,摩尔斯的电报机更实用,更具有强大的生命力。

在电磁效应的装置上,用的是点、划及时间间隔来表达电码内容的。这就是我们听到的“答、滴,滴、答”的电报之歌。

为了设计和制造这种新装置,摩尔斯邀请了一位有机械才能的青年维尔,同他投入紧张的研制工作。经过一年多的努力,摩尔斯终于研制成功了一台传递电码的装置,摩尔斯把它叫做电报机。这部机器可真神通,能够在500米以内的范围有效的工作。只要在传递线路上加上一个继电器就解决了电流衰减问题,电报机进入了实用化阶段,开创了人类通讯的新纪元。

摩尔斯式继电器人工电报机电报机的成功,摩尔斯并不满足,他打算修建一条很长距离的实验电报线,最好能够连接两个城市。然而,这时的发明家已经是囊空如洗,一无所有了,只好向美国国会申请3万美元的实验经费,摩尔斯为此费了长达5年的周折。然而,技术的进步是任何力量阻挡不住的,凡是为人类造福的发明必将会受到社会的尊重。1843年,美国国会批准了建造第一条长距离电报线路的拨款。经过两年多的艰苦施工,摩尔斯和同伴终于建成了连接华盛顿和巴尔的摩城长达60多千米的实验电报线路。

1844年5月24日,摩尔斯用一连串的点、划(今天人们仍在使用摩尔斯点划式电码),成功地发出了电文,实现了第一次通话。

1851年,摩尔斯电报系统首先应用于铁路。

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