Charles Babbage

Quella di Babbage è una vicenda che si interseca con la storia del progresso tecnologico, dell’informatica e della matematica. Alle prese con intuizioni che precorrevano i tempi, le possibilità meccaniche e le conoscenze informatiche dei suoi tempi, Babbage lavorò lungo tutta la sua esistenza per riuscire a costruire e programmare quello che oggi è ritenuto il primo computer. Un’avventura tecnologica che coinvolge anche altri matematici, quali Ada Lovelace o Federico Menabrea e grazie alla quale siamo qui a scrivere e leggere sui nostri pc.

Charles Babbage, matematico e fisico inglese, è appunto ricordato per aver ideato il primo calcolatore universale programmabile, che fu una netta anticipazione della “macchina di Turing”. Dedicò l’esistenza alla costruzione di due tipi di calcolatori: il Difference Engine 1, modello basato sul calcolo differenziale e l’Analytical Engine, l’archetipo meccanico dell’elaboratore elettrico. Nella biblioteca dell'Accademia delle Scienze di Torino sono ancora conservati suoi disegni e manoscritti, insieme a numerose illustrazioni e una selezione di testi tratti dai suoi libri.

Scrisse diverse opere che spaziavano dal campo delle pubblicazioni scientifiche, a quello economico, fino ad interventi di stampo sociale e divulgativo. Tra queste ricordiamo: A comparative view of the various institutions for the assurance of lives (1826), Reflections on the Decline of Science in England (1830) che ebbe come effetto la fondazione della British Association for the Advancement of Science (1831), On the Economy of Machinery and Manufactures (1834) uno dei suoi saggi più importanti, Ninth Bridgewater Treatise (1837), Observations on the Temple of Serapis, at Pozzuoli (1847); infine segnaliamo la sua autobiografia Passaggi dalla vita di uno scienziato (Passages from the Life of a Philosopher, 1864). Quest’ultima opera risulta di particolare interesse per conoscere quegli aspetti della vita del matematico che non emergono dalla sua attività di scienziato o dalle altre pubblicazioni, quali, ad esempio, riflessioni sulla religione, sui miracoli o sui modi attraverso cui l’uomo possa arrivare comprendere l’esistenza di un Creatore. L’idea di un’autobiografia gli venne durante un viaggio in Italia e fu scritta nel 1864, quando ancora cercava di costruire il suo Analytical Engine. L’autobiografia fu dedicata al re d’Italia, Vittorio Emanuele II, che aveva conosciuto durante la sua prima venuta nella capitale sabauda diversi anni prima. I Passages, forse ancor più degli scritti scientifici, rivelano dunque la complessità e la cultura estremamente variegata dello scienziato, i cui interessi spaziavano dalla matematica alla meccanica, dall’economia alla politica, ma che non disdegnavano i piaceri della pièce teatrale e della narrazione fantastica, sempre velati da un tipico humor inglese. Proprio in queste pagine troviamo diversi elementi che ci parlano della religiosità e della ricerca del soprannaturale di questo scienziato, arrivato ad interrogarsi sulla causa prima ed i fondamenti della realtà che possono trascendere la materia e la scienza pur venendo riletti, come nel caso dei miracoli, in chiave matematica: «Affermai che un miracolo, invece di essere una violazione di una legge, è infatti il più chiaro compimento di una legge di più vaste proporzioni, la stessa relazione che lega i punti singolari ad una curva la cui forma è ben visibile»[1]. Non scrisse solo sui miracoli, ma anche sulla religione in senso più ampio. In particolare, Babbage si interessò ai modi per conoscere il Creatore, a proposito dei quali afferma: «Esistono tre vie per le quali si determina che un uomo può arrivare alla conoscenza dell'esistenza della divinità: 1) le prove a priori o metafisiche, come quella del dottor Samuel Clarke; 2) dalla rivelazione; 3) l'esaminare l'operato del Creatore. (…) Le opere del Creatore, anche in considerazione ai nostri sensi, offrono una vivente e perpetua testimonianza della sua potenza e della divina bontà che supera di molto ogni evidenza trasmessa attraverso la testimonianza umana»[2].

L’interesse interdisciplinare che Babbage ha espresso durante il suo lavoro deriva anche dall’ottima formazione che ricevette e dalla capacità di applicarsi ai più vari settori lavorativi, dal campo assicurativo a quello ingegneristico. Nato a Londra, fu studente al Trinity College e al Peterhouse di Cambridge. Laureatosi a Cambridge nel 1814, nello stesso anno sposò Georgiana Whitmore. Ebbero otto figli, di cui solo tre sopravvissero fino a raggiungere l'età adulta. La signora Babbage morì nel 1827. Cattolico Ortodosso, durante gli anni a Cambridge frequentò il Reverendo Charles Simeon. Con gli occhi dello scienziato fu sempre interessato alla ricerca di prove di credibilità della fede, come quando, ancora ragazzo, voleva provare a far apparire il diavolo per dimostrare che quanto scritto sulla Bibbia è vero. Le fonti ci dicono che, grazie a Dio, non ci riuscì. Da adulto scrisse Ninth Bridgewater Treatise: A Fragment, in cui mostrò come il calcolo assistito delle macchine specialistiche potesse assolvere rilevanza significativa in chiave apologetica. Inoltre, analizzò e criticò la posizione di Hume contro i miracoli. Al tema dei miracoli dedicherà un intero capitolo della sua autobiografia. Nel trattato non si limita soltanto a confutare l'argomento humiano ma impiega i principi della sua macchina per andare contro le posizioni deiste e la visione di Dio come un "orologiaio divino".[3]

In collaborazione con G. Peacock e J. F. W. Herschel fondò la Società Analitica con l’intenzione di svecchiare l’analisi matematica inglese ancorata ai metodi newtoniani delle flussioni. Curarono la traduzione dell’opera Traité de calcul différentiel et du calcul integral di S. F. Lacroix. Fu tra i fondatori della Astronomical Society (1820) e della Statistical Society (1834) di Londra. Nel 1824 gli fu offerta la direzione di un ufficio di assicurazioni sulla vita. Insospettito dell’estrema lucrosità dell’impiego volle andare a fondo della questione e, da esperto di calcolo delle probabilità si accorse che le tavole attuariali allora in uso ledevano ampiamente gli interessi degli assicurati. Rinunciò allora all’incarico, pubblicando invece i suoi risultati.

Trovandosi di fronte all'alto numero di errori di calcolo delle tavole matematiche, Babbage pensò di trovare un metodo grazie al quale queste potessero essere calcolate da una macchina, non soggetta agli errori, alla stanchezza e alla noia in cui potevano incorrere i calcolatori umani. Si rese conto inoltre della necessità di alleggerire il lavoro dei matematici e tecnici dell’epoca che trascorrevano gran parte del loro tempo impegnati in calcoli lunghi e complessi. Tra il 1812 e il 1813 ebbe la prima intuizione sulla macchina calcolatrice, il Difference Engine numero 1, in grado di tabulare meccanicamente fino a otto decimali, che Babbage cominciò a costruire a partire dal 1823. La sua idea fu approvata e ciò gli permise di ricevere un fondo di 1.500 sterline dal governo britannico nel 1823. La Royal Astronomical Society lo premiò con la medaglia d'oro nel 1824.

Con l’aiuto della parte realizzata della nuova macchina, Babbage nel 1827 potè pubblicare le tavole dei logaritmi compresi tra i numeri 1 e 108.000. La macchina però, nonostante l’aiuto economico governativo, non era ancora completata nel 1830, principalmente per le difficoltà incontrate da Babbage nell’esprimere graficamente le idee costruttive relative ai singoli pezzi e per le difficoltà ingegneristiche imposte dal modellamento delle parti meccaniche in rapporto alla tecnologia metallurgica dell’epoca. Il progetto fu abbandonato nel 1842 quando il governo inglese rifiutò il rinnovo del finanziamento dell’impresa. In merito all’impossibilità dell’impresa scrisse: «Se potrò sopravvivere ancora qualche anno la Macchina Analitica esisterà, e il suo lavoro in seguito sarà esteso in tutto il mondo. Se è volontà di quell’Essere, che mi ha donato le qualità che mi hanno condotto alla sua scoperta, che io non debba vivere abbastanza per completare il mio lavoro, mi rassegnerò a questa decisione con grande gratitudine per i doni che ho ricevuto.»[4]

La macchina di Babbage è stata costruita negli anni ’90 del secolo scorso e si trova nel London Science Museum. Il professor Allan G. Bromley ha studiato i disegni originali di Babbage, da queste analisi è partita la costruzione, presso il Museo della Scienza di Londra, della macchina Difference Engine e nel 2000 è stata realizzata anche la stampante che Babbage aveva progettato per la su macchina. Furono rilevati alcuni errori nel disegno originale, ma una volta corretti le due macchine funzionarono perfettamente. I lavori per la costruzione della macchina durarono dal 1989 al 1991 e con l'occasione fu festeggiato il secondo anniversario di nascita dello scienziato.

Dal 1828 al 1839 fu titolare della cattedra matematica di Cambridge dove non insegnò mai perché completamente assorbito dalla realizzazione delle sue macchine calcolatrici. Nel 1832 pubblicò le sue esperienze sul progresso tecnologico guidato da quello scientifico e fondato sulla rivoluzione industriale (On the economy of Manufactures and Machinery) che ebbe risonanza europea. Proprio in questo libro, a proposito della macchina scrisse: «Mostrare gli effetti e i vantaggi che risultano dall'uso degli strumenti e delle macchine, cercare di classificare il loro modo d'azione, e finalmente descrivere i motivi e le conseguenze dell'applicazione dei mezzi meccanici per supplire alla forza e alla destrezza del braccio dell'uomo, tale è lo scopo di quest'Opera»[5]. Il rallentamento della prima macchina calcolatrice fu dovuta anche all’ideazione di una nuova macchina da calcolo, concepita a partire dal 1834: si tratta dell’Analytical Engine. Una macchina calcolatrice molto più complessa, i cui principi costruttivi precorrono chiaramente quelli dei calcolatori del XX secolo.
Riprendendo l’idea del telaio a schede perforate di J. M. Jacquard, la macchina di Babbage poteva contrare su un dispositivo di memoria autonomo, sulla possibilità di funzionare a programma con dati variabili immessi in ingresso e su una potenza di calcolo che era estremamente superiore alle migliori macchine calcolatrici dell’epoca. Non riuscì però ad ottenere il finanziamento per la realizzazione del prototipo, nonostante il suo progetto incontrasse l’incondizionato favore di molti scienziati dell’epoca. La nuova macchina non venne mai completata. Di fatto costituì il primo calcolatore universale programmabile. Nel 1842, a seguito di ripetuti tentativi a vuoto di ottenere sovvenzioni da parte del Ministero del Tesoro, Babbage si rivolse a Sir Robert Peel per richiedergli sovvenzioni. Peel rifiutò e offrì invece a Babbage un cavalierato. Babbage a sua volta rifiutò l'offerta. La questione a questo punto ebbe termine.

La Macchina Analitica aveva dispositivi di ingresso basati sulle schede perforate, come nel progetto di Jacquard, un processore aritmetico che calcolava numeri, una unità di controllo che determinava che fosse eseguito il compito corretto, un meccanismo di uscita e una memoria dove i numeri potevano essere mantenuti in attesa del loro turno di elaborazione. Questo dispositivo fu il primo computer al mondo. Un suo progetto concreto venne alla luce nel 1837; tuttavia, in parte a causa di difficoltà simili a quelle incontrate con la Macchina Differenziale, in parte a causa dei conflitti con i meccanici che stavano costruendo, la Macchina non fu mai costruita. Nel 1842, a seguito di ripetuti tentativi a vuoto di ottenere sovvenzioni da parte del Ministero del Tesoro, Babbage si rivolse a Sir Robert Peel per richiedergli sovvenzioni. Peel rifiutò e offrì invece a Babbage un cavalierato. Babbage a sua volta rifiutò l'offerta. La questione a questo punto ebbe termine.

Babbage però, da un punto di vista scientifico, ricevette un sostegno non trascurabile da Lady Ada Lovelace, la madre dell’informatica o “incantatrice di numeri”, come la soprannominò Babbage stesso. Figlia del poeta Lord Byron e della matematica Anne Isabella Milbanke scrisse i primi linguaggi di programmazione. Lui e la contessa lavorarono insieme, lei promosse attivamente la Macchina Analitica e ne programmò il “software”. Questa collaborazione tra matematici si arricchì anche del contributo dell’italiano Menabrea, di cui la Lovelace tradusse e integrò gli appunti sulla programmazione della Macchina. Babbage conobbe Menabrea nel 1842 in Italia, all’Università di Torino, dove fu invitato a presentare la Macchina Analitica durante il secondo Congresso degli scienziati italiani. In questa occasione i due si conobbero e Menabrea, interessato al lavoro di Babbage scrisse Notions sur la machine analytique de Charles Babbage, il testo tradotto e ampliato da Ada Lovelace che arrivò persino a prefigurare il concetto di intelligenza artificiale. Babbage ricorda: «Io le suggerii di aggiungere delle note alla monografia di Menabrea, un'idea che immediatamente fece sua. Noi discutemmo insieme sulle varie illustrazioni che si potevano introdurre; io ne suggerii alcune, ma la scelta fu interamente della contessa. Così fu anche il lavoro algebrico sui differenti problemi, ecco, comunque, quelli riferiti ai numeri di Bernoulli (…) Tale lavoro ella mi inviò per una correzione, avendo scoperto un grave errore che avevo commesso nel procedimento. Le annotazioni della contessa permettono di allungare di circa tre volte la lunghezza della memoria originale.»[6] Nel 1953, più di cento anni dopo la morte della contessa, furono ripubblicate le sue note sulla macchina analitica di Babbage. La macchina è stata riconosciuta come un primo modello per il computer e gli appunti di Ada come una descrizione di un computer dotato di software.

Bibliografia

C. BABBAGE, Passaggi dalla vita di uno scienziato, Utet, Torino 2007.

C. BABBAGE, Sulla economia delle macchine e delle manifatture, Firenze 1834.

G. DRAGONI, S. BERGIA, G. GOTTARDI (a cura di), Babbage, Charles, in Dizionario biografico degli scienziati e dei tecnici, Zanichelli, Bologna 1999, pp. 113-114.