人有人的用处-第15章
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正是由于这一事实，所以工程技术之从机械联结改变为电联结时才会产生如此巨大的影响。电动机所提供的动力分配方式极便于我们去制造供每台机器自用的小型发动机。工厂电路的输送损耗是比较低的，电动机的效率是比较高的。电动机与其线路的联结不一定要固定起来，也不一定要由许多部件组成。目前，由于考虑到运输和设备的方便起见，可能使我们不得不仍然象往常那样把某项工业过程中的不同机器集中在一个工厂里；但是，把所有机器都联接到单个动力来源的必要性已经不再是地点集中的重要理由了。换句话说，我们现在所处的情势就是回到农舍式的工业（cottage industry），可以随便在什么地方把它建立起来。
我不想坚持说，机械输送的必要性就是那些库房似的工厂以及由此造成道德败坏的唯一原因。事实上，工厂制度的建立是先于机器制度的建立的，其目的是在个体工人的毫无纪律的家庭工业中建立起纪律，从而使产品保持一定的标准。诚然，这些非机械化的工厂很快地就被机械化的工厂所取代了，而城市人口的锐增和农村人口的锐减这些不是的社会后果也许就是工厂机械化所致。进一步说，即使我们一开始就有小马力的发动机，即使这种发动机也能使家庭工人的生产力有所增加，那也很难断定在那些诸如纺织业之类的家庭工业中能够建立大规模生产所需的组织和纪律的。
如果我们希望这样地进行生产，那么，一台机器就可以装上几部发动机，每部发动机专给特定的部件输送动力。这就减轻了设计师的许多负担，不必去发明那些他在相反的情况下就不得不去发明的机械设计了。在电机的设计中，如果单是考虑各部分的联结问题，那就不会发生太大的、难于使用简单的数学式和数学解进行处理的困难了。输送系统的发明家现在已被电路计算师所取代了。这就是一个例子说明发明的艺术如何取决于当时的实际条件。
在上个世纪五十年代到七十年代期间，当工业中初次使用电动机时，人们起初认为：它无非是另一种能使当时的工业技术发挥作用的装置罢了。当时可能没有预见到，它的最后结果会出现一个关于工厂的新概念的。
除了电动机外，另一个伟大的电学发明就是真空管，它也有一段类似的历史。在真空管发明以前，我们需要用许多分立机构来调节大功率的系统的。事实上，大多数的调节机构本身就需要相当大的功率。也有个别情况例外，但只存在于特殊领域中，例如船舶的驾驭。
在1915年这样晚近的年代，我搭乘过一艘旧式的美国轮船横渡大西洋。这是一艘过渡时期的轮船，还带着帆，尖尖的船头上树立着斜桅。在上部主结构靠近船尾不远的甲板上，安装着一部庞大的机器，它由四、五个直径六英尺的带有把手的轮子组成。这些轮子是准备在自动舵机发生故障的时候用来操纵轮船的。遇到暴风雨时，就得有十几个人使出全部力气才能使这艘大船保持其航向。
这不是常用的驾驭船只的方法，而是紧急情况下的代替物，或者如水手们所说的，叫做“后备舵轮”。在正常驾驭的情况下，船上有一部舵机，它可以把舵手掌舵时所用的较小的力量转变为又大又重的舵的运动。因此，即使仅仅根据纯粹机械的方法，人们在解决力或转矩的放大问题上也是有过若干进步的。但虽然如此，放大问题的这种解决在那个时候是不能做到输入量和输出量之间保持着非常巨大的差别的，而且它也没有体现为灵巧的通用类型的仪器。
把小功率放大为大功率的最灵巧的通用仪器就是真空管或电子管。它的历史很有意思，但这里讨论起来就太费篇幅了。然而，回忆一下这个事实是有趣的：电子管是爱迪生的最伟大的科学发现，也许又是他的唯一的没有列为发明物的科学发现。
爱迪生注意到，如果把一个电极放在电灯里并使它对灯丝有正电位，则当灯丝灼热时，电极和灯丝之间有电流通过，反之则无。以后经过别人的一连串发明，这一发现便导致一种用小电压控制强电流的方法，比过去任何一种方法更为有效。这个方法是现代无线电工业的基础，但电子管也是工业方面在许多新部门中都得到了广泛应用的一种工具。因此，控制大功率的过程就不再需要使用那种其中重要的控制部件也需要用同样大的功率才能工作的机械了。我们完全有可能做出一定的行为模式，使其所需功率很低，甚至远低于通常无线电装置中的那些行为模式所需的功率，然后再用上一系列放大管，通过这样的仪器去控制一台重型机器，例如，去控制一座轧钢机。为了实现这种控制而要进行的鉴别和形成行为模式的工作是在下列条件下完成的：功率的消耗微不足道，然而这种鉴别过程的最后应用可以达到任意高的功率级。
看得出，这个发明可以使工业条件发生根本性的变化，其重要性不下于利用小型电马达来输送和分配能量。行为模式的研究工作交给控制仪器的特定部分去做，其中关于能量节约的问题是微不足道的。因此，以前那些用来保证机械联结系统由尽可能少的元件组成的巧妙设计和装置以及那些用来保证减少摩擦力和运动损耗的装置现在大部分都失去价值了。需耍使用上述部件的那些机器的设计工作已经从熟练的工场工人手里转到实验室的科学研究人员手里了；后者在这个方面拥有各种有效的理论，用不着象过去那样在机械方面力求花样翻新。过去意义的发明已被某些然律的利用所排挤掉了。自然律及其利用之间的距离已经成百倍地缩短了。
我在前面说过，当一个发明提出来以后，一般要经过相当长的时间，人们才能了解它的全部意义的。飞机的发明对国际关系和人类生活条件的全部影响是经过很长时间以后才被人们所了解的。原子能对人类及其未来的影响还有待于估计，虽然有许多观察家坚决主张它和一切旧武器一样，只不过是一种新武器而已。
真空管的情况也是这样，起初大家只把它看成是提高原有电话通讯技术的一种辅助工具。电气工程师在开头的时候对它的真正价值是如此之不了解，以致他们在很长的时间里只把它当作通讯网络中的一种特殊部件。这个部件是用来和其他限于传统的所谓惰性的电路元件——电阻、电容和电感相联接。到了大战的时候，工程师才开始放手使用真空管，那儿需要就在那儿接上，就象他们过去使用上述三种惰性元件一样。
真空管最初是用作长途电话线路和无线电报中已有构件的代用品的。但是，不久之后，当无线电话已经发展到无线电报的水平而无线电广播也变成可以实现的东西时，人们对它的用途就明白过来了。这一发明思想的伟大胜利目前主要是为“肥皂歌剧”和低级庸俗的歌唱家服务，然而，我们不应当被这个事实蒙住了眼睛，而看不到人们在从事这项发明的过程中所做过的卓越的工作，看不到它在传播文化方面的巨大可能性，尽管这些可能性已被滥用作全国药品的展览橱窗了。
真空管虽然已经在通讯工业中初试身手，但是，通讯工业这个部门的界限和范围长期没有得到人们的充分理解。真空管及其姊妹发明——光电管，过去一直是零零碎碎地被用来检验工业产品的；举例说，用来调节造纸机生产出来的纸张的厚度，或者用来检查菠萝罐头中的菠萝颜色等。这些应用迄今还没有形成一种合理的新技术，而工程师的头脑里也浚有把真空管同它的另一功能即通讯的功能联系起来。
这一切在战争中都变了。我们从这次大战中得到的少数收获之一就是发明事业在客观需要和经费不限的刺激下得到了迅速的发展，特别是，工业研究部门增添了新生力量。在战争初期，我们最大的任务就是要使英国不至于被极其严重的空袭所打败。因此，高射炮是我们战时科学研究的首批对象之一，尤其是高射炮和侦察飞机用的雷达装置或超高频赫兹波装置结合在一起的研究。除去雷达自身的种种发明外，雷达技术的使用方式和原有的无线电技术的使用方式相同。因此，我们自然把雷达看作通讯理论的一个分支。
除了用雷达寻找飞机外，还必须把飞机打下来。这就涉及炮火的控制问题。飞机的速度极快，因而有必要用机器来计算高射炮弹发射轨道的种种参数。还要使预测机自身具有本来是由人来执行的那些通讯职能。因此，防空炮火的控制问题使新一代的工程师熟悉了针对机器而不是针对人的通讯观念。在我们讨论语言的那一章中，我们已经提到了另一个领域，即自动水力发电站的领域，在那个领域里，对于一定数量的工程师说来，该观念早已熟知了。
在第二次世界大战前夕，人们又发现了真空管的其他用途，这些用途都和机器直接有关，而与人力无关。其中应用最广泛的就在计算机方面。在计算机中，象V。布希（Bush）所发展的关于大型计算机的概念本来是纯机械性质的。积分是用滚动的圆盘来做，它们以磨擦的方式相接；圆盘之间的输出和输入的交换是用一系列老式的轴和齿轮来完成。
这些早期计算机的观念，就其来源而言，要比布希的工作早得多。在某些方面，它可以追溯到十九世纪初期伯贝奇（Babbage）的工作。伯贝奇已经有了惊人的现代计算机的观念了，但他所能使用的仅是机械方法，这就远不能满足他的野心了。他所遇到的而且无法克服的第一个困难就在于：长系列齿轮运动时要求有相当大的动力，因此，输出的力和转矩很快地就变得太小了，以致不能推动机器的其他部分。布希也看到这个困难，并且用了一个很巧妙的方法来克服它。除了真空管和类似装置所制成的电放大器外，还有若干机械的转矩放大器，例如大家在船上卸货时常常看到这类放大器。码头上的装卸工人把货物吊在起重机的吊梁或绞车的鼓轮上就能把货物举起来。使用这个方法，装卸工人所用的机械力量便按照一定的比例系数来放大，这个系数是随着吊索和鼓轮之间的接触角的增大而迅速增大的。所以，一个人就能够把许多吨的货物举起来。
这种装置基本上是力放大器或转矩放大器。布希借助一种巧妙的设计把这些机械放大器加进计算机的各个阶段，从而便能有成效地完成那种对于伯贝奇只能是梦想的工作。
在布希工作的初期，当工厂里还没有任何高速自动控制装置的时候，我就对偏微分方程的问题发生兴趣了。布希工作所涉及的是常微分方程，其中自变量是时间，机器是在时间过程中模拟着它所分析的那个现象的过程，虽然模拟的速度不尽相同。在偏微分方程中，代替时间变量的是一些在空间中变化的量。我曾经向布希作过建议，由于电视扫瞄技术当时正在迅速发展，我们自己就必须去考虑这一技术，用它来描绘多变量，譬如说，用来描绘和单变量时间不同的空间变量。这样设计出来的计算机必须工作得极快，因此，在我的思想里，机械过程就无法考虑了，这就迫使我们仍旧要去考虑电子过程。此外，在这种机器中，全部数据都必须以一种可以同机器的其他动作相称的速度写出、读出或揩掉。除了包括一套算术机构外，这种机器还必须包括一套逻辑机构，要能够在纯逻辑和自动化的基础上解决程序设计问题。在工厂中，人们已经从泰洛（Taylor）和吉尔布勒斯（Gilbreths）关于工时标定的工作熟悉了程序设计的观念了，而这种观念转用到机器上去的时机亦已成熟。这个问题解决起来在细节上有相当大的困难，但在原则上，困难不是很大的。因此，我早在1940年就相信自动化工厂的建立已经在望，并且把这点告诉了布希。在本书初版出版的前后，自动化发展起来了，这使我相信我的判断是对的，使我相信这一发展必将是决定未来社会生活和技术生活的巨大因素之一，是第二次工业革命的导火线。
在布希微分分析器的种种早期形式中，有过一种分析器，它执行着所有重要的放大功能。电的使用只是为了把能量输送给发动机以发动整个机器。这种状态的计算机是中介性质和过渡性质的计算机。人们很快就弄清楚了，用电线而不用枢轴联接起来的电放大器要比机械放大器和机械联接省钱得多，也灵活得多。因此，后来形式的布希机器都采用了真空管装置。这些装置随后又应用到一切计算机中，不论它们是今天所讲的模拟计算机（主要是借助物理量的测量来进行工作）还是数字计算机（主耍是借助计数和算术运算来进行工作）。
战后，这些计算机发展得非常迅速。在大部分需要进行计算的领域中，这些计算机都显得比计算员迅速得多，也准确得多。它们的速度早就达到了这样的水平：不可能在它们运算的中途进行任何人力的干预。因此，如我们在高射炮控制仪器中看到的，这些计算机同样要求用机器能力去代替人力。机器的各部分必须使用一种适当的语言来相互交谈，除了在过程的初始阶段和最后阶段外，它们不向任何人讲话，也不听任何人的话。这又是支持大家所赞同的把通讯概念推广到机器上去的论点之一。
在机器各部分之间所进行的这种谈话中，我们往往必须知道这部机器已经说过了什么。这里，我们就得谈到反馈原理，这我们前面已经讨论过了。船上的舵机就是反馈原理的一个实例，但是，还有比舵机更早的例子。事实上，调节瓦特蒸汽机速度的调速器就是这个原理的应用。这种调速器可以防止机车在其负载减轻时不致跑得太快。如果机车开始跑得太快，那么调速器的球就会因离心的作用而上升，杠杆就连带上升，于是就挡住一部分蒸汽之进入机器。这样，转速增加的趋势就会引起部分补偿的趋势，从而把转速降低下来。1869年，麦克斯韦曾经对这种调节方法作了彻底的数学分析。
在这里，反馈是用来调节机器的速度的。在船舶的舵机中，它是用来调节舱的位置的。驾驶员操纵着轻便的传动系统，利用链条或水压传动来推动一个安装在驾驶室中的构件。这个构件和舵柄之间的距离由专门的仪器指示出来，人们根据这一距离来控制进入蒸汽舵机汽门的蒸汽数量，而在电动舵机的情况下，则控制电能的进入。无论具体的联接方法如何，进入能量的变化状况总是这样的：它使舵柄和驾驶盘所开动的构件保持着协调的动作。因此，一个掌�
