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第一个极客工具

计算尺

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1941年,汤姆·阿波斯托尔(Tom Apostol)穿着他那把10英寸的Keuffel & Esser对数滑尺,走在犹他大学的校园里,其神气活现的样子,不亚于西部片里的警长在主街上昂首阔步。如今已是加州理工学院数学名誉教授的阿波斯托尔回忆道:“我们都觉得穿着这些像枪套里的枪一样挂在身上,走在校园里很有男子气概。而且,我们知道怎么用这些东西,这给女孩们留下了深刻的印象。”

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计算尺,以其快捷、强大和准确,成为了1630年代以来计算的首选工具,当时英国圣公会牧师威廉·奥特雷德(William Oughtred)发明了第一把计算尺。“计算尺产生了巨大的民主化效应,”加州大学圣克鲁兹分校数学系主任安东尼·特龙巴(Anthony Tromba)说。“欧洲的旧时君主和教会可以雇佣自己的算术师。但随着欧洲商阶的兴起,计算变得至关重要,而计算尺极大地促进了工程和商业的发展。”

1960年代标志性的五英寸Keuffel & Esser Deci-Lon袖珍计算尺售价为12.50美元。最近在eBay上以180美元售出。化学家莱纳斯·鲍林(Linus Pauling)曾用他的袖珍计算尺将小数点后六位数的乘法算得飞快,令加州理工学院的新生们惊叹不已。“他用心算算出了最后两位数,”加州理工学院数学名誉教授汤姆·阿波斯托尔说。

木匠、商人、导航员、炮兵和税务评估员都开始依赖专门的计算尺。一棵直径30英寸、长41英尺的枫树能砍伐出多少木材?一个中间宽38英寸、两端宽24英寸、高31英寸的酒桶能装多少葡萄酒?需要装多少火药才能让一门火炮将12磅的炮弹发射1200英尺?对于每一次计算,都有一个计算尺可以胜任。计算尺帮助了蒸汽机的发明——詹姆斯·瓦特(James Watt)和马修·博尔顿(Matthew Boulton)如果没有它,将会一事无成。在核时代的诞生时,也少不了计算尺——恩里科·费米(Enrico Fermi)在1942年于芝加哥大学演示首次可控核链式反应时,就是用它来精确计算从石墨和铀堆中抽出镉控制棒的距离。在完成最后一次计算后,费米收起计算尺,露出宽厚的笑容,宣布:“反应是自持的。”费米没能活到看到1972年问世的、预示着古老计算尺末日的划时代产品——惠普HP-35电子袖珍计算器问世时,科学家和工程师们的反应。尽管395美元的HP-35对像加州理工学院的迪克·里昂(Dick Lyon)这样的学生来说是难以企及的,但他于1973年,即毕业前一年收到了一个作为礼物。里昂说,他的计算尺“很快就被 consigned to the junk heap(扔进垃圾堆)了,因为它不是一个可比的工具。”但随着里昂职业生涯的发展——1980年发明了光鼠标,1990年代中期帮助创建了Apple Newton的笔迹识别系统,并于1997年成为数字成像公司Foveon的首席科学家——他开始怀念他那把10英寸Keuffel & Esser的模样和手感。他深情地回忆起固定它的细小金属螺丝,精细切割的刻度,以及滑块丝滑的触感。他并不孤单。1991年,一群自称为计算尺极客的人成立了奥特雷德协会(Oughtred Society)。里昂加入了,并认识了退休工程师鲍勃·奥特内斯(Bob Otnes),他是《奥特雷德协会杂志》(Journal of the Oughtred Society)的编辑。和现在在eBay上买卖计算尺的数百人一样,他们两人都是狂热的收藏家。本页上的这些仪器来自他们的收藏。

计算尺的一个致命弱点是,对于大多数计算,它无法指示小数点应该放在哪里。1870年左右在德国制造的一个圆形计算尺解决了这个问题。这个带齿轮的小轮子计算小数点位数,每次指针旋转时都会发出咔哒声。巧合的是,17世纪推广小数点、发明了对数的苏格兰人约翰·纳皮尔(John Napier)也是所有计算尺的引擎。对数使得以简化的形式乘除大数成为可能。

A. 大多数现代计算尺都配备有游标——通常是一个带有中间刻度的透明滑块。但在1891年,当英国人威廉·考克斯(William Cox)为Keuffel & Esser设计带有斜切尖端游标的Cox Duplex时,使用可移动标记来对齐刻度仍然是一个新颖的想法。考克斯是一位多产的设计师,他还为Keuffel & Esser撰写了说明手册,并编辑了其杂志《指南针》(The Compass)。计算尺收藏家鲍勃·奥特内斯于1980年以17美元的价格购买了这把Duplex。如今它的价值至少为1500美元。B. 在计算尺用于工程之前,它们的主要功能是计算消费税。这把1720年的计量尺可以计算木桶中葡萄酒或啤酒的体积。它由黄杨木制成,这是一种非常稳定、坚硬、纹理细腻的木材。C. 现代计算尺上的对数刻度基本配置最早出现在1850年代法国炮兵上校阿梅代·曼海姆(Amédée Mannheim)设计的仪器上。这把典型的19世纪工程尺具有曼海姆刻度,以及一条用作10英寸尺子的弧形边缘。D. 法国人采纳计算尺的速度很慢,也许是因为它是英国的发明。这把1890年左右由巴黎Tavernier & Gravet公司制造的黄杨木工程尺,复制了蒸汽机发明家詹姆斯·瓦特一个世纪前设计的款式。E. 这把1908年产的英国Halden Calculex尺寸小巧,可以放进背心口袋,其旋转玻璃面板上有一个细线游标,还有一个金属拨盘用于转动内刻度。Calculex的印刷广告(其反面有附加刻度)称其为“真正的朋友和值得信赖的向导”。它配有一个铝制外壳和一个用皮革装订、烫金边缘的小说明书。F. 由爱尔兰的乔治·富勒(George Fuller)于1878年发明的富勒计算器(Fuller Calculator)是最早的圆柱形计算尺之一。如果将螺旋刻度展开,大约有42英尺长。因此,富勒计算器在精度上是一个标杆,可以给出五位数的计算结果(尽管你仍然需要估算小数点的位置)。富勒计算器装在一个带金属搭扣的铰链木盒里。在1920年代,航空工程师(后来成为小说家)内维尔·舒特·挪威(Nevil Shute Norway)用富勒计算器计算了实验性R100飞艇(英国工业对德国齐柏林飞艇的回应)机身的金属应力。G. 研究古代玛雅帝国的学者使用了这把1935年制造的圆形计算尺,以帮助解读历史上最复杂的日历之一。绿色带包含19个玛雅月份的名称;橙色带显示20个命名日期的周期性循环。H. 在摆弄这把1930年代产的奥地利照片曝光计算尺的对数刻度时,很容易错过决定性的时刻。首先,你需要将胶片速度环(这里用Scheiner单位标记)与上面的补偿滤镜缺失的环对齐。然后,你需要通过目镜观察,光线会以不同程度透过压印的字母。然后,你需要读取该字母下方的列,并选择一个快门速度(黑色)和一个光圈(红色)——并告诉蒂莉阿姨再坚持一会儿。I. 计算尺的消失可以说是一声巨响。设计第一颗原子弹的曼哈顿计划的物理学家们用它们进行初步计算。后来,出现了类似1960年代的核弹效应计算机(见右图)这样的圆盘式计算尺,用于计算弹坑大小和爆炸后辐射水平。“它们完全是胡扯,是为了给人们一种政府知道他们在说什么的感觉,”收藏家迪克·里昂说。“但它们是很好的冷战时期的文物。”

奥特雷德协会的网站上有照片以及即将举行的活动列表:www.oughtred.org。更多关于计算尺历史的信息,以及一些照片,来自惠普计算器博物馆:www.hpmuseum.org/sliderul.htm

许多计算尺网站都有照片和使用说明。两个不错的网站:www.sliderules.clara.net 和 www.sphere.bc.ca/test/sruniverse.html

迪克·里昂是Foveon公司的首席科学家,该公司推出的X3芯片有望开启下一代数码相机。更多内容请阅读Eric Levin在2002年12月《Discover》杂志上发表的文章《下一场摄影革命》。本文可在www.discover.com查阅。

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