Читать книгу "Число, пришедшее с холода. Когда математика становится приключением - Рудольф Ташнер"

Воплощение в металле «analytical engine» провалилось не только из-за разносторонности интересов Бэббиджа, но в первую очередь из-за отсутствия в то время прецизионной механики, что не позволило изготовлять детали спроектированной машины с необходимой точностью. Эта попытка провалилась, кроме того, и потому, что Бэббидж слишком часто вносил изменения в конструкцию, и британский парламент решил прекратить финансирование этого проекта. Однако этот проект не удался главным образом из-за того, что вторая движущая сила, которая создала для аналитической машины первую «программу» — то есть первую инструкцию, которую машина могла выполнить автоматически, без вмешательства человека, — утратила интерес к проекту, точнее, была вынуждена его утратить. Речь идет о сотруднице Бэббиджа Огасте Аде Кинг, графине Лавлейс, урожденной Огасте Аде Байрон.

С самого рождения судьба не баловала эту женщину. Она была дочерью знаменитого романтического поэта лорда Байрона. Однако всего через несколько дней после рождения Ады отец отверг ее мать и потом до конца своих дней уклонялся от встреч со своей законной дочерью. Оскорбленная мать никогда не упоминала имени Байрона в присутствии дочери, никогда не вспоминала о нем и не показывала дочери его портреты. Роль заботливой матери эта женщина играла, правда, только для окружающих, а на деле передоверила воспитание Ады бабушке.

Так же как когда-то Паскаль, Ада Байрон с раннего детства страдала тяжелыми приступами головной боли, и так же, как Паскаль, получила домашнее образование, при этом обучавший ее математик Огастес де Морган заметил выдающийся талант Ады в этой науке. Так же как Паскаль, Ада, ставшая к тому времени женой Уильяма Кинга, будущего графа Лавлейса, попыталась с пользой реализовать свое математическое дарование: она хотела, в сотрудничестве с Бэббиджем, создать реально работающую аналитическую машину. Однако, в отличие от Паскаля, мечты Ады Лавлейс так и остались теоретическими, так как ей не довелось увидеть машину Бэббиджа воплощенной в металле. Утешением Аде Лавлейс послужило искреннее восхищение Майкла Фарадея, видевшего первую в мире компьютерную программу, вышедшую из-под пера этой необыкновенной женщины. Жизнь ее была искалечена тяжелым душевным конфликтом, возникшим из-за несчастливого брака и романов, которые общество того времени считало скандальными и недопустимыми для женщины. Но и этого было мало — Ада Лавлейс решила изобрести алгоритм, позволяющий выигрывать пари, и потеряла на этом несколько тысяч фунтов. Так же как Паскаль, Ада умерла очень рано — Паскаль не дожил до сорока лет, а Огаста Ада Байрон Лавлейс — до тридцати семи.

Электрическое рождение числовой машины

Невозможно переоценить восхищение, которое испытал Майкл Фарадей в отношении Ады Лавлейс. Дело в том, что именно новаторские работы Фарадея — лишь десятилетия спустя — легли в основу безупречно работающих числовых машин, что именно Фарадей в результате своих бесчисленных экспериментов понял и осознал тесную связь электричества и магнетизма. Он установил, что, хотя электрическое напряжение можно создать самыми разнообразными способами, в каждом конкретном случае речь идет об одном и том же явлении, пронизывающем всю природу. Фарадей, рожденный в простой семье, не получил никакого образования, и только чтение учебников, с которыми он работал как умелый переплетчик, пробудило в нем интерес к электричеству. Фарадей сумел развить свою концепцию единства природы, не написав при этом ни единой математической формулы. Только Джеймс Клерк Максвелл, на которого произвели глубокое впечатление эксперименты Фарадея, поставил перед собой задачу облечь его открытия в математические одежды. Максвеллу удалось вывести четыре уравнения, в которых он связал воедино все проявления электричества и магнетизма. Невозможно охватить единым взором все множество явлений, основанных на электромагнетизме. Далек от полноты даже такой длинный список: электромотор, электрогенератор, мобильный телефон, рентгеновские лучи, транзистор, радио, телевидение, компас, лампа накаливания, высоковольтные линии электропередачи, электрическая батарея, фотоэкспонометр, микрофон, цифровой фотоаппарат, свет звезд, полярное сияние, телевизионный экран, метрополитен, кварцевые часы, электроэнцефалограф и компьютерный томограф.

Только проведя несколько часов, не говоря уже о днях, без электричества, мы начинаем болезненно осознавать, как сильно зависит современная цивилизация от знаний Фарадея, которые Максвелл снабдил математическими доспехами.

Тем любопытнее в свете этих мыслей становится рассказ о том, как британский министр финансов посетил Фарадея в его лаборатории. Министр озаботился деньгами — по нынешним меркам, очень небольшими, — потраченными из налоговых поступлений на эксперименты Фарадея. «What is this good for?» («Зачем все это нужно?») — спросил министр, состроив серьезную мину и обведя взглядом катушки и конденсаторы. «What are babies good for?» («Зачем нужны дети?») — с гордостью за свою работу парировал Фарадей.

Приложения электродинамики настолько же многочисленны, насколько многочисленны имена изобретателей этих приложений. Следующий список, состоящий из имен Манфреда фон Арденне, Александера Грейама Белла, Анри Клотье, Рея Долби, Томаса Алвы Эдисона, Джона Амброза Флеминга, Генриха Гейслера, Генриха Герца, Герберта Юджина Айвса, Джеймса Прескотта Джоуля, Иоганна Крафогля, Роберта фон Либена, Гульельмо Маркони, Георга Ноймана, Кеннета Олсена, Вальдемара Петерсена, Георга Германа Квинке, Иоганна Филиппа Рейса, Вернера фон Сименса, Николы Теслы, Рихарда Ульбрихта, Ханса Фогта, Чарльза Уитстона, Кларенса Мелвина Зенера, включает фамилии, начинающиеся на все буквы алфавита, кроме X и Y, и этот список отнюдь не претендует хотя бы на подобие полноты. Из всех этих физиков и инженеров особую роль в создании вычислительных машин сыграли три человека, а именно Уолтер Браттейн, Джон Бардин и Уильям Шокли, ибо они изобрели устройство, которое заменило разработанную Эдисоном в качестве эксперимента еще в конце XIX в. электронную лампу. Эти трое изобрели транзистор.

Для наших целей достаточно знать, что транзистор изготовлен из так называемых полупроводников. В момент своего изобретения, в 1950 г., транзистор представлял собой цилиндр размером около сантиметра. Из этого цилиндра торчали три провода. Сегодня транзисторы микроскопически малы, но принцип их действия остался прежним. Три провода носят следующие обозначения Б (база), К (коллектор) и Э (эмиттер). Мы сейчас не будем обсуждать подробности работы транзистора и удовлетворимся достаточно грубым упрощением: когда к проводу Б приложено напряжение, через транзистор беспрепятственно течет ток от провода К к проводу Э. Когда же, наоборот, к проводу Б напряжение не приложено, транзистор перестает пропускать ток в направлении от К к Э.

Рис. 6. Принцип работы инвертора (логического вентиля «HE»). Символом U обозначено напряжение. Когда к p приложено напряжение, то есть когда p = 1, заряженная база Б обеспечивает протекание тока от коллектора К к эмиттеру Э и в землю. У q напряжение отсутствует: q = 0. Если у pнапряжение отсутствует, то есть при p = 0, транзистор не пропускает ток, и напряжение q становится равным единице