清新时报 |当清华大学人文楼里燃起图灵之火

“今天随处可见的智能手机不再被称作‘计算器具’，也不一定让人联想到‘计算’。这种对‘计算’的遗忘，恰恰证明了‘计算’已经深深嵌入在人类生活的每一个角落。世界图景的数字化让一切问题都化为计算问题。‘计算器具’无处不在，但却隐而不彰，预示了人工智能的新时代已经或即将启幕......”

摘自“神机妙算——计算器具历史展”结语

一千五百多年前，祖冲之利用算筹夜以继日地计算，成为世界上第一个将圆周率精确到小数点后7位的人。计算如此复杂，所需要的算筹极多，如果在过程中稍有差错，哪怕只是一阵风将其中一根算筹吹移了位置，就要推翻重来。

祖冲之计算圆周率（图源网络）

想象当时的场景，再看看今天——由超级计算机计算出的圆周率已精确到几十万亿位小数，若打印在A4纸上，将高达五六百米，一个人朗读一辈子也读不完。不仅祖冲之要感叹，连我们也会惊讶于时代发展的速度。

然而，在计算发展的历史长河中，算筹还只是块亮眼的鹅卵石，在这期间，古代南美印加人用羊驼毛或骆马毛编成有各种结的彩色绳子，欧洲人可以用两只手来表示多达9999的数字。往后看，风再也吹不动黄花梨木算盘上的肥厚算珠；英国海关官员埃弗拉德发明计算尺来测量船上的酒桶；国产飞鱼牌手摇计算器把“两弹一星”送上了天，计算一次弹道轨迹需耗时2个月，不知道摇得多少研究人员手疼……

但是看看今天的扫地机器人，再和不小心召唤出来的Siri聊个天，你还会联想到“计算”吗？对“计算”的遗忘，恰恰意味着它的新发展：我们正从“万物皆可计算”的过去，走入“万物皆是计算”的未来。计算，它无处不在。

这正是“神机妙算——计算器具历史展”想要呈现的一切。

展览现场

器物之美

经过九个月的准备，9月24日，由清华大学科学博物馆和合肥子木园博物馆共同推出的“神机妙算——计算器具历史展”在清华大学蒙民伟人文楼开幕。

清华大学计算机系九字班的张为在《技术通史》课程上通过授课老师了解到这场展览。他在讲解员的带领下认真走完了这段微缩的历史进程。

“运筹”、“机巧”、“掣电”，三个从古籍里跳出来的词语作为单元标题，将计算历史划分为三部分。

计算思想发源的古代，器具还未成型，像是结绳记数、能掐会算、运筹帷幄的故事，对我们而言只是遥远的想象。

伴随着清脆和谐的齿轮运转，计算史近代的大门缓缓打开，金属的光泽令人眼前一亮。当讲解员把一个名为“安提凯希拉装置（复制品）”的木盒子提起来转了一圈后，张为的脑海中立刻出现“精巧”这个词。

安提凯希拉装置（复制品）

“精巧”似乎是个与近现代机械紧密相连的词。但事实上，这个由超过30个铜制齿轮、曲柄和刻度盘组成的“盒子”，出现在一艘沉没了两千年的古希腊古船残骸中，目前被认定于公元前2世纪制成。“很难想象那个时代能造出这样的东西。”张为说。

安提凯希拉装置（复制品）在展览现场

这件复制品来自古希腊技术博物馆，由清华大学科学博物馆馆长、科学史系主任吴国盛教授捐赠。展品正面是标有365天的圆形刻度盘，除此之外还有奥林匹克运动会周期等五个刻度盘。转动侧方手柄，当指针指向一个日期，其余的装置便会显示出相应的月历、气象等信息。

有研究人员认为“安提凯希拉装置”不仅是一个日历，还可以计算天文周期、推测日食月食、显示出星座的起落和行星的位置，堪称是一台两千年前的超级天文“计算机”。最巧妙的是，这个可运算的日历，每四年还包括一个闰年。

开幕式上，馆长吴国盛为嘉宾做展览介绍

三个单元中，吴国盛最喜欢“机巧”，即机械部分：“原理容易理解，能看到器具里面的构造，造型也漂亮。而电子计算机你并不理解它，搞不清楚里面怎么运作的，只能看见一个壳子。”

进入最后一个单元“掣电”，颜色登时变得黯淡而冷静，一个个灰色的壳子里装着电子大脑，计算机正试图与人类智慧竞争。

最早服务于原子弹制造的计算机，如今也“飞入寻常百姓家”，被用来播放电影、音乐、游戏以打发时间，它对人类生活展开了一场无声的“全面入侵”。

可以说，吴国盛是现代家用计算机的第一批用户。1990年，单位的同事自己组装起一台台式计算机，他花了一千块钱的巨款买了一个硬盘，容量是10兆。接下来的30年间，他使用过英特尔公司的286、386电脑，第一台笔记本电脑由台湾宏基出产，然后是索尼、苹果，前前后后十几台电脑，如果摆在一起甚至可以举办一场家用计算机更新换代的微型展览了。

展厅第三单元“掣电”中部分展柜

“神机妙算”是继去年“百年器象”后清华大学科学博物馆策划推出的第二个大型展览。清华大学科学博物馆于2018年4月24日开启建设计划，目前已经建成了500平米的库房，收集了近四千件藏品。它将是清华大学筹建的中国第一座综合类收藏型的科学博物馆，永久场馆将坐落于艺术博物馆和美术学院之间，与艺术博物馆并列成为清华园科学与艺术的两个殿堂。

开幕式上，馆长吴国盛为嘉宾做展览介绍

本次展览的推出，源自去年10月吴国盛参观合肥民间子木园博物馆时冒出的灵感。子木园中的计算机馆是我国第一家集展示、教育、互动为一体的专业陈列馆。在后来“神机妙算”展出的80余件展品中，有三分之二是来自子木园。之后的三个月间，清华大学科学史系博士后、策展人司宏伟三次访问子木园，进行展品调研，于今年1月15日做了可行性报告。

受到经费、场地、疫情等各种条件的制约，展览筹备工作时断时续，开幕时间几度延期。与几百米之外、一个展厅面积就有800平方米的清华大学艺术博物馆以及几个展柜就价值10万块的故宫博物院相比，最终呈现的这场展览占地仅300平方米、耗资30余万，看起来更像是科学博物馆正式建成前推出的一场小小预演。

策展团队研讨展品展示方案

9个月的时间里，策展人司宏伟暂时停止了一切科研工作，全身心投入策展中，展览大纲六度推翻重写，清华大学科学史系助理教授胡翌霖、蒋澈、王哲然等人也为展览大纲提供学术支持。扫一扫每件展品下方的二维码，会看到大约五百字的介绍，全是由司宏伟和同事们对中外文献进行全面检索、逐一翻译、反复提炼的结果。

除了计算器具实物藏品展示，还有由王哲然带领的团队制作的复原性质的展品，以提升观众的互动体验。在馆长吴国盛和总顾问杨玲的统筹下，几次比稿确定展陈设计公司，为展品提供了最佳的呈现方式……

科学博物馆团队合影

展品之源

展览开幕前三日，载着展品的大车到达了北京城外。由于运输异常顺利，展厅也提前装修完成，原本计划晚上12点到达的车在下午2点就到了。按照北京市规定，大车要在晚上10点以后才能进城。通行证来不及办理了，难道这十多个小时要让这些珍贵的宝贝在城外转圈？

出于安全考虑，司宏伟和同事刘年凯紧急与展品运输公司的老板、驾驶员取得联系。两点多钟，罚了100元钱，扣了3分——这辆车违章进城了。

这是路上发生的一件轶事，而整个“展品出门”的情景，则令人心惊肉跳。

藏品部刘年凯清点展品

9月17日，司宏伟一行人到达合肥接展品的时候，意料之外下了大雨。子木园博物馆坐落在古色古香的庭院里，车进不去，只能人工将展品包装后冒雨搬出去。

在此之前，经过调研、数次开会讨论确定的文物运输公司已经为每件器具量身定制了箱子和泡沫板。他们将展品层层包装起来，纸箱包完再放进木箱，小箱装完再放进大箱，每层都有特殊的防碰撞保护。负责运输的大货车内部恒温恒湿，有完整的减震系统。

展品搬运、运输

每个人冒着雨来来回回将展品小心翼翼送上车，上锁。司宏伟亲自写上封条，小心翼翼地拔下锁匙。惊心动魄的运输之旅才刚刚开始。

抛开人类文明发展史不谈，光是对于子木园的人来说，这几十件老旧的计算机已是无价之宝。运输公司以对待青花瓷、青铜器等国家一级文物的标准来设计方案，两天一夜的运输，过夜时车停在山东博物馆戒备森严的大院里，生怕出一点问题。

运输公司冒雨完成装车

运输团队中有位郭师傅在搬运展品时淋了雨，再经两天两夜的开车、保障安全等高度紧张的工作，发了高烧，在进校园时因为体温达到37度而差点被拦门外。郭师傅一直坚持到展品安全抵达展厅，在布展前夕才请求紧急换人，让在场所有人都十分感动。

布展现场

在预留的三天调整时间里，他们根据展品实物的尺寸和重量对展厅进行调整，以求达到最好的表现效果。直到9月24日开幕式的凌晨，一切就绪。关门，上锁，设防，司宏伟一颗悬着的心才放下。

展览现场将展品做了场景化的展示

里程计（清华大学科学博物馆复制）

几件可互动的复原品可以说是“明星展品”。纪录片《我在故宫修文物》里说道：“修复文物是穿越古今与千百年前进行对话的特殊职业和生命体验。”而器具复原，又是另一番滋味。

类似今天出租车的打表，古时有里程计，用来测量走过的距离。根据维特鲁威的《建筑十书》和达芬奇在《大西洋写本》中的草图和描述，复原团队制作了互动复原品。车轮运动两周，带动水平大轮盘运动一齿。大轮盘内盛有许多小圆石子，轮盘每运动一格，一个圆石就落入下面的小盒。通过听声音或数石子的方式，便可判断里程计走过了多少里。

记里鼓车（清华大学科学博物馆复制）

中国古代类似的装置，被称为记里鼓车，同样可以自动报知里程。记里鼓车每行一里，木人击鼓；每行十里，木人击镯。

复原工作异常艰辛，这些器具往往没有实物流传下来，复原团队只能在文献中寻找线索。因此，第一步就是找史料，王哲然认为：“要把所有的资料都拿到，文献要全要齐，不能有遗漏，书上是怎么写的，我们就怎么做，一字一句地去推敲。”他们将达芬奇的手稿翻译成中文，将机械原理一点点抠出来研究。

复原展品组装的工作现场，图左为王哲然

除了搞清仪器本身的科学原理，制造工艺也是复原成功与否的关键。然而，这方面的知识属于工匠知识，相关的资料很难找到。以选用木料为例，选什么样的料子好，如何让模型不易变形，怎么样做出古朴的历史感，这些都是需要研究的内容。复原团队用很多材料做了试验，最后选定了顶级的黑胡桃木。

里程计中使用的蜗轮蜗杆结构非常复杂，无法使用数控机床直接加工，只能手工一点点加工出来。为此，复原团队先用便宜的材料制作了一比一的模型小样，让更有经验的木工师傅对着做出来。

由于加工零件中有很多异型件，以至于在加工其中一件模型时出现了这样的对话：

为什么要把铜加工成这个奇怪的形状？你们是要做凶器吗？

我们在做计算器。

复原工作的每个步骤都存在着技术困难，团队成员常常能找到意想不到的解决方案。例如，在制作记里鼓车时，工期将近，而击鼓击镯的两个小木人始终找不到制作方案。当时，王哲然恰好去苏州古天文计时仪器研究所调研，看到那里也正在做记里鼓车，便向他们借了两个小木人，从而解决了难题。

“天河一号”超级计算机的一台机柜运到展厅

无独有偶，展览走到尽头，最后一件令人肃然起敬的大家伙——“天河一号”超级计算机的一台机柜，也是借来的。

2010年11月14日，“天河一号”在世界超级计算机500强排名中勇夺第一。当时研究团队中的解放军上尉司宏伟负责“天河一号”的押运任务，将半个足球场那么大的140个机柜拆开，装车，运往天津投入正式运行。

策展人司宏伟曾经参与了“天河一号”研制工作

在准备最后一件展品时，司宏伟希望这是件能让人感到震撼的重磅展品。“如果将一台1999年的苹果iBook作为收尾，既不够特别，又是外国产品，多少有点遗憾。”他想，能不能将他的老朋友接过来呢？

后来司宏伟去拜访了国家超级计算天津中心的主任刘光明少将——他从前的同事、恩师和老领导。对方很支持，当即答应下来，提供了一台机柜和一块通信主板，为展览做了一个精彩的收尾。

展览现场，观众在通信主板前反复观看

图灵之火

展览开幕当日，除了同期举办的第二届清华科学博物馆学论坛的与会学者，参观人次达百人，在第二天举行的线上云导览中，直播间人数超过50万。

9月25日直播导览现场，从左往右为

博物馆教育工作者朋朋哥哥、馆长吴国盛、博物馆专家祁庆国

直播中，主持人朋朋哥哥调侃：“我一直在调动自己毕生的数学知识。”馆长吴国盛则认为这场兼具学术与科普的科学史展览并不存在所谓的“门槛”：“理科生可以看原理和机巧，文科生可以看历史和美，科学艺术是一家人。”

直播结束后，吴国盛馆长问工作人员，今天来了多少人？

工作人员回答上午来了好几个。

他点头道：“每天都来几个人，我们展览八个月，也能福利全校师生。”

志愿者讲解组组长王燕斌为观众做展览讲解

志愿者讲解组和策展团队合影

展厅里有几个人正在安静地观察和欣赏，有家长带着小孩子，低声细语的声音在科学的长廊里穿梭。当年邓小平做出“计算机要从娃娃抓起”重要指示时，现场进行编程演示的中学生李劲，后来进入清华大学学习，成为享誉全球的顶尖计算机技术专家。

观展小观众留言

展览现场，展板中的肖像左为巴比奇、

右为阿达·洛芙莱斯

将我们带入这样一个计算速度如风驰电掣般时代的人物当中，有一位女性功不可没。著名英国诗人拜伦之女阿达·洛芙莱斯是历史上第一位程序员。她容貌美丽，才华过人，曾自信地说，“That brain of mine is something more than merely mortal， as time will show.（时间会证明我的智慧不朽于世）”

她为计算程序拟定“算法”，写出第一份“程序设计流程图”，而她的好友巴比奇发明了分析机——人类机械计算史上的巅峰之作，早期电子计算机的雏形。两人一起将世界推向前所未有的时代，就像“掣电”单元的序言中所写：从此计算不再只是算术，而是智能活动；计算机不再只是计算工具，而成了人工智能。

第二届清华大学科学博物馆学论坛现场

清华大学信息科学与技术学院副院长张小平在论坛上做了题为《图灵之火》的报告，他指出展览的一个遗憾：计算器具是载体，承载的是计算思想，器具是有形的，而思想是无形的，难以被展示。

一场器物的展览纵然能将计算历史的脉络简单呈现，内在流淌的计算思想与审美仍需要个人的体悟。图灵的思想之火，开辟了人类的新时代，正如下面一首小诗所体现的那样，科技与人文浪漫地交织，这一把火，照亮了人类文明的黑夜，也点燃了无数的梦。

高山人的梦

存在还在说话的自然的秘密

这不轻的时间去了

飞在我的梦中

用什么大力止住了高山湍流的

发现了光明的自然的美景

走进梦中好梦的黑夜

我在世界你也是在梦外

——《走进梦中的黑夜》

（选自微软小冰原创诗集《阳光失了玻璃窗》）

展览时间：2020.9.24-2021.5.5  

 (周三至周日 9：30-16：00)

展览地点：清华大学蒙民伟人文楼B204-205展厅

主办单位：清华大学科学博物馆

合办单位：合肥子木园博物馆

协办单位：清华大学科学史系 

扫码观看导览直播

 

编辑｜伊   墨

记者｜韩瑞瑞

视频｜孙依然

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