Чтение онлайн

По завершении – на это ушло три года и 25 000 долларов – получился мозг размером с комнату, металлическая вычислительная машина, которая могла жужжать своими шестеренками, решая задачу дни и ночи напролет, пока не застопорится. На решение одной задачи – определить степень влияния космических лучей на магнитное поле земли – ушло тридцать недель. Но когда все было завершено, дифференциальный анализатор с помощью своей грубой силы решил уравнения столь сложные, что человеку браться за них было бессмысленно. Теперь лаборатория Буша имела в своем распоряжении вычислительный прибор, способный переходить от решения проблем промышленного масштаба к некоторым фундаментальным вопросам физики.

«Это была устрашающая штуковина с валиками, шестеренками, ремнями и колесиками, вращающимися на дисках, – вспоминал физик из МТИ, который воспользовался помощью дифференциального анализатора, чтобы изучить поведение рассеянных электронов, – но она работала». Устройство представляло собой огромную деревянную рамку, закрытую решеткой, с вращающимися цилиндрами, напоминающую гигантскую 100-тонную игру в настольный футбол. На том конце аппарата, где вводились данные, были установлены шесть столов для чертежников. Там машина считывала уравнения, которые ей нужно было оценить. Совсем как в анализаторе Томсона, который считывал графики приливов. Операторы поворачивали рукоятки, а те, в свою очередь, направляли указатели над нарисованным вручную графиком уравнения, которое нужно было проанализировать. «Например, – было написано в одном из отчетов того времени, – при расчете рассеяния электронов на атоме необходимо снабдить машину данными по соотношению между потенциалом поля атома и расстоянием от центра атома». И тогда детали уравнения передавались внутренним валикам машины. Каждый валик соответствовал определенной переменной величине (току в линии электропередач или размеру атомного ядра). Чем больше была величина, тем быстрее крутился валик. А они, в свою очередь, приводили в движение интеграторы, сделанные по типу интеграторов Форда: плоский диск вращался на месте, а перпендикулярно диску располагалось интегрирующее колесо. Чем дальше от центра диска ставили колесо операторы, тем быстрее оно вращалось. Колесо было соединено еще с пятью интеграторами идентичной конструкции. На выходе быстро вращающиеся интегрирующие колеса направляли карандаш, который двигался вверх-вниз, в то время как под ним равномерно разматывалась бумажная лента. Целью был график, и нужный появлялся спустя несколько дней или даже месяцев вращений.

Математика была безгранично сложной областью знаний. Но газонокосилка Вэнивара Буша могла бы узнать в этой вычислительной комнате своего далекого потомка. «Дифференциальный анализатор, – писал один научный историк, – все равно истолковывал математику посредством механических оборотов и все равно зависел от мастерски выполненных интеграторов в виде колеса и диска, продолжая выдавать ответы кривыми линиями». Уравнения и траектории подъема.

Следовало признать, что компьютеры Буша очень сильно напоминали своего раннего предшественника, «измеритель рельефа».

Это был компьютер, изобретенный задолго до прихода эпохи цифровой революции: машина, которая в буквальном смысле показывала уравнения в процессе решения задач. Когда машина демонстрировала уравнения, моделирующие атом, это был в полном смысле слова гигантский атом, а когда выдавала уравнения генерирования звезды – это была миниатюрная звезда. «Это аналоговая машина, – говорил Буш. – Когда перед человеком встает проблема, скажем, как еще не построенный мост будет качаться на порывистом ветру, он должен объединить механические или электрические элементы, которые будут вести себя в точности так, как мост, а именно будут укладываться в те же дифференциальные уравнения». Для физика или инженера две системы, которые удовлетворяют условиям одних и тех же уравнений, имеют определенную схожесть – или, по крайней мере, аналогию. И это, в конечном смысле, все, что означает наше слово «аналог». Часы с цифровой индикацией не имеют ничего общего с движением солнца по небосклону; аналоговые же часы – это напоминание о солнечных часах, когда тень отустановленного в центре круга шеста перемещалась по кругу.

Компьютер трещал и гудел, быстро строча графики и разматывая бумагу. А когда он работал ночью, студенты Буша посменно дежурили рядом, контролируя натренированным ухом, не соскочило ли колесо со своей орбиты. По ночам, когда все шло гладко, они пытались не уснуть, сидя в гудящей комнате. Так прошло пять лет.

Клод Шеннон уже не понаслышке знал, что такое холод. Ветер, дувший с Атлантики, был солонее, чем в Мичигане, но не намного холоднее. Снег в Новой Англии был почти так же глубок. Впервые покинув Средний Запад в двадцать лет и очутившись один в новом месте, Шеннон, конечно же, успел изучить окружающую обстановку. А для тех, кто не выносил холода, МТИ мог предложить коридоры и переходы, длинные пространства, покрашенные в традиционный институтский серый цвет. Инженеры могли провести всю зиму, не выходя из помещения. Они могли фактически жить в этих серых переходах. И было много таких дней, когда Шеннон не видел солнца – за исключением особого «ритуального праздника» МТИ, двух зимних дней в году, когда солнце освещало все коридоры, окрашивая на закате их серые стены золотом.

«В институте ходила легенда, что в такие дни зоркий глаз заметит на стенах коридора на уровне плеча карандашные линии, нарисованные параллельно полу, – пишет историк МТИ Фред Хэпгуд. – Считается, что эти следы оставили члены студенческого братства, которые настолько привыкли к этим коридорам, что могли идти по ним вслепую… приставить карандаш к стенке, закатить глаза, забывшись после решения какой-то трудной задачи, и следовать своим курсом на автопилоте». В теплое время года Шеннон мог пройти по улице мимо фасадов с колоннами с выгравированными на них именами великих: Архимеда, Коперника, Ньютона, Дарвина. МТИ был островком неоклассицизма в промышленном пригороде Бостона, а его центральный купол, напоминавший Пантеон, выглядел нелепо рядом с фабриками и заводами, выстроившимися вдоль реки Чарльз. Купол, расположенный над галереями, сам представлял собой компромисс архитекторов. Один хотел, чтобы новый кампус хоть чем-то походил на другой колледж, стоявший выше вдоль реки. Другой настаивал на том, чтобы тот был построен в соответствии с принципами «эффективности и недопущения лишних движений студента и преподавателя, подобно тому, чего мы добились в наших лучших образцах промышленного строительства». Именно такое место занимал МТИ в мире: придаток промышленности с устремлениями к чистой науке – одновременно завод и обсерватория.

Сами корпуса были данью количественному мышлению, известные больше по своим номерам, чем по названиям. Надо сказать, что та самая открытка с информацией об анализаторе Буша привела Шеннона к зданию номер 13, и именно Буш одобрил кандидатуру Клода и допустил его к программе подготовки для получения магистерской степени. Оба были инженерами на скорую руку. Зарабатывая деньги, чтобы содержать семью, Буш умудрился одновременно получить степени бакалавра и магистра. Шеннон окончил старшие классы средней школы за три года, получил две степени бакалавра по двум специальностям за четыре года, а теперь собирался работать над магистерской диссертацией, сделав только небольшой перерыв на лето. Тот факт, что Буш назначил его ответственным за самую сложную и детализированную часть работы, говорило о его уважении к новому ученику.

К 1935 году, за год до прибытия Шеннона в Кембридж, дифференциальный анализатор достиг своих пределов. Будучи механическим устройством, он требовал полной разборки и обратной сборки для решения каждой отдельной задачи. То, что построил Буш и его команда, было не единым механизмом в полном смысле этого слова, но огромной группой машин, объединенных вместе, и их следовало конструировать заново под каждую новую задачу, а затем уничтожать после каждого полученного решения. Это была вынужденная адаптация ради эффективности. И так как назначением анализатора было добиться эффективности расчетов, которые, по крайней мере, в теории могли быть выполнены человеком вручную, то эти повторяющиеся из раза в раз затруднения ставили под сомнение необходимость его использования.

Вместо этого Буш мечтал об анализаторе, который мог бы восстанавливать себя сам: аппарат с автоматической системой контроля, позволяющей ему переходить от одного уравнения к другому без всяких пауз или даже решать множественные взаимосвязанные уравнения одновременно. Переключатели должны были прийти на смену отверткам. К тому времени, когда честолюбивые замыслы Буша значительно превысили бюджет МТИ периода Депрессии, он все равно смог получить 265 000 долларов от частных благотворителей фонда Рокфеллера, чтобы заняться разработкой компьютера следующего поколения. И Буш привел Клода Шеннона в МТИ, чтобы тот помог управлять проектом.

Поэтому в последующие три года окружением Шеннона стали серые коридоры и стены гудящей комнаты, и внутри этой комнаты – стенки маленькой коробки, прикрепленной к анализатору, со 100 переключателями, открывающими и закрывающими путь току, – мир внутри мира. В коробке находились мозги мозга, переключатели и реле, которые управляли машиной и перестраивали ее, пока она вращалась. И «каждое реле», как пишет Джеймс Глейк, «электрический переключатель управляется током (идея цикличности)». Разомкнуть. Замкнуть. И так на протяжении недель и месяцев.

Что произошло, когда Клод Шеннон щелкнул выключателем? Представьте себе переключатель или реле в виде разводного моста для электрического тока: опустив его, переключатель позволит току поступать к месту назначения; подняв, переключатель остановит его поток. Пунктом назначения может быть другое реле, которое тогда будет размыкаться или замыкаться на основе полученных вводных данных. Или же это может быть что-то такое же простое, как маленький электрический фонарик. Все это было таким знакомым для Шеннона, еще со времен Гэйлорда и его самодельной телеграфной линии. В Энн-Арбор эти знания были систематизированы: там Шеннон прилежно чертил электрические схемы вместе с остальными инженерами-электриками. Последовательное соединение: ток должен пройти через оба реле, прежде чем он включит свет; параллельное соединение: ток может свободно проходить либо через один, либо через оба реле.