Ο Charles Babbage ήταν Άγγλος μαθηματικός και εφευρέτης που σχεδίασε τον πρώτο αυτόματο ψηφιακό υπολογιστή. Επιπλέον, βοήθησε στη δημιουργία του σύγχρονου αγγλικού ταχυδρομικού συστήματος και συνέταξε τους πρώτους αξιόπιστους αναλογιστικούς πίνακες, εφηύρε έναν τύπο ταχύμετρου και εφηύρε τον σιδηρόδρομο πιο καθαρό.
Βιογραφία του Τσαρλς Μπάμπατζ
Γεννήθηκε στο Λονδίνο στις 26 Δεκεμβρίου 1791 στην οικογένεια του Benjamin Babbage, συνεργάτη της Praeds Bank, ιδιοκτήτη του Bitton Estate στο Teignmouth, και της Betsy Plumley Tip. Το 1808 η οικογένεια αποφάσισε να μετακομίσει στο παλιό Rowden House στο East Teignmouth και ο πατέρας έγινε φύλακας του κοντινού St Michael's.
Ο πατέρας του Τσαρλς ήταν πλούσιος, επομένως μπορούσε να σπουδάσει σε πολλά ελίτ σχολεία. Σε ηλικία 8 ετών, χρειάστηκε να πάει σε αγροτικό σχολείο για να αναρρώσει από μια επικίνδυνη ασθένεια. Οι γονείς του αποφάσισαν ότι ο εγκέφαλος του παιδιού «δεν έπρεπε να είναι πολύ σκληρός». Σύμφωνα με τον Babbage, "Αυτή η μεγάλη αδράνεια μπορεί να οδήγησε σε κάποιους παιδικούς συλλογισμούς του."
Στη συνέχεια μπήκε στο King Edward VI Grammar School στο Totnes, στο Νότιο Ντέβον,ένα ακμάζον δημόσιο σχολείο που λειτουργεί ακόμα και σήμερα, αλλά οι συνθήκες υγείας ανάγκασαν τον Τσαρλς να στραφεί σε ιδιωτικούς δασκάλους για λίγο. Τελικά μπήκε σε μια κλειστή ακαδημία για 30 μαθητές, με επικεφαλής τον αιδεσιμότατο Stephen Freeman. Το ίδρυμα είχε μια εκτενή βιβλιοθήκη, την οποία ο Μπάμπατζ χρησιμοποίησε για να μελετήσει μόνος του μαθηματικά και έμαθε να το αγαπά. Μετά την αποχώρησή του από την ακαδημία, είχε δύο ακόμη προσωπικούς μέντορες. Ένας από αυτούς ήταν ένας κληρικός του Κέιμπριτζ, για τη διδασκαλία του οποίου ο Κάρολος σχολίασε: «Φοβάμαι ότι δεν έχω εκμεταλλευτεί όλα τα πλεονεκτήματα που θα μπορούσα να έχω». Ο άλλος ήταν καθηγητής της Οξφόρδης. Δίδαξε τα κλασικά στον Τσαρλς Μπάμπατζ για να μπορέσει να γίνει δεκτός στο Κέιμπριτζ.
Πανεπιστημιακές σπουδές
Τον Οκτώβριο του 1810, ο Babbage έφτασε στο Cambridge και μπήκε στο Trinity College. Είχε μια λαμπρή εκπαίδευση - γνώριζε τους Lagrange, Leibniz, Lacroix, Simpson και ήταν σοβαρά απογοητευμένος με τα διαθέσιμα μαθηματικά προγράμματα. Έτσι αποφάσισε να ιδρύσει την Αναλυτική Εταιρεία με τους John Herschel, George Peacock και άλλους φίλους.
Όταν ο Babbage μεταφέρθηκε στο Cambridge Peterhouse το 1812, ήταν ο καλύτερος μαθηματικός. αλλά δεν αποφοίτησε με άριστα. Έλαβε επίτιμο πτυχίο αργότερα, χωρίς καν να δώσει εξετάσεις, το 1814.
Το 1814, ο Τσαρλς Μπάμπατζ παντρεύτηκε τη Γεωργιάνα Γουίτμορ. Ο πατέρας του, για κάποιο λόγο, δεν τον ευλόγησε ποτέ. Η οικογένεια ζούσε ειρηνικά στην οδό Devonshire 5 στο Λονδίνο. Μόνο τρία από τα οκτώ παιδιά τους επέζησαν.μέχρι την ενηλικίωση.
Ο πατέρας του Charles, η γυναίκα του και ένας από τους γιους του πέθαναν τραγικά το 1827.
Έργο Υπολογιστή
Την εποχή του Charles Babbage, υπήρχαν συχνά λάθη στον υπολογισμό των μαθηματικών πινάκων, έτσι αποφάσισε να βρει μια νέα μέθοδο που θα το έκανε μηχανικά, εξαλείφοντας τον παράγοντα του ανθρώπινου λάθους. Αυτή η ιδέα του ήρθε πολύ νωρίς, το 1812.
Τρεις διαφορετικοί παράγοντες επηρέασαν την απόφασή του:
- δεν του άρεσε η προχειρότητα και η ανακρίβεια;
- οι λογαριθμικοί πίνακες ήταν εύκολοι γι' αυτόν;
- εμπνεύστηκε από τις υπάρχουσες εργασίες για τις υπολογιστικές μηχανές των W. Schickard, B. Pascal και G. Leibniz.
Συζήτησε τις βασικές αρχές υπολογισμού της συσκευής σε μια επιστολή προς τον Sir H. Davy στις αρχές του 1822.
Difference Engine
Ο Babbage παρουσίασε αυτό που ονόμασε «μηχανή διαφοράς» στη Βασιλική Αστρονομική Εταιρεία στις 14 Ιουνίου 1822, σε μια δημοσίευση με τίτλο «Remarks on the Application of the Machine Calculation of Astronomical and Mathematical Tables». Μπορούσε να υπολογίσει πολυώνυμα χρησιμοποιώντας μια αριθμητική μέθοδο που ονομάζεται διαφορά.
Η Εταιρεία ενέκρινε την ιδέα και το 1823 η κυβέρνηση του έδωσε 1.500 λίρες για την κατασκευή της. Ο Babbage έφτιαξε ένα εργαστήριο σε ένα από τα δωμάτια του σπιτιού του και προσέλαβε τον Joseph Clement για να επιβλέπει την κατασκευή της συσκευής. Κάθε κομμάτι έπρεπε να γίνει στο χέρι χρησιμοποιώντας ειδικά εργαλεία, πολλά από τα οποία σχεδίασε ο ίδιος. Ο Κάρολος έκανε πολλά ταξίδια σε βιομηχανικές επιχειρήσεις για να γίνει καλύτερακατανοούν τις διαδικασίες παραγωγής. Με βάση αυτά τα ταξίδια και την προσωπική του εμπειρία από την κατασκευή μιας μηχανής, το 1832 ο Babbage δημοσίευσε το On the Economics of Machinery and Production. Ήταν η πρώτη δημοσίευση αυτού που σήμερα ονομάζεται «επιστημονική οργάνωση παραγωγής».
Προσωπική τραγωδία και ταξίδι στην Ευρώπη
Ο θάνατος της συζύγου Γεωργιάνα, πατέρα του Τσαρλς Μπάμπατζ και του βρέφους γιου του διέκοψε την κατασκευή το 1827. Η δουλειά τον επιβάρυνε πολύ και ήταν στα πρόθυρα της κατάρρευσης. Ο John Herschel και αρκετοί άλλοι φίλοι έπεισαν τον Babbage να κάνει ένα ταξίδι στην Ευρώπη για να αναρρώσει. Ταξίδεψε στην Ολλανδία, το Βέλγιο, τη Γερμανία, την Ιταλία, επισκεπτόμενος πανεπιστήμια και εργοστάσια.
Στην Ιταλία, έμαθε ότι είχε διοριστεί Λουκάσιος Καθηγητής Μαθηματικών στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ. Αρχικά ήθελε να αρνηθεί, αλλά φίλοι τον έπεισαν για το αντίθετο. Κατά την επιστροφή του στην Αγγλία το 1828 μετακόμισε στην οδό 1 Dorset Street.
Συνέχιση εργασίας
Κατά τη διάρκεια της απουσίας του Babbage, το έργο Difference Engine δέχθηκε πυρά. Φήμες κυκλοφόρησαν ότι είχε σπαταλήσει κρατικά χρήματα, ότι το μηχάνημα δεν λειτουργούσε και ότι δεν θα είχε καμία πρακτική αξία αν κατασκευαζόταν. Ο John Herschel και η Royal Society υπερασπίστηκαν δημόσια το έργο. Η κυβέρνηση συνέχισε την υποστήριξή της παρέχοντας £1.500 στις 29 Απριλίου 1829, £3.000 στις 3 Δεκεμβρίου και το ίδιο ποσό στις 24 Φεβρουαρίου 1830. Η δουλειά συνεχίστηκε, αλλά ο Babbage συνεχώςδυσκολεύτηκε να πάρει χρήματα από το ταμείο.
Εγκατάλειψη του έργου
Τα οικονομικά προβλήματα του Charles Babbage συνέπεσαν με τις αυξανόμενες διαφωνίες με τον Clement. Ο Μπάμπατζ έχτισε ένα διώροφο εργαστήριο μήκους 15 μέτρων πίσω από το σπίτι του. Είχε γυάλινη οροφή για φωτισμό, καθώς και πυρίμαχο καθαρό δωμάτιο για να αποθηκεύει το αυτοκίνητό της. Ο Κλέμεντ αρνήθηκε να μετακομίσει σε νέο εργαστήριο και ζήτησε χρήματα για να ταξιδέψει στην πόλη για να επιβλέπει το έργο. Σε απάντηση, ο Babbage πρότεινε να πληρωθεί απευθείας από το ταμείο. Ο Clement αρνήθηκε και σταμάτησε να εργάζεται για το έργο.
Επιπλέον, αρνήθηκε να παραδώσει τα σχεδιαγράμματα και τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή του Difference Engine. Μετά την επένδυση 23.000 λιρών, συμπεριλαμβανομένων 6.000 λιρών από τα ίδια κεφάλαια του Babbage, οι εργασίες για την ημιτελή συσκευή σταμάτησαν το 1834. Το 1842 η κυβέρνηση εγκατέλειψε επίσημα το έργο.
Ο Charles Babbage και η αναλυτική του μηχανή
Μακριά από τον κινητήρα διαφοράς, ο εφευρέτης άρχισε να σκέφτεται τη βελτιωμένη του έκδοση. Μεταξύ 1833 και 1842, ο Κάρολος προσπάθησε να κατασκευάσει μια συσκευή που θα μπορούσε να προγραμματιστεί για να εκτελεί οποιονδήποτε υπολογισμό, όχι μόνο αυτούς που σχετίζονται με πολυωνυμικές εξισώσεις. Η πρώτη ανακάλυψη ήρθε όταν ανακατεύθυνε την έξοδο της μηχανής στην είσοδο της για να λύσει περαιτέρω εξισώσεις. Το χαρακτήρισε ως μια μηχανή που «τρώει την ουρά της». Δεν χρειάστηκε πολύς χρόνος για να καταλάβει τα βασικά στοιχεία της Αναλυτικής Μηχανής.
Ο υπολογιστής του Charles Babbage χρησιμοποίησε διάτρητες κάρτες δανεισμένες από έναν αργαλειό ζακάρ για να εισάγει δεδομένα και να υποδεικνύει τη σειρά των απαραίτητων υπολογισμών. Η συσκευή αποτελούνταν από δύο μέρη: μύλο και αποθήκευση. Ο μύλος, που αντιστοιχεί στον επεξεργαστή ενός σύγχρονου υπολογιστή, εκτελούσε λειτουργίες σε δεδομένα που ελήφθησαν από την αποθήκευση, τα οποία μπορούν να θεωρηθούν μνήμη. Ήταν ο πρώτος υπολογιστής γενικής χρήσης στον κόσμο.
Ο υπολογιστής του Charles Babbage σχεδιάστηκε το 1835. Η κλίμακα της δουλειάς ήταν πραγματικά απίστευτη. Ο Babbage και αρκετοί βοηθοί δημιούργησαν 500 μεγάλα σχέδια σχεδίασης, 1.000 φύλλα μηχανικής ονομασίας και 7.000 φύλλα περιγραφής. Ο ολοκληρωμένος μύλος είχε ύψος 4,6 μέτρα και διάμετρο 1,8 μέτρα. Ο χώρος αποθήκευσης για 100 ψηφία επεκτάθηκε 7,6 μ. Για τη νέα του μηχανή, ο Babbage κατασκεύασε μόνο μικρά εξαρτήματα δοκιμής. Η συσκευή δεν ολοκληρώθηκε ποτέ πλήρως. Το 1842, μετά από επανειλημμένες ανεπιτυχείς προσπάθειες να λάβει κρατική χρηματοδότηση, πλησίασε τον σερ Ρόμπερτ Πιλ. Εκείνος αρνήθηκε και αντ' αυτού του πρόσφερε την ιδιότητα του ιππότη. Η Μπάμπατζ αρνήθηκε. Συνέχισε να τροποποιεί και να βελτιώνει το σχέδιο με τα χρόνια.
Countess Lovelace
Τον Οκτώβριο του 1842, ο Φεντερίκο Λουίτζι, Ιταλός στρατηγός και μαθηματικός, δημοσίευσε ένα άρθρο για την Αναλυτική Μηχανή. Η Augusta Ada King, η κόμισσα της Lovelace, μια παλιά φίλη του Babbage, μετέφρασε το έργο στα αγγλικά. Ο Τσαρλς της πρότεινε να σχολιάσει τη μετάφραση. Μεταξύ 1842 και 1843 το ζευγάρι έγραψε 7 νότες μαζί,το συνολικό μήκος των οποίων ήταν τριπλάσιο από το πραγματικό μέγεθος των αντικειμένων. Σε ένα από αυτά, η Ada ετοίμασε έναν πίνακα εκτέλεσης προγράμματος που δημιούργησε ο Babbage για να υπολογίσει τους αριθμούς Bernoulli. Σε ένα άλλο, έγραψε για μια γενικευμένη αλγεβρική μηχανή που μπορούσε να εκτελεί πράξεις σε σύμβολα καθώς και σε αριθμούς. Ο Lovelace ήταν ίσως ο πρώτος που κατάλαβε τους γενικότερους στόχους της συσκευής του Babbage και θεωρείται από ορισμένους ως ο πρώτος προγραμματιστής υπολογιστών στον κόσμο. Άρχισε να εργάζεται σε ένα βιβλίο που περιγράφει την Αναλυτική Μηχανή με περισσότερες λεπτομέρειες, αλλά δεν πρόλαβε να το ολοκληρώσει.
Miracle of Engineering
Μεταξύ Οκτωβρίου 1846 και Μαρτίου 1849, ο Babbage άρχισε να σχεδιάζει μια δεύτερη μηχανή διαφοράς, χρησιμοποιώντας τη γνώση που είχε αποκτήσει από την κατασκευή της αναλυτικής. Χρησιμοποίησε μόνο 8.000 εξαρτήματα, τρεις φορές λιγότερα από το πρώτο. Ήταν ένα θαύμα της μηχανικής.
Σε αντίθεση με την αναλυτική, την οποία διορθωνόταν και τροποποιούσε συνεχώς, ο δεύτερος κινητήρας διαφοράς του Charles Babbage δεν άλλαξε μετά την ολοκλήρωση του αρχικού σταδίου ανάπτυξης. Στο μέλλον, ο εφευρέτης δεν έκανε καμία προσπάθεια να κατασκευάσει τη συσκευή.
24 σχέδια παρέμειναν στα αρχεία του Μουσείου Επιστημών έως ότου οι ιδέες του Charles Babbage υλοποιήθηκαν το 1985-1991 με τη δημιουργία ενός αντιγράφου πλήρους μεγέθους με την ευκαιρία της 200ης επετείου από τη γέννησή του. Οι διαστάσεις της συσκευής ήταν 3,4 μέτρα σε μήκος, 2,1 μέτρα ύψος και 46 εκατοστά σε βάθος και το βάρος της ήταν 2,6 τόνοι. Τα όρια ακρίβειας περιορίζονταν σε αυτό που μπορούσε να επιτευχθεί εκείνη τη στιγμή.
Επιτεύγματα
Το 1824, ο Babbage έλαβε το Χρυσό Μετάλλιο της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας "για την εφεύρεση του μιας μηχανής για τον υπολογισμό μαθηματικών και αστρονομικών πινάκων."
Από το 1828 έως το 1839 ο Babbage ήταν ο Λουκάσιος καθηγητής μαθηματικών στο Cambridge. Έγραψε εκτενώς για μια σειρά επιστημονικών περιοδικών και συνέβαλε καθοριστικά στην ίδρυση της Αστρονομικής Εταιρείας το 1820 και της Στατιστικής Εταιρείας το 1834.
Το 1837, ως απάντηση σε 8 επίσημες πραγματείες του Μπρίτζγουοτερ «Σχετικά με τη δύναμη, τη σοφία και την καλοσύνη του Θεού που εκδηλώνεται στη δημιουργία», δημοσίευσε την ένατη πραγματεία του Μπρίτζγουοτερ, προβάλλοντας τη θέση ότι ο Θεός, κατέχοντας παντοδυναμία και προνοητικότητα, δημιούργησε ο θεϊκός νομοθέτης που παράγει νόμους (ή προγράμματα) που στη συνέχεια δημιούργησε είδη σε κατάλληλες στιγμές, εξαλείφοντας έτσι την ανάγκη να γίνονται θαύματα κάθε φορά που απαιτείται ένα νέο είδος. Το βιβλίο περιέχει αποσπάσματα από την αλληλογραφία του συγγραφέα με τον John Herschel για αυτό το θέμα.
Ο Charles Babbage πέτυχε επίσης αξιοσημείωτα αποτελέσματα στην κρυπτογραφία. Έσπασε τον κρυπτογράφηση του αυτόματου κλειδιού καθώς και τον πολύ πιο αδύναμο κρυπτογράφηση που σήμερα ονομάζεται κρυπτογράφηση Vigenère. Η ανακάλυψη του Babbage χρησιμοποιήθηκε από τον βρετανικό στρατό και δημοσιεύτηκε μόλις λίγα χρόνια αργότερα. Ως αποτέλεσμα, το δικαίωμα της πρωτοκαθεδρίας πέρασε στον Friedrich Kasiski, ο οποίος έφτασε στο ίδιο αποτέλεσμα λίγα χρόνια αργότερα.
Το 1838, ο Babbage εφηύρε την πίστα πιο καθαρή, ένα μεταλλικό πλαίσιο στερεωμένο στο μπροστινό μέρος των ατμομηχανών για να καθαρίζει τα ίχνηεμπόδια. Πραγματοποίησε επίσης μια σειρά από μελέτες του Great Western Railway του Isambard Kingdom Brunel.
Μόνο μία φορά προσπάθησε να μπει στην πολιτική, όταν το 1832 συμμετείχε στις εκλογές στην πόλη Finsbury. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ψηφοφορίας, ο Babbage πήρε την τελευταία θέση.
Ο μαθηματικός και εφευρέτης πέθανε στις 18 Οκτωβρίου 1871 σε ηλικία 79 ετών.
Μέρη των ημιτελών μηχανισμών υπολογιστικών συσκευών που δημιούργησε είναι διαθέσιμα για επίσκεψη στο Μουσείο Επιστημών στο Λονδίνο. Το 1991, το Difference Engine του Charles Babbage κατασκευάστηκε με βάση τα αρχικά του σχέδια και λειτούργησε τέλεια.
