庸俗的机械师和他的魔法烤箱

B1620年代，科内利斯·德雷贝尔(Cornelis Drebbel)发明了一个带有简单恒温器的烤箱，这是历史上最早的人造反馈装置之一。在欧洲，他被认为是一位权威的(如果不是疯子的话)发明家。他已经用精心制作的时钟、投影灯光奇观、烟花表演和潜水艇让皇室和普通人都着迷了。一位现代学者说，莎士比亚用德雷贝尔作为他的贵族巫师普洛斯彼罗的榜样，他统治着神秘的岛屿《暴风雨》．

比较适合。和莎翁笔下睿智的公爵一样，德雷贝尔也是一个文艺复兴时期的人，他的发明似乎能使自然屈服于他的设计。德雷贝尔似乎对大自然有一种不可思议的控制力，以致于有人怀疑他会巫术。外交家、伽利略和笛卡尔的朋友康斯坦丁·惠更斯(Constantijn Huygens)警告他的儿子克里斯蒂安(Christiaan)要远离这个有魅力的人，“他的魔力可能来自魔鬼”。

德雷贝尔今天的非凡之处在于，除了这位迷人的荷兰天才鲜为人知的事实之外，他还向我们传授了多少关于科学的诞生和进步的知识。他建造烤箱的时候，一种“重要的”世界观——无生命的物体包含有生命的能量——为机械时代奠定了序幕。

科学历史学家现在称之为“德雷贝尔的循环炉”，里面有一个早期的温度计和热标。它通过反馈控制装置进行自我调节，这是无处不在的系统的鼻祖，这些系统调节我们在家里、办公室、火车、飞机和汽车里呼吸的空气。他的烤箱是最早将人的控制交给机器的设备之一，因此可以被视为智能机器、自我决定的机器人、会思考的机器人的先驱。

这是一个讽刺的故事，因为德雷贝尔的烤箱也体现了生命力主义的精神哲学。他是个手工艺大师，但严格来说机械发明并不是他的目标。德雷贝尔总是声称自己的智慧来自大自然，声称自己从不读拉丁语或古典作家的作品，也从不用古代的智慧充实自己的作品。他把像烤箱这样的发明看作是自然元素力量的公开展示——土、水、空气、火。

在多伦多大学的退休历史学家Bert Hall比较了Drebbel到Issac Newton。“像牛顿一样的炼金术类型 - 伟大的魔法 - 想要一切都是有意义的;他们想要绝对，“大厅说。“没有任何东西。这是前现代和现代思维之间的差异之一。““如上，如下，”总结了炼金术的信念，即宇宙宏观的一切都与人类微观的一切相关。这是他伪造炉子时引导德伯贝尔的哲学。他的恒温烤箱给了世界早期反馈机制。但这是一个较大的反馈意见，即Drebbel之后。

D瑞贝尔是荷兰北部一个农场主家庭的儿子。他是一名学徒，然后是受过相对较少教育的熟练工。惠更斯说他“看起来像个荷兰农民”。这位年轻的制造者制作了版画、地图、钟表以及眼镜和望远镜的镜片。从很小的时候起，他就沉浸在炼金术的神秘知识中，旨在制造魔法石，一种能将贱金属转化为黄金的神奇物质——巨著。德雷贝尔的导师、荷兰雕刻大师亨德里克·戈尔茨乌斯(Hendrik Goltzius)在一次炼金术实验失败中失去了一只眼睛，他的徒弟娶了戈尔茨乌斯的一个姐妹。

1605年，德雷贝尔和他初露头角的家人在英国定居。很快，他就受到了英格兰和苏格兰国王詹姆斯一世的欢迎，成为了宫廷里最受欢迎的艺人。这位沉默寡言的发明家以他的才华、狡猾的机智和浓重的荷兰口音而闻名，他用灯光投射和烟花娱乐了宫廷。后来，在他的第二次宫廷生涯中，这位魔术师/发明家展示了他的“活着的工具”，其中最著名的是一个“永动机”，一个宇宙时钟，里面有一个圆形玻璃管，里面有一小滴液体，神秘地保持着近乎连续的运动。在英国宫廷之外，天文学家约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler)和画家彼得·保罗·鲁本斯(Peter Paul Rubens)对德雷贝尔的大钟着迷不已。

他的烤箱是最早将人的控制交给机器的设备之一，因此可以被视为智能机器、自我决定的机器人、会思考的机器人的先驱。

德雷贝尔的奇迹从未停止过。一个炎热的仲夏之日，国王发现自己在伦敦威斯敏斯特大教堂哥特式的辉煌中凉了下来，因为德雷贝尔设法使大厅巨大的拱形空间变得异常凉爽。这是对这位皇室人物的一种恭维，他似乎患有慢性皮肤疾病，并遭受了酷暑的折磨。然而，和其他优秀的魔术师一样，德雷贝尔并没有透露他是如何将夏天变成冬天的。(一位化学家推测，这位狡猾的荷兰人可能在教堂上方的阳台上放了一大桶冰，然后用盐把冰融化，让凉爽的空气像瀑布一样流到教堂的地板上。)教会他冷冻后不久,德雷贝尔引起了轰动通过展示上(下)泰晤士河可以说是第一个通航潜艇,一个划艇桨,他变成了一种移动潜水钟装配一个皮封面天窗密封水。围观者聚集在海岸线上，观看这艘船神秘地消失，并焦急地等待它再次出现。

Drebbel的名声是一个双头野兽。许多人认为他只是“Engeneere”，一个高端劳动者为他的贝特队执行了任务。不是几个牛津和剑桥男子认为他后来被称为“庸俗的机会”，肯定没有学习学院的哲学绅士，只有皇家开拓者，普通的MounteBank和Chancy Charlatan。在兜售任何荷兰匠人，穿着不善的人，并熏制起来，它并没有帮助那个男人坚持兜风。

然而，俄勒冈大学(University of Oregon)著名的德雷贝尔学者、科学历史学家薇拉·凯勒(Vera Keller)指出，德雷贝尔试图挑战精英阶层。凯勒写道:“德雷贝尔将自己沉默寡言的风格塑造成一种对待知识及其所属群体的精神和社会态度。”他“将自己与那些通过写书而自命为比别人更权威的人进行了对比”。我们不都是兄弟吗?当我们测试自己时，我们发现我们都是上帝创造的国王，所有的自然都是我们的产业。”

一个对于一个属灵的旅者来说，N烤箱似乎是一个平凡的发展。但这表明了他在炼金术方面的野心。1624年，德雷贝尔的通讯记者之一尼古拉斯·克劳德·法布里·德·佩莱斯克写道:“他致力于炼金术，声称发现了不可思议的东西，并发明了奇妙的熔炉，其中包括可以使火保持任何所需的温度，无论是更热还是更冷。”事实上，凯勒写道，“德雷贝尔关于运动的思想主要是在炼金术的背景下发展起来的，他将力学应用于此。”

令人惊讶的是，德雷贝尔的恒温炉是根据现代反馈控制概念运行的，传感器检测到系统输出的变化，然后修改输入以纠正这些变化，并使系统恢复到原来的状态。德雷贝尔知道他创造了一个反馈循环吗?霍尔说:“他差不多是这么做了，但他没有说清楚。”“称之为嵌入式知识。”

Drebbel从未公开描述他循环烤箱的机械支撑，可能是保护他的产品。然后，没有像真正的专利或版权法持有摇摆和抄袭的东西都没有猖獗。在任何情况下，保密是标准的炼金术实践，因为所有重要的嬗变公式都在奥术符号中编码。

不少牛津和剑桥的人认为他是一个“庸俗的机械师”，一个皇家的揩油者，一个不识字的江湖骗子，一个投机取巧的江湖骗子。

在1970年的书中，反馈控制的起源，史密森尼历史学家奥托梅尔建议，Drebbel看到了一个广泛循环的稿件，其中包含一个古希腊反馈装置的图，由机械师Ktesibios约为250 B.C.该小工具与烤箱的浮动阀门相似，以及我们现代厕所的阀门。水将流入马桶，直到浮球球和附着的杠杆臂的升起触发关闭流入的阀门。在这种情况下，浮球的位置感测水的高度，使浮动调节器能够自动地仪表同样的精确体积或水的时间。

德雷贝尔可能已经推论出一个类似的原理可以应用于热流，所以他可以建造一个设备，一次又一次地测量出相同的热量。对于德雷贝尔来说，这种类比可能是很自然的，因为炼金术认为，四种元素在一个循环中相互转化，通过热和冷而稀薄和凝结，并在自然界中产生风、风暴和生命周期等运动。

这种自然哲学可以与手工艺大师的观察相媲美。他一定看到了物体在加热和冷却时，热量是如何在物体内部波动的，热的物质会膨胀，冷的物质会收缩。他的一幅图展示了热的转移现象。在它里面，一块玻璃器皿的口张开，进入一盆围绕着容器的水中，它的底部被加热。这使得空气从嘴里喷射出来，在水中形成气泡。然后，当容器冷却时，管内的水上升到远高于浴缸的水平。

根据这些观察，德雷贝尔创造了第一个恒温器。它是一个l形的玻璃管，里面装满了酒精，顶部是水银。一根金属棒漂浮在水银里。当加热的酒精膨胀时，它推动水银上升，杆子在试管中上升。升起的杆然后压在一个杠杆臂上，该杠杆臂调节炉顶通风口的大小。作为一名烟囱设计师，德雷贝尔应该知道烟道是如何控制火灾的。烘箱内的火焰可以由上面孔的大小来控制，这决定了通风。同样地，德雷贝尔的炉子里的火是由炉子顶部通风口的大小来调节的，而通风口又是由升降杆来调节的。

烤箱由三个金属盒组成，它们像俄罗斯套娃一样嵌在一起，下面有一堆火。外面的盒子里有一条像烟囱一样的通道，它环绕着另外两个盒子，并从顶部的通风口出口出去。下一个盒子装的是水，一个热缓冲器用来保护中间的盒子，里面装的是待加热的样品。恒温器的底部，或“触角”，滑进充水的盒子里。它记录了火的热度，并通过自动调节阀门来减少或增加火的热度来应对变化。更重要的是，一个人可以设定想要的温度，烤箱就会满足他的要求。

一个尽管德雷贝尔吹捧它是用来孵蛋的，但他建造这个烤箱可能是为了把贱金属变成黄金;显然，许多炼金术士认为，如果把最初的贱金属混合物在适当的、恒定的温度下加热一段时间，这是可行的。他们还认为，使用一个鸡蛋形状的坩埚来进行神秘的净化过程，将有助于它像真正的鸡蛋一样运作——一个静态的、极具象征意义的物体，在其中发生了神奇的变形。难怪炼金术士有时称他们的坩埚为ovum philosophicum哲学蛋。德雷贝尔把一个真正的鸡蛋放在孵化器里，可能是想证明他的机器可以转化物质。Balthasar de Monconys, a 17th-century French diplomat, magistrate and natural philosopher, wrote that the inventor considered the oven “as important as the代表作即金属变成黄金的过程。

德雷贝尔的成就是惊人的:受一根古老管道的启发，他发明了一个标志性的第一个反馈装置。他的恒温器为18世纪的反馈控制设备提供了一个开创性的例子，当时的发明家发明了各种各样的浮子阀、压力调节器和离心调节器来管理蒸汽机。今天，反馈回路和自动控制被数字逻辑和计算机的递归力量大大放大。

当然，这位17世纪的发明家不可能预见到他的回顾展名声。德雷贝尔从来不是个讲求实际的人。尽管德雷贝尔取得了成功，但他永远赚不到足够的钱。这位上了年纪的荷兰大师在晚年开了一家酒馆。1633年，他去世了，根据一些报道，他去世时几乎是一个乞丐。他的孩子和姻亲出售了他的烤箱14年的专利，在17世纪40年代和50年代，这成为了广泛关注的话题。它曾被用作孵卵器、画室的自然科学演示器，在欧洲乃至新英格兰地区都被用作实验室的熔炉。

德雷贝尔的循环烤箱出现在科学史上的一个关键时刻，一场改变范式的革命尚未开始，这场革命带来了机械时代和巨大的技术进步。从今天的观点来看，德雷贝尔的熔炉是一个科技奇迹，由一位寻求揭开大自然重要秘密的魔术师创造。他的故事向我们展示了一点意外的发现，对魔法的信仰，以及一些工匠的智慧是如何推动了早期科学的发展。也许这正是德雷贝尔建议的“正确运用你的天赋”的部分含义。

史蒂文·阿什利(Steven Ashley)是纽约市的科技作家。

额外阅读

弗兰克，F. Drebbel的Athanor和熔炉。编译为www.drebbel.net(2013)。

如何成为17岁的自然哲学家:以科内利斯·德雷贝尔为例(1572-1633)。详见:Dupré， S. & Lüthy, C。沉默的信使:近代早期低地国家知识物质对象的流通事务出版社(2011)。

Keller，V.重新纠缠了温度计：Cornelis Drebbel的描述，即自动调节烤箱，火法的军团和温度的早期历史。《科学史杂志》28243(2013)。

Keller, V. Drebbel的生活工具，Hartmann的微观世界，Libavius Thelesmos:笛卡儿之前的认识论机器。历史上的科学48(2010)。

娃,O。反馈控制的起源麻省理工学院出版社(1970)。

本文最初发表于2014年4月的“反馈”问题。