霍华德·艾肯：驾驭电流的巨灵

霍华德·海瑟维·艾肯 (Howard Hathaway Aiken) 是一位物理学家、工程师与先驱，他更像是一位来自工业时代的魔法师，试图用齿轮、凸轮和电线的交响乐，为机器注入逻辑的灵魂。他并非数字时代的原住民，而是那个宏伟的、以钢铁和蒸汽为荣的机械时代的最后一位巨匠。艾肯的伟大之处，在于他用第二次世界大战的紧迫需求作燃料，将查尔斯·巴贝奇在一百年前播下的、几乎被遗忘的梦想种子，催生为一头真实存在的、重达五吨的钢铁巨兽——哈佛马克一号。这台机器以其无休止的“咔哒”声，宣告了一个新纪元的到来：人类不再仅仅制造能代替体力的工具，而是开始创造能延伸智力的伙伴。艾肯的故事，是连接维多利亚时代机械梦与未来信息高速公路的一座至关重要的桥梁。

故事的起点并非在艾肯身上，而是在一个世纪前，维多利亚时代的伦敦。在那里，一位名叫查尔斯·巴贝奇的数学天才梦想着用黄铜齿轮构建一台可以自动计算复杂数学表的“分析机”。那是一个超越了时代的构想，一个用精密机械模拟思维的宏伟蓝图。然而，由于技术和资金的限制，巴贝奇的机器最终只停留在图纸和零散的部件上，成为工业革命时代一个壮丽而未竟的传说。 时间快进到20世纪30年代的美国。霍华德·艾肯，一位正在哈佛大学攻读物理学博士的坚毅学者，正被繁重而枯燥的计算工作所困扰。他需要为自己的论文求解一系列复杂的非线性微分方程，这项任务需要耗费数月甚至数年的人工计算，每一步都充满了出错的可能。艾肯的性格中有一种工程师特有的务实与不耐烦，他坚信：“一定有更好的办法。” 正是在这种对枯燥计算的极度厌恶中，艾肯开始构思一台能够自动执行一长串计算任务的机器。他最初的设想，是利用当时现有的商用计算器零件，将它们用某种方式连接起来，实现程序的自动化。他并不知道，自己正踏上与巴贝奇一个世纪前完全相同的思想路径。直到1937年，当他撰写了一份长达22页的计划书，提议建造一台“自动序列控制计算机”时，他才在哈佛大学同事的指点下，偶然发现了巴贝奇那些被尘封的笔记和模型。 那一刻，艾肯想必感到了巨大的震撼与共鸣。他发现自己并非孤身一人，那个伟大的梦想早已有人点燃过。巴贝奇的失败没有让他退缩，反而更坚定了他完成这项事业的决心。巴贝奇的分析机是纯粹的机械奇迹，依靠蒸汽驱动；而艾肯身处电气时代，他手中握有新的魔法——电力。他计划用继电器——一种通过电流控制的机械开关——作为机器的神经元，用纸带上的孔洞作为指令，用电信号驱动机械部件运转。他要做的，就是将巴贝-奇的机械大脑，用电流重新唤醒。

一个伟大的想法需要一个强大的支持者才能变为现实。艾肯带着他的计划书，敲响了当时商业机器领域的泰斗——IBM (国际商业机器公司) 的大门。迎接他的是IBM传奇的创始人，托马斯·J·沃森 (Thomas J. Watson, Sr.)。沃森是一位远见卓识的企业家，他从艾肯的构想中嗅到了未来的气息。尽管IBM的工程师们对这个“异想天开”的项目持怀疑态度，但沃森被艾肯的激情和自信所打动，他大手一挥，不仅批准了项目，还派出了IBM最优秀的工程师团队，由克莱尔·莱克 (Clair Lake) 领导，并承诺提供一百万美元的巨额资金。 于是，一场跨越学术界与产业界的伟大合作开始了。从1939年起，在IBM位于纽约恩迪科特的工厂里，一场前所未有的工程奇迹正在悄然上演。艾肯负责总体设计和理论构想，而IBM的工程师们则负责将这些构想转化为精密的硬件。这台后来被称为“哈佛马克一号”或“自动序列控制计算机” (ASCC) 的机器，堪称工业美学的巅峰之作。 想象一下这头钢铁巨兽的模样：

• 庞大的身躯： 它长约15.5米，高2.4米，像一列静止的火车车厢。它的体重接近5吨，内部包含了超过76.5万个独立零件，连接它们的电线总长度超过800公里，足以从北京铺设到济南。
• 机械的心脏： 它的核心是数千个继电器。当机器运行时，这些继电器以每秒数次的频率开合，发出的“咔哒、咔哒”声汇成一片持续不断的、如同暴雨般的交响乐。在场的人形容，与马克一号共处一室，就像“生活在一间满是织布机的房间里”。
• 思想的载体： 它的指令并非存储在内部，而是通过一条24通道的穿孔卡片纸带输入。纸带上的每一个孔洞组合都代表一条指令，机器按照纸带的顺序依次读取并执行。这赋予了它前所未有的灵活性——只要更换纸带，就能让它执行全新的任务。这正是“程序控制”思想的第一次大规模实现。

这台机器是机械时代的终极产物，它用齿轮的精密啮合实现了乘法和除法，用继电器的开合执行加减与逻辑判断。它的每一次运算，都是一次物理世界的真实运动，看得见，听得着。它每秒能完成约3次加法或减法，一次乘法需要6秒，而一次除法需要15.3秒。以今天的标准来看，这比最便宜的计算器还要慢上亿万倍，但在那个时代，它相当于拥有了一支数百人规模、不知疲倦、绝对精准的数学家团队。

1944年2月，这台庞然大物被小心翼翼地拆解，从纽约运往它最终的归宿——哈佛大学。它被安装在一间专门建造的房间里，并由海军正式启用。此时，第二次世界大战正进行到最关键的阶段，马克一号立刻被投入到紧张的军事计算中。 它的第一个任务是为海军舰船局计算极其复杂的数学表，用于火炮弹道、扫雷和导航。这些过去需要数月人工计算才能完成的工作，马克一号只需几天就能给出结果。它夜以继日地运转，房间里持续不断的“咔哒”声，仿佛是战争机器心脏的跳动。 正是在这里，马克一号迎来了它最著名的程序员之一——格蕾丝·霍珀 (Grace Hopper)。这位拥有耶鲁大学数学博士学位的海军中尉，以其非凡的才智和幽默感，成为了这台复杂机器的驾驭者。她和她的团队为马克一号编写了大量的程序，解决了从海军后勤到气象预测的各种难题。 其中一个最关键且最机密任务，与当时正在秘密进行的曼哈顿计划有关。马克一号被用于计算原子弹内爆过程中的关键数据。物理学家约翰·冯·诺依曼 (John von Neumann) 亲自来到哈佛，将复杂的方程式交给霍珀的团队，马克一号的计算结果，为第一颗原子弹的成功引爆提供了重要的理论支持。 在马克一号的日常运行中，还诞生了一个流传至今的计算机术语。1947年9月的一天，机器突然停止工作。经过仔细排查，霍珀和她的同事们发现，故障的原因是一只飞蛾被夹在了第70号继电器的触点之间，导致电路中断。他们小心翼翼地将这只蛾子取下，并贴在了工作日志上，旁边标注着：“First actual case of bug being found.” (发现的第一个真实‘虫子’的案例)。从此，“bug”（程序错误）和“debugging”（调试）便成了计算机领域的行话，这个充满趣味的故事，也为冰冷的机器增添了一丝人性的温度。

马克一号的成功，本应是艾肯与IBM合作的巅峰。然而，在一场盛大的揭幕仪式上，这场伟大的合作却走向了破裂。1944年8月7日，哈佛大学为马克一号举行了正式的献礼仪式。在对媒体发布的新闻稿中，哈佛大学将艾肯列为唯一的发明人，几乎没有提及IBM及其工程师团队的巨大贡献。 这彻底激怒了自尊心极强的托马斯·沃森。在沃森看来，IBM投入了金钱、技术和最优秀的人才，这台机器是双方共同的结晶。而艾肯则认为，这台机器的核心思想源于他，IBM只是一个“承包商”，负责实现他的蓝图。在揭幕晚宴上，两位巨人爆发了激烈的冲突。据说，沃森愤怒地表示，IBM再也不会与艾肯合作，并将所有与马克一号相关的技术资料列为公司机密。 这场“世纪分手”标志着一个时代的转折点。艾肯继续在哈佛建造了马克二号、三号和四号，但他坚持使用相对可靠但速度缓慢的继电器技术。而与此同时，一个全新的、更迅猛的技术浪潮已经席卷而来。就在马克一号揭幕后不久，在宾夕法尼亚大学，另一台名为ENIAC (电子数字积分计算机) 的机器正在秘密建造中。与马克一号不同，ENIAC完全抛弃了机械继电器，转而使用速度快上千倍的真空电子管。 ENIAC的出现，宣告了机电计算时代的终结和电子计算时代的黎明。它没有马克一号那种震撼人心的“咔哒”声，运算在无声的电流中瞬间完成。艾肯的钢铁巨兽，几乎在诞生的那一刻，就已经注定要被历史超越。

霍华德·艾肯的遗产是什么？如果仅从机器本身来看，马克一号是一座宏伟但短暂的纪念碑。它在历史舞台上活跃了16年，于1959年光荣退役，其部分组件被保存在史密森尼学会和哈佛大学。它笨重、缓慢，很快就被更小、更快、更强大的电子计算机所取代。 然而，艾肯的真正贡献远不止于此。他如同“计算世界的最后一位罗马人”，用旧时代最精湛的技艺，修建了一座通往新世界的宏伟渡槽。虽然人们很快就学会了用更先进的方式引水，但正是这座渡槽，第一次让世人真切地看到了“自动计算”的巨大力量。 他的遗产体现在以下几个方面：

1. 梦想的实现者： 他将巴贝奇尘封百年的梦想变为了物理现实。他证明了建造一台大型、通用、程序控制的计算设备是完全可行的，这极大地鼓舞了后来的所有计算机先驱。
2. 学术的奠基人： 艾肯在哈佛大学创立了美国第一个计算机科学的研究生课程。他培养了整整一代计算机领域的早期人才，包括格蕾丝·霍珀。他将计算机从一个纯粹的工程项目，提升为一个值得深入研究的学术领域。
3. “计算机”一词的普及者： 尽管他本人更喜欢称自己的机器为“计算器” (Calculator)，但他和马克一号的巨大成功，让“Computer”这个词汇开始被公众和科学界广泛接受，用来指代这种新型的、强大的信息处理工具。

霍华德·艾肯是一位性格复杂的人物，他固执、权威，甚至有些专断，但他也是一位不折不扣的远见家和实干家。他用钢铁和电流谱写的序曲，虽然很快被电子乐章的洪流所淹没，但正是这声雄浑的、响彻世界的“咔哒”，宣告了人类智力延伸的伟大航程，正式启航。他没有发明未来，但他用尽一个时代的全部力量，亲手将未来带到了我们面前。