بيوگرافي چارلز ببيج، رياضي‌دان انگليسي و پدر علم محاسبات

چارز ببيج (Charles Babbage)، دانشمند، رياضي‌دان، فيلسوف، مخترع و مهندس مكانيكي است كه براي اولين بار، طرح مفهومي يك كامپيوتر قابل برنامه‌ريزي را ارائه كرد. برخي لقب «پدر محاسبات» را به او داده و برخي او را به عنوان «پدر كامپيوتر» مي‌شناسند. او مخترع اولين كامپويتر مكانيكي تاريخ است. طرح‌هاي او پايه‌گذار طراحي و ساخت كامپيوترهاي الكترونيكي پيشرفته شده است.

چارلز ببيج دستگاهي نيز با نام ماشين تحليل (Analytical Engine) طراحي كرد كه تمامي مفاهيم و ايده‌هاي بنيادي كامپيوترهاي مدرن را در خود داشت. بخش‌هايي از طرح‌هاي اين دانشمند بزرگ نيز ناتمام ماندند و سال‌ها بعد، نمونه‌هاي همچون «ماشين محاسبات چندجمله‌اي‌ها» از روي طرح‌هاي او ساخته شدند. موفقيت آن ماشين‌ها نشان از كامل بودن طرح‌هاي ببيج داشت.

امضاي چارلز ببيج

زمان و مكان تولد چارلز ببيج مورد مطالعه‌ها و مناقشات متعدد بوده است. دقيق‌ترين اطلاعات از محل تولد او توسط ديكشنري بيوگرافي‌هاي ملي آكسفورد ارائه شده است. اين ديكشنري، محل تولد او را خيابان والوورث در لندن بيان مي‌كند. در مورد زمان تولد او نيز، اولين مرجع معتبر، آگهي فوتي است كه در روزنامه‌ي تايمز چاپ شده و تاريخ تولد را ۲۶ دسامبر سال ۱۷۹۲ عنوان مي‌كند. البته يكي از برادرزاده‌هاي او سال ۱۷۹۱ را به عنوان تاريخ اصلي معرفي مي‌كند. يكي از اسنادي كه تايخ سال ۱۷۹۱ را تاييد مي‌كند، زمان غسل تعميد چارلز است كه در اسناد كليساي نيوينگتون لندن، ۶ ژانويه‌ي ۱۷۹۲ عنوان شده است.

تحصيلات چارلز در مقاطع ابتدايي و راهنمايي آن دوران با تغييرات متعددي روبرو بود. او ابتدا در يك آكادمي در آنفيلد به تحصيل پرداخت و در جزوه رايگانخانه‌هاي آنجا به مطالعه‌ي رياضيات علاقه‌مند شد. سپس زير انديشه متخصصين كشيشي در نزديكي كمبريج به تحصيل پرداخت اما پس از مدتي با نااميد شدن از آموزه‌هاي او به توتنس بازگشت. در نهايت او تحصيلاتش را زير انديشه متخصصين يك استاد آكسفورد ادامه داد و با رسيدن به درجه‌اي ممتاز در علوم كلاسيك، براي ادامه‌ي تحصيل در كمبريج پذيرفته شد.

چارلز ببيج در جواني

ببيج در اكتبر سال ۱۸۱۰ وارد كالج ترينيتي دانشگاه كمبريج شد. او پس از ورود به دانشگاه، آشنايي عمومي با رياضيات معاصر داشت. او تحقيقات و جزوه رايگان‌هاي اساتيد بزرگي همچون رابرت وودهاوس، جوزف لوئيس لاگرانژ و ماري آنيزي را مطالعه كرده بود. اين مطالعات او را از سبك يادگيريي و دروس تدريس شده در دانشگاه نااميد مي‌كرد.

او به همراه همكلاسي‌هايش از جمله جان هرشل، جرج پيكاك و برخي دانشجويان ديگر، «انجمن رياضيات تحليلي» را تاسيس كردند. هدف اصلي از تاسيس اين انجمن، جايگزيني علائم و جداول رياضي نيوتن با جداول لايب‌نيتس در محاسبات ديفرانسيل بود. انجمني كه ببيج تاسيس كرد تا سال‌ها بعد به فعاليت خود ادامه داد و تاثير زيادي در جايگزيني علائم رياضي داشت. البته امروزه هر دو نوع علائم لايب‌نيتس و نيوتن در رياضيات استفاده مي‌شود.

دوران تحصيل ببيج و مطالعات او در آن زمان، شهرت مناسبي را براي او در مجامع علمي ايجاد كرده بود. اين دانشمند جوان يك سال پس از فارغ‌التحصيلي در موسسه‌ي سلطنتي بريتانيا سخنراني كرد و يك سال بعد نيز به عنوان همكار جامعه‌ي علمي سلطنتي انتخاب شد. او تلاش‌هاي متعددي براي تدريس در دانشگاه‌هاي هيليبري و ادينبرگ داشت كه با وجود دريافت توصيه‌نامه از اساتيد اين دانشگاه‌ها در اين امر موفق نبود.

ببيج در سال‌هاي بعدي تلاش‌هاي متعددي براي شروع كسب و كار داشت. او ابتدا ايده‌اي براي تاسيس شركت بيمه داشت اما در آن موفق نشد. چارلز در سال‌هايي كه به دنبال شغل براي خود بود از كمك‌هاي پدرش و پس از مرگ او نيز از ارث فراواني (معادل ۱۰ ميليون دلار امروزي) كه به دست آورده بود براي مخارج زندگي استفاده مي‌كرد. او پس از مرگ پدر و همسرش، به مسافرت مي‌پرداخت.

قطعاتي از اولين ماشين Difference Engine

ببيج از سال ۱۸۲۸ تا ۱۸۳۹ در كرسي لوكاسي دانشگاه كمبريج به تدريس مي‌پرداخت. او تفاوت‌هاي عمده‌اي با استادان ديگر داشت و تمايل زيادي نيز به تدريس از خود نشان نمي‌داد. چارلز در اين مدت سه عنوان جزوه رايگان در موضوعات مختلف نگاشت و به عنوان عضو افتخاري انجمن هنر و علوم آمريكا نيز انتخاب شد. جورج ايري، يكي از اساتيدي كه قبل از او در كرسي لوكاسي دانشگاه نشسته بود، دوري ببيج از دانشگاه و مجامع اساتيد را به علاقه‌ي كم او به سخنراني مربوط مي‌دانست.

ببيج يك بار با سخنراني در ممباحثه اقتصاد سياسي، انديشه متخصصينيات خود در مورد روش تدريس و تحقيق دانشگاهي را نيز بيان كرد. او در سال ۱۹۳۱ عنوان كرد كه آموزه‌هاي دانشگاهي بايد شمول بيشتري روي علوم متنوع داشته باشند و علاوه بر آن، سرفصل دروس بايد گسترش يابد و همچنين، مباحث يادگيريي با اهداف متخصصدي‌تر انتخاب شوند.

چارلز ببيج در جوامع علمي هميشه به عنوان فردي مبارز و ساختارشكن شناخته مي‌شد. اودر انديشه متخصصينيات و جزوه رايگان‌هاي متعدد خود تلاش مي‌كرد تا روش مديريت و يادگيري انجمن‌هاي علمي سلطنتي بريتانيا را زير سوال ببرد و البته در تلاش هم بود تا بر كرسي رياست اين انجمن‌ها تكيه بزند. مايكل فارادي يكي از افرادي بود كه در مباحث گوناگون با ببيج مجادله مي‌كرد.

نمونه‌ي تكميل شده از Difference Engine

چارلز ببيج مانند بسياري از دانشمندان هم‌عصر خود لقب «دانشمند نجيب‌زاده» را يدك مي‌كشيد. در آن دوران افراد ثروتمندي كه توانايي تامين سرمايه‌ي آزمايشات خود را داشتند، به موفقيت‌هاي نسبي دست پيدا مي‌كردند. البته زمينه‌ي علاقه‌ي ببيج آن چنان گسترده بود كه در آن زمان نيز بيش از اندازه متنوع پنداشته مي‌شد. به هر حال ببيج در علوم مختلف به آزمايش و مطالعه مي‌پرداخت و يافته‌هايش آنچنان گسترده بودند كه در خلال سال هاي ۱۸۱۳ تا ۱۸۶۸ حدود ۹۰ مقاله نگاشت. همين گستردگي مطالعات است كه القاب متنوعي از مخترع و رياضي‌دان و دانشمند تا منتقد و فعال اقتصادي همراه نام او مي‌آيند.

در زمان حيات ببيج، جداول رياضي و استفاده از آنها به منظور محاسبات و مسيريابي بسيار مشهور بود. خطاهاي موجود در اين جداول كه عموما به خاطر خطاهاي انساني ايجاد مي‌شدند، از چالش‌هاي مهم رياضي‌دانان آن زمان بودند. تلاش براي حل اين خطاها و طراحي مكانيزمي براي انجام محاسبات، از سال ۱۸۱۲ به ذهن چارلز ببيج خطور كرد. دلايل اصلي ببيج براي ورود به اين ممباحثه، علاقه‌ي او به ايجاد نظم كلي، آشنايي كامل با جداول لگاريتمي و همچنين قرار گرفتن تحت تاثير مطالعات پاسكال، شيكارد و لايب‌نيتس بود. او اولين ايده‌ها براي طراحي و ساخت ماشين محاسباتي‌اش را در سال ۱۸۲۲ طي نامه‌اي به سر همفري ديوي اعلام كرد.

نامه‌ي تاريخي ببيج به سر همفري ديوي

اين رياضي‌دان بزرگ در ۱۴ ژوئن ۱۸۲۲ براي اولين بار ايده‌ي ساخت ماشيني با نام Difference Engine را به انجمن سلطنتي ستاره‌‌شناسي ارائه كرد. او ايده‌ي خود را در قالب مقاله‌اي تحت عنوان «استفاده از ماشين‌آلات در محاسبات رياضي و نجوم» بيان كرد. ماشيني كه او طراحي كرده بود مي‌توانست عمليات چندجمله‌اي‌هاي رياضي را با استفاده از روش‌هاي عددي تفاضل محدود انجام دهد.

انجمن سلطنتي ايده‌ي بيج را پذيرفت و دولت نيز كمكي در حدود ۱۵۰۰ پوند براي ساخت اين ماشين به ببيج اهدا كرد. او يكي از اتاق‌هاي خانه‌اش را براي ساخت اين ماشين اختصاص داد. فرايند ساخت ماشين ببيج نياز به مهارت‌هاي ساخت و توليدي زيادي داشت و او علاوه بر استخدام افراد مختلف، خودش نيز با سفر به شهرها متنوع در مورد اين فرايندها تحقيق مي‌كرد. اين ماشين حدود ۲۵ هزار قطعه، ۱۳۶۰۰ كيلوگرم وزن و ۲.۴ متر طول داشت. نتايج تحقيقات و سفرهاي او در سال ۱۸۳۲ به صورت جزوه رايگاني تحت عنوان «اقتصاد ماشين‌آلات و توليد» چاپ شد كه مبناي روش تحقيق عمليات امروزي است.

نمونه‌ي كامل شده‌ي اولين ماشين ببيج در موزه‌ي علوم لندن

برخي از قطعات ماشين اوليه‌ي ببيج در حال حاضر در موزه ي تاريخ علوم در آكسفورد نگهداري مي‌شوند. طراحي‌هاي ببيج در نهايت در سال ۱۹۸۹ ساخته شدند. ماشين ساخته شده اولين محاسبه‌ي خود را تا ۳۱ رقم انجام داد. ۹ سال بعد نيز موزه‌ي علوم انگستان طرح نهايي پرينتر اين دستگاه را نيز توليد كرد. موزه‌ي علوم در مجموع دو دستگاه با استفاده از طرح‌هاي بهبوديافته‌ي ببيچ طراحي كرد. يكي از اين دستگاه‌ها در موزه نگهداري شده و ديگري نيز توسط مولتي‌ميليونر آمريكايي، پائول ميرولد خريداري شده است.

پس از شكست در پروژه‌ي ماشين ديفرانسيلي، ببيج به فكر ساخت دستگاهي بود كه محاسبات بيشتري را از طريق برنامه‌ريزي انجام دهد. او در خلال سال‌هاي ۱۸۳۳ تا ۱۸۴۲ به ساخت اين ماشين مشغول بود. يكي از ايده‌هاي اساسي او در ساخت اين ماشين، استفاده از خروجي‌هاي خود دستگاه به منظور محاسبات مجدد بود. ماشيني كه اين رياضي‌دان طراحي كرد، از بسياري لحاظ شبيه به كامپيوترهاي مدرن است. اين ماشين از بخش اصلي (شبيه پردازنده‌هاي امروزي) و بخش ذخيره‌سازي تشكيل شده بود و اطلاعات ميان اين دو قسمت رد و بدل مي‌شد.

نمونه‌ي كامل شده‌ي ماشين تحليلي در موزه‌ي علوم لندن

در سال ۲۰۱۱، محققان بريتانيايي تصميم گرفتند تا ماشين تحليلي ببيج را بسازند. آنها پروژه‌اي چندين ميليون دلاري با نام «پلان ۲۸» را شروع كردند. به دليل آن كه طرح‌هاي ببيج در ارتباط با اين ماشين، به دفعات اصلاح شده بودند، اين گروه محقق تصميم گرفتند تا با انديشه متخصصينسنجي هاي عمومي، توانايي‌ها و ويژگي‌هاي آن را انتخاب كنند. در صورت ساخت اين ماشين، حافظه‌اي معادل ۶۷۵ بايت به همراه سرعت پردازش ۷ هرتز براي آن پيش‌بيني شده است. گروه مورد انديشه متخصصين اميدوار است كه اين ماشين را در صد و پنجاهمين سالگرد مرگ ببيج در سال ۲۰۲۱ معرفي كند.

چارلز ببيج در ۲۵ جولاي سال ۱۸۱۴ با جورجيانا ويتمور ازدواج كرد. اين زوج هشت فرزند داشتند كه تنها چهار نفر از آنها تا سنين بلوغ زنده ماندند. بنجامين هرشل ببيج، جورجيانا ويتمور ببيج، دوگالد برومهد ببيج و هنري پروست ببيج، نام چهار فرزندي بود كه زنده ماندند. همسر چارلز در سال ۱۸۲۷ به همراه دو فرزندش و پدر چارلز از دنيا رفت.

جورجيانا ويتمور، همسر چارلز ببيج

آخرين فرند ببيج يعني هنري، ۶ دستگاه نمونه به كمك طرح‌هاي پدرش از ماشين Difference را توليد كرد و يكي از آنها را نيز به دانشگاه هاروارد فرستاد. آن نمونه بعدها توسط هاوارد اچ. آيكن مورد مطالعه قرار گرفت و زمينه‌ساز ساخت ماشين هاروارد مارك شد.

اين دانشمند بزرگ، افتخارات متعددي نيز در زمينه‌ي رمزنگاري دارد. او توانست كليد رمز ويجنر را كه تا آن زمان غيرقابل نفوذ تصور مي‌شد، كشف كند. رمزنگاري او كمك زيادي به نيروهاي نظامي انگلستان كرد و جزئيات آن تا سال‌ها بعد از كشف، منتشر نشد. به همين دليل، افتخار كشف اين رمز به فردريش كاسيسكي رسيد كه سال‌ها بعد از ببيج، رمزنگاري را انجام داد.

مقبره‌ي ببيج در گورستان سبز كنزال

چارلز ببيج در ۱۸ اكتبر سال ۱۸۷۱ در سن ۷۹ سالگي در خانه‌اش در ميلبون از دنيا رفت. جسد او در گورستان سبز كنزال دفن شده است. گزارشات كالبدشكافي، دليل مرگ او را نارسايي كليوي و عفونت ادراري بيان كرده‌اند. نيمي از مغز اين دانشمند در موزه‌ي علوم هانتر در لندن نگهداري مي‌شود. از يادگارهايي كه به نام اين رياضي‌دان انگليسي ساخته و نام‌گذاري شده‌اند مي‌توان به پلاك يادگاري از زندگي ۴۰ ساله‌ي او در خيابان دورست، چاله‌ي ببيج روي كره‌ي ماه، موسسه‌ي تحقيقاتي چارلز ببيج، ساختمان ببيج در دانشگاه پليموث و زبان برنامه‌نويسي ببيج اشاره كرد. فيلم‌ كوتاه ببيج (۲۰۰۸) و رمان تصويري «ماجراهاي هيجان‌انگيز ببيج و لاوليس» از يادگارهاي هنري مربوط به اين دانشمند هستند.