Charles Babbage

Anglický matematik a vynálezce Charles Babbage se narodil 26. prosince 1791 v rodině londýnského bankéře Benjamina Babbage. Jeho matkou byla Elizabeth Plumleigh Teapeová. Jeho dva bratři zemřeli už v dětství, sestra Mary Anne ho přežila. V roce 1814 se proti vůli otce oženil s Georgianou Whitmoreovou a tím ztratil přístup k rodinnému majetku, zůstal však finančně zabezpečen.
Jeho život nebyla právě procházka růžovým sadem, prožil několik osbních tragédií, z jeho osmi dětí se jen tři dožily dospělosti, utrpěl celou řadu profesionálních neúspěchů a ani jeho celoživotní dílo, Analytický stroj, se mu nepodařilo dokončit. Na sklonku života zahořkl a skryl se před světem do svého opevněného domu, kde zemřel v zapomnění 18. října 1871.

Charles Babbage byl už v dětství uchvácen matematikou. Jako chlapec viděl na výstavě stříbrnou sošku tanečnice s ptáčkem v rukou, která tančila a ptáček při tom otevíral zobáček. Malého Charlese ohromily možnosti strojů, ale brzy si uvědomil, že klíč k zázrakům techniky není v jejich řemeslném provedení ale ve výpočtech. Tak začala jeho celoživotní posedlost matematikou. O čtyřicet let později pak onu sošku koupil a umístil ji jako připomínku na čestném místě ve svém salónu.
Protože do svých pěti let býval často nemocný, začal chodit do školy o něco později. V deseti letech začal trpět horečkami a byl odeslán do Devonshire, do péče duchovního, který měl dbát na jeho zdraví. Babbage později napsal, že tento duchovní ho moc nenaučil. Po zlepšení zdravotního stavu ho otec poslal do soukromých škol, kde teprve začal získávat odpovídající vzdělání. Bavila ho matematika, ale neměl rád klasiky.
V roce 1810 začal studovat v Trinity College v Cambridgi, kde však bylo příliš konzervativní prostředí, vyučovalo se tam pouze podle anglických autorů bez jakýchkoliv odkazů na jejich předchůdce. V té době se Babbage pokusil koupit Lacroixovu knihu o diferenciálním a integrálním počtu, což bylo velmi obtížné kvůli válce s Napoleonem. Nakonec ji z Francie získal za neuvěřitelnou cenu sedmi guinejí. Také založil Analytickou společnost, která měla umožnit zájemcům přístup k moderní neanglické matematice. Jejími členy se stali prakticky všichni studenti, také George Peacock a budoucí astronom John Herschel. Podílel se na tvorbě prvních publikací Analytické společnosti, včetně překladu oné těžko získané Lacroixovy knihy.
V roce 1816 byl přijat za člena Královské společnosti v Londýně, bylo mu 24 let. S činností společnosti byl ale velmi nespokojený, popsal ji jako společnost lidí, kde jeden druhého volí do různých funkcí, pořádají se společné večeře, hovoří se u vína a navzájem se udělují ceny. V roce 1825 se stal lucasiánským profesorem matematiky v Cambridgi, v roce 1829 byl přijat za člena Královské společnosti v Edinburghu a významně se zasloužil o vznik Královské astronomické společnosti, jejímž byl tajemníkem a později viceprezidentem. O něco později stál také u vzniku Královské statistické společnosti.
Během své spolupráce s Johnem Herschelem byl znechucen množstvím chyb v tehdejších ručně sestavovaných logaritmických, astronomických i navigačních tabulkách, kterým se přičítala mnohá ztroskotání lodí i řada technických katastrof. Právě nad těmito tabulkami pronesl významnou větu: "Kéž by Bůh dal a tyto výpočty mohla pohánět pára!" Zaujal ho také projekt francouzské vlády na mechanický výpočet logaritmických a trigonomických tabulek.
Nedlouho později, v roce 1821 představil model části počítacího stroje, který pomocí diferenciálního počtu druhého řádu počítal hodnotu výrazu n²+n+41. O dva roky později navrhl první Diferenciální stroj, který měl mechanicky počítat tabulky a dokázal výsledky tisknout na papír nebo razit do kovových destiček. Konečná verze stroje měla být poháněna parním strojem a zabírat plochu velkou asi jako fotbalové hřiště.
Projekt získal významného zastánce v lordu Wellingtonovi, který okamžitě pochopil užitečnost počítacích strojů pro dělostřelectvo i námořní navigaci. Babbage získal grant 7500 liber, což byla do té doby nejvyšší částka, jakou britská vláda na realizaci nějakého vynálezu uvolnila. V příštích letech Babbage narážel na nepředstavitelné technické obtíže, spojil se proto s vynikajícím řemeslníkem Josephem Clementem, který pro něj vyvinul úplně nové metody přesného obrábění a speciální nástroje, přesto stroj stále nepracoval tak jak měl. Clement se později díky takto vzniklým technologiím stal předním výrobcem přesných obráběcích strojů v Evropě.
V roce 1833 Babbage opouští projekt prvního Diferenciálního stroje sužovaný potížemi s třením, vibracemi a stále nedostatečnou přesností výroby jednotlivých součástek a přichází s vylepšeným modelem. Tou dobou však vláda ztratila důvěru v projekt, do kterého investovala už více než sedmnáct tisíc liber, sumu, která by stačila na stavbu dvou bitevních lodí.
Babbage se však svého nápadu nevzdal a v roce 1834 přišel s novým projektem Analytického stroje, který na rozdíl od diferenciálního nebyl projektován pro jeden pevně nastavený výpočet ale umožňoval naprogramování libovolných výpočtů. Ve stejném roce Švéd Georg Scheutz nabízel anglické vládě stroj pro výpočet tabulek založený na Babbageových myšlenkách, který právě Babbage posuzoval a kladně se k němu vyjádřil. Stroj byl poté zakoupen pro Generální úřad.
Analytický stroj se měl skládat z několika hlavních částí, mlýna - procesoru a skladu - paměti, který mohl obsahovat až tisíc padesátimístných čísel, pro vstup dat a programu sloužily pásy děrovaných štítků, odvozených z karet pro Jacquardovy tkací stavy a výsledky se tiskly v automatické tiskárně. Podstatně méně dokonalé děrné štítky použil Hermann Hollerith v roce 1890 pro urychlení sčítání lidu, z jeho podniku se později vyvinul slavný IBM. Babbage použil tři druhy karet, první nesly operační instrukce, druhé zpracovávaná data, třetí určovaly druh výpočtu.
Největším pokrokem Analytického stroje bylo podmíněné větvení programu, které nedokázaly ani první elektronické počítače ve čtyřicátých letech dvacátého století. Stroj také nebyl omezen velikostí paměti, mohl v ní uložená čísla vyděrovat do karet, a podle potřeby je ve správnou chvíli opět načíst do paměti, což je obdoba virtuální paměti používané u dnešních pokročilých operačních systémů.
Během práce na Analytickém stroji se seznámil s Adou Augustou hraběnkou z Lovelace, dcerou básníka Byrona, která se stala na několik let jeho spolupracovnicí i hlavním sponzorem při vývoji Analytického stroje. Stalo se to díky jeho cestě do Turína, kde diskutoval s mnoha matematiky. Článek o těchto diskuzích vyšel ve Francii a obsahoval kromě jiného i popis základních myšlenek Analytického stroje. Ada Augusta ho přeložila do angličtiny, a přitom ho opatřila poznámkami, které byly třikrát delší než samotný článek. Zatímco Babbage se věnoval hlavně konstrukci samotného stroje, Ada vymýšlela způsoby jeho programování. Mezi její nápady patřilo použití podprogramů, znovuobjevené až v padesátých letech dvacátého století a zřejmě i výměnné válce provádějící jednotlivé instrukce v mlýně - jako mikroprogramování znovu použité až na počátkem šedesátých let.
Pro předvádění možností stroje Ada napsala několik programů, jedním z dochovaných je program pro výpočet Bernoulliho čísel. Stala se tak první programátorkou na světě, v roce 1979 po ní byl pojmenován jeden z velmi pokročilých programovacích jazyků, dodnes například povinně používaný v americké armádě.
Po její předčasné smrti v roce 1852 se Babbage stáhl do ústraní, ale dál pokračoval ve vývoji svého počítacího stroje. Byla to už druhá podobná tragédie která ho postihla, v roce 1827 mu zemřel otec, manželka a dvě děti. Po ztrátě Ady se mu už nepodařilo získat dalšího sponzora, přestože se synem objížděl průmyslové výstavy a podniky celé Evropy. Zklamaný Babbage se uzavírá ve svém domě a až do roku 1868 publikuje. Tamm napsal i svůj životopis, Výňatky ze života filozofa, ale jeho práce už není tím co bývala.
Analytický stroj nebyl nikdy dostavěn, až v roce 1960 skupina anglických mechaniků postavila jeho zjednodušenou repliku, řízenou pomocí tehdy běžných děrných štítků. K údivu všech stroj spolehlivě fungoval a dokázal sčítat, odčítat, násobit a dělit stejnou rychlostí, jakou o sto let dříve Babbage vypočítal.
Kopie Diferenciálního stroje byla postavena až v roce 1991, kdy teprve počítači řízené obráběcí stroje umožnily vyrobit tisíce jeho součástek dostatečně přesně pro jeho spolehlivou funkci. Stroj poháněný klikou je vysoký přes dva metry, dlouhý skoro čtyři a váží několik tun.
Oba stroje jsou vystaveny v londýnském Science museum, společně s několika Babbageovými prototypy a dalšími mechanickými počítacími stroji a kalkulátory z minulých staletí.

Charles Babbage neřešil zdaleka jen počítací stroje, zajímal se o všechno co šlo vyjádřit čísly. Už v roce 1825 se společně s Johnem Herschelem zabýval magnetismem a rozvinul metody, které navrhl Arago, díky své spolupráci s Josephem Clementem se také významně zasloužil o rozvoj přesného obrábění.
V roce 1832 vydal knihu Ekonomika strojní výroby, svými srovnávacími studiemi o strojích a výrobních postupech položil základy dnešnímu tzv. operačnímu výzkumu. Pasáže z tohoto díla, kde uvedl že dělníci by měli mít zájem na zvyšování produktivity práce pomocí strojů a být podle toho odměňování podílem na zisku citovali významní filozofové ještě několik desetiletí. Dělníkům se však více zalíbily agresivnější myšlenky Karla Marxe, kapitalisté i kolegové z univerzit považovali Babbage za pomatence.

Kromě toho uveřejnil první spolehlivé tabulky pro výpočet životního pojištění a pojednání o pojišťovací teorii. Podobné téma, matematické předpovědi vítěze dostihů stály mnoho peněz jeho spolupracovnici Adu Lovelace.
Od mládí se také zabýval luštěním šifer, občas se kvůli tomu hlavně ve škole dostával do potíží. Starší chlapci vymýšleli různé šifry, které on bez problémů rozluštil, takže nejednou skončil s výpraskem. V roce 1854 se pustil do luštění Vigenérovy šifry, která byla po dvě století považována za nerozluštitelnou.
Podařilo se mu najít slabiny, způsobené opakováním hesla a šifru zlomit, ale protože takový objev byl vojensky velmi důležitý, nemohl ho i kvůli probíhající Krymské válce jako státní tajemství zveřejnit. Tak si zásluhu o rozluštění "Nerozluštitelné šifry" připsal pruský důstojník Friedrich Wilhelm Kasiski, který ho popsal v roce 1863. Babbageovo prvenství bylo objeveno až při průzkumu jeho poznámek ve dvacátém století.
Babbage měřil vše v jeho dosahu, tep srdce prasete, průměrné množství dřeva pokáceného dřevorubcem za deset hodin, procentní poměr pohlaví u různých druhů domácí drůbeže. Mezi obdivuhodné práce patří jeho článek Relativní četnost příčin rozbití výkladních skříní, v němž uvedl 464 případy, z nichž pouze čtrnáct bylo způsobeno opilými muži, ženami či dětmi.
Zřejmě jako první si povšiml souvislosti mezi letokruhy a stářím stromu, také správně usoudil, že ze dřeva velmi starých stromů můžeme získat informace o klimatu dávných dob, stal se tak zakladatelem dnes velmi populární dendrochronologie. K jeho vynálezům patří rychloměr, ale také lapač krav na parních lokomotivách, který odháněl dobytek z kolejí. Také navrhl dodnes používaný systém jednotné ceny poštovného, místo do té doby běžného výpočtu podle vzdálenosti, do které byl dopis odesílán.
Na svou dobu byl Babbage velmi nekonvenční, miloval železnici, tunely, žaludeční výplachové pumpy, studoval biblické zázraky i odolnost lidského těla vůči vysokým teplotám. Nenáviděl pouliční hudebníky, ti se na oplátku scházeli před jeho domem v Dorset Street a tam vyhrávali co nejhlasitěji.

Charles Babbage byl jeden z největších matematických géniů, jeho návrhy samočinných počítacích strojů strojů předběhly historii skoro o jedno století, ačkoliv mechanické počítače nemohly dosahovat kvalit ani schopností dnešních elektronických počítačů, některé Babbageovy myšlenky, principy a objevy jsou neoddělitelnou součástí výpočetní techniky, a dodnes se používá i část jím vytvořené terminologie.
Šíří svých zájmů se dotkl mnoha dalších oborů a zanechal v nich nesmazatelné stopy, některé dokonce posunul o značný kus dopředu. Přestože byl prakticky celé století neznámý a ani dnes nemá mnoho lidí, jejichž životy a práci dodnes ovlivňuje, ani tušení že někdo takový existoval, je natrvalo zapsán ve vývoji mnoha oborů dnešní průmyslové společnosti.
Jeho projekt Analytického stroje mohl ovlivnit vývoj celého světa a začít historii výpočetní techniky o několik desetiletí dříve. Zásluhou Clementových obráběcích technologií získala Anglie průmyslovou převahu až do období První světové války.

Charles Babbage


Ada Augusta hraběnka z Lovelace


differencial engine


analytical engine

(C)2004 FARAON