不可思议的机器 人类制造的最不可思议的机器有哪些？

发布时间：2018年04月27日 17:32:08分享人:说再见会再见来源:互联网25
curta calculator




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Johannes Kepler,、艾萨克·牛顿以及开尔爵士都曾抱怨他们不得不在简单的算术计算上浪费时间。很难从满是数字的大页书写纸上找出答案；简洁明了的方程式背后是繁琐的数值计算。唉，如果有一台能够完成加减乘除运算的袖珍计算器多好！它具有数字输出显示和记忆功能，并且有一个方便的手指操作界面。

但是，这种计算器直到1947年才出现。当时，在大约1/4世纪的时间内，世界上最精致的袖珍计算器出自列支敦士登。在这片拥有阿尔卑斯山优美景色同时又是避税港的弹丸之地，库特·赫兹斯塔克（Curt Herzstark）制造了最为精巧的计算器械：“库塔”计算器，使工程师的技艺大为增色。

后面那篇刊登在1960年代《科学美国人》上的广告宣称它为万能钥匙：“‘库塔’是用于各种算术运算的精确计算器。它可以进行加、减、乘、除、开方和立方根等运算……以及科学和商贸中出现的各种其他计算……购买之前可以先进行测试。售价125美元。”

仍然有一些幸运的人拥有这种设备，它的外形与胡椒粉研磨器出奇地相像，可以做你花10美元买来的袖珍计算器能做的所有工作。只可惜它是完全机械式的：没有电池，没有键盘，没有液晶显示屏。你要通过转动曲柄来计算。

一种装发条的加法器？的确如此。我今天左手就拿着一台“库塔”，右手转动曲柄算出答案。做加法时，我用小游标输入数字，然后转动曲柄，答案将显示在环绕顶部的小窗口上。我正逐个吱吱呀呀地输入数字。

而且，它还可以进行乘除运算，尽管要得出两个大数的乘积，我要旋转曲柄10到20次。这种计算器没有开/关键，但通过一个方便的指环可以清空内存。至于求平方根和立方根，唔，你需要带着特殊运算表并且记住一些简便算法。

这绝不是估算答案精确到三至四位的计算尺，11位数字将卡嗒卡嗒地显示在顶部窗口上的相应位置。嗨！你的电子计算器大概也不能精确到11位。

好，它的确能完成算术运算。那为什么“库塔”被称为“人类文明的瑰宝”和“技术奇迹”呢？既然有运算速度快得多而且更便宜的计算器，为什么收藏家还会珍爱这种设备呢？

这是因为除了给了印象深刻的算术能力之外，它还显示出机械设计上的精巧雅致和可靠。通过滑动刻度盘，将刻度盘游标拨到相应位置来输入数字。曲柄转动起来像精致的怀表一样平滑。数字弹出到相应位置时，没有超前或错后。每个数字都刻在金属镁上，由钢制齿轮处理计算。计算时，“库塔”会呼呼作响。

同样，这种器械也是为方便计算而设计的。为避免出错，有独立的显示区来显示输入数字、你转动曲柄的次数，以及计算结果。当每个数字被输入并且答案准备好时，锁销——一种小钩子会告诉你的手指。取消误操作很容易，但防倒转的棘齿不会让你因为倒转而撞击齿轮。而且清零环不会被意外激活，你也不会由于误操作而清除答案。

“库塔”计算器将瑞士手表的精确、老“尼康”F型照相机的精湛工艺，以及探戈的优雅全部集中在一个紧凑的圆柱体中。1950年，便携式的“库塔”让工程师感到震惊：这是一种你可以随身携带的计算器！更让人惊讶的是，这种设备来自文明世界的最底层： Buchenwald 集中营。

“我回顾以往的情形，这种设备应当具有什么样的外形，才能使人们能够方便地使用它？”

---------------- 缩小体积的困难 ------------------

正如今天的技术员渴望轻量级笔记本电脑，长久以来工程师和会计师向往一种携式计算器。Thomas de Colmar 为1855年的巴黎展览会制造了一台钢琴大小的加法器。50年之后，“富豪”牌计算器不仅能够进行加减运算，还能直接乘除，但它的重量超过27千克。文明社会一直到赫兹斯塔克•库特，才出现真正的便携计算器。

赫兹斯塔克出生于1902年，是伴随着计算器长大的。他父亲在维也纳出售“雷明顿”牌和“伯勒斯”牌办公设备。几年之内，他们家创办了一家工厂生产计算器。工厂蓬勃发展，而年轻的库特则在奥地利各地向人们示范加法器。

第一次世界大战期间，他们家的工厂生产战争物资。此后，由于工厂机器老化或者毁坏，他父亲转而销售旧计算器，直到工厂得以重建。同时，新的竞争出现了，包括Fritz Walther，他原本生产自动手枪，但由于战后裁军而受到影响。发现了办公设备的机会，他将自己的枪支工厂改造为生产电子加法器。


概述/“库塔”计算器
第一台能够用一只手拿着的精确计算器是机械式的，而不是电子的。它可以进行加减乘除运算，而且能够帮助计算平方根。与功能类似的计算尺不同，其计算结果至少可以精确到11位。

这种计算器的发明者是库特•赫兹斯塔克，他在第二次世界大战时被关押在 Buchenwald 集中营，在这期间完成了该设计。他采用了新颖的数学和机械技术以节省空间和重量。

在1950年代到1960年代之间，这种计算器广泛使用在科学家、工程师、测量员和会计师当中，当电子袖珍计算器于1970年代进入市场时，“库塔”才逐渐失宠。

1930年代，计算器商业迅猛发展。“但在国际市场缺点什么东西，”赫兹斯塔克后来回忆说，“无论我走到哪儿，竞争者都带着漂亮、昂贵而又庞大的机器。我曾与建筑工头，建筑师或海关政府官员交流，他们告诉我，‘我需要一种能装在兜里的计算工具。我不可能仅仅为了加一串数字而走10千米路去办公室。’”

Monroe、Friden和Marchant等制造商尽力缩小庞大的台式模型，就像钟表匠把时钟小型化变成手表一样，但没取得多大成功。参观一家古董店，也许你能碰上一台不久以前的小型计算器。Marchant公司生产的“轻型”加法器重15千克，有9排按钮，以及一个带底座的运动式18位机械显示区。两把大曲柄从侧边伸出，令人想起Model T型福特汽车。会计师费力地把它放在手提箱内。在1935年，这就是所谓的轻便。

看过缩小台式加法器尝试的失败，当时30多岁的赫兹斯塔克开始了新的努力。“回顾以往的各种情形，假设我已经发明了所有的东西，那么它看起来应当是什么样的，才能让人使用呢？”

“这种设备不可能是立方体或者直尺形，它必须是圆柱形，这样就能一只手拿着。既然可以用一只手拿着，另一只手就可以进行调节，操作其侧面、顶部和底部。计算结果可以在顶部显示。”

像优秀的软件工程师一样，赫兹斯塔克从用户界面开始，而不是让机械装置控制设计。他没有采用打字机式键盘，而决定在圆柱体周围装上小游标，这样你可以滑动手指来输入数字。这种方式可以在环绕圆柱的顶部创建一个区域，显示计算结果，同时也给驱动计算器的曲柄提供了方便的位置。

其他机械式计算器用独立的机械装置来计算答案的每个数位。例如，Friden计算器有10排键来输入一个数，而且它有10套独立的计算齿轮组，昂贵而笨重。赫兹斯塔克认识到，如果每个输入数位能连续使用同一个计算机械装置，那么只有一个就够了。他的计算器共有8个游标用来输入数位，而位于单独的中心鼓上的齿（或档）将处理计算。这个鼓可以让他减小计算器的尺寸和重量。

到1937年，赫兹斯塔克了解了如何用单一的旋转步进鼓（step drum）来完成算术计算。机械装置可以完成加法和乘法，但他的设计却被减法和除法难倒了。他不能通过倒转曲柄做减法，因为两个数字相加在运算之后可能会产生进位，而减法在运算之前可能就需要借位。单一的算术步进鼓无法预见会出现什么情况。

“在驶往黑森林的火车上，我独自坐在车厢里。眼睛看着窗外，我想到：天哪！只要加上一个数的补码就可以得到减法运算的结果。”

要获得某数的9补码，只须用9减去这个数的每一位。通过加上一个数和另一个数的补码，就可以模拟减法。例如，要计算788 139减去4 890，首先找出004 890的九补码，即：995 109。然后将788 139与995 109相加，得到1 783 248。去掉最高数位得到783 248，最后加上1得出答案：783 249。太好了，今天的计算机也在用着同样的技术。

赫兹斯塔克的计算器保留了单一的旋转步进鼓，但要有两组齿：一组专门用于加法，另一组用于减法。将曲柄向上抬起3毫米，使加法齿开始进行9补码加法运算。减法运算会像加法一样简单。

乘除运算通过重复进行加法和减法运算来实现。由于输入游标与结果寄存器的转动有关，因此有几种捷径可以加速这些运算。例如，要乘以31 415，你用不着转动曲柄30000多次；活动底座使你只须转动14次：个位5转动5次，十位10转动1次，百位400转动4次，以此类推。

到1937年后期，赫兹斯塔克准备着手制作一种掌上四则运算计算器。但是希特勒来了。

“天哪！”我想，“如果我能制造出这种计算器，就可以延长自己的生命。”

于是就在集中营里，我开始绘图……


---------------------- 纳粹集中营的发明 ------------------------

1938年3月，德国军队进入了奥地利。作为天主教徒母亲和犹太父亲的儿子，赫兹斯塔克遇到了麻烦。“最初的日子太可怕了。暴徒们来了，接着是反犹太人和各种恐怖的事情。”

德国军方官员视察了他们家的工厂。让他吃惊的是，他们让他为军队制造精密仪器。经过单方面的协商之后，他的工厂开始为装甲车生产测量仪器。

开始几年进展顺利。赫兹斯塔克说：“但是在1943年，我们工厂中有两个人被捕。他们收听英国电台并用打字机记录了广播内容。经过确认，打字机的主人是我们的一个技工，他被砍了头，另一人被判终身监禁，情况更糟。为了他们，我尽力与盖世太保交涉。那位官员拒不接受，说：‘真是不知好歹，一个半犹太人竟然敢为这些人说话！’”

“我被推举为这些人作证并因此被逮捕。这是好事，不是吗？我的房子被搜查，当然，我从未受到审讯。我被控支持犹太人、激化事态，并与一名非犹太人白种妇女关系暧昧。全是捏造的罪名。后来我发现，有十多人在类似情况下被捕。”

纳粹党卫军将那个技工投入声名狼藉的Pankratz监狱，犹太人在这里遭受折磨司空见惯。“我和另外50人呆在一间牢房里，压根儿什么都没有：没有床，没有厕所，一无所有。我算是幸运的，因为他们把我送到了 Buchenwald 集中营。”

“到那之后，我被安置到一个工作车间，当时我认为自己会死在那里。那时已是11月，而我只穿了一件衬衫、囚犯裤子、木屐和编织帽，干的是园林工作，完全疲惫不堪。”
“精神上消沉到极点，我想‘我要死了。’我被叫到 Buchenwald 纳粹党卫军指挥官面前。他手里拿着我的履历档案说：‘你曾为军方生产过测量仪器和设备，仔细听着，如果你乖乖地服从命令，也许还有一条生路。我命令你到和集中营相邻的工厂工作。如果你干得好，也许还能活下去。’”

在 Buchenwald 附近，纳粹建了一座劳役工厂，为秘密军事工程制造机器。项目经理让赫兹斯塔克负责运往佩纳明德（Peenemunde）的精密部件，那里是弹道导弹的发射地。在接下来的两年中，他为V2型火箭生产零部件。

由于负责生产机械零件的部门，赫兹斯塔克可以到工厂里不同的地方看看。起初，其他囚犯以为他是密探。“他们很快发现我不是间谍。比如，我对一名机床操作工说：‘朋友，这个零件你做得很好。你非常勤勉，但是有人说你用昂贵的机床做简单的工作。我会报告说即使囚犯工作标准，这台机器也没有得到有效使用。’这样，我逐渐熟悉了这些来自卢森堡、法国、丹麦和其他许多地方的人们。”

“很自然，伙伴们来找我说：‘库特，你有一定的影响力。你能不能将这位或那位犯人带进工厂？不然他会死掉的。’因此，我在工厂走道里设置了一套检测工序，让一位（被捕的）律师坐在那里，给了他一把千分尺。”

“党卫军要检查我们的工作，如果他们真来视察时，就会突然出现一致的咳嗽声。这时律师知道有危险了，便假装勤勉地干活。我很担心，因为伙伴们总希望我能救助更多的人。我知道如果事情败露，马上会把我投入到冰冷的监狱，但命运再次帮了我。”

“当德国人从意大利撤退时，他们带回了大量机器成品。在 Buchenwald ，有一天我们收到了两货车办公设备。我把它们卸下来，当地工厂主过来进行检查。有个人盯着我看了半天，他好像认识我。‘赫兹斯塔克？’‘是的，我是赫兹斯塔克，’我回答。‘我是Walther，’他说道。”

赫兹斯塔克的老竞争对手Fritz Walther，现在再次生产枪支。“他在车床上给我放了一盒香烟。‘这回完了，’我想。接受礼物是严格禁止的，不是吗？但是看守我的卫兵对此视而不见，允许我把香烟放到自己兜里。”

在战时的德国，Walther是个名人。他认识到囚犯赫兹斯塔克比任何意大利的战利品都重要，于是向集中营的指挥官报告了他的发现。

稍后，项目经理将赫兹斯塔克带到一旁，告诉他：“‘我知道你在制造一样新东西，一种小计算器。我可以暗中给你点儿关照。我们允许你制作和设计任何东西。如果它真的管用，我们会在战争胜利后，将它作为礼物献给元首。当然，然后你将会成为非犹太人。’”

“‘天哪！’我对自己说，”赫兹斯塔克说道，“‘如果我能制作这种计算器，就能延长生命。’就在那儿，我按照脑海里曾设想的那样，”开始为这台计算器绘图。

党卫军并没有减轻赫兹斯塔克的工作负荷，但允许他将业余时间用在计算器上。“我在周日上午及晚上熄灯之后搞这项发明，在监狱、车间、吃饭的地方工作。我用铅笔绘制机械图形，完善尺寸和公差。”

其间，盟军轰炸了德国。“在午饭期间，我们会离开工厂在外面散步，总能看见排成圣诞树形状的美国飞机，然而却没有一架防御战机。接着，轰炸开始了，在看到闪光之后，开始计时，8、9、10秒。乘以333米就可以计算出到我们的距离。但是，有一天圣诞树向我们飞过来。这下知道终于轮到我们了，感到非常恐怖。我奔向一个小树林，把鼻子藏在苔藓里，捂住耳朵。第二轮轰炸开始，四周响起爆炸和轰鸣声……当我抬起头时，到处都是烟尘，几乎让我窒息。”

“那天有数百名囚犯受伤，场面让人触目惊心。当然，我们在集中营每天也看到同样恐怖的场面。当他们要绞死一个人时，我们必须看着那人死掉。他们用绞刑，因为这样会死得很慢，死得痛苦。”

“有些卫兵不是很坏。如果碰到一位老的党卫军，他经常会问我：‘嗨，有什么新突破吗？你的计算器今天看上去是什么模样？’年轻的党卫军则最危险。只要一有机会，他们就会十分凶残。如果一名囚犯惹恼了他们，他们会射杀他，因为这是必然的，不是吗？”

1945年4月11号，赫兹斯塔克几乎快完成他的绘图时，看到吉普车从北边驶过来，坐在前排的一各士兵大声呼叫，“你们全都自由了。”他们是美国人，其中一些是在希特勒上台之前逃走的犹太男孩。由于他们会讲德语，被派往前线地区。


Buchenwald 是第一个被西方军队解放的集中营。有些美国士兵在看到堆积着有10层的尸体后，忍不住呕吐。回首往事，赫兹斯塔克对这段经历痛心疾首。“世事难料，如果我是一名律师或其他职业。我会悲惨地死去。他们会把我送进采石场，两天之后我就会感染肺病，一切就都完了。1000多人都是这样死去的，上帝和我的职业救了我一命。”

---------------------------- 皇储的测试 -----------------------

美国人解放 Buchenwald 几天之后，赫兹斯塔克兜里揣着折叠好的计划书，走在魏玛城大街上。他将图纸带到仍在生产的少数几家工厂之一，交给那里的机械师检查。他还记得那些机械师的回答：“在他们眼里，它就像按比例绘制的一样。方案很清晰，没有什么再需要考虑的地方。”尽管在集中营是用铅笔绘制的，赫兹斯塔克的设计思想十分清晰，仅仅用了两个月就制作出了三台原型计算器。

但正当他们准备签合同时，苏联军队来了。赫兹斯塔克了解实情：他将器械拆散，把零件放在一个盒子中，攥着原型计算器奔赴维也纳。他说：“如果有人查看，它看上去就像是玩具，整个东西被拆开了。”

他步行回到奥地利，睡在地板上，用香烟换取搭乘火车。他家的旧工厂已经不能再用了。除了三个模型之外，赫兹斯塔克一无所有，他申请专利失败，因此只有尽力寻找投资人。美国办公设备公司雷明顿–兰德公司（Remington–Rand）表示了一定兴趣，但是再没有了回复。奥地利政府回绝了他。当时欧洲是一片废墟，没有基础可以启动新项目。

但是，列支敦士登的王子正在考虑发展本国工业。当时，列支敦士登几乎完全是个农业国，其主要工业是生产假牙。赫兹斯塔克被请到皇宫里，向皇室、大臣和专利专家展示了他的模型。“在他的城堡里，王子亲自用计算器模型进行了计算。皇族成员和专业人员在一旁观看。王子立即表现出极大热情，说该项目正是他们国家所需要的。他愉快地接见了我，我们交谈了四个小时。”

开始，一切都很顺利。列支敦士登创办了一家公司“Contina”，然后又筹集贷款、发行股票。赫兹斯塔克担任技术主管，他接受了三分之一的股票，每卖出一台计算器都要收取专利权税。

赫兹斯塔克在瑞士报纸上登广告，招聘打算开始新事业的机械师。Contina公司租用了一家旅馆的舞厅，赫兹斯塔克的机械师们在那里生产了第一批500台“库塔”计算器。1948年，公司开始销售“库塔”，并在贸易展会和技术杂志上进行促销。6个月之后，一家美国百货公司打算订货10 000台，并有意订更多。但公司没有接受这笔订单，因为财务主管认为这超出了公司的生产能力，使得“库塔”注定只能通过邮寄订购以及少量的专卖店。

然而，市场需求存在，而且Contina从舞厅扩张成一家正规的工厂，产量上升为每周数百台。随着业务发展，公司背后的金融家开始过河拆桥，对公司进行重组并且废除了他的股票。与爱迪生、特斯拉及许多其他发明家一样，赫兹斯塔克被其他人从其发明中榨干了利润。

“接着，让我没有想到好运突然降临，”赫兹斯塔克说道，“专利仍在我的名下。”早期，公司董事不想接收专利权，担心万一出现诉讼案。他们希望如果有人挑战该发明时，由赫兹斯塔克去出面摆平。由于公司没有获得专利权，赫兹斯塔克迫使他们恢复条款。在1950年代到1960年代期间，他实际上从自己的发明中赚了不少钱。

第一款计算器成功之后，赫兹斯塔克又设计了一种略大一些的模型，其计算能力从11位增加到15位。但此后，唯一有重大变化的地方就是进位箱的形状。由于开创了计算工业的罕见记录，赫兹斯塔克首次获得了设计权。

在那20年当中，“库塔”计算器的销量稳定，被誉为“微型通用的口袋计算器，稳定性来自其合理、牢靠的结构。”正如赫兹斯塔克的预测，工程师使用这神奇的工具计算卫星轨道，测量员用它来跟踪中天位置，而旅行会计师则用它计算帐目。当一位纽约银行经理看到审计员没有携带公文包大小的计算器，却能够计算帐目准确到便士时，对此感到惊讶不已。

奇怪的是，世界各地的赛车爱好者也采用“库塔”计算器，计算在汽车拉力赛中的速度和里程。通过触摸数字，驾驶员可以很快计算出他们理想的驾驶时间，而无须把目光从前方道路上移开。小个头儿的“库塔”非常适合赛车的有限空间，而且与早期的电子计算器不同，这种设备不怕撞击、振动或峰值电压冲击。即使现在，那些驾驶老式车的赛车手仍然在使用机械方式计算他们的驾驶时间。

正如电池驱动的石英表淘汰上弦的手表一样，电子计算器的出现使得赫兹斯塔克的发明黯然失色。在卖出150 000台之后，最后一批“库塔”在1970年代初售出。此后，再也没有生产过一台机械计算器。

赫兹斯塔克于1950年代初离开Contina公司，后来为意大利和德国的办公设备制造商提供咨询，住在列支敦士登的一栋普通公寓楼里。回首当时，技术奇才不时兴购买数百万美元的别墅。此后，列支敦士登政府直到他84岁时才承认他的功绩。不久之后，他于1988年去世。


------------------------ 多年之后仍然好用 -------------------

你手里的电子袖珍计算器解决问题会比“库塔”快得多。而与它相比，台式计算机是在表演巫术。也许“库塔”的唯一用途就是在停电时结算支票簿。

但手里拿着赫兹斯塔克式小型计算器时（它是我的第一位天文学教授传下来的），我敏锐地意识到它比第一任主人活得要长，而且无疑也会比第二任主人更长寿。就像使用手册上所说的：“你的‘库塔’将伴随你终生，随时提供不可或缺的帮助。对它的精确性你可以彻底放心，小‘库塔’凝聚了计算工具领域的长期经验。它制造于……由精密仪器领域的国际专家设计，采用了最优质的金属材料。其构造中没有使用任何人造材料。”（我无法想像这样的广告词：“你的Excel程序没有使用任何人造材料”或者“你的奔腾微处理器将伴随你一生”。尽管这些都是实话。）

（图）Curta
Curta
我认为除非了解某物，否则不能说拥有它，而且只有当我知道如何使用时才算了解。因此，准备好放大镜、镊子和宝石匠的螺丝刀，我旋开了这桶状计算器，把它拆成600多个小零件，包括齿轮、轴、钩子和小齿轮。

我小心地取下8根输入轴，每根上面都开有螺旋槽，而这是在没有合作者、助手，甚至没有起草工具的情况下设计出来的。我看着设计精巧的步进鼓机构，这是在不可思议的恶劣条件下首先用铅笔绘制出来的。我触摸着轻合金，在当时它是革命性的。这时，我能感觉到一种精致的手感，它超过了半个世纪的计算技术进步。对“库塔”的精度完全有信心了吗？绝对有。

重新组装了这台50多岁的计算器，我用它计算355除以113。先用拇指拨动螺旋轴上的输入钮，然后转动曲柄将第一个数输入机器中。接着输入第二个数，抬起曲柄再次旋转。“库塔”的计算齿轮与步进鼓的9补码齿相啮合。钢制传动轴通过直角小齿轮传送这一运动，而后送到结果寄存器中。当我旋转曲柄时，控制、逻辑和数位也绕着曲柄轴旋转。旋转曲柄20多次之后，结果弹出到小输出窗口上。

我面前的结果比圆周率π略大一点。此刻，我紧握这个第一台计算器的直系子孙，它不仅代表了西方机械工艺的极致，而且是人类用自己的想像力战胜了敌对的纪念碑。



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