sunnuntai 29. heinäkuuta 2018

Joseph Jacquardin muotokuva

Vasta aikuisena ymmärsin miten huolimattomasti kouluopetus ja koulukirjat suhtautuivat uuden ajan historiaan. Kuinka englannissa keksittiin kutomakoneita ja kehruukoneita ja kuinka ne mullistivat teollisuutta. Opettajilla ei ollut ilmeisesti mitään aavistusta, mikä on kehruukone ja mikä taas kutomakone. Puhumattakaan siitä, että eräs tärkeä keksintö tehtiinkin Ranskan Lyonissa, ja että se ei mullistanutkaan tekstiiliteollisuutta, vaan koko yhteiskunnan. Tämä on kertomus siitä, kuinka kutomakoneen loimien liikuttelu mullisti mekaanisen matematiikan. 

1800- luvun tähtitieteessä tarvittiin raskaita laskutoimituksia, mutta kunnollisia laskukoneita ei ollut. Piti siis laskea käsin. Brittiläinen matemaatikko Charles Babbage (1791 – 1871) oli ystävystynyt kuuluisan astronomin pojan John Herschelin kanssa, ja tutustui hänen kauttaan laskemisen ongelmiin. Tuskaillessaan mutkikkaita laskelmia hän tai Herschel oli puuskahtanut: "jonakin päivänä teemme nämäkin laskelmat höyryn voimalla!" Ja ajatus jäi todella itämään. Babbage sai ajatuksen differenssikoneesta eli erotuskoneesta. Sen avulla vaikea laskutoimitus voidaan muuttaa sarjaksi perättäisiä vähennyslaskuja. 

Babbage alkoi suunnitella mekaanista hammasrataskoneistoa, jolla toimitus onnistuisi. Tehtävä ei ollut helppo, sillä riittävän laskentatarkkuuden saavuttamiseksi huolellisesti valmistettavia hammaspyöriä tarvittaisiin peräti 25 000. Se edellytti mittavaa rahoitusta. Saavuttaakseen rahoittajien luottamuksen Babbage rakensi valmiiksi aluksi noin seitsemännen osan differenssikoneestaan. Tämä kone saatiin toimimaan kampea pyörittämällä. Koneen esittelystä muodostui Babbagen järjestämien loisteliaiden illanviettojen kohokohta. Lukuisten rattaiden systemaattiset liikkeet lumosivat katsojat. 

Ja kone todella laski, vaikka ei kovin tarkasti, vaan ainoastaan kuudella numerolla. Kun Babbage joskus saisi täysikokoisen differenssikoneensa valmiiksi, sitä käyttäisi epäilemättä pieni höyrykone. Herschelin ja Babbagen visio olisi toteutunut! 

Tässä kohtaa on syytä pysähtyä. Olemme viktoriaanisen ajan Lontoossa, missä kaikki todella toimii vesirattaiden tai höyryn voimalla. Tämä on steampunk-todellisuutta, ja jos teknologia olisi ottanut toisenlaisen suunnan, eläisimme edelleen tätä höyryn ja kiiltävien ja kieppuvien vipujen vaihtoehtoista todellisuutta. Maailmassa, josta William Gibson ja Bruce Sterling kirjoittivat romaanin Difference engine (1990). Itse en kuitenkaan usko, että näin olisi voinut käydä. Sillä myös kuuluisa Michael Faraday osallistui Babbagen illanviettoihin – ja hän oli jo keksinyt sähkömagneettisen induktion! Kello tikitti höyryvoimalle sen viimeisiä suuruuden aikoja. 

Loppujen lopuksi Babbage ei saanut differenssikonettaan rakennettua, ja syynä saattaa olla tarinan toinen päähenkilö, Augusta Ada Byron, Lovelacen kreivitär (1815 – 1852). Hän oli runoilija lordi Byronin suunnattoman lahjakas ja matemaattisesti orientoitunut tytär. Hänestä tuli Babbagen läheinen ystävä, ja myöhemmin lähes työtoveri. 

Luin juuri James Essingerin suomennetun kirjan Adan algoritmi (Vastapaino 2016). Kirja oli minulle pieni pettymys. Kunpa ihmiset tuntisivat paremmin asian josta alkavat kirjoittaa! Itse asiassa jouduin korjaamaan kirjoitustani (6.8. alkaen) Jarmo Pulkkisen erinomaisen teoksen "Sudenluusta supertietokoneeseen" avulla. Seurapiirijuorujen ja traagisen ihmiskohtaloiden sijasta minua olisi oikeasti kiinnostanut lady Adan ja Babbagen yhteistyö. Mutta jotain toki sain kirjasta irti, ja Essinger oli tehnyt kelpo työtä etsiessään ja peratessaan Adan, Babbagen ja muiden aikalaisten kirjeitä.  

Monia asioita jäi kirjassa auki. Babbagella oli alusta alkaen vaikeuksia differenssikoneen rakennustyössä. Hän oli kuitenkin saanut jo hankittua melkoisen rahoituksen, kaikkiaan 17 500 puntaa (60 miljoonaa puntaa nykyrahassa, tosin kirjassa käytetään horjuvia periaatteita rahan arvon vertailussa). Joka tapauksessa summa on huikea, sillä olisi voitu palkata kokonainen armeija kelloseppiä työstämään hammasrattaita. Babbage riiteli alituiseen mekaanikkonsa Joseph Clementin kanssa. Babbage väheksyi halpasyntyistä ja karkeakäytöksistä mutta äärimmäisen taitavaa Clementiä, heillä oli äärimmäisen huonot välit. Oliko ongelma tässä? Ryöstikö Clement Babbagea, joka näytti olevan kultamunia muniva hanhi. Vai puuttuiko Babbage haitallisella tavalla jokaiseen yksityiskohtaan? Itse ainakin vakuutuin, että Babbagelta puuttui insinöörille niin välttämätön organisointikyky ja diplomaattiset taidot, ja ehkä myös suhteellisuuden taju. 

Kun nuori Ada oli esitelty Babbagelle, hän pääsi näkemään myös differenssikoneen mallin. Hän ihastui siihen välittömästi, ja tuntui ymmärtävän sen periaatteen täydellisesti, vaikka hänen matematiikan tietonsa olivat vielä vajavaiset. Babbage ja Ada tunsivat olevansa sukulaissieluja, ja heistä tuli hyvät ystävät. 

Mutta miksi differenssikone ei koskaan valmistunut? Olen jokseenkin varma, että koneen rakentamisesta hävisi motivaatio. Sillä Babbage oli saanut vihiä aivan toisenlaisesta koneesta. Kyseessä on ranskalaisen Joseph Marie Jacquardin (1752-1834) rakentama kutomakone. Lyonissa valmistettiin suuria määriä kuvioituja silkkikankaita. Kuviot saatiin aikaan siirtelemällä kangaspuiden loimilankoja kuvion mukaan kudonnan edistyessä. Jacquardin koneessa tätä eivät tehneet ihmiset, ”loimipojat”, vaan pahvisten reikäkorttien ohjaama koneisto. 

Charles Babbage ja erityisesti Ada oivalsivat heti idean sovellusmahdollisuudet laskukoneissa. Ja se pudotti pohjan pois koko differenssikoneelta. Olisi mahdollista tehdä kone, joka olisi paljon monipuolisempi kuin differenssikone. Valitettavasti kone oli myös mutkikkaampi, se olisi ehkä 30 metrin pituinen, ja saisi käyttövomansa höyrykoneesta. Suuri osa toimintojen monimutkaisuutta siirtyisikin nyt reikäkorttien ohjelmaksi, ja tämä ohjelma olisi joustavasti muunneltavissa. 

Joseph Jacquard oli muuttanut perinteisen kutomakoneen automaatiksi. Automaattien eli itsestään toimivien koneiden idea on ikivanha. Myös renessanssinero Leonardo da Vinci suunnitteli automaatteja, kuten mekaanisen ritarin ja kävelevän leijonan. Hän käytti ohjelmalaitteena erityisellä tavalla muotoiltuja kiekkoja. Mutta 1700- luvulla keksityt reikäkortit tekivät ohjelmoinnista helppoa. Reikäkortit ohjasivat musiikkikoneita kuten posetiiveja, ja mekaanisia androideja. Mutta vasta kun Jacquard siirsi reikäkortit teollisuuteen, maailma alkoi mullistua. Ja nyt Charles Babbage ja lady Ada aikoivat automatisoida laskukoneet. He alkoivat nimittää laitettaan analyyttiseksi koneeksi. Ja se olisi mullistava tieteen. Nimitys johtui siitä, että he oivalsivat koneen voivan käsitellä lukujen lisäksi myös symboleja.

Babbage tarvitsi nyt uuden demonstraatiovälineen kerätäkseen rahoitusta analyyttistä konetta varten. Hän päätti hankkia silkkikutomakoneella valmistetun Joseph Jacquardin muotokuvan. Tämä suhteellisen pieni mutta hyvin tarkka kuvakudos muistuttaa olemukseltaan metalligrafiikkaa – mutta on jotain aivan muuta. Tämän hienopiirteisen kuvakudoksen ohjelmointi oli vaatinut peräti 24 000 reikäkorttia. Mutta kun ohjelmointi kerran oli tehty, Jacquardin kone pysty tuottamaan samanlaisia kuvia vaikka kuinka paljon. Muotokuvia oli kuitenkin kudottu vain pienehkö määrä, ja ne olivat keräilijöiden hallussa. 

Lopulta, suurella vaivalla ja suurella summalla rahaa Babbage onnistui hankkimaan muotokuvan. Siitä tuli hänen illanviettojensa uusi vetonaula. Itse ajattelen, että tuo muotokuva on hämmästyttävä, mutta sen todellinen merkitys valkenee vai sille, joka on sisäistänyt ohjelmoitavan automaatin periaatteen. Siksi kuvakudoksen viestimä abstrakti idea ei vedä läheskään vertoja hyvin konkreettiselle differenssikoneen toimivalle prototyypille. 

Babbagen projekti oli nyt pahoissa vaikeuksissa. Hänen olisi pitänyt hylätä differenssikone, jonka runsas rahoitus oli tuottanut vain vaatimattoman prototyypin, ja suunnata energiansa aivan uudenlaiseen projektiin. Ja se  olisi valitettavasti teknisesti haastavampi. Babbage ja Ada ymmärsivät analyyttisen koneen valtavan potentiaalin, mutta asiaa oli lähes mahdotonta selostaa laajemmalle yleisölle. Asia oli aivan liian abstrakti. 
 
Jotain oli tehtävä. Ja lady Lovelace oivalsi ainoan mahdollisuuden. Hän teki yksityiskohtaisen ehdotuksen. Hän halusi, että hankkeen organisointi, rahoitus ja johtaminen delegoitaisiin Adalle, jolla oli sopivia suhteita ja rahaa, ja joka osasi käyttäytyä seurapiireissä. Tekninen suunnittelu jäisi Babbagen vastuulle. Mutta nyt Ada törmäsi lasikattoon. Vaikka hänen ja Babbagen suhde oli läheinen, suorastaan kollegiaalinen, ehdotus kävi Babbagen luonnolle. Hän hylkäsi Adan tarjouksen, ja samalla hän hautasi analyyttisen koneen yli sadaksi vuodeksi.

Tarinan loppu on puhdasta tragediaa. Babbage erakoitui, ja muuttui vähitellen hullun keksijän irvikuvaksi. Hänen ja Adan suhde säilyi kirjeenvaihdon mukaan ystävällisenä ja jopa entistä kohteliaampana. Itse tulkitsen, että lady Ada vuodatti kirjeidensä kohteliaisuuksin aimo annoksen myrkyllistä ivaa ja katkeruutta. Ada keskittyi nyt seurapiirielämään ja vedonlyöntiin, jossa onnistuikin hävittämään valtavia omaisuuksia. Sitten hän sairastui vakavasti ja kuoli vain 37-vuotiaana.

Adan merkittäväksi työksi jäi, että hän käänsi englanniksi Luigi Federico Menabrean ranskankielisen tutkielman Babbagen analyyttisestä koneesta. Kun Adalta kysyttiin, miksi hän ei itse kirjoittanut aiheesta, jonka hän tunsi paremmin, hän vastasi, ettei se ”juolahtanut hänen mieleensä”. Hän lisäsi kuitenkin artikkeliin 20000 merkin selitysosan – se oli pidempi kuin alkuperäinen artikkeli. 

Differenssikoneesta rakennettiin 1800- luvun loppuun mennessä toimivia versioita, mutta niiden merkitys ei ollut suuri, ne vain laskivat uusia numeroita logaritmitaulukoihin. Analyyttinen kone sai odottaa, kunnes Alan Turing, John von Neumann ja monet muut keksivät sen uudelleen. Uusi maailma alkoi toimia sähköllä, ei höyryllä, kuten Ada ja Babbage kuvittelivat. 

Nykyihmiselle moni asia tarinassa jää auki. Miksi ihmeessä Babbage tavoitteli hankkeelleen ulkoista rahoitusta? Babbagen (tai lady Lovelacen) huomattava omaisuus olisi helposti riittänyt hankkeen rahoitukseen. Ehkä se olisi ollut jotenkin sopimatonta, aatelisten omaisuus kun oli tarkoitettu tuhlattavaksi ylelliseen elämään (missä lordi Byron onnistuikin erinomaisesti). Tai ehkä ulkoisella rahalla tavoiteltiin huomattavien henkilöiden sitoutumista, ei niinkään heidän rahojaan.