Книга: Размышления о думающих машинах. Тьюринг. Компьютерное исчисление

Глава 1 Что такое компьютер

Глава 1

Что такое компьютер

Уже в XVII веке Блез Паскаль и Готфрид Лейбниц придумали машины, с помощью которых стало возможным совершать элементарные арифметические операции. Однако мечтой Лейбница было создание машины, способной мыслить. Этой мечте суждено было исполниться лишь в XX веке, когда Алан Тьюринг разработал теоретические основы, позволившие создать первые компьютеры.

Алан Мэтисон Тьюринг родился 2 июня 1912 года в Лондоне. За год до этого его родители, Юлиус Мэтисон Тьюринг и Этель Сара Стони, жили в индийском городе Чхатрапуре, отец работал в Индийской гражданской службе. Однако, ожидая появления на свет ребенка, Тьюринги решили, что это событие должно произойти в Соединенном Королевстве, поэтому переехали в Лондон, где и родился Алан, второй и последний их сын. После рождения Алана его отец подумал, что Индия — не самое лучшее место для новорожденного, так что Этель Сара и дети остались в Англии, а сам Юлиус отправился на службу в Чхатрапур. Семью он навещал время от времени. Когда Алану исполнился один год, его мать также уехала в Индию, чтобы жить вместе с отцом. Детей она оставила на попечении знакомых в Гилдфорде, и ближайшие несколько лет сыновья Тьюрингов видели родителей лишь изредка.

Тьюринги принадлежали к верхушке среднего класса, в котором чтили традиции и ценности британского образования. Сам Алан был от этих ценностей весьма далек, и это трагически повлияло на его судьбу. Ни по материнской, ни по отцовской линии в числе его родственников не было великих ученых и других знаменитостей. Единственным Тьюрингом, добившимся некоторой славы, был Харви Дория Тьюринг, дядя Алана, — он прекрасно ловил рыбу на муху. Однако, несмотря на отсутствие в семье интеллектуальной традиции, Алан еще в раннем возрасте начал демонстрировать высокие интеллектуальные способности. Рассказывают, что в детстве он очень интересовался числами, буквами и головоломками и на прогулках часто останавливался около фонарей, чтобы рассмотреть их серийные номера. В возрасте шести лет маленький Алан решил, что для сбора меда хорошо бы нарисовать маршрут, которым летают пчелы, и таким образом узнать точку пересечения их путей — именно в этом месте нужно ставить ульи. Также известна история о том, как он понял, что велосипедная цепь падает со звездочки через определенное количество оборотов — для этого мальчика гораздо интереснее было попробовать решить такую задачу, чем просто купить новую цепь.

Детское увлечение Алана Тьюринга наукой начало развиваться в школьные годы. В шесть лет мать записала его в государственную школу святого Михаила, в которой особая роль придавалась изучению латыни. Вообще встреча с английской образовательной системой имела для Алана как положительные, так и отрицательные последствия: с одной стороны, она стала для него источником знаний и сформировала его интеллект, с другой — Алан не мог не войти в конфликт с приверженностью этой системы непоколебимым классическим ценностям и опорой на Англиканскую церковь и британское величие. В атмосфере традиционной английской школы сформировалась такая характерная черта личности Алана, как уважение к нормам. В этом смысле показателен следующий эпизод: однажды мать читала Алану «Путешествие Пилигрима» (The piligrim’sprogress; 1678) — классическое сочинение английской литературы, написанное Джоном Баньяном (1628— 1688), — и пропустила часть текста, так как посчитала, что религиозное содержание отрывка может быть слишком скучным для ребенка. Однако Алан объяснил матери, что пропущенная часть — самая главная в книге и без нее вся история теряет смысл.

После окончания школы святого Михаила Алан пошел по тому же пути, что и его старший брат Джон. Сначала он поступил в центр Хейзелхёрст, а затем был записан в частную школу Мальборо. Как и многие его сверстники, Алан ставил элементарные химические опыты и увлекался популярной в то время книгой «Чудеса природы, о которых должен знать каждый ребенок»(Natural Wonders every child should know) Эдвина Тенни Брюстера (1866-1960). Благодаря этому сочинению юноша смог познакомиться с научным взглядом на природу.

Кроме того, молодой Тьюринг впервые читал книгу, связанную с биологией, в которой использовалось слово «машина»: на ее страницах было сказано, что человеческое тело — «сложная машина», основной целью которой является поддержание жизни.

За идеей цифровых компьютеров стоит мысль о том, что эти машины предназначены для выполнения любой операции,

которая по силам команде людей.

Алан Тьюринг, «Вычислительные машины и разум»

Алана привлекали математика, химия и, как ни странно, французский. Мать записала его в подготовительную школу Хейзелхёрст, где он делал успехи, но при этом не слишком выделялся — был обычным хорошим учеником. Но позже родителям пришлось забрать сына из Хейзелхёрста, по всей видимости из-за конфликтов с другими учениками. Тьюринг уже в те годы славился атлетическим телосложением, которое поддерживал в течение всей жизни. В Англии того периода атлетические данные были не менее важны, чем академические успехи, и все это, принимая во внимание интеллектуальное развитие мальчика, делало его априори хорошим учеником. И все же мать сомневалась в способности Алана соответствовать суровым требованиям престижной частной школы, а для нее было так важно, чтобы сына туда приняли, ведь это входило в число обязательных признаков социального класса, к которому принадлежала семья Тьюрингов. В 1926 году, несмотря на все страхи матери, Алан успешно сдал вступительный экзамен в частную школу (Common Entrance Examination) и был принят в школу Шерборна.

Год обучения в ней решительным образом повлиял на формирование личности Тьюринга. Там проявился его интерес к разрешению задач, которые он сам перед собой ставил, и эти задачи далеко не всегда были связаны с темами, о которых рассказывали преподаватели. Как это часто происходит и сегодня, школьная система той эпохи не слишком поощряла одаренных учеников. Алан выигрывал школьные конкурсы по математике, изучил теорию относительности Эйнштейна, благодаря известной книге Артура Эддингтона «Природа физического мира» ( The nature of the physical world) познакомился с квантовой механикой. Тьюринг настолько выделялся среди остальных, что однажды директор школы сказал о нем:

«Если он намеревается остаться в частной школе, то должен стремиться к получению образования. Если же он собирается быть исключительно научным специалистом, то частная школа для него — пустая трата времени».

Среди связанных с Аланом необычных историй, доказывающих его упорство и целеустремленность, часто вспоминают случай, произошедший, когда Тьюрингу было 14 лет. В 1926 году в Соединенном Королевстве была объявлена всеобщая забастовка, и Алану, чтобы попасть на занятия, пришлось проехать 100 километров на велосипеде из дома в Саутгемптоне до школы с ночевкой в пансионе.

В Шерборне Тьюринг учился с 1926 по 1931 год. По всей вероятности, жесткие требования и правила школы стали причиной его стеснительности и замкнутости. На занятиях по греческому, латыни и английскому Алан не блистал, а вот на уроках по математике его талант полностью раскрылся. Он смог получить бесконечную последовательность тригонометрической функции, в частности обратной функции тангенса:

arctgx = х - x³/3 + x⁵/5 - x⁷/7...

В 1928 году, в возрасте 16 лет, Алан смог понять труды по теории относительности Эйштейна, а в 1929-м он с большим интересом читал работы Шрёдингера по квантовой механике. Именно в это время он подружился с Кристофером Моркомом, который учился классом старше. Через два года этот крайне одаренный мальчик неожиданно умер от туберкулеза, но в течение этого короткого срока Кристофер и Алан стали лучшими друзьями и много говорили о науке. Впервые Тьюринг встретил сверстника, разделявшего его интересы. Благодаря этой дружбе изменились и личные качества Алана, который стал гораздо общительнее. Друзья вместе отправились в Тринити-колледж, в Кембридж, чтобы просить о двух стипендиях, которые позволили бы им учиться в этом престижном заведении. И здесь мы вновь сталкиваемся с упорством Алана, которому для получения стипендии Кембриджского университета пришлось сдавать экзамены дважды: вначале, неудачно, в 1929 году и во второй раз в 1930-м. Однако со смертью Кристофера все его юношеские мечты о дружбе, все общие надежды рухнули. Это событие очень повлияло на Алана, который погрузился в глубокий душевный кризис и разочаровался в религии. Любопытно, что в течение практически трех лет (это видно из писем Тьюринга к матери Моркома) он был занят вопросом, как человеческий разум, в том числе и разум его друга, помещается в материи, то есть человеческом теле. Несмотря на зарождающийся атеизм Алан уверовал в бессмертие разума и заинтересовался, как именно происходит его отделение от тела после смерти. Прочитав труд Эддингтона, он предположил, что этот вопрос может быть связан с квантовой механикой. Учитывая возраст Тьюринга на тот момент, это доказывает его дарование и талант, ведь данная гипотеза, а именно роль квантовой механики в проблеме отношения разума и материи, лежала в основе исследований многих ученых середины XX века.

Наука — это дифференциальное уравнение.

Религия — граничные условия.

Алан Тьюринг в письме английскому математику Робину Гэнди

В 1931 году Алан Тьюринг стал студентом математики Королевского колледжа Кембриджского университета. С этих пор он отдалился от старшего брата Джона, который занялся адвокатской практикой в Лондоне. К счастью для Алана, университет был для него более подходящим местом, чем школы, в которых он успел поучиться: в Кембридже он попал в интеллектуальную среду, необходимую для развития его способностей. Свободное время Тьюринг посвящал занятиям спортом — бегу и гребле. Что касается его академических интересов, то после прочтения работы Джона фон Неймана о логических основах квантовой механики внимание Алана привлекла математическая логика. Известно, что он также прочел книгу Бертрана Рассела (1872-1970) «Введение в философию математики» (Introduction to mathematical philosophy, 1919) и знаменитый трехтомник «Принципы математики» (Principia mathematical 1910-1913), написанный Расселом совместно с Альфредом Нортом Уайтхедом (1861-1947). Без сомнения, эти работы повлияли на интеллектуальное созревание личности будущего ученого.

Алан Тьюринг в 1928 году в возрасте 16 лет.

Здесь родился Алан Тьюринг, 1912-1954, криптограф, пионер информатики. Надпись на одной из пяти синих табличек, размещенных на разных зданиях Соединенного Королевства, где жил Тьюринг.

Королевский колледж Кембриджского университета.

Однако наибольшее влияние на Тьюринга оказал Курт Гёдель (1906-1978), особенно его знаменитая статья, опубликованная в 1931 году и посвященная теоремам о неполноте. Эта работа подтолкнула молодого человека к изобретению машины Тьюринга, которая могла определять, какие математические функции могут быть вычислены, а какие нет. Если функцию возможно вычислить, машина через определенный промежуток времени, который, по словам другого великого математика, Давида Гильберта (1863-1943), должен быть конечным, выдаст результат. Напротив, если функция невычислима, машина будет производить операции без остановки. По мнению Ходжеса, Тьюринг был более философом, чем математиком, что и объясняет его интерес к проблемам математической логики. Ученый, возможно, сам не осознавая этого, внес большой вклад в создание теоретических основ информатики, причем сделал это задолго до того момента, когда компьютер стал реальностью.

В 1933 году к власти в Германии пришел Адольф Гитлер, и это событие стало предвестником новой мировой схватки. Алан Тьюринг, озабоченный политической и социальной ситуацией в Соединенном Королевстве и Европе, примкнул к антивоенному движению, хотя, в отличие от многих других его участников, он не принадлежал ни к марксистам, ни к пацифистам. Несколько лет спустя ученый, как и миллионы других людей, будет вовлечен в войну и в качестве криптографа станет приближать победу над нацистской Германией.

Оглавление книги