Глава 40
Наука цифровой эры

В следующий раз, когда вы включите свой компьютер (электронную вычислительную машину), то вряд ли для того, чтобы «вычислять». Вы можете смотреть сериал, писать сообщения друзьям или выяснять счет вчерашнего футбольного мачта. Компьютеры же изначально были созданы как раз для того, чтобы вычислять (англ. compute – вычислять) быстрее и точнее, чем наш мозг.

Мы думаем о компьютерах как о передовой технологии, но идея подобного устройства очень стара. В девятнадцатом веке британский математик Чарльз Бэббидж (1792–1871) спроектировал считающую машину, которую можно было «программировать» на осуществление разных трюков. Например, он мог сделать так, что она считала до миллиона, а когда добиралась до него, перескакивала до 10 000 002. Терпеливый наблюдатель, дождавшийся этого момента, был бы удивлен таким пропуском.

Бэббидж задумал все так, чтобы его устройство могло делать вещи, которых мы не ожидаем при естественном ходе вещей.

В конце девятнадцатого века американский математик Герман Холлерит (1860–1929) изобрел электрическую машину, которая использовала перфорационные карты для анализа больших объемов информации. Если перфорировались и попадали в машину должным образом, они могли быть «прочитаны» и запускали процесс обработки данных.

Устройство Холлерита было очень полезным при работе со сведениями, которые люди заносят в опросные листы, и помогало правительству узнать больше о населении. Очень быстро оно рассчитывало базовые данные, такие как доходы, сколько людей обитает в каждом домохозяйстве, средний возраст и соотношение полов. Перфокарты оставались главным «кормом» для вычислительных машин до Второй мировой войны.

Во время этого конфликта компьютеры стали использовать для военных целей. Они могли рассчитывать, насколько далеко летят снаряды, и помогать в несколько более сложных вещах, таких как шифрование и дешифровка сообщений. Немцы, англичане и американцы использовали вычислительные инструменты, чтобы хранить свои секреты и добираться до чужих. Это выглядит очень забавным: потомок машин, созданных для работы с тайнами, сегодня помогает людям открыть для себя мир.

Британцы и американцы пытались с помощью компьютеров вскрыть шифр немецких сообщений. Созданная для этой цели специальная организация находилась в старинном сельском особняке Блетчли-парк (Англия, графство Бэкингемшир). Немцы использовали две кодирующие (шифровальные) машины: Энигма и Лоренц. Каждый день коды менялись, и это требовало огромной гибкости и скорости вычислений от дешифрующего оборудования.

Британцы создали два устройства-декодера. Бомба и Колосс.

Колосс назвали не просто так, тогда компьютеры были огромными машинами, они занимали целые комнаты и потребляли много электричества. Для вычислений они использовали ряды вакуумных трубок, по которым проходили электрические сигналы. Трубки генерировали огромное количество тепла и постоянно выходили из строя, широкие ряды отделяли полки с трубками, чтобы техники могли без труда заменить перегоревшие провода.

В те времена «охота за клопами» вовсе не означала исправление ошибок в программном обеспечении, она на самом деле подразумевала поиск и удаление насекомых – моли или мух, – летевших на тепло и, погибая, коротивших систему. Достижения шифровальщиков в конечном счете приблизили окончание войны и помогли союзникам ее выиграть.

В Блетчли-парке работал известный математик Алан Тьюринг (1912-54).

Образование он получил в Королевском колледже Кембриджа, где талант студента был замечен еще в начале 30-х. Он опубликовал важные математические работы по теории вычислений, и его работа на ниве шифрования оказалась просто выдающейся. После войны он продолжал работать над своими идеями.

Тьюринг размышлял над тем, как похожи процессы мышления у компьютера и человеческого мозга, над искусственным интеллектом, и даже над тем, чтобы спроектировать машину, способную играть в шахматы. Гроссмейстеры все еще в основном берут верх над компьютерами, но машины становятся все лучше и лучше. Тьюринг придумал один из первых электронных компьютеров, названный АСЕ, и произошло это в Национальной физической лаборатории (Теддингтон. Лондон), и эта машина имела куда большие вычислительные мощности.

Но конец жизни Тьюринга оказался трагическим, он был гомосексуалистом, а в то время подобные наклонности преследовались в Британии по закону. Арестованный полицией, он был подвергнут принудительному лечению половыми гормонами, и почти наверняка совершил самоубийство, съев яблоко, отравленное стрихнином.

Жизнь Тьюринга говорит нам, что выдающийся ученый может быть какого угодно пола, расы, религии или сексуальной ориентации.

Громадные вычислительные машины, которые строили во время войны, были ценными, но их возможности ограничивал перегрев компонентов. Поэтому следующее поколение компьютеров опиралось на другую материальную базу, на транзисторы. Разрабатываемые с 1947-го Джоном Бардиным (1908-81). Уолтером Браттейном (1902-87) и Уильямом Шокли (1902-87), эти устройства могли усиливать или коммутировать электронные сигналы.

Транзисторы были много меньше, чем вакуумные трубки, и выделяли не так много тепла. На их основе начали делать самые разные приборы, такие как транзисторные радиоприемники, меньшего размера, но более эффективные.

Три упомянутых выше ученых разделили Нобелевскую премию по физике, а Бардин получил и вторую за исследования в области полупроводников, материалов, сделавших возможным появление транзисторов и электросхем.

Военные не выпускали компьютеры из своего поля зрения весь период холодной войны с 1945-го по 1991-го. Две супердержавы. США и СССР, не доверяли друг другу, несмотря на то что были союзниками во время Второй мировой. Вычислительные машины использовались, чтобы анализировать информацию, собранную каждой из сторон о другой.

Но устройства, способные «перемалывать числа», оказались большим подспорьем и для ученых. Физики получили большую пользу от них уже в шестидесятых годах. Ускорители элементарных частиц поставляли такой объем информации, что целая армия людей с ручками и бумагой не смогла бы извлечь из них смысл.

Специалисты по компьютерам все чаще становились членами команд, собираемых для решения научных задач, в бюджеты включались их зарплаты и затраты на оборудование. Постепенно стало ясно, что было бы очень полезным, если бы группы ученых могли обмениваться информацией в режиме компьютер-компьютер, без человека в качестве посредника. В конце концов телефон использовали уже почти век, а сообщения по телеграфным проводам начали отправлять и того ранее.

В начале 60-х придумали такую технологию, как «пакетная коммутация». Цифровые сообщения делили на единицы меньшего размера, и каждую из них отправляли по удобнейшему маршруту, чтобы в точке получения, на другом компьютере, они могли присоединиться к другим и вновь образовать единое целое.

Когда вы говорите по городскому телефону, вы делаете это в режиме реального времени, и никто больше не может позвонить вам. Но если вы отправляете или получаете сообщение с помощью компьютера – е-мейл или в мессенджере, – то оно будет доступно в любой момент, когда вы или другой получатель захочет с ним ознакомиться.

Пакетная коммутация начала одновременно развиваться в США и Великобритании. В рамках национальной безопасности она позволяла военным и политическим лидерам разных стран общаться друг с другом даже в том случае, если часть коммуникационного оборудования будет уничтожена. А еще она облегчает задачу по соединению в нечто целое группы компьютеров, превращению их в информационную сеть.

И вновь первой группой людей, кто смог использовать это ее свойство (не считая военных), стали ученые. Современная наука в значительной степени зависит от возможности сотрудничества, и академические сообщества стали главными получателями выгоды от все более быстрых и маленьких компьютеров 60-х.

Понятно, что по сравнению с тем, что есть у нас сейчас, они были невероятно большими, медленными и дорогими. Но вы наверняка будете удивлены, узнав, что даже тогда существовали компьютерные игры и работа всегда шла рука об руку с развлечением.

Изменения в компьютерной области ускорились в семидесятых, новые компьютеры («микрокомпьютеры», как их называли) имели экран и клавиатуру, и их можно было поставить на стол. По мере того как микропроцессоры становились все более мощными, дело катилось к компьютерной революции.

Почву для нее подготовили исследования, проведенные в Силиконовой долине (Калифорния. США).

Компьютеры продолжили менять условия, в которых работали и обменивались информацией научные сообщества. Одна из крупнейших «популяций» ученых-физиков в мире существует в Европейской организации по ядерным исследованиям, о которой мы уже рассказывали, именно они построили Большой адронный коллайдер (глава 39). Специалисты по компьютерам в ЦЕРН подняли уровень использования информационных сетей и машинного анализа данных на новую высоту в 1980-90-х гг.

Одним из них был Тим Бернерс-Ли (род. 1955).

Он всю жизнь был увлечен компьютерами, и даже вырос вместе с ними, поскольку его родители имели с ними дело. Он изучал физику в Оксфорде и стал работать в ЦЕРН. В 1989 году он запросил особое финансирование на «управление информацией» и, хотя получил некоторую помощь, продолжал настаивать, что в состоянии сделать так, что огромное количество информации станет доступным для всех, кто будет включен в единую сеть с помощью компьютера и телефонного кабеля.

Вместе с коллегой. Робертом Кайо (род. 1947) они придумали Всемирную паутину (World Wide Web или WWW). Поначалу ее использовали ЦЕРН и еще несколько физических лабораторий, затем в 1993-м она стала общедоступной. Это событие совпало с появлением персональных компьютеров, дешевых и простых, которые можно было использовать дома, а не на работе.

К этому прорыву привела деятельность таких людей, как лидер «Майкрософт» Билл Гейтс (род. 1955) и глава «Эппл» Стив Джобс (1955–2011), они стали героями современной науки (и очень богатыми людьми). По всему вышло, что 1955 год был хорош для компьютеров, именно тогда появились на свет Бернерс-Ли. Гейтс и Джобс.

Скорость прогресса в компьютерной отрасли с 70-х годов совпадала с темпом прогресса в области чтения генома. Никакого совпадения нет в том, что два события произошли в одно и то же время, поскольку современную науку невозможно представить без компьютеров. Многие фундаментальные проблемы, от разработки новых лекарств до формирования климатических моделей, зависят от вычислительных машин. Дома мы используем их для того, чтобы сделать домашнее задание, бронировать билеты, играть в игры. Особые компьютерные системы управляют самолетами, помогают делать медицинские операции и даже стирать белье.

Подобно науке современная жизнь во многом опирается на компьютеры, и в этом нет ничего удивительного.

Одна из вещей, которую я пытался показать в этой книге – что в любой момент истории наука является не более и не менее чем продуктом этого конкретного момента. Время Гиппократа отличалось от того, в котором жили Галилей или Лавуазье, они одевались, ели и думали как другие люди своей эпохи. Упомянутые выше персоны могли быть умнее остальных и имели способность доносить до других свои идеи.

Именно поэтому их мысли и труды и достойны упоминания.

И все же наука нашего времени куда более могущественна, чем когда-либо. Компьютеры – прекрасный инструмент для хакеров и преступников, а не только для ученых или студентов. Наука и техника могут быть использованы ради зла с такой же легкостью, как и ради общего блага.

Нам нужны хорошие ученые, но нам также нужны хорошие люди, которые присмотрят за тем, чтобы наука сделала этот мир лучше.