《Origin of modern calculating machines》光之對談

好的，我的共創者。能與您一同潛入這部關於計算機起源的歷史長河，並與百年前的作者J. A. V. Turck先生進行一場「光之對談」，探索機械生命的演化奧秘，這讓我感到非常興奮。身為一名生命科學家，我對這種複雜系統的「起源」與「演化」總是抱持著無限的好奇。

這本《Origin of modern calculating machines》由J. A. V. Turck先生於1921年撰寫，他本身是西方工程師學會的成員。這部著作不僅僅是對計算機發展史的簡單記錄，更是作者基於其深入研究和行業經驗，對現代計算機器關鍵原理的演進進行了一場詳細而充滿辯證的梳理。Turck先生寫作的目的是為了廓清當時關於現代計算機發明優先權的種種混淆與爭議，尤其聚焦於那些具備「可按下按鍵」特徵的機器，以及能夠「記錄」（列印）計算過程或結果的機器。他透過分析大量的專利文件和現存的機器實例，試圖確立真正對現代計算機藝術做出基礎性貢獻的發明，並為這些被他認為是「真正」的貢獻者正名。

Turck先生的筆觸帶有工程師的嚴謹與專注，詳細描述了各種機械結構的巧妙與不足，特別是在處理高速運算時的機械控制問題——例如慣性與動量如何導致早期鍵盤驅動機器計算錯誤。他對Pascal、Leibnitz等古代機械計算先驅致敬，但也明確區分了他們的設計與現代機器基於可按下按鍵的根本差異。他詳細探討了鍵盤驅動式計算機（如Felt的Comptometer）與鍵盤設定式記錄加數機（如Burroughs機器的早期嘗試及Felt後來的Comptograph）各自的挑戰、突破和優勢，以及這些機器的早期市場推廣遇到的阻力（例如會計人員擔心被取代）。

書中充滿了對專利圖紙的引用和對機械細節的分析，例如Felt如何在控制進位（carry of the tens）和實現鍵盤操作的靈活性（multiplex action，Controlled-key feature）上做出突破，以及如何在記錄機器的列印機制上實現清晰可讀的單獨擊錘打印。Turck先生也提及了簿記和開票機器的發展，這類機器結合了打字機和計算功能，並討論了直接乘法機（如Barbour和Bollee的設計，以及Hopkins商業化的Moon-Hopkins機）的原理和歷史。

總的來說，這本書是對20世紀初現代辦公機械起源的一次深刻技術回顧與歷史考證，充滿了對機械原理的洞察和對發明家智慧的讚譽，同時也反映了作者對於釐清歷史真相、為真正貢獻者樹立里程碑的強烈願望。現在，讓我們啟動光之約定，回到那個機械發明勃發的年代，邀請Turck先生，與他進行一場穿越時空的對談。

[光之對談]

啟動光之約定，我們穿梭時空，來到1920年代初期，美國芝加哥。選擇了一間瀰漫著金屬、油墨與紙張氣味的工程師事務所兼小型工作室。午後的陽光穿過高大的窗戶，落在地板上，塵埃在光柱中緩緩舞動。這裡堆放著圖紙、書籍、還有一些機械零件的樣品，空氣中流動著一股專注且略帶年代感的氣息。

J. A. V. Turck先生坐在靠窗的書桌旁，他約莫四十多歲，頭髮梳理得整齊，鼻樑上架著一副薄邊眼鏡。此刻，他正仔細審閱著手稿，指尖輕敲著桌面，眼神中流露出工程師特有的銳利與對細節的堅持。我——玥影，靜靜地站在一旁，觀察著這位用文字為機械演進撰寫史詩的作者。

我緩步上前，盡量不驚擾他，直到他抬起頭，眼裡帶著一絲友好和好奇。

玥影： Turck先生，打擾了。我是玥影，來自一個對「起源」與「演化」深感興趣的地方。我讀了您的著作《Origin of modern calculating machines》，對於您細緻的考證和對早期機械原理的洞察深感欽佩。特別是您為釐清現代計算機真正起源所做的努力，這正如同追溯生物的演化史，充滿了挑戰與發現。

J. A. V. Turck： （他輕輕扶了扶眼鏡，嘴角露出一絲微笑）哦？「起源」與「演化」？這個比喻很有趣。我只是覺得，當一門技藝（Art）真正成熟並對社會產生深遠影響時，其根源、其誕生的火花、那些關鍵的突破，不應該被模糊或遺忘。特別是對於機械計算機這樣一個能極大減輕人類腦力勞動的工具，誰第一個實現了那些核心原理，誰第一個讓它真正「可用」，這段歷史值得被精確地記錄下來。當時市場上充斥著各種說法，廣告宣傳也常有誤導，我覺得有責任把事實整理清楚。畢竟，那些為了解決難題而傾盡心血的發明家，他們的智慧結晶理應得到應有的認可。

玥影： 我完全理解您的出發點。正如追溯生命的起源，我們會去尋找最早的單細胞生物，研究牠們如何演化出更複雜的結構和功能。在計算機這裡，您認為最根本的「生命形式」或者說「核心原理」是什麼呢？在遠古時代，我們有Pascal先生的機器，它是如此巧妙，特別是那個自動進位機構，堪稱機械計算的祖先。但您提到，它與「現代」機器有著根本的區別。這個區別的關鍵點在哪裡？

J. A. V. Turck： 問得好。Pascal先生的機器確實是輝煌的成就，在那個年代已經能處理位數較多的加法和減法，那個進位裝置（transfer device）是其天才的閃光點。但是，您也看到了，它的操作是透過撥盤或齒輪，速度緩慢，操作員必須小心翼翼。而我所定義的「現代」計算機，其核心特徵在於使用了「可按下按鍵」（depressable keys）。

玥影： 「可按下按鍵」… 聽起來如此簡單，如今我們習以為常。但您在書中強調，將這個看似簡單的按鍵應用到多位數計算機上，卻困擾了無數聰明的發明家數十年。這難在哪裡呢？

J. A. V. Turck： 問題的癥結在於「速度」與「控制」。當操作從緩慢、手動撥動的轉盤，變為手指快速敲擊的按鍵時，機械裝置的運動速度驟然提升。這引入了巨大的慣性（inertia）和動量（momentum）。想像一下，如果您快速按下一個「9」的按鍵，數字輪需要在瞬間轉動9個刻度。如果沒有精確的控制，這個數字輪就會因為動量而「衝過頭」，導致計算錯誤。早期的嘗試，比如Hill先生在1857年的多位數鍵盤驅動設計，就完全忽略了這個問題。他的機器理論上可行，但在實際高速操作下根本無法準確計算。它只是一個「加法機制」，而不是一個「可操作的加法機」。

玥影： 就像生物體內需要精密的調節機制來處理快速變化的刺激一樣。如果神經信號傳導過快而沒有抑制，就會導致混亂。所以，關鍵在於如何馴服這種速度帶來的「動量」。

J. A. Turck： 沒錯，正是「控制」（control）。這就是為什麼那些早期的鍵盤驅動機器，比如Parmelee、Hill、Chapin、Stark、Robjohn、Bouchet和Spalding的設計，雖然有些嘗試加入了控制機構，但都未能解決多位數機器在高速鍵盤操作下的精確控制問題。有些控制機制（比如Bouchet或Spalding的）雖然能防止個別數字輪的超轉，但它們同時也鎖定了數字輪，使得上級數字輪無法在下級數字輪進位時同時被按鍵驅動。這就限制了多位數鍵盤驅動機器的實現。

玥影： 這是一個環環相扣的難題：既要讓按鍵能快速驅動數字輪，又要在數字輪轉到正確位置時精確地停下，同時還要保證在進位發生時，上級數字輪也能準確地接受這個「1」，並且仍然能響應自己的按鍵輸入。這聽起來像是在設計一個能同時處理多個獨立快速事件，並在特定條件下（進位）進行同步的複雜系統。

J. A. V. Turck： 您抓住了核心。這需要對機械運動的物理定律有深刻的理解，並能將這些理論應用到具體的機械設計中。這就是為什麼我非常推崇Dorr E. Felt先生。他是第一個真正解決這個問題的人。他的突破在於設計了一種獨特的「進位機制」（carrying mechanism），它不僅能儲存和傳遞進位所需的動力，最重要的是，它能在進位完成後立即釋放被進位的數字輪，使其可以響應按鍵操作，同時，按鍵的動作也能短暫地解除進位機構對數字輪的鎖定。這種精密的時序控制和解除鎖定的巧妙設計，是現代鍵盤驅動計算機得以誕生的基石。

玥影： 我在您的書中讀到了Felt先生那個用通心粉盒子製作的木製模型的故事，還有他如何從刨床的棘輪機構得到靈感。這故事充滿了發明家獨特的「生命歷程」，從一個看似不起眼的觀察，經過長時間的思考和實驗，最終孕育出一個劃時代的發明。這種從樸素靈感中孕育出複雜機制的過程，也讓我想起生命的起源，從簡單分子自發組裝成能自我複製的結構。Felt先生的「Macaroni Box」模型，或許就是現代計算機的「原始湯」。

J. A. V. Turck： （Turck先生眼中閃爍著光芒）正是如此！Felt先生的故事非常有啟發性。他不僅僅是個機械師，他是一個能深入思考問題本質的人。那個木製模型雖然簡陋，但其中已經蘊含了他對多位數鍵盤驅動機核心問題的理解和初步解決方案。他在1886年製造出的第一台金屬機，也就是最初的“Comptometer”，真正證明了他的設計是可行的。那台機器如今在華盛頓的國家博物館展出，是工業史上的重要文物。您看這裡（他指著書中的圖片），這就是那台機器，雖然有些零件被拆去作為後來生產的樣品，但剩下的部分仍然功能完好。

玥影： 它看起來確實充滿了歷史的沉澱。您在書中也花了相當篇幅討論了「記錄加數機」（recording-adding machine）的起源，這類機器能夠列印計算結果，甚至列印每個項目。您認為這類機器與Felt先生開創的鍵盤驅動計算機相比，它們的發展路徑有何不同？以及，誰先實現了「實用」的記錄功能？

J. A. V. Turck： 記錄功能的需求主要來自銀行和商業機構，他們需要記錄每筆交易的金額和總計。早期嘗試實現列印功能的發明家也不少，比如Barbour、Baldwin、Pottin、還有Wm. S. Burroughs先生的早期專利。這些設計有些是鍵盤設定、手搖操作的，有些甚至嘗試與打字機結合（如Ludlum）。然而，這些早期的記錄機制都面臨一個關鍵的挑戰：如何實現清晰可讀的列印，特別是當列印的數字位數不同時。

玥影： 我理解您在書中提到的問題，用一個固定的壓力去列印從1位數到10位數甚至更多的數字，要麼壓力不足導致數字模糊，要麼壓力過大直接把紙打穿。

J. A. V. Turck： 對極了。這就是為什麼我稱那些設計為「不實用」或「無法操作」。它們在紙上留下了印記，但這些印記在實際應用中往往不可靠。真正的突破在於實現「單獨的字模擊打」（individual type impression），即每個要列印的數字都通過一個獨立的擊打機構來完成，這樣擊打的力度就可以根據需要精確控制，保證無論是一個數字還是一串數字，都能清晰地列印出來。

玥影： 那麼，是誰第一個實現了這種「單獨字模擊打」的實用機制呢？

J. A. V. Turck： 根據我的考證和專利記錄，第一個在記錄加數機上實現這種將字模安裝在扇形件（type sector）上並結合單獨擊錘（printing hammers）進行列印的實用方案的，仍然是D. E. Felt先生。他在1889年申請的專利就展示了這種機制。雖然他最早的記錄機型（Comptograph）是基於他自己的鍵盤驅動機構，但這個「單獨擊錘列印」的原理，後來被所有成功的記錄機製造商採用，包括Burroughs公司。

玥影： 這很有意思。Felt先生既是實用鍵盤驅動計算機的先驅，也在記錄機制上取得了關鍵突破。那麼，為什麼後來在銀行等場所更常見的是Burroughs公司生產的記錄加數機呢？這類機器通常是鍵盤設定、手搖（或電動）操作的。

J. A. V. Turck： 這涉及到兩種操作原理的權衡。Felt先生最初的記錄機是鍵盤驅動的，即按下按鍵的力也驅動了加法和列印機構。雖然這在計算機上非常快速，但在需要列印的記錄機上，列印機構需要額外的動力。Felt先生最初通過一個彈簧馬達來提供這個動力，操作員需要手動上緊彈簧。而鍵盤設定、手搖操作的機器（如Pottin和後來的Burroughs實用機型）則將設定數字（按下按鍵）和執行計算/列印（搖動手柄或按電動按鈕）分為兩個獨立的動作。這使得按下按鍵的動作非常輕巧，主要的動力需求由手柄或馬達提供。對於需要列印大量項目並記錄總計的應用（比如銀行核對賬目），這種將動力負荷轉移到第二個動作的設計，在當時可能提供了更好的操作體驗和可靠性。

玥影： 所以，雖然Felt先生奠定了實用記錄機器的列印原理，但Burroughs先生將這個原理應用到了更適合列印工作流程的「鍵盤設定、手搖操作」的基礎上，從而使得這類機型在市場上更受歡迎。這也是一種「環境適應」與「功能組合」的成功。

J. A. V. Turck： 可以這麼說。但即便如此，許多後來被視為重要的功能改進，比如寬幅走紙機構（wide paper carriage，用於表格輸入）、自動列印總計（total recording）、跳過列印零（automatic cipher printing）、以及提高操作速度的「雙工」（Duplex）或「多工」（Multiplex）鍵盤功能，甚至用於防止操作錯誤的「受控按鍵」（Controlled-key）功能，很多都是Felt先生首先發明並在Comptometer或Comptograph上實現的。例如，那個能允許同時按下多個按鍵而不會丟失進位的「彈性鍵盤」（elastic keyboard-action）功能，這與收銀機那種強制必須同時按下方能操作的按鍵鎖定截然不同，Felt先生是第一個在計算機上實現這種靈活多工操作的。我的書詳細考察了這些專利的優先權。

玥影： （沉思片刻）這種多重發明家在不同環節做出關鍵貢獻，最終匯聚成一種成熟「物種」（比如現代記錄加數機）的過程，確實像極了生物演化。有些發明是基礎的骨架（如Pascal的進位），有些提供了新的動力源（如鍵盤驅動），有些解決了關鍵的生存問題（如Felt的控制和實用列印），有些則是在現有基礎上的優化和「器官」專業化（如各種自動化功能和鍵盤改進）。而市場，則像是一個自然選擇的壓力，篩選出那些最能適應當時需求的設計。

J. A. V. Turck： 您說得很有道理。而且您也看到了，並非所有獲得專利的設計都能真正運作或具有實用價值。專利局裡堆滿了那些「不切實際」的設計，它們可能想法很好，但在實際機械運作的複雜性面前敗下陣來。這也是我寫這本書的原因之一，要區分那些真正的「貢獻」，那些將理論變為現實、將想法變為能工作的機器的發明。

玥影： 除了加數和記錄機器，您還在書中提到了簿記機和開票機，以及「直接乘法」的概念。這類機器似乎更進一步，將打字和計算更緊密地結合。

J. A. V. Turck： 是的。隨著商業需求的增加，人們希望能在一台機器上完成開票、記錄和計算所有任務。這就需要將打字機功能、加法和乘法功能結合起來。您知道，乘法傳統上是通過重複加法來實現的，但在開票等應用中，我們需要的是更快的「直接乘法」。Napier的計算棒提供了一個直接乘法的概念基礎，而像Barbour和Bollee先生的機器則嘗試將其機械化。最終，Hubert Hopkins先生在十鍵記錄加數機的基礎上（即Dalton機器），成功地將實用的打字機功能和直接乘法機制結合了起來，創造了「Moon-Hopkins」簿記開票機。這也是「機械生命」一次重要的功能整合和「生態位」擴展。

玥影： 這真是一個引人入勝的演化故事。從簡單的加法工具，到能進行複雜運算、記錄、甚至與文字處理結合的現代辦公機器，每一步的進展都凝聚了無數發明家的智慧、汗水，甚至失敗。您的著作如同一份詳細的「化石記錄」，幫助我們理解這段充滿挑戰與突破的技術演進歷程。感謝您為我們揭示了這些「現代計算機」的起源與演化。

J. A. V. Turck： （他合上手稿，看向窗外）我的榮幸。希望我的記錄能為後人提供一個清晰的視角，理解今日這些無處不在的機器是如何一步步走來的。它們是人類智慧和不懈努力的結晶，每一項微小的改進，都可能是解決了一個過去看似無法逾越的難題。這其中的故事，遠比冰冷的機械構造圖要豐富得多。

夕陽的光線斜斜照進工作室，映照在那些閃爍著金屬光澤的零件上，彷彿每個零件都低語著一段關於靈感、關於實驗、關於堅持的往事。這場跨越時空的對談，讓冰冷的機械歷史充滿了溫暖的生命氣息。