計算機史——曼哈頓計劃、亞里斯多德和原子彈

2021-01-10 Glennnnnn

作為第三次工業革命最核心的計算機,誰又曾想到是來源於偉大的」曼哈頓計劃「呢?而奠定計算機的最基礎的理念,來自於2000年前。

壹 曼哈頓計劃

1938年聖誕前夕,德國科學家哈恩在實驗中發現了核裂變原理,此時距離二戰正式爆發還有1年。德國軍方對核裂變發現所蘊含的重要意義有非同一般的認識。1939年,二戰正式爆發,也在這一年,納粹德國正式啟動了「鈾計劃」,該計劃是製造原子彈的關鍵。當時,同樣作為量子力學大師的愛因斯坦和海森堡,他們所帶領的兩批科學家都初步掌握了核裂變的技術。

1941年,海森堡被任命為德國研製原子彈的領導人,這讓當時已經離開德國去往美國的愛因斯坦感到擔心,雖然海森堡實際上在暗中反抗納粹,故意欺騙德國政府,延緩了德國研製出原子彈的進度,這是後話。41年末,日本偷襲珍珠港,被惹毛了的美國人一想老子之前只能偷偷摸摸的,現在乾脆擼起袖子加油幹了,於是美國正式向納粹宣戰。愛因斯坦此前已經因為厭惡納粹德國而去了美國,他擔心納粹會先研製出原子彈,那樣的話世界會陷入一場難以估量的浩劫。因此他給美國總統羅斯福寫了一封信,描述了原子彈的巨大破壞力和可能極大影響戰爭走勢的能力,呼籲美國一定要先於納粹德國製造出原子彈。

1942年6月,羅斯福在白宮辦公室裡正式批准了執行「曼哈頓計劃」,並賦予了這項計劃「高於一切行動的特別優先權」。「曼哈頓計劃」耗時3年,總投入50多萬人,耗資高達25億美元,按黃金價格換算,相當於現在的5000億美元。川普今天想在美墨邊境修個牆的預算是250億美金,可以想見「曼哈頓計劃」的資源投入程度有多麼巨大了。這裡多說一句,執行「曼哈頓計劃」的「曼哈頓工程區」一共有超過15萬人工作,但其中只有12個人知道全盤的計劃,可見該項目的保密程度和重要程度。

當約翰·莫希利在1942年設計並製造出第一臺電子計算機ENIAC時,想必很難預見到未來計算機會成為人人都離不開的東西。作為「曼哈頓計劃」的一部分,計算機正式進入舞臺中央。當時的計算機ENIAC,像一個房間那麼大,每秒鐘「只」能做5000次運算,原本只是為了二戰做原子彈發射軌道的計算使用。簡單來說,計算機最開始並不是給普通人上網衝浪、打遊戲、聊天的,而是用來發射原子彈的。但無論如何,計算機ENIAC節省了大量人工計算的成本,因而成了同樣有大量計算需求的商業公司的寵兒。

貳 亞里斯多德

2000多年前,當亞里斯多德推導出經典的邏輯學三段論時,雅典的天氣一定是極好的。亞里斯多德著名的邏輯學三段論:1、所有人都是必死的;2、蘇格拉底是人;3、蘇格拉底是必死的。誰曾想,這看似簡單的邏輯學三段論奠定了2000年後,第三次工業革命的基礎。一代數學大家喬治·布爾,懷著對亞里斯多德的崇拜,將邏輯學翻譯成了數學語言,從而為數理邏輯奠基。如「所有人都是必死的」,翻譯成數學語言即為x = x * y,可以解析為「x集的一切均處於y集當中」。從此以後,計算機和計算機的語言都基於數理邏輯而發揚光大。

1942年,約翰·莫希利基於來源於亞里斯多德的數理邏輯成功設計出了計算機ENIAC,但有一些缺陷且沒有完整提出計算機的設計方案。同樣參加了「曼哈頓計劃」的數學家馮·諾依曼參觀了ENIAC計算機,總結前人設計計算機的經驗教訓,提出了計算機領域的「三定律」:1、二進位表示指令和數據;2、程序存儲,自動運行;3、由控制器、運算器、存儲器、輸入和輸出五大部件構成。馮·諾依曼依此成功設計出了EDVAC計算機,後來隨著時代的進步,誕生了電晶體計算機和集成電路計算機甚至未來還有量子計算機,但無論計算機結構怎樣複雜、存儲能力怎樣巨大、計算能力怎樣快速,本質上它們還是馮·諾依曼計算機。

計算機雖然一開始來源於軍方需求,但隨著市場經濟的發展和全球化進程加快,越來越多的商業公司擁有大量計算的需求。推出商業性電腦的需求如此之大,足以孕育出IBM這樣的壟斷巨頭公司。誕生於1911年的IBM,早期是靠機械制表起家的,但這家公司擁有較為敏銳的市場前瞻能力,它抓住了二戰機械時代和電子時代更替的歷史機遇,成為了領導電子技術的先驅。1952年,IBM推出了第一臺基於真空管的大型計算機,從此,計算機不再只局限於實驗室了,商業世界開始可以享受第三次工業革命最寶貴的成果了。

1964年,IBM投入了4000人的研發團隊和50億美元的經費,研發出了S/360大型機,這個項目的資金投入量相當於當時中國外匯儲備的75倍。可見做一個電腦和作業系統的耗費是非常巨大的,咱們中國還有很長的路需要走。S/360大型機推出後,迅速壟斷了大型機市場,成功把持了美國政府和大型企業的商業計算機市場。IBM此後很長一段時間牢牢地控制著政府、大公司和銀行的計算機業務,收入和利潤高到嚇人,1970年IBM的營收達到了75億美元,以黃金價格換算成今天大約等於2930億美金,大約等於現在頂級公司蘋果和谷歌兩家公司的全年營收之和。如此高額的利潤,足以讓IBM安坐在王座上13年,直到那個痞子第一次走到舞臺中央。

叄 原子彈

1945年4月,納粹德國首都柏林被攻陷,希特勒自殺身亡,萬幸他至死都沒看到原子彈的影子。日本敗局已定,但死不投降,依然在太平洋上每一個小島的每一寸土地上跟美國瘋狂抵抗,導致美國傷亡慘重。美國人一合計,強行佔領日本可能會犧牲100萬以上的士兵,這個虧本的事情不能幹,你不要命我要命,乾脆把「曼哈頓計劃」的成果拿出來遛遛。8月6日、9日,美國在日本廣島和長崎投擲了兩顆原子彈,這兩顆原子彈一共奪走了29萬日本人的生命,日本很快無條件投降。從戰爭武器的角度來看,「曼哈頓計劃」無疑是成功的,但是從人道主義角度上看,原子彈的存在則不是一件好事。

1955年,餘生都在為提議美國政府製造原子彈而感到後悔的愛因斯坦不甘心的永遠閉上了眼睛。在原子彈爆炸後幾個月,愛因斯坦便和20多名諾貝爾獎獲得者一同籤署了一份關於核彈的協定,在協定中他們希望在未來一同努力消弭核彈給整個世界帶來的巨大創傷。然而原子彈的巨大戰略價值,讓各國政府都趨之若鶩,惡魔的火焰一旦燃燒,那便難以熄滅。想必愛因斯坦也不會想到,由他引導的曼哈頓計劃的副產品——計算機,會在不久的將來成為整個世界前進的核心。也許是命運的安排,同樣在1955年,賈伯斯誕生。前面鋪墊了那麼多,終於等到這個痞子站上網際網路舞臺的中央。

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    在第二次世界大戰期間進行的「曼哈頓計劃」是美國政府運行的一項研究,旨在研究,製造然後使用原子彈。該項目動員了全球成千上萬的科學家,並遍及多個大洲,最終導致在廣島和長崎投放了兩枚原子彈。韋勒斯坦說,「曼哈頓計劃」與之前的研究計劃不同。較早的研究是理論性的。曼哈頓計劃的目標是製造可在戰爭中使用的炸彈。直到1941年秋天,該項目才真正開始。當時由美國政府支持的鈾委員會負責人,領導核研究的工程師範內瓦爾·布希(Vannevar Bush)說服羅斯福說,原子彈是可能的,並且可以在一年內完成。韋勒斯坦說。
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    1942年,在愛因斯坦的遊說下,羅斯福批准美國原子彈研究機構成立,並啟動「曼哈頓計劃」。當時全美上下集中力量辦大事,向「曼哈頓計劃」投入資金超過22億美元,投入人力多達50餘萬,而工程主要負責人,尤利烏斯·羅伯特·奧本海默(Julius Robert Oppenheimer),他的父親就是德國移民,並且這位「原子彈之父」的老師,就是德國理論物理學家與數學家,馬克斯·玻恩(Max Born)。
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    相信我們都知道二戰後美國投入日本廣島和長崎的兩顆原子彈。當時這兩顆原子彈是美國投入數十億美元,調集了數以千計的科學家和科研技術人員研製。美國也迫切的想看到原子彈的威力,這種沒有先見預測的東西總不能在本國測試吧,所以美國把目光看向了更易檢測成效的日本地區,至於為什麼不是別的國家是因為日本正好撞上了他們的槍口。這件事的起因是二戰後日本的全面侵華嚴重損害了英、美在華統治的經濟和政治利益。而後美軍對日本實施了石油禁運,這讓日本走投無路進而偷襲了美軍的珍珠港。
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