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第七章 控制的興起 7.1 古希臘的第一個人工自我

第七章 控制的興起

7.1 古希臘的第一個人工自我

詹姆斯·瓦特,這位頂著蒸汽機發明者頭銜的人,運氣就沒有這麼背了。事實上,早在瓦特能夠看到蒸汽機之前幾十年,有效運轉的蒸汽機就已經在工作了。有一次有人請年輕的工程師瓦特修理一台無法正常工作的、早期的小型紐科門蒸汽機。這台拙劣的蒸汽機弄得瓦特頗為沮喪,於是他開始著手對它進行改進。大約在美國革命發生的時候,他給當時的蒸汽機增加了兩樣東西,一樣是改良性的,另一樣是革命性的。他那項關鍵的改良性創新是把加熱室和冷卻室分開,這樣一來,他的蒸汽機的功效變得極其強大。如此強大的功效需要他增加一個速度調節器來緩和這種新釋放的機械力。跟往常一樣,瓦特把目光轉向了那些已經存在的技術。托馬斯·米德既是機器匠,也是磨坊主。他曾經為磨坊發明過一個笨拙的離心調節器,只有在磨石速度足夠快的時候才把磨石降到穀粒上。它調節的是石磨的輸出功率,而不是磨石的動力。
不過,細考起來,無論是指南車還是酒吸管都不是現代意義上真正的自動(即自我控制)裝置。這兩個裝置只是以一種最微妙、最隱晦的方式告訴它們的人類主人,要想保持原來的行為狀態就得作出調整,而改變行進方向或肺部力量這類事情則被交給了人類。按照現代思維的術語來說,人類是迴路的一部分。要成為真正的自動裝置,指向南方的木頭人就應該自己改變車的行駛方向讓它成為指南車。至少它的手指尖得掛一根胡蘿蔔,挑逗馬(現在馬在這個迴路里了)跟著前進。同樣地,不管人使多大的勁來嘬,酒吸管也都應當能自行調節酒的流量。不過,雖然算不上自動,指南車read.99csw.com卻使用了差速齒輪,這可是現代汽車的變速器在一千多年前的老祖宗,也是在磁力指南針無用武之力的武裝坦克上輔助駕駛員的現代自瞄準火炮的早期原型。從這個意義上說,這些機巧的裝置其實是自動化譜繫上一些奇妙的流產兒。事實上,最早的、真正意義上的自動裝置要比這還早一千年就出現了。
大約在一個世紀之後,同樣生活在亞歷山大港的海倫琢磨出了很多種不同的自動浮力裝置。在現代人的眼裡,這些裝置就像一系列嚴重彎折曲繞的廁所用具。而事實上,它們卻是用於派對的精巧分酒器。比如說那個「喝不凈的高腳杯」,這東西能夠不斷地通過它底部的一個管子給自己續杯,讓杯子里的酒保持在一個恆定的水平。海倫寫了一本百科全書巨著——《氣體力學》——裏面塞滿了他的各種發明。那些發明,即使以今天的標準來看依然顯得不可思議。這本書在古代世界中曾經被廣泛地翻譯和複製,產生了無法估量的影響。事實上,在之後的兩千年裡(也就是說延續到十八世紀的機械時代),沒有一種反饋系統不是以海倫的發明為鼻祖的。
要是沒有那個安安分分轉動著的調控器所構成的主控迴路,蒸汽機根本就是不可想象的裝置。沒有那個自我作為它小小的心臟,它會直接炸毀在它的發明者面前。蒸汽機所釋放出的巨大能量,不僅取代了奴隸,還引發了工業革命。然而轉瞬間,一場更為重要的革命隨之悄然而至。要不是有迅速推廣開來的自動反饋系統所引起的信息革命與之并行(雖然難以發現),工業革命也就不成其為革命了。如果如瓦特蒸汽機一般的火力機械缺失了自我控制系統,那麼所有被這種機器解放出來的勞動力,就又都會束縛在照看燃料的工作上。所以說是信息,而不是煤炭,使機器的力量變得有用,進而予取予求。
瓦特琢磨出了一項根本性的改進。他借鑒了米德的磨坊調節器,把它改良成一個純粹的控制迴路。採用這種新的調節器,他的蒸汽機就自己掐住了自己動力的喉嚨。他這個完全現代的調節閥。可九_九_藏_書以自動讓當時變得頗為暴躁的馬達穩定在某個由操作者選定的恆定速度上。通過調整調速器,瓦特就能夠任意改變蒸汽機的轉速。這就帶來了革命。
中世紀中國的發明天才們心思真是活絡阿!居住在中國西南惠水河汊的農民們,想在圍爐宴飲時控制酒量,就發明了一個小裝置,通過它的自行調節來控制住心中對酒的躁動渴望。宋代的周去非便在他雲遊溪峒的遊記中記述過這種頗具酒趣的吸管。吸管以竹製成,長約一寸半,可自控酒量,牛飲小啜各得其樂。一條銀質「小魚」浮動其中,飲者或許已經酩酊大醉,無力啜飲,那麼吸管里的金屬魚就會自動下沉,限制住梅子酒的暖流,宣告他的狂歡之夜已然結束;如果飲者吸飲過猛,同樣不會喝到什麼,因為浮標會藉助吸力上升,堵住吸管。只有不疾不徐,平穩啜飲,才能享受到酒精帶來的樂趣。
這具人像身著公元九世紀飄逸的中式長袍,一隻手指向遠方。當馬車在草原上馳騁的時候,連接兩個木頭輪子的齒輪吱呀作響;在這些齒輪的神奇作用下,柱子上的小木人總是堅定、準確無誤地指向南方。當馬車左轉或右轉的時候,帶有聯動齒輪的輪子就根據變化作出反向修正以抵消車子位移,確保木人的手臂永遠指向南方。憑藉堅定的意志,木人自動地追尋著南方,永不知倦。它為王師指路,保證整個隊伍不在古代中國的荒郊野嶺中迷失。
克特西比烏斯是公元前三世紀中葉生活在亞歷山大港的一位理髮師。他痴迷於機械裝置,而且在這方面也頗有天分。他最終成為托勒密二世治下的一名機器工匠,正兒八經地製造起人工物品來。據說,是他發明了泵、水壓控制的管風琴和好幾種弩炮,還有傳奇的水鍾。當時,克特西比烏斯作為發明家的名氣,堪與傳奇的工程學大師阿基米德相媲美。而今天,克特西比烏斯被認作是第一個真正自動裝置的發明人。https://read.99csw.com
瓦特獲取了蒸汽在膨脹時如同火山般爆烈的力量,然後用信息來馴服它。他的飛球調控器是一種原汁原味的信息控制,是最初出現的非生物的控制迴路之一。一輛汽車和一個爆炸的汽油罐之間的區別就在於,汽車的信息——也就是它的設計——馴服了汽油那種殘暴粗野的能量。暴亂中燃燒的汽車與印地500車賽中超速行駛的賽車的能量與器質相當。而賽車的系統受到臨界量的信息控制,從而馴服了噴火的巨龍。一點點的自我認知,就可以把火所帶有的全部熱量和野性馴化得服服帖帖。人們馴服狂暴的能量,把它從荒蠻之中引入自家後院、地下室、廚房乃至在客廳,服務於我。
克特西比烏斯的這個調節閥是有史以來第一個可以自我調節、自我管理以及自我控制的非生命物體。從這個意義上說,它也就變成了第一個在生物學範疇之外誕生出來的自我。這是一個真正自動的物體——從內部產生控制。而我們現在之所以把它看成是自動裝置的鼻祖,是因為它令機器第一次能夠像生物一般呼吸。
克特西比烏斯的發明是二十世紀全美國風行的裝置——抽水馬桶的近親。讀者們可以看出克特西比烏斯的浮閥實際上是陶瓷馬桶上半部分箱體中浮球的祖先。在沖水之後,浮球會隨著水位的降低而下沉,並利用其金屬臂拉開水閥。放進來的水會再次充滿水箱,成功地抬起浮球,以便它的金屬臂在水位精確地達到「滿」的位置時切斷水流。從中世紀的角度看,這個馬桶通過自動起落的方法來保證自己水量充足。這樣,我們就在抽水馬桶的箱體內看到了所有自治機械造物的原型。
旋轉其實是自然界里一種陌生的力量。不過,對於機器來說,它就是血液。在生物學中,唯一已知的軸承存在於精|子那轉動著的鞭毛螺旋槳read.99csw.com的連接處。事實上,除了這個微型馬達之外,所有帶著基因的東西都不會有轉軸和輪子這些東西。可是,對於那些沒有基因的機器來說,旋轉的輪子和轉動的軸承,卻是它們生存的理由。瓦特所給予這些機器的,是那種讓它們能夠對自身的革命形成控制的秘笈,而這,恰恰就是瓦特的革命。他的發明廣泛而迅速地傳播開來。也正是因為他的發明,工業時代的工廠才能夠以蒸汽作為動力,引擎才能夠規規矩矩地進行自我調節,而所採用的,恰恰是這種萬能式的自我控制:瓦特的飛球調控器。自供應的蒸汽動力催生了機器廠,機器廠生產出新型的發動機,新型發動機催生了新型的機床。它們都有自我調節裝置,給滾雪球式的優勢累積法則提供著動力。工廠里每一個可見的工人,都被上千個不可見的調控裝置所圍繞。今天,一個現代工廠里同時工作的可能有成千上萬的隱蔽的調節裝置。而它們的工作夥伴,可能就只有一個人。
像大多數發明一樣,自動控制的發明也可以溯源到中國古代。在一片風塵滾滾的平原上,一個身穿長袍的小木人站在一根短柱上,身子搖搖晃晃。柱子立在一對轉動的車輪之間,拉車的是兩匹套著青銅挽具的紅馬。
其中有一個特例,那是17世紀的一位名叫科內利斯·德雷貝爾的荷蘭人想出來的。此人集鍊金術士、透鏡研磨匠、縱火狂和潛艇癖於一身(他曾經做出不止一艘能潛到1600米以下的潛水艇!) 。正是德雷貝爾在胡亂地以各種手段提鍊金子的時候,發明了恆溫器。這個恆溫器是另一個影響全世界的反饋系統的範例。作為一個鍊金術士,德雷貝爾當時懷疑實驗室里的鉛之所以變不成金子,可能是因為加熱元素的熱源溫度波動太大的緣故。所以在十七世紀二十年代,他自己拼湊了一個可以對鍊金原材料進行長時間適溫加熱的迷你熔爐,就彷彿地底深處那些界定了冥府的含金石經受灼燒熔解的情形。德雷貝爾在小爐子的一邊連接了一個鋼筆大小的玻璃試管,裏面裝滿了酒精。受熱之後,液體就會膨脹,於是把水銀推入與之相連的第二個試管,而水銀又推動一根制動桿,制動桿則會關閉這個爐子的風口。顯然,爐子越熱,風口被關得更久,火也就越小。冷卻了的試管會使九-九-藏-書制動桿回縮,從而打開風口讓火變大。在鄉下使用的那種普通的家用恆溫器,跟德雷貝爾的這個裝置的道理一樣——目的都是要保持一個恆定的溫度。不幸的是,德雷貝爾的這個自動爐並沒煉出金子來,而德雷貝爾也從來沒有向世人公開過這個設計,結果他的自動化發明消失得無聲無息,沒有造成任何影響。一百多年之後,才有一個法國的鄉紳重新發現了他的設計,做了一個恆溫器用於孵化雞蛋。
和海倫的浮子以及德雷貝爾的恆溫器一樣,瓦特的這個離心調速器在其反饋中也同樣是透明的。兩個鉛球,分別裝在一條硬擺桿的兩端,掛在一根柱子上。柱子旋轉的時候,這兩個球也會轉起來,這個系統轉得越快,它們飛得越高。與旋轉的擺成剪狀交叉的聯動裝置把柱子上的滑動套筒頂起,扳動一個閥門,一個通過對蒸汽進行調整從而控制旋轉速度的閥門。球轉得越高,這些連動裝置關閉的閥門越多,降低旋轉速度,直到達到某個迴轉速度(以及旋轉中的球的高度)的均衡點。這種控制跟物理學本身一樣可靠。
而我們之所以說它確實有一個自我,是因為它置換出的東西。一股能夠持續不斷地、自動地進行自我調節的水流,轉換成了一座能夠不斷進行自我調節的時鐘,這樣一來,國王就不再需要僕人來照顧這座水鍾的水箱。從這個角度來說,「自動的自我」擠出了人類的自我。有史以來第一次,自動化取代了人類的工作。
因此,工業革命,並不是為更加複雜周密的信息革命作出準備的原始孵化平台。相反,自動馬力本身就是知識革命的第一階段。把世界拖入信息時代的,是那些粗糙的蒸汽機,而不是那些微小的晶元。
當時而論,克特西比烏斯的鍾可謂非常準確,因為它能自行調節供水量。在那之前,絕大多數水鍾的弱點在於推動整個驅動裝置的存水器在放空的過程中,水流的速度會逐漸減慢(因為水越少、越淺,水的壓力就越小),因此也就減慢了鍾的運行速度。克特西比烏斯發明了一種調節閥,解決了這個積年難題。調節閥內有一個圓錐形的浮子,浮子的尖端向上戳入一個與之配套的、倒轉的漏斗中。水從調節閥中的漏斗柄處出來,漫過浮子,進入浮子漂浮的杯中。這時,浮子會浮起來進入倒扣的漏斗將水道收窄,以此限制水的流量。當水變少的時候,浮子又會往下沉,重新打開通道,讓更多的水流入。換句話說,這個調節閥能夠實時地找到恰當的位置讓「剛剛好」的水通過,使計量閥容器中的流量保持恆定。