История науки: компьютер XIX века

О том, что представляла собой знаменитая вычислительная машина Чарльза Бэббиджа, какие проекты так и не были осуществлены и чем запомнился Бэббидж помимо машины, Indicator.Ru рассказывает в ежедневной рубрике «История науки».

26 декабря 1791 года родился английский математик, инженер и изобретатель Чарльз Бэббидж. Техникой он интересовался с детства, позднее к ней добавилась и математика. Он много занимался самостоятельно и уровень преподавания в Кембридже, куда он поступил в 1810 году, его разочаровал. Тогда он с парой друзей (и не простых: Джон Гершель, сын Уильяма Гершеля, открывшего Уран, и сам ставший впоследствии астрономом, химиком, изобретателем, и Джордж Пикок, в будущем — декан одного из факультетов Кембриджа) основал Аналитическое общество. Студенты устраивали дискуссии, разбирали работы зарубежных математиков, издали том записок общества. Им повезло, усилия не прошли даром: им удалось запустить реформу преподавания математики и подтолкнуть развитие этой науки в Англии. После выпуска Бэббидж остался в университете и вскоре возглавил кафедру математики, как некогда Ньютон.

В стенах университета и возникла идея создания машины для вычислений. В существовавших логарифмических таблицах Бэббидж находил немало ошибок. Выпустив собственные таблицы, исправленные и уточненные, он задумался, а нельзя ли как-то упростить вычисления и избавиться от ошибок, неизбежных, когда расчеты проводят люди. Незадолго до этого Бэббидж узнал о способе, который применяли во Франции и который напоминал фордовский конвейер: несколько групп математиков выполняли отдельные вычислительные операции, несложные сами по себе. Их и предполагалось поручить машине.

Первая модель малой разностной машины была создана довольно быстро, она работала и выглядела многообещающе. Машина была полностью механической, в ее конструкции было 96 счетных колес. Машина производила вычисления с точностью до восьмого знака после запятой и со скоростью до 44 знаков в минуту. Однако на продолжение работы и создание большей машины Бэббиджу требовались средства. За ними он обратился к Хэмфри Дэви, президенту Королевского общества, членом которого он сам являлся. Средства были выделены, и Бэббидж приступил к работе над машиной.

Объемы этой работы были колоссальны. В трудах Бэббиджа можно найти 30 вариантов общей конструкции, около двухсот чертежей и описаний и более четырех тысяч «механических обозначений». По задумке изобретателя, машина должна была состоять из трех частей: «склада» (памяти), «мельницы» (процессора) и «конторы» (управляющего элемента). Расчетная скорость машины — 60 операций сложения, точность — до 20 знаков после запятой. И все это из зубчатых колес, реек и прочей механики, без электричества. По принципу управления (с помощью перфокарт) машина Бэббиджа должна была напоминать жаккардовые ткацкие станки. Как писал современник Бэббиджа, «аналитическая машина ткет алгебраические формулы, подобно тому, как станки Жаккарда ткут листья и цветы». Еще одна особенность состоит в том, что машину предполагалось дополнить механизмом, печатающим итоговый результат. Получался прообраз ЭВМ, компьютеров.

В работе над машиной Бэббидж нашел себе единомышленницу — Аду Лавлейс. Дочь лорда Джорджа Байрона, с детства любившая математику, она всячески поддерживала начинание Бэббиджа и помогала ему, в том числе своими идеями. Ада перевела, снабдила комментариями и подготовила к печати прочитанные в Турине лекции Бэббиджа, в которых он наиболее полно описывает свою машину. В комментариях Ловлейс пояснила принципы работы машины и дала несколько примеров практического применения еще несуществующего устройства. Там же можно найти ее оценку проекта: «Аналитическая машина выходит из ряда обычных "счетных машин"… Создан новый всеобъемлющий, мощный язык для будущего пользования». Но при этом «необходимо предостеречь от преувеличения возможностей аналитической машины… Аналитическая машина не претендует на то, чтобы создавать что-то действительно новое, машина может выполнить все то, что мы умеем ей предписать».

Однако, кроме Ады, Бэббиджу было трудно найти в ком-либо понимание. Шли годы, а он продолжал работать над машиной. Найти деньги на продолжение работы становилось все сложнее. «Если я проживу еще несколько лет, аналитическая машина будет существовать, и плоды ее работы распространятся затем по всему миру», — писал Бэббидж. Однако его надежды не оправдались, и при жизни изобретателя машина построена не была. Об этом позаботились позже, а именно сын Бэббиджа Генри. Он собрал модель машины, доказав тем самым ее работоспособность. Позднее ее строили даже из металлического конструктора и Lego.

Как часто говорят про работу Бэббиджа, она не могла быть закончена, потому что значительно опережала свое время. Сильно осложняло работу несовершенство современной ему техники: многие идеи изобретателя было крайне сложно осуществить без применения электричества. За время работы над машиной Бэббидж, несмотря на увлеченность идеей, успел еще многое: внести несколько усовершенствований в железнодорожный транспорт, сделав его более безопасным, изобрести коронограф (телескоп для фотографирования солнечных затмений) и офтальмоскоп (зеркало для осмотра глазного дна), предложить изучать климат прошлого по годовым кольцам деревьев, создать способ взлома шифра Вижинера (метод Касиски). Также он интересовался геологией, астрономией, археологией, экономикой и обработкой металлов. Не все идеи были реализованы, может быть оттого, что их было слишком много. Помимо занятий наукой, Бэббидж баллотировался в парламент, поддерживал знакомство с огромным количеством ученых, политиков и писателей, критиковал современную ему систему организации науки («Размышления об упадке науки в Англии и о некоторых его последствиях»).

Об аналитической машине благосклонно отзывался Эдгар По: «Что же мы должны думать о вычислительной машине Бэббиджа? Что мы должны думать о машине из дерева и металла, которая может не только вычислять астрономические и навигационные таблицы любой заданной протяженности, но и сделать точность своих действий математически достоверной благодаря своей способности исправлять свои возможные ошибки?». А сам изобретатель заслужил похвалу Чарльза Дарвина: «Я, бывало, часто заходил к Бэббиджу и регулярно посещал его знаменитые вечера. Его всегда было интересно слушать». Совсем не так относились к нему большинство современников: получившие его критику ученые, чиновники от науки, неохотно выделявшие средства на его машину, уличные музыканты, мешавшие ему работать…

Не нашедшее признания при жизни Бэббиджа, его изобретение было оценено потомками. В день рождения Бэббиджа, 26 декабря 1982 года, журнал Time впервые назвал человеком года неодушевленный предмет. Этот титул получил компьютер за «величайшее влияние, к добру оно или ко злу».