为父分忧，法国青年发明全球首台计算器

刘清源
近日，法国一场关于全球首台计算器帕斯卡计算器的拍卖会被紧急叫停，原因是此前发放给该计算器的出口许可证被暂停执行——鉴于其重要历史和科学价值，巴黎行政法院在一份声明中表示，这台计算设备“有资格被认定为国宝”。在最终判决出炉前，这台计算器被禁止出境。该裁定受到法国学界与遗产保护人士的普遍欢迎，因为这台计算器标志着人类计算工具史的一次革命性飞跃，拍卖行那里是这样描述该藏品的——“这是人类历史上首次尝试用机器代替人脑进行计算工作”。这样的革命性飞跃来自一位19岁法国青年的孝心。1642年，年仅19岁的布莱兹·帕斯卡制造出世界首台机械计算器。

帕斯卡出生于法国中部小城克莱蒙，他的父亲艾蒂安是有名的会计专家。1635年，艾蒂安被任命为鲁昂税务法院院长。1639年，鲁昂所在的诺曼底地区爆发抗税叛乱，大量的税务纠纷涌向法院，加上当时法国铸币的进制不统一、所有的计算只能依靠纸笔，财政管理是块“硬骨头”，计算过程缓慢，且极易出错。

在鲁昂工作的艾蒂安每天都需要花费大量时间反复核对账册和报表，还要顶着工作压力承担计算错误可能带来的政治风险。帕斯卡看到父亲辛劳，心中很是焦虑，希望自己也能帮父亲做些什么。在父亲的言传身教及良好的教育培养下，帕斯卡孩童时代汲取了丰富的科学与技术知识，拥有良好的数学基础，他产生了一个大胆的想法：能否制造一台机器，来代替人类完成这些重复性的计算工作？

经过几年的不懈探索，1642年，帕斯卡成功制造出一种“奇妙的算数机器”。这种机器外部设有多个数位，每个数位都对应一个拨盘，内部则装有复杂的齿轮，通过拨盘带动齿轮转动可以直接进行加减运算。

机器准确进行运算的核心奥秘在于一个被称为“跳锤”的机械结构。计算器每个数位都有一套独立的齿轮组和跳锤，当低数位（比如个位）的数字从9转动到0时，其背后的齿针会释放原本被抬起的跳锤，跳锤在自身重力作用下迅速坠落，“踢动”相邻高数位（比如个位旁边的十位）的齿轮转动一格，完成进位。每个数位的进位都是独立的且可以自动触发，这意味着在计算“999+1”这样需要连续进位的运算时，人们用手拨动个位的转盘，就可以连续触发进位。

就这样，人类历史上第一台机械计算器在1642年诞生了，人们也将该计算装置称为帕斯卡计算器。帕斯卡后来继续改进自己的计算装置，推出可以专门用于土地测量、会计等工作的装置。他的发明在法国社会引起轰动，1649年，帕斯卡获得法国王室颁发的“国王特许状”，这相当于现代意义上的专利证书。

获得“国王特许状”后，帕斯卡继续投入精力对计算器进行改进和量产。然而，这台革命性的机器也面临着现实推广的困境——其结构复杂，造价高昂，售价不菲。此外，对于更复杂的乘除运算，帕斯卡计算器需通过重复加减来实现，操作上仍显不便。

‍17世纪50年代，随着兴趣逐渐转向神学和哲学，帕斯卡停止了对计算器的进一步研究和推广。但他的设计思想深刻影响后来的学者，在帕斯卡的基础上，德国数学家莱布尼茨于17世纪后期发明能直接进行乘除法的“步进计算器”。20世纪中叶，随着晶体管的发明和集成电路的出现，电子计算器登上历史舞台，计算装置的体积不断缩小，成本不断下降，最终得以被普及到千家万户。