Ада Лавлейс: Полет на крыльях математики

Ада Лавлейс: Полет на крыльях математики

Юрий Травников

28.05.02

Вся ее жизнь была апофеозом великой битвы между миром эмоций и миром логики, между субъективным и объективным, между поэзией и математикой, между слабым здоровьем и взрывами энергии!

Бетти Туул. Ada: The Enchantress of Numbers

Все в этом мире с чего-нибудь начиналось. В том числе и история компьютеров. Что же было первым шагом? Электронные машины, созданные в середине прошлого века, или оглушительно лязгающие арифмометры из его начала? Меняются технологии, однако идеи, зачастую придуманные давным-давно, остаются прежними. Как ни удивительно, первая компьютерная программа написана полтора века назад, когда не существовало даже слова «компьютер». Еще удивительнее, а быть может, символичнее, что первым программистом стала женщина. Женщина, для которой ряды чисел оказались поэтическими строфами, а сухие математические формулы — мистическим явлением. Об этой женщине и пойдет сегодняшний рассказ.

Родилась 10 декабря 1815 г. в Лондоне.

Дочь поэта лорда Байрона.

Написала первую в истории компьютерную программу.

Увлечение — математика.

Девиз: «Вы получаете от людей больше, если им противоречите».

Предсказала появление современных компьютеров как многофункциональных машин не только для вычислений, но и для работы с графикой, звуком.

Умерла 27 ноября 1852 г. в Лондоне.

Поэзия Ады Байрон

Ада Августа Байрон-Кинг, графиня Лавлейс, родилась 10 декабря 1815 г. в Англии. Ада появилась на свет в нерядовой для консервативной чопорной страны семье. Ее отец, поэт Джордж Ноэль Гордон, лорд Байрон, оставил супругу, отправившись в революционную гарибальдийскую Италию, и в семейном кругу больше не появлялся. Так что воспитание первого в мире программиста целиком легло на хрупкие плечи матери — прелестной Анны Изабель Милбэнк, леди Байрон. Однако супруга поэта не впала в тоску и уныние, а, презрев светские пересуды, воспитала дочь и дала ей возможность получить самое передовое по тем временам образование. Девочка рано увлеклась музыкой и математикой, что не могло не радовать леди Байрон. Ибо все страхи ее мира таились в иных сферах — в области литературы и поэзии. Леди Байрон отчаянно старалась оградить дочь от рокового (это не метафора!) влияния «беглого» отца. От любого его влияния!

Ада самым неожиданным образом оправдала надежды матери.

В начале 1828 г. у нее вдруг появилась склонность проводить все свободное от обучения время за закрытыми дверями своей комнаты. Леди Байрон вполне закономерно заподозрила дочь в поэтическом сочинительстве и не на шутку перепугалась. «Тень отца» отчетливо и страшно замаячила на семейном горизонте. Несколько трудных вечеров Анна Изабель отчаянно преодолевала в себе материнский инстинкт в пользу «широты взглядов», а потом ее терпение лопнуло, и она потребовала у дочери отчета. Двенадцатилетняя девушка вытащила из-под кровати стопку бумаг и, отчаянно краснея от смущения, показала леди Байрон… профессионально выполненные чертежи летательного аппарата собственной конструкции. Ада сочиняла крылья!

А потом произошло страшное: Ада Августа заболела корью. Лечить этот тяжелый недуг в начале XIX века еще не умели, девушка стала инвалидом и провела в постели целых три года. Однако это время не было потеряно даром. Несгибаемая леди Байрон наняла самых лучших преподавателей Лондона, и девочка продолжила образование на дому.

Период болезни ввел в круг общения Ады Байрон великолепного математика и мистика Августа де Моргана. Де Морган, большой специалист в эзотерической нумерологии, очаровал юную Аду Августы магией чисел, обратил строгую логику математики в волшебство. Волшебство, определившее дальнейшую жизнь будущей графини Лавлейс.

Леди Байрон так и не удалось вытравить поэзию из сердца дочери. Она одержимо писала стихи — с помощью математики.

Настало время, и болезнь отступила. Аду Августу Байрон ожидал первый выход в свет…

Леди цифр

Для понимания истоков феномена Ады Лавлейс необходимо уяснить, что собой представляло высшее общество Великобритании в начале далекого XIX в. Поверженный Бонапарт еще томился на острове Святой Елены, а Европа уже залечила военные раны и ринулась «в науку». Стали модны обсуждения «рыб и гадов морских», «движения небесных сфер и светил» и «поясов строения Земли», а затем, в 20–30-е гг., сделались обязательной нормой, показателем передовой европейской светсткости. Конечно, вся эта джентльменская ученость сильно отдавала любительством. Даже самого слова «ученый» тогда еще не изобрели (термин «scientist» был введен в обиход лишь в 1836 г.). Однако нельзя не признать, что высшее общество вполне было подготовлено к появлению в его среде женщины-математика.

Более того, общество жаждало обожать такую женщину!

Ада Байрон произвела фурор. Стройная, изысканно-бледная (сказывались три года заточения), умная, великолепно образованная да к тому же по натуре в немалой степени — дочь того самого Байрона! Столичные джентльмены осаждали прекрасную барышню толпами, вмиг растеряв ортодоксальную британскую чопорность.

Письма Ады и медаль, которой Лондонское астрономическое общество наградило Бэббиджа в 1824 г.

И Ада не разочаровывала их! Увлеченность, посеянная в свое время де Морганом, дала обильные всходы. Красота, Математика и Мистика — вот настоящий портрет Ады Августы Байрон. Конечно, не обошлось и без ревнивых кривотолков. Кто-то из дам запустил «верные сведения» о том, что она, мол, неспроста пользуется таким оглушительным успехом. Мол, не обошлось тут без самого дьявола!

Как реагировала на эти инсинуации Ада Байрон? Да никак. Только улыбалась светлее, что, в свою очередь, привело к парадоксальному результату: общество влюбилось в нее еще больше. Это легко объяснить — мистика в многочисленных своих проявлениях почиталась в те времена за такую же науку, как и все остальные. В конце концов, что загадочнее — гордыня Люцифера, падшего ангела Света, или же теория чисел? Где больше тайн? Или же мера их таинственности равновелика?..

Клянусь дьяволом, не пройдет и десяти лет, и я высосу достаточно жизненного сока из тайн мироздания. Так, как этого не могут сделать обычные смертные умы и уста. Никто не знает, какая чудовищная сила лежит еще неиспользованной в моем маленьком гибком существе.

Ада Лавлейс

Девушка незамедлительно получила свой первый пожизненный титул: высшее общество Лондона провозгласило ее Диадемой круга.

На одном из таких светских раутов (весьма характерном для эпохи — это была технологическая выставка) 17-летней Аде Байрон был представлен выдающийся математик, профессор Кембриджа, член Королевского научного общества Чарлз Бэббидж.

Чарлз Бэббидж и его чудесные машины

Чарлз Бэббидж — человек, судьба которого неразрывно переплелась с судьбой нашей героини. Однако, чтобы приблизиться к пониманию истоков математики Чарлза Бэббиджа, необходимо вернуться к уже упоминавшемуся выше персонажу — к Наполеону I Бонапарту.

Итак, Франция, 1790 г. Гений великого императора реформирует континентальную Европу. Нет, речь здесь не о левостороннем движении. Вспомним другое, гораздо более революционное нововведение: метрическую систему мер и весов. Император вызвал к себе начальника Бюро переписи барона де Прони и дал ему задание. Необходимо было в самые сжатые сроки подготовить новые, прогрессивные таблицы логарифмов.

В ее честь…

В середине 70-х гг. нашего столетия министерство обороны США (одиозный Пентагон) официально утвердило название единого языка программирования американских вооруженных сил. Язык носит название Ada.

С недавнего времени у программистов всего мира появился свой профессиональный праздник. Он так и называется — «День программиста» — и празднуется 10 декабря. Как раз в день рождения Ады Лавлейс.

Барон не был силен в математике, но зато очень хорошо представлял себе теорию производства. В частности, то, что мы благодаря школьному обществоведению именуем разделением труда. И, повинуясь императорскому приказу, де Прони разработал технологию. Он разделил весь процесс вычисления на три этапа: первый, которым занимались сильнейшие математики,— разработка математического обеспечения, второй — организаторы вычислений на материалах обеспечения, третий — самые обычные, рядовые граждане, «вычислители», осуществляющие сам процесс.

Вам ничего не напоминает это распределение? Математическое (программное) обеспечение — организация вычислений — вычисление (обработка данных). Нужно ли упоминать, что «люди-вычислители» в данной системе назывались «компьютерами»?..

Де Прони не повезло. Разработанные его Бюро таблицы так и не были изданы из-за войны. Однако спустя четыре десятка лет труды де Прони оказались на столе Бэббиджа.

Англичанин, изучив французский метод разделения математических расчетов, пришел в полный восторг. Затем у него возникла идея: а что, если «людей-вычислителей» заменит машина? Ведь вычисления «компьютеров» совсем не сложны, представляя собой сложение и вычитание небольших чисел. Просто их очень много…

Проект стартовал в 1822 г., назывался он Difference Engine и должен был являть собой (в современной нам терминологии) громадный, чрезвычайно сложный арифмометр. Однако, несмотря на неплохое по тем временам правительственное финансирование, он благополучно заглох в 1834 г., его документация осела на складах и полках научных кабинетов. Причин тому было множество; основные из них — халатность главного инженера Джозефа Клемента и потеря интереса к проекту самого Бэббиджа. Дело в том, что уже в 1833 г. математик задумал еще более революционный шаг: заставить машину работать под управлением внешней программы, а не заменить механическим устройством один процесс. Этот агрегат под названием Analytical Engine разрабатывался Чарлзом Бэббиджем на бумаге в 1834 г. Это и был самый первый в мире полностью функциональный компьютер.

Шесть месяцев я разрабатывал проект машины более совершенной, чем первая. Я сам поражен вычислительной мощностью, которой она будет обладать!

Чарлз Бэббидж

Впрочем, не будем заострять внимание на деталях. Подробное описание машины Бэббиджа займет слишком много места. Возможно, мы вернемся к Analytical Engine в следующих номерах ПЛК. В данный момент для нас важнее то, что в 1833 г. Бэббидж встретился с Адой Августой Байрон.

Леди и машина

На технологической выставке Бэббидж впервые публично заявил о своей новой разработке. Естественно, его речь была перенасыщена математическими терминами и логическими выкладками, которые неподготовленному лондонскому денди понять было сложно. А Ада поняла, и более того — забросала Чарлза вопросами по существу проблемы. Бэббидж был совершенно очарован дарованиями девушки, а Аде стало, наконец, ясно, что именно она искала. Одержимость юной леди математикой обрела воплощение. И какое! Открылась новая, неизведанная возможность при помощи математики заставить машину помогать человеку решать математические же задачи!

Только ли математические? Да, только. Однако много ли в жизни просвещенного человечества областей, в которых не фигурируют математические задачи?..

Ада с головой погрузилась в проект Бэббиджа. Математика расправила крылья и воспарила. Диалог Бэббиджа и Ады Августы, в личных встречах и в оживленной переписке, продолжался долгие годы.

Имя Чарльза Бэббиджа юная мисс Байрон впервые услышала за обеденным столом от Мэри Соммервиль. Спустя несколько недель они впервые увиделись.

Рассказывая о двух легендарных математиках, совершенно невозможно упустить из виду цифры. Чарльз Бэббидж в момент их знакомства занимал кафедру профессора математики Кэмбриджского университета - как сэр Исаак Ньютон за полтора века до него.

За несколько лет до вступления в должность Бэббидж закончил описание логарифмической машины, которая смогла бы производить вычисления с точностью до N20 знака. Чертеж с многочисленными валиками и шестеренками, которые приводились в движение рычагом, лег на стол премьер-министра. В 1823 году была выплачена первая субсидия на постройку того, что теперь считается первым на земле компьютером и известно под названием "Аналитическая машина Бэббиджа". Строительство продолжалось десять лет, конструкция машины все более усложнялась, и в 1833 году финансирование было прекращено

Аде Байрон было восемнадцать лет, когда она впервые увидела Бэббиджа. Родилась она в декабре 1815-го, следовательно, ее знакомство с профессором Кэмбриджского университета состоялось все в том же 1833 году. Так что знакомство бедного математика с легко впадающей в состояние эйфории аристократкой пошло на пользу и Бэббиджу, и науке.

В высшем свете в то время было модно обсуждать чудо-машину. Делегации великосветских дам в шуршащих платьях посещали лабораторию ученого. Огастес де Морган не без гордости за ученицу так описывает первую встречу Ады с пракомпьютером: "Пока часть гостей в изумлении глядела на это удивительное устройство глазами дикарей, первый раз увидавших зеркало, мисс Байрон, совсем еще юная, смогла понять работу машины и оценила большое достоинство изобретения".

Страсть, которая связала Аду и Бэббиджа, была страсть к науке. Он был старше ее на двадцать четыре года, и их отношения никогда не выходили за рамки делового сотрудничества. В 1834 году мисс Байрон вышла замуж за двадцатидевятилетнего Уильяма Кинга, который вскоре унаследовал титул лорда Лавлейса. Ни муж, ни трое детей-погодков не помешали Аде с упоением отдаться тому, что она считала своим призванием. Замужество даже облегчило ее труды: у нее появился бесперебойный источник финансирования в виде фамильной казны графов Лавлейсов.

Первое письмо Бэббиджу "по существу" было написано 18 января 1836 года, когда Ада была беременна первым сыном - Байроном Ноэлем. Переписка продолжалась до самой смерти графини.

Пока Ада на время отвлеклась на свою новую семью, над Бэббиджем сгущались тучи. Его непонятный агрегат вышел из моды на родине, и изобретатель был вынужден отправиться с проповедью на континент. В 1842 году итальянский ученый Манибера познакомился с аналитической машиной, пришел в восторг и сделал первое подробное описание изобретения. Статья была опубликована на французском, и именно Ада взялась перевести ее на английский. Позднее Бэббидж предложил ей снабдить текст подробными комментариями. Именно эти комментарии дают потомкам основания называть Аду Байрон первым программистом планеты. В числе прочего она сообщила Бэббиджу, что составила план операций для аналитической машины, с помощью которых можно решить уравнение Бернулли, которое выражает закон сохранения энергии движущейся жидкости. "План операций" - это ли не та самая первая в мире компьютерная программаN "Аналитическая машина, - писала графиня, - сможет ткать алгебраические формулы, как станок Жаккарда может ткать цветы и листья". Второй страстью Ады после математики была музыка. Объединив свои пристрастия, первая программистка предположила, что со временем аналитическая машина сможет сочинять музыкальные произведения. Что ж, теперь мы в состоянии оценить ее правоту и точность прогнозов.

Современники подозревали Аду Лавлес в сговоре с Люцифером, а Чарльз Диккенс всерьез полагал, что после ее посещений в доме остается шлейф из нечистой силы. Потусторонние подозрения возникли не потому, что Сатана открыл ей что-нибудь вроде секрета пороха, и не потому, что она была дьявольски умна. Скорее всего, лондонский свет был напуган натиском, с которым эта женщина выпрашивала под своего протеже деньги. Ада сама была не прочь продемонстрировать свою демоническую сущность - все-таки она была дочерью своего отца. В послании своему гуру от 4 июля 1843 года она не без кокетства написала: "Мой дорогой Бэббидж! Я работаю для вас как дьявол (которым, возможно, я и являюсь)". Широко известно и другое ее высказывание о себе: "Клянусь дьяволом, что не пройдет и 10 лет, как я высосу некоторое количество жизненной крови из загадок Вселенной, причем так, как этого не смогли бы сделать обычные смертные умы и губы. Никто не знает, какие ужасающие энергия и сила лежат еще не использованными в моем маленьком гибком существе..."

Итак, она была сначала спонсором, а потом энергичным пиар-менеджером и продюсером Чарльза Бэббиджа. Но была ли она ученым, математикомN Не преувеличены ли ее аналитические способностиN Может быть, мифический персонаж "Ада Байрон" появился только для того, чтобы немного оживить научно-популярные книги, вроде "Математики тоже люди (включая биографии семи женщин и представителей разных этнических групп)".

Во всех энциклопедиях, начиная от "Британники" и заканчивая Большой Советской, Августа Ада Кинг Лавлейс фигурирует как английский математик. В качестве основного ее научного труда указывается перевод статьи Менабриа "Элементы аналитической машины Бэббиджа" и аннотация к ней. Просто Ада, в отличие от разночинца Бэббиджа, сносно знала французский язык. Перевела письмо и прославилась на весь мир. И вовсе она не решила уравнение Бернулли, незаменимое в гидравлике, а всего-навсего высказала предположение, что его можно решить с помощью аналитической машины

Еще одно предложение, которое сделала Ада Бэббиджу, чуть не погубило его научную карьеру. Леди Лавлейс была уверена, что машина уже может решать вполне практические задачи, а именно - прогнозировать беспроигрышные ставки на бегах. Однако то ли с машиной что-то было не в порядке, то ли с природой, но лошади упорно отказывались бегать по придуманной для них системе. Проиграв свои деньги и деньги мужа, Ада в отчаянии ищет какие-нибудь экстренные финансовые потоки, но находит только группу профессиональных шантажистов. От полного разорения семью Лавлесов, как это ни печально, спасла только скоропостижная смерть Ады от рака. Бэббидж пережил ее на двадцать лет, но его механическая вычислительная машина так и не была достроена.

В 1991 году английские ученые по чертежам Бэббиджа построили механическую вычислительную машину. Одна операция деления или умножения занимает у нее 2-3 минуты. Быстродействие современных ЭВМ составляет 10 в 8-й степени операций в секунду.

В 1975 году в недрах Министерства обороны США было принято решение о начале разработки универсального языка программирования. Министр прочитал подготовленный секретарями исторический экскурс и без колебаний одобрил и сам проект, и предполагаемое название для будущего языка - "Ада"

Брак и семья

Нельзя сказать, что жизненные интересы Ады Августы зацикливались исключительно на математике и вычислительной технике. Так, в 1835 г. в возрасте 20 лет Ада Августа вышла замуж за своего давнего обожателя Уильяма, восемнадцатого лорда Кинга. Действительно давнего — лорд Кинг ухаживал за своей суженой в течение 10 лет. Через три года лорду и леди Кингам было пожаловано графство, а с ним и графские титулы. Так наша героиня и получила свое полное имя — Ада Августа Байрон-Кинг, графиня Лавлейс. К этому времени в семействе Лавлейс было уже трое детей.

Вряд ли граф Уильям ощущал себя истинным главой семьи. Несмотря на громкий титул, правила в доме теща, леди Байрон, в очередной раз доказав свой несгибаемый характер. Поначалу граф еще пытался что-то изменить, на чем-то настоять, но потом по-британски пожал плечами, решил, что здоровье дороже, и всецело посвятил себя управлению ленным владением. Графиня Ада занималась с детьми, увлекалась музыкой и продолжала свой диалог с Бэббиджем.

Полет к солнцу

Действующая модель Difference Engine находится в Научном музее Кенсингтона. При ее создании использовались только те технологии, что были доступны во времена Бэббиджа.

Никто не хотел субсидировать изготовление машины Бэббиджа. Проект подразумевал большое количество высокотехнологичных деталей, которые в первой половине XIX столетия обошлись бы спонсирующей стороне невероятно дорого — в куда большую сумму, чем составляли тогда большинство частных состояний империи. Но государство не решалось субсидировать проект, чему виной, не в последнюю очередь, было замораживание первой разработки Бэббиджа. Однако профессор не отчаивался. Он выступал по всей Европе с циклом лекций о своей машине и рассказами о чудесах науки, которые станут доступны, как только она будет построена. Идея будоражила умы, способные видеть будущее.

В 1842 г. выдающийся итальянский математик Луис Менебреа, преподаватель баллистики Туринской артиллеристской академии, опубликовал фундаментальный труд о вычислительной машине Бэббиджа. Книга была написана на французском языке, и Бэббидж обратился к Аде Августе с просьбой перевести ее на язык туманного Альбиона. Графиня Лавлейс, резонно рассудив, что ее матери вполне достаточно, чтобы возиться с зятем, внуками и с многочисленным штатом домашней прислуги, с радостью вернулась в мир математики. Ада Августа решила полностью посвятить себя любимой науке, работе над машиной Бэббиджа и ее широкой популяризации.

Династия

Лавлейс (Lovelace), вопреки распространенному заблуждению, не имеет никакого отношения к герою нравоописательного романа Сэмюэла Ричардсона «Кларисса Гарлоу» Ловласу (Ловеласу) — бессовестному соблазнителю женщин.

В течение девяти месяцев графиня работала над текстом книги, попутно дополнив ее собственными комментариями и замечаниями. Произошло чудо — эти комментарии и замечания сделали ее известной в мире высокой науки, а заодно и ввели в историю.

Она разглядела в машине то, о чем боялся думать сам изобретатель.

Суть и предназначение машины изменятся от того, какую информацию мы в нее вложим. Машина сможет писать музыку, рисовать картины и покажет науке такие пути, которые мы никогда и нигде не видели.

Ада Лавлейс

Ада Августа предвидела предназначение компьютера еще до того, как его создали. То, что сегодня вошло в нашу жизнь — многофункциональный инструмент для решения огромного количества прикладных задач, Ада разглядела в далеких 40-х гг. XIX в.! Она сформулировала, зачем человеку нужен компьютер:

Разработка и пакетная обработка любых функций… Машина — механизм выражения любой неопределенной функции любой степени общности и сложности.

Леди-программист

В середине 1843 г. произошло эпохальное событие. 10 июля Чарлз Бэббидж прочел в очередном письме от Ады:

Я хочу ввести пример в одно из примечаний: вычисление чисел Бернулли в качестве примера вычисления машиной неопределенной функции без предварительного решения с помощью головы и рук человека. Я — дьявол или ангел. Я работаю подобно дьяволу для Вас, Чарльз Бэббидж; я просеиваю Вам числа Бернулли…

И буквально через неделю математик получил по почте первую в истории человечества компьютерную программу — алгоритм, представляющий собой список операций для вычисления тех самых чисел Бернулли.

Финал?

Ада Августа Байрон-Кинг, графиня Лавлейс, скончалась в 1852 г. от рака — в возрасте 37 лет. Она покоится подле усыпальницы своего отца, лорда Байрона, которого ни разу в жизни не видела,— отца, от которого наша героиня, несмотря на все материнские уловки, унаследовала понимание: жить — значит гореть!

С образом Ады Августы связано огромное количество легенд. Часть из них, безусловно, правдива; часть, как водится, сомнительна.

Что с того, что графиня пришла в математику через эзотерику? Что с того, что автографы леди Ады перенасыщены оккультизмом и мистикой? Разве это повод обвешивать монитор соломенными куклами Вуду и устраивать спиритические сеансы на Рабочем столе Windows?

Что с того, что машина, которую так любила Ада, так и не была построена при ее непродолжительной жизни? В 30–40-х гг. ХХ столетия аналогичные Analytical Engine устройства были, наконец, воплощены в металле, ненадолго предварив появление электронно-вычислительных машин.

Что с того, что закат недолгой жизни Ады Августы омрачен нелепыми попытками создания системы для вычисления беспроигрышных ставок в азартных играх? Разве это не было смело? Поиск квадратуры круга — удел беспокойных и дерзких, которым, как известно, поем мы славу.

У нас есть главное! Примечания графини Лавлейс к книге Луиса Менебреа занимают всего 52 страницы. По большому счету, это все, что оставила Ада Лавлейс для истории. Но это — автограф гения. Зачастую 52 страницы могут перевернуть окружающий мир до неузнаваемости. Задумайтесь над этими словами, когда будете работать с вашим компьютером, общаться по Сети или просто перекладывать «косынку».

Жизнь Ады Лавлейс образует некий мифический резонанс с нашим цифровым веком: почтительные посещения могилы Ады теперь превосходят численностью паломничества на могилу ее отца, поэта Байрона.

Брюс Стерлинг