Category 歷史

熱氣球與人類的飛行夢想

熱氣球是什麼時候發明的？看你覺得天燈（或稱孔明燈）算不算，如果算的話，那麼或許有一千八百年的歷史了。相傳三國時期，諸葛亮被司馬懿圍困在平陽，為了向外求援，所以發明了後來以他為名的孔明燈。 不過這個傳說不怎麼可靠，因為就連賦予諸葛亮傳奇色彩的《三國演義》，也沒提到他放天燈，可見天燈是後來才穿鑿附會成他的發明。目前所知最早在軍事上利用天燈，是英國歷史學家李約瑟考據的，蒙古軍隊於 1241 年進攻波蘭時，曾使用天燈傳遞信號。 撇開天燈不談，真正可以載人的大型熱氣球呢？你可能會覺得訝異，看似構造簡單的熱氣球竟然比蒸汽機還晚發明出來。 話說法國造紙商孟戈菲 (Pierre Montgolfier) 一共有 16 個小孩，其中排行第十二的約瑟夫 (Joseph-Michel Montgolfier) 自小就幻想著在天空飛翔。1775 年他 34 歲時，曾做了個降落傘，然後從自家屋頂跳下來。過了兩年，他偶然發現放在火爐上烘乾的衣服，不斷鼓起並翻騰向上，在心中埋下了製作熱氣球的念頭。 1782 年 11 月，他用木條編成長寬各 1 米、高 1.3 米的籃子，在四周貼上綢緞，然後在底部點火，籃子果然冉冉上升直到撞到天花板。他興奮地去找排行第十五的弟弟雅各 (Jacques-Étienne Montgolfier)。十年前大哥意外過世後，具有商業頭腦和發明長才的雅各成為接班人，掌管家中企業；若要打造更大型的熱氣球，最好能有雅各的支持。 結果雅各非常有興趣，並親自參與打造。他們兄弟倆先按原來的尺寸每邊放大 3 倍，製作出 27 倍大的熱氣球，於 12 月中成功升空，飄了兩公里後才掉落地面。接著他們著手再將熱氣球加大 20 倍，並改為球體狀；1783 年 6 月 4…

以法國為名的化學元素

阿根廷的國名源自銀的化學元素名稱（拉丁文），但人家法國可是有兩個化學元素以它為名。 話說門得列夫於 1869 年發表元素週期表後，大膽推測凡是空格處，應該都有某種尚未發現的元素。1871 年，門得列夫明確預言鋁下方那一格的元素性質：原子量 68、密度 5.9 克/立方公分、熔點低、……等等，他還進一步指出可以透過光譜分析（註）來發現這個元素。 果然，四年之後，法國化學家德博坡東 (Paul Émile Lecoq de Boisbaudran) 對一塊閃鋅礦石進行光譜分析時，發現兩條從未見過的紫色譜線，代表其中含有未知元素。發現新元素當然是項重大成就，德博坡東決定將此榮耀歸給國家，於是將它命名為 gallium（鎵）。 等等，這個字看起來跟法國一點關係都沒有啊？是這樣的，從現今法國、比利時，一直到北義大利這塊區域，原本住的是屬於凱爾特人 (Celt) 一支的高盧人 (Galli)，因此這一帶從羅馬帝國時期就泛稱為「高盧」(Gallia)。 西元前 50 年，羅馬軍團征服此地，但四百年後，日耳曼部族因環境變遷與外來威脅等因素大舉往西歐遷徙，羅馬帝國無力抵抗，乾脆以夷制夷，讓日耳曼部族其中一支的法蘭克人 (Franks) 定居駐守邊境，幫忙抵禦外侮。羅馬帝國式微後，法蘭克人在五世紀末建立法蘭克王國，領土逐漸擴及整個高盧地區。不過到了西元 843 年，法蘭克王國分裂成三個王國，其中的西法蘭克王國後來變成法蘭西王國，也就是法國的前身。 這麼多年下來，法國這塊土地上的人民已混雜著高盧人、羅馬人、法蘭克人等不同種族的血統，不過單一民族國家的意識興起後，法國人常自認為高盧人。尤其 1870 年爆發普法戰爭，隔年法國因慘敗被迫割地賠款給普魯士後（都德著名的短篇小說《最後一課》，就是寫於 1873年，以阿爾薩斯省遭到割讓為背景），為了凝聚愛國意識，法國政府更以高盧做為法國人的民族認同，以與日耳曼民族區分。 化學家德博坡東便是在這樣的背景下，以法國的代名詞——高盧的拉丁文 Gallia，將發現的新元素命名為 gallium，為國家揚眉吐氣。不過由於他名字中的 “Lecoq” 是法文的雄雞之意 (Le coq)，而雄雞的拉丁文剛好是”gallus”，於是就有人質疑他其實是在表彰自己；他最後不勝其擾，特地撰文加以否認。順帶一提，由於 gallus 的複數是…

阿根廷國名的由來

你有注意到阿根廷的國名 Argentina 和銀的化學元素名稱 argentum 很像嗎？沒錯，銀的拉丁文正是阿根廷國名的由來。 這個名稱要從烏拉圭與阿根廷交界的一條大河說起。1510 年代，葡萄牙和西班牙的探險家從這裡登陸，聽當地土著說內陸有一座銀山，便將這傳言帶回歐洲。1526 年，威尼斯人卡伯特 (Sebastian Cabot) 率領西班牙船隊到此尋找銀山，雖然沒有找到，但他帶回和當地土著交易而來的銀飾，吸引更多探險隊前來，從此這條河便被稱為「白銀之河」(Río de la Plata)，或是音譯為「拉普拉他河」。 Plata 就是西班牙語中的銀，但義大利文的銀源自拉丁文，叫 argentina，因此來自威尼斯與熱內亞的船隊與商人則以 Argentina 稱呼拉普拉他河這個區域。 1530 年代開始，西班牙以布宜諾斯艾利斯為中心，建立殖民地。一開始這一帶的殖民地都隸屬於祕魯總督轄區，直到 1776 年才獨立出來，升格為「拉普拉他河總督轄區」（包括現在的阿根廷、玻利維亞、烏拉圭、巴拉圭和巴西部分地區*）。1810 年，拿破崙入侵西班牙，罷黜國王，拉普拉他河總督轄區人民趁勢起義，最後在 1816 年 7 月 9 日成立「拉普拉他聯合省」，宣告獨立；這一天也成為阿根廷的獨立紀念日。 不過不久之後就爆發內戰，各省紛紛脫離聯合政府，成立新的國家。阿根廷也在 1826 年立憲，正式以 República Argentina 做為國名；如果沒有改的話，阿根廷現在可能就叫「拉普拉他」了。 * 註：現今巴西的 Rio Grande…

奇謎與炸彈、鋸鰩與巨像——可程式化數位電腦的誕生

上一篇〈比圖靈更早破解奇謎機的人〉寫到，最先破解奇謎機的其實是波蘭數學家瑞耶夫斯基，而不是圖靈。不僅如此，由於納粹後來又變更加密方式，結果圖靈設計的炸彈解密機用不到兩年就失去作用，最後破解密碼的是另外由別人設計的「巨像」(Colossus) 電腦，而這也成為史上第一台可程式化的數位電腦。 萬一波蘭人的炸彈機不管用 1939 年七月，英國應邀前往波蘭密碼局，得知三位波蘭數學家已經破解奇謎機後，隨即招募語言學家與數學家進駐布萊切利莊園，秘密展開破譯德軍密電的工作。 其實奇謎機的複雜程度的確難以破解，只因德軍將訊息密鑰重覆加密兩次，產生某種規律，才讓波蘭人發現可以忽略接線板的變化，只要檢測轉輪的十萬種排列組合，就能找出正確設定及密鑰。他們發明炸彈機來進行檢測，六台同時運作，每台測 17,576 種，兩個小時就能破解密鑰。只不過後來德軍將轉輪改為五選三，排列組合增加為十倍，變成一百萬種（註1），資源有限的波蘭密碼局才向英、法求援。 英國當然有能力造出 60 台炸彈機來應付，但萬一哪天德軍發現漏洞，不再重覆加密兩次訊息密鑰，炸彈機就不管用了。因此當布萊切利莊園的「政府代碼與密碼學院」(Government Code and Cypher School，簡稱 GC&CS) 於九月成軍後，便基於這個前提展開研究。 圖靈的炸彈機 根據波蘭密碼局過去幾年所破譯的德軍密電，內文中常會出現特定字詞，例如每天清晨的電報總會提到天氣，而「希特勒萬歲」也常出現在電報結尾。雖然德軍後來變更加密方式，但這些字詞的模式卻依然沒變，成為布萊切利莊園解密的破口。 當然，由於同樣字母每次的加密結果都不一樣，就算在密電中找到這幾個字詞，也無法直接據以破譯整篇內容。然而圖靈在比較它們加密前後的字母後，卻發現了類似瑞耶夫斯基所發現的循環特徵，例如某則電報中，hitler 的密文是 TMRJSH，那麼 h -> T、t -> R、r -> H 便形成一個循環，而這就可以用來檢測密鑰，也就是奇謎機的設定。 在圖靈眼中，這樣的循環就像是遞迴函數，而若以電路的角度，又相當於構成電流迴路。他結合這兩項洞見，於 1940 年初設計出模擬奇謎機的機器，可以自動逐一比對出符合的設定。這台機器高、寬各約兩米，也叫「炸彈機」(Bombe)，但原理與構造與波蘭的炸彈機完全不同，共有 108 個轉輪，每 3 個一組模擬一台奇謎機，相當於 36 台不同設定的奇謎機同時運作。 問題是，倘若訊息密鑰的破綻不復存在，接線板互換字母的影響就無法排除，所要面對的可能性將多達…

比圖靈更早破解奇謎機的人

奇謎機登場 1918 年第一次世界大戰結束，隔年在協約國的共識下，長期被俄羅斯、普魯士、奧地利三國瓜分，已亡國 123 年之久的波蘭，終於得以復國。然而，波蘭又和剛從帝制變成共產國家的蘇聯打了兩年仗，才能確立領土。慘痛的歷史教訓讓波蘭不敢鬆懈，深恐宿敵蘇聯與德國仍不甘心，因此特地成立密碼局，以掌握這兩個鄰國的動向。 最初幾年，波蘭密碼局表現良好，大致都能破譯攔截到的電報，但到了 1928 年，德軍的密電突然變得完全無跡可循，怎麼樣都無法瞧出端倪。其實被難倒的不只是波蘭密碼局，早在兩年前，英、法兩國的情報單位就發現德國海軍的密電完全變了個樣，再也無法破譯。 原來德軍採用「奇謎機」(Enigma，也譯為「恩尼格瑪機」) 進行加密。這是德國工程師薛比烏斯 (Arthur Scherbius) 於 1918 年發明的機器，原本相當笨重，獲得軍方採用後，改善成約莫打字機大小。從奇謎機的鍵盤輸入明文後，電子訊號經過三個轉輪和一個反射器轉換成密文；收到密電那一方再從同樣設定的奇謎機輸入密文，就會解譯回明文。 這三個轉輪彼此銜接，每輸入一個字母後，第一個轉輪便轉一格，轉完一圈時，第二個轉輪會被帶動轉一格；第二個轉輪也是如此帶動第三個轉輪，就像里程表的個、十、百位那樣。不過奇謎機的轉輪有 26 格，代表 26 個字母，而且每個轉輪內部的線路配置不同（如圖），每轉動一格，26 個字母的轉換規則就變一次，共有 26 x 26 x 26 = 17,576 種變化，難怪密碼專家束手無策。 一萬兆種可能性 波蘭密碼局體認到光靠語言學家是不夠的，於是在 1929 年元月和波茲南大學 (Poznań University) 數學系合作，開設密碼學課程，希望從學生中發掘出破解密碼的人才。之所以選擇這所大學，是因為波茲南這地區之前被德國佔領，因此這些學生小時候都曾學過德語，才有能力理解德軍電文。 參加密碼學課程的學生中，以 23 歲的瑞耶夫斯基 (Marian…