《纹算织机考》——承启四十三年陈灵机之推算宏图
序: 汉宪帝承启四十三年(公元 843 年),大汉历经数百年沉浮,于理性复苏之微光下,渐露生机。王明先生《再认识》之学,虽未至后来通俗时代之盛,然其“统合明算”、“实证精神”之念,已于部分有识之士心中播下种子。李壹先师《新易》所倡之逻辑推演,亦为少数钻研者所重。当此之时,于中原纺织重镇(或为洛阳、或为新兴之江南市镇),有一奇人,名曰陈灵机,字子巧。其人本为纺织世家,经营数代传下之大型织坊,家资颇丰,然其志不在此,平生最好格物之学与机关巧思。灵机见坊中织工依图样配色穿梭,工序繁复,耗时费力;又见账房先生日夜拨弄算筹,处理商贸往来之巨额数目,亦常有错漏。遂日夜思索,能否创制一器,既能精確记录繁杂之纹样数据,又能依此数据进行推演运算,以辅百工,利万民。
陈灵机之宏图:“纹算织机”之构想
陈灵机尝叹曰:“世人皆知织机能依纹样出锦绣,然纹样本身,亦是一种‘数’与‘序’之记录。若能将天下万事之‘数’与‘序’,皆化为此等可记录、可操控之‘纹’,则何愁不能以一机而算万事哉?”
彼时,灵机已年过四旬,其织坊所用之水力大纺车、提花机等,皆为当世翘楚。然其最为心血所注者,乃是一具其耗费数年心力构想,并以硬木、青铜秘密试制部分机括之“推算机器”——其名曰:“纹算织机”。
此“纹算织机”之构想,载于其手绘图稿《纹算织机草略》之中(此书稿今已不存,仅于后世笔记中见零星引述),其核心理念如下:
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“纹柱”与“数销”——数据的机械记录: 灵机设想,以若干根可转动之“纹柱”(类似提花机上控制经纬线升降的纹板或花筒,但更为精密复杂)为基础。每根“纹柱”之上,密布细孔,可插入不同长度或不同标记之“数销”(小木钉或金属销)。 “数销”之有无、长短、或其在“纹柱”上之特定位置,即可代表不同之数字(如采用二进制或十进制的某种机械编码,灵机或曾思考过以不同长度的销代表 0-9,或以销的有无代表 0 和 1)、符号或逻辑状态。 通过预先设定各“纹柱”上“数销”之组合,便可将大量初始数据或运算规则,“编织”入机器之中。
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“机括联动”与“齿轮推演”——运算的机械实现: 当“纹算织机”启动之时(灵机设想可以脚踏连杆驱动,或辅以小型水力),各“纹柱”依特定顺序转动或平移。其上之“数销”则会拨动一系列与之相连的复杂“机括”(杠杆、凸轮、齿轮组)。 这些“机括”之设计,暗合“明算”之加减乘除、乃至更复杂的逻辑判断(如“若此销遇此齿,则彼杆进一位;若彼销遇彼孔,则此轮停转”)。通过齿轮之啮合转动、杠杆之起落开合,便可实现数据之间的运算与推演。 灵机在其草略中曾粗略绘制过一种“十进制进位齿轮组”及一种通过特定“数销”组合控制齿轮是否啮合的“逻辑门”雏形。
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“脚踏为进,周而复始”——计算的进程控制: 灵机将织工脚踏织机踏板以变换经纬开口的动作,巧妙地化用于“纹算织机”的运算进程控制。 操作者每踏动一次踏板(或每摇动一次手柄),“纹算织机”便完成一步或一组运算(即“纹柱”转动一格,相应“机括”完成一次动作)。连续踏动,则运算持续进行,直至所有“纹柱”走完一个循环,或达到某个预设的停止条件。 他认为,这“脚踏为进,周而复生”,正如同算筹演算时一步步的推演,只是机器代人完成了更为繁复的步骤。
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“示数针盘”与“结果纹样”——结果的机械输出: 运算之结果,灵机设想可以通过两种方式呈现: 其一,是在机器前端设置若干“示数针盘”(类似钟表的刻度盘),通过齿轮联动,将最终的运算结果以指针指示的方式显示出来。 其二,更为奇妙的是,他设想此“纹算织机”在运算的同时,其机括亦能驱动一组极细的墨线或彩线,在一方特制的绢布上,依照运算结果“织”出特定的“结果纹样”。此纹样本身,或为一种抽象的符号图形,代表了运算的最终答案或某种数据关系。此可谓将“计算”与“织造”之本行,以一种匪夷所思的方式重新结合。
陈灵机对“纹算织机”的颠覆性预言:
陈灵机深知,其“纹算织机”之构想,若能实现,其意义将远超纺织一业。他在其《草略》之跋文中,曾作如下大胆预言(后人追忆,或有润色):
“……或问此机何用?曰:其用大矣,非仅为织锦绣纹也。 若以商贾之账目为‘纹’,则可算其盈亏,计其利息,无需算学大家,寻常账房亦能通晓; 若以水利工程之土石方量、河道坡降为‘纹’,则可推演其工期耗用,预估其蓄泄之能,虽未必如杜预(明算十杰之一,水利专家)亲临,亦可免诸多失误; 若以国库之岁入岁出、钱粮调度为‘纹’,则可辅佐度支大臣,权衡利弊,制定长策,虽不能尽除贪墨,亦可使国家财政更为清明; 若以星辰运转之轨迹、历法节气之更迭为‘纹’,则或可窥天机于毫厘,证《星象算数》(郑玄著)于机括之间…… 更有甚者,若能将天下万事万物之‘理’,皆化为此机可辨之‘纹’,则此机之推算,或可穷尽世间变化之奥秘!届时,人之智慧,将假此机而无限延展,工匠之力,将因此机而百倍增益。则田亩不必广而谷粟自丰,舟车不必多而货物自通,国不必富兵而天下自安。此非虚言,乃‘格物致知’之必然,‘明算’之道之极致也!若此机大成,则千年以降之诸多行业,乃至我汉家文明之样貌,皆将为之颠覆,亦未可知也!”
结局
据传,陈灵机为实现其“纹算织机”之构想,耗尽家财,闭门钻研数十年。其间,亦曾向洛阳格物院(若此时已有雏形或类似机构)及部分开明官员、学者展示其图稿与部分机括模型。然应者寥寥。或以其构思过于玄奇,不切实用;或以其耗费巨大,非一人一代所能成就。其“脚踏织机以推算万事”之说,更被时人讥为“织工狂想”、“走火入魔”。