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Helden der IT

Charles und die Zahlenfabrik.

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“Universalgelehrt” – ein starkes Wort. Aber wo wäre es angebracht, wenn nicht für einen Mathematiker, Philosophen, Ingenieur, Kryptographen, Politiker und Ökonom mit Einfluss auf Marx und Smith sowie den Erfinder von (unter anderem) Kuhfänger und Ophthalmoskop – in Personalunion? Und die Liste ließe sich noch fortführen. In den Fokus dieses Artikels gerät unser heutiger Held der IT, Charles Babbage, allerdings mit seiner Analytical Engine als “Vater des Computers”.

Portrait von Charles Babbage

Universalgelehrt, und konnte sogar seinen Namen schreiben: Charles Babbage. (Bild: Wikimedia.)

Im Gegensatz zu seinen klaren Errungenschaften in späteren Jahren ist an den Ursprüngen von Charles Babbage so gar nichts klar: Weder der genaue Tag, noch der Ort seiner Geburt sind in den chronologischen Nebelschwaden klar auszumachen. Nur begründet aus mündlichen Zeugnissen in schwer verständlichem Dialekt, unleserlich-verwischten Taufurkunden und tourikompatiblen Gedenktafel-Behauptungen an Londoner Brownstone-Wänden wurde aus der Wahrscheinlichkeitswolke der 26. Dezember 1791 in den Heldenkanon eingeloggt.

Charles und seine ganze Babbage

Charles Babbages Familie wohnte zu der Zeit in Walworth, London und bestand aus Mutter Betsy Plumleigh Teape, Vater Benjamin Babbage (seines Zeichens Bankier) und drei Geschwistern. Seine Kindheit verlief im Kontext der Epoche unspektakulär, bis ihn mit etwa acht Jahren eine lebensgefährliche Fiebererkrankung heimsuchte. Ein Luftwechsel und damit ein Schulbesuch auf dem Land wurde für den kleinen Charles unumgänglich. Das Schicksal wollte allerdings nicht mitspielen: Das Fieber machte einen Strich durch die Rechnung einer behüteten Schullaufbahn, Babbage wechselte bis zu seinem siebzehnten Lebensjahr zweimal von der Schule zur Privatlehre und zurück. Der erste dieser privaten Tutoren entfachte mit einer gut ausgestatteten naturwissenschaftlichen Bibliothek Babbages Interesse an der Mathematik. Der andere, ein Dozent in Oxford, brachte ihn schließlich in Sachen griechisch-römischer Philosophie, Geschichte und Kultur auf Stand – und zwar gut genug, als dass der fast 20-jährige Babbage in Cambridge akzeptiert wurde und im Oktober 1810 sein Studium am Trinity College antrat.

Das Wappen der britischen Royal Society

"Nichts für bare Münze nehmen": Das Motto der Royal (Sceptical) Society. (Bild: Wikimedia.)

In guter Gesellschaft

Zeitgenössische mathematische Strömungen hatte er zu dem Zeitpunkt bereits auf dem Kasten – Woodhouse, Lagrange, Agnesi, been there, done that. Was die Universität in Sachen mathematischer Ausbildung zu bieten hatte, ließ Wunderkind Babbage, gelinde gesagt, kalt. Aber selbst ist der Mann: Ein paar Trimester später gründete er mit seinen Freunden die Analytical Society, die sich der Behebung dieses wahrgenommenen Missstandes verschrieben hatte. Überhaupt zeigte sich zu der Zeit, dass Babbage jedem Club beitrat, der nicht bei drei auf den Bäumen war: Ob man im Ghost Club paranormalen Aktivitäten nachforschte, oder im Extractors Club Pläne schmiedete, mithilfe derer man bei einer eventuellen Einweisung ins Sanatorium aus ebendiesem wieder entkam – Babbage war fahneschwingend dabei.

Die mathematischen Bemühungen in seiner Unilaufbahn trugen allerdings vorerst keine formalen Früchte: Babbage machte einen Abschluss ohne Prüfung, da das Thema seiner Thesis im Vorhinein als zu blasphemisch abgelehnt wurde – immerhin versuchte er dreisterweise, Gott von seinem rein spirituellen Thron zu holen und mit durchaus konkret-materieller Agency im naturwissenschaftlichen Diesseits zu verankern. Zwar dozierte er bereits erfolgreich zu astronomischen Themen, dies konnte aber nicht verhindern, dass sich der Ärger um seine Dissertation auf seine Karriere in der Akademia negativ auswirkte. Das Viktorianische England ergab eben in Kombination mit (einer aus heutiger Sicht höchstens verhaltenen) Progressivität eine explosive Mischung. So zog er dann auch ohne Abschluss gegen verbriefte akademische Konkurrenten bei Professuren, Stipendien und Forschungsprojekten den Kürzeren. Dass er dennoch der kolportiert beste Mathematiker seines Colleges war, zahlte sich dann an anderer Stelle umso mehr aus: Mit nur 25 Jahren wurde er zum Mitglied der prestigeträchtigen Royal Society berufen, womit er das Durchschnittsalter der Fellows zum Zeitpunkt ihrer Berufung mal eben um gut 15 Jahre unterbot. Damit stieg auch sein Einfluss auf die Forschung wieder an, unter der Flagge der Society widmete er sich etwa der Elektrodynamik (mit Schnittmengen zur Forschung Michael Faradays) und brachte die Studien eines verstorbenen Forscherkollegen zum statistischen Modell von Lebensversicherungen zu Ende.

Eine Gehirnhälfte von Charles Babbage im Museum

Von diesem Gehirn würden sich viele Menschen gerne eine Scheibe abschneiden. (Bild: Wikimedia.)

Erfindungen für differenzierte Betrachtungen

In den 1820er-Jahren legte Babbage gleich zwei in der Retrospektive offensichtliche Grundsteine von biographischer und wissenschaftlicher Relevanz: Direkt zu Anfang des Jahrzehnts spielte er eine Schlüsselrolle bei der Gründung der Royal Astronomical Society, damals noch als Astronomische Gesellschaft Londons bekannt. Deren ursprüngliches Ziel war die Standardisierung astronomischer Berechnungen und ein erleichterter Datenaustausch unter den Wissenschaftlern. Was sich sehr gut mit dem zweiten Schlüsselmoment deckt: Zur Berechnung mathematischer und astronomischer Tabellen sowie zur Auflösung von Polynomfunktionen forschte Babbage an der Difference Engine. Er ging davon aus, dass Mathematik nicht mehr länger nur Domäne des menschlichen Gehirns war, sondern sich mit ihren klaren Regeln und wenn-dann-Beziehungen ja auch mechanisch sehr gut abbilden lassen müsse. Entlang der technischen Möglichkeiten im zeitlichen Kontext setzte die Maschine rein auf Summen und Differenzen (Überraschung!), konnte aber mithilfe der Endlichen Differenzen auch Multiplikation und Division abbilden, ohne sich direkt deren Mittel bedienen zu müssen. Zwar erhielt Babbage für dieses Projekt mit gut 17.000 Pfund eine enorme Menge an Forschungsgeldern (zum Vergleich: eine damals moderne Dampflok kostete etwa 750 Pfund), über das Prototypenstadium kam man durch Fertigungsprobleme allerdings nie hinaus. Das Projekt war ein Fass ohne Boden und Zukunft.

EXKURS: Ein Genie, mit dem man rechnen konnte

Wenige von Babbages Entwürfen wurden je vollendet. Die Gründe: zeitliche Verzögerungen, das dadurch verlorene Vertrauen der Regierung, persönliche Zwiste und unpraktische Ausmaße. Dennoch waren seine Forschungen für die grundlegende Architektur heutiger Rechner prophetisch. Daten- und Programmspeicher trennte er funktionell, Operationen sollten befehlsbasiert erfolgen, auch Übergangssprünge und eine separate I/O-Einheit waren angedacht. Das Konzept einer mechanischen Auslagerung von Rechenoperationen gewann dabei für Babbage erstmals an Attraktivität, als er aus Frankreich von einer “Akkordarbeit der Arithmetik” hörte. Bei dieser lösten menschliche “Computer” komplizierte Rechnungen deutlich einfacher, effizienter und fehlerfreier, indem man die komplexen Ursprungsoperationen auf simplere Rechenschritte und -wege reduzierte (s. endliche Differenzen). Babbage träumte daraufhin von einer mechanischen Abbildung dieser Herangehensweise und, voilá, die Difference Engine war geboren. Noch heute existieren Teile eines Prototypen, das fertige Konstrukt hätte etwa gut 13 Tonnen gewogen. Fast 150 Jahre später, von 1989-91, wurde seine weiterentwickelte Difference Engine No. 2 schließlich originalgetreu gebaut – inklusive aller Fertigungstoleranzen aus ihrer Entwicklungszeit um 1850. Der Leiter dieses Projekts, Doron Swade, protokolliert auf Spektrum das ebenso herausfordernde wie interessante Unterfangen. Babbages Rechner waren eben nicht nur Hirngespinste, sondern hätten prinzipiell durchaus schon damals realisiert werden können.

Die Difference Engine war ihrem Erfinder allerdings noch nicht genug. Aus dem Grundkonzept musste doch noch mehr herauszuholen sein – und diese Iteration genügte auch noch nicht, um einen Ruf als Computerpionier zu begründen! Mit der Analytical Engine, einem deutlich fortgeschritteneren Entwurf, gelang es Babbage schließlich: Von der reinen sklavisch-arithmetischen Maschine zum mechanischen Allzweckcomputer. Die AE war dabei kein integriertes Produkt, sondern ein theoretisch durchaus realisierbares Denkkonstrukt aus vielen seiner vorhergehenden Konzepte. Das umfasst die Eingabe von Daten und Befehlen durch Lochkarten und die Fähigkeit des enthaltenen mechanischen Rechners, die eigenen Rechenergebnisse als Grundlage für weitere Berechnungen zu nutzen. Auch die AE hatte dabei wieder einige Vorreiterrollen moderner Rechnerarchitekturen inne. Darunter etwa Schleifen und bedingte Verzweigungen, die Trennung von Speicher (store) und Rechenwerk (mill) und nunmehr alle Grundrechenarten. Die Krone setzt sich die Analytical Engine aber mit ihrer damit einhergehenden Turing-Vollständigkeit auf. Damit war sie der erste derartige Rechner – noch bevor Alan Turing den Begriff überhaupt definierte. Apropos Helden: In diesem Dunstkreis trat auch Ada Lovelace auf den Plan, die quasi für die AE programmierte, bevor es überhaupt eine richtige Programmiersprache dafür gab. Und das auch noch literarisch dokumentierte: "Wir können sehr treffend sagen, dass die Analytical Engine algebraische Muster webt, genau wie der Jacquardwebstuhl Blumen und Blätter webt."

GZSZ, Victorian Style

Zwar war das Interesse an seinen Forschungen hoch, klar ist aber auch, dass Babbage damit nicht reich wurde. Das Gegenteil war der Fall. Zeitlebens “pflegte” Charles eine hölzerne Beziehung zu seinem Vater, der ihm nur widerwillig monetäre Unterstützung gewährte. Zu schwer lag Benjamin Babbage noch die frühe Heirat seiner Söhne im Magen, die kurioserweise bereits 1814 ein Schwesternpaar brüderlich unter sich aufgeteilt und unter die Haube gebracht hatten: Wingmen before it was cool. Die finanzielle Situation gestaltete sich schließlich durch zwei Schicksalsschläge besser: 1827 verschieden sowohl Babbage Senior als auch Charles Ehefrau. Das bedauernswerte Erbe brachte auch die finanzielle Unabhängigkeit mit sich. Ein Jahr später dann ging ein Traum in Erfüllung: Charles Babbage wurde endlich zur Professur in Cambridge berufen, woran er zuvor bereits drei Mal gescheitert war. Dort lief allerdings nicht alles so, wie er es sich vorgestellt hatte: Babbage forschte nur, seinen Lehrauftrag ignorierte er. In seinen sechs aktiven Jahren als Prof hielt er nicht eine Vorlesung. Das Curriculum sei ihm zu praxisfern, Universitäten würden das A und O der Wissenschaft, die Forschung, sträflich vernachlässigen. Böses Blut war da in der Wissenschaftscommunity vorprogrammiert.

Ein Modell der Analytical Engine

Die Analytical Engine: Turingkomplett, aber alles andere als schnell. Die Multiplikation zweier zwanzigstelliger Zahlen dauerte etwa 3 Minuten. Eine moderne CPU schafft das in weniger als einer Milliardstelsekunde. (Bild: Wikimedia.)

Das machte Babbage allerdings nichts aus. Im Gegenteil: Nun hegte er auch noch Ambitionen, sich in der Politik zu betätigen und wollte sich ins Bezirksparlament von London-Finsbury wählen lassen. Das scheiterte aber knapp an den Stimmzahlen – universalgelehrt zu sein, heißt eben noch lange nicht, als Karrierepolitiker zu brillieren. Dennoch legte Babbage seine politischen Subtexte in der Folgezeit nie wieder ab, auch viele seiner wissenschaftlichen Abhandlungen enthalten von nun an eine gewisse Polemik. Der mittlerweile zum Ritter geschlagene Babbage (wenn auch ohne das Anrecht auf den Titel “Sir”) war ohnehin schon fast berüchtigt für seine Dünnhäutigkeit auch im Bezug auf trivialpolitische Themen. Öffentliche Ärgernisse, die die Gesellschaft an den Abgrund zu führen drohten, gab es für ihn genug. Beispielhaft genannt seien hier seine Aversion gegen zersplitterte Fabrikfenster (samt Paper “Table of the Relative Frequency of the Causes of Breakage of Plate Glass Windows") und seine Abneigung gegen Straßenmusiker: “Es ist schwer abzuschätzen, wie groß das Elend und der absolute finanzielle Schaden sind, der zahlreichen Intellektuellen durch die Zeitverschwendung von Drehorgelspielern und ähnlichen Ärgernissen auferlegt wird.“ Auch das Kinderspiel des Reifentreibens war für ihn eine unverantwortliche Praxis direkt aus der Hölle, die zu Verletzungen bei Pferd und Reiter führte. Das ging auch seinen Peers aus der Politik zu weit, die Babbage in fortgeschrittenem Alter für seine Hass-Kampagnen gegen harmlose Spiele schließlich öffentlich rügten.

(Möchtegern-)Politiker, Küchen-Theologe, Metrologe

Doch zurück zu Babbage in seinen besten Jahren. Zwischenzeitlich hatte er nach mustergültiger Marx-Manier über die Organisationsstruktur von produzierender Industrie traktiert. Das "Babbage-Prinzip” beschrieb die ökonomischen Vorteile bei der strengen Aufteilung von nach erforderlicher Fähigkeit klassifizierter Arbeit auf Arbeitskräfte, die eben jene genau erfüllten. Kern seiner Ansicht war, die Ausfallzeiten durch Ausbildung und Krankheit samt Genesung zu minimieren. Er war zwar nicht der erste mit diesen Ansichten, aber erarbeitete sich doch einen Ruf – und beeinflusste damit später sogar erkennbar die marxistischen Ansichten zur Arbeitsteilung und Humankapital sowie die Great Exhibition, die erste Industrie-Weltausstellung der Welt.

Babbage-Plaketten an Londoner Hauswänden
Mit Babbage-Plaketten schmückt man seine Immobilien in London gerne. Hier sein Geburtshaus an der Kreuzung Larcom Street/Warworth Road, darüber sein langjähriges Wohnhaus in der 1 Dorset Street. (Bilder: Google Streetview, Montage: DM.)

Nach einigen spirituellen Abstechern in Richtung Buddhismus und einem scharfen Fokus auf den Industrialismus, bei dessen Hauptströmung ihm alles einen Tick zu langsam und inkonsequent vonstatten ging, zog Babbage sich vorerst aus einigen seiner institutionellen Verpflichtungen zurück und ließ Cambridge samt seinem prestigeträchtigen Lucasischen Mathematik-Lehrstuhl hinter sich, um sich auf die damals so noch nicht genannte Informationstechnologie und Metrologie (nicht zu verwechseln mit der Meteorologie) zu konzentrieren. Bester Beweis für Babbages Überzeugung von einer absoluten Messbarkeit der Natur: Die Bestrebung, alle Naturkonstanten eingeteilt in 19 Kategorien in einer umfassenden Enzyklopädie zu kompilieren. Klingt exzentrisch, ist aber für den nächsten Schritt auf dem Weg zu IT-Heldentum notwendig.

Die Vermessung der Welt 2.0

Denn wie bekommt man möglichst genaue Messungen auf die Reihe? Richtig, mit möglichst genauen Messinstrumenten. Beispielhaft dafür erfand Babbage das Ophthalmoskop, das allerdings damals noch keine Traktion gewann. Im Gegensatz zu diversen anderen Erfindungen: Durch fleißiges Networking in der Royal Society lernte Babbage schließlich Marc Brunel kennen, einen Ingenieur der britischen Eisenbahngesellschaft. Zusammen mit diesem begründete er mit Studien, dass die Zukunft des Schienenverkehrs der Breitspurbahn gehörte – und erfand Ende der 1830er-Jahre nebenbei noch den Schienenräumer (ugs. “Kuhfänger”) und einen Zugkraftmesser für Lokomotiven. Merke: Ohne Babbage wäre eventuell auch der uns heute bekannte Schienenverkehr auf der Strecke geblieben. Babbages Biographie stellt so manche Weiche, mit der man vorher nicht gerechnet hätte.

Überschrift
  • 2011 schlugen englische Forscher ein millionenschweres Projekt vor, um die Analytical Engine zu bauen. Die Maschine mit etwa 675 Bytes Speicher und 7 Hz Taktfrequenz soll bis zu Babbages 150. Todestag 2021 fertig werden.

  • Mechanische Computer werden wieder in: In verstrahlten oder sehr heißen Umgebungen setzt klassische Elektronik oft aus, zudem hat die Forschung dort durch Nanotech und elektromechanische Mikrosysteme große Fortschritte gemacht.

  • Babbages Gehirnhälften werden zur Zeit in zwei verschiedenen Londoner Museen ausgestellt.

  • Babbage ist eine wahre Genre-Ikone des Steampunk

  • Dinge, die Babbages Namen tragen:

    • Mondkrater “Babbage”
    • eine Lokomotive der britischen Bahn
    • das Gebäude der Informatik-Fakultät der Uni Plymouth
    • eine Programmiersprache für die GEC 4000 Serie
    • das Wissenschafts- und Tech-Blog des “Economist”
    • der Vorgänger der Gamestop-Kette hieß “Babbage”

♫ Ja, der (Krypto)Graf wollte nie ein Anachronismus sein ♫

So auch die folgende: Als wäre das alles noch nicht genug, fasste Babbage mit seinem mathematischen Genie und zahlreichen erwähnenswerten Errungenschaften auch noch Fuß in der Wissenschaft der Verschlüsselung – was allerdings erst weit nach seinem Tod in den 1980ern bekannt wurde. Mysteriös? Nein, denn Babbages Forschungen hatten hohen militärischen Wert und liefen daher unter strenger Geheimhaltung. Bereits 1845 wurde sein Interesse an dem Feld geweckt: Sein Neffe stellte ihm ein kryptographisches Rätsel mit Autokey-Vignère-Verschlüsselung, die zuvor schon Jahrhunderte als unknackbar galt. Damit löste Babbage nicht nur eine harte Kopfnuss, sondern knackte auch eine große Hürde der Kryptographie – musste diese aber wegen der enormen militärischen Relevanz für den Krimkrieg in den 1850er-Jahren unter Verschluss halten. Und so wurde die Autokey-Vignère-Entschlüsselung schließlich gut 100 Jahre fälschlicherweise Friedrich Kasiski zugeschrieben, einem preußischen Infanteristen. Na ja, eine zugeschriebene Errungenschaft weniger konnte Charles Babbage sicher verkraften.

“Universalgelehrt” – ein starkes Wort. Aber leider keines, das vor körperlichen Gebrechen schützt. Und so ging auch Charles Babbage schließlich den Weg von Otto Normal und verschied mit 79 Jahren an einer Niereninsuffizienz in Kombination mit einer Harnblaseninfektion. Im Gegensatz zu seinem Geburtsdatum und -ort sind diese Parameter bei seinem Dahinscheiden genau bekannt: Am 18. Oktober 1871 starb Charles Babbage in der Dorset Street 1 in London-Marylebone, wo er seit 40 Jahren wohnte und arbeitete. Die ihm angebotenen Ehrenwürden eines Ritters und Baronets schlug er zu Lebzeiten aus. Die hielt er für Bauernfängerei – und der Erfinder des Kuhfängers musste es ja wissen.