Алан Тьюринг: математик, взломавший «Энигму» и создавший компьютер

Имя Алана Тьюринга звучит не так громко, как имена великих полководцев, но его влияние на историю просто колоссально. Этот британский математик работал с абстрактными формулами, секретными шифрами и машинами, которые в середине XX века казались фантастикой. Его открытия меняли ход войны и направление научного прогресса, хотя долгие годы оставались в тени из-за строжайшей секретности. По сути, без работ Тьюринга наш современный мир выглядел бы совершенно иначе. Без него не было бы ни компьютеров в их нынешнем виде, ни искусственного интеллекта, ни даже поисковых систем.

Рождение гения в семье британских аристократов

Родители Алана Мэтисона Тьюринга познакомились в Индии, где оба служили в британской колониальной администрации. Его отец, Юлиус Мэтисон Тьюринг, был потомственным шотландским аристократом и работал в Индийской гражданской службе. Мать, Сара Этель, происходила из семьи ирландских дворян. Первого сына супруги родили в Индии, но когда Сара ждала второго ребёнка, пара решила переехать в Англию. Там были лучшие условия для родов и, конечно, возможность дать детям качественное британское образование.

Алан Тьюринг родился 23 июня 1912 года в лондонском районе Мейда-Вэйл. При этом его родителям, как государственным служащим, приходилось регулярно возвращаться в Индию. Маленького Алана и его старшего брата на время таких отъездов оставляли на попечение близких друзей семьи. Эти люди, военные пенсионеры, стали для мальчиков почти родными бабушкой и дедушкой.

Признаки выдающихся способностей у юного Тьюринга обнаружились в раннем детстве. На это сразу обратили внимание преподаватели школы Святого Михаила в Гастингсе, куда мальчика приняли в шестилетнем возрасте. Он запоем читал энциклопедии, увлекался конструированием и математическими расчётами. Директриса школы даже писала родителям, что имеет дело с настоящим гением. В 13 лет Алана перевели в престижную частную школу Шерборн в графстве Дорсет.

Математический гений среди гуманитариев

Несмотря на выдающиеся способности, в Шерборне Алан чувствовал себя белой вороной. Одноклассники считали его чудаком и сторонились, а учителя открыто не одобряли его увлечение точными науками. Дело в том, что школа специализировалась на гуманитарном образовании — там готовили будущих юристов, политиков и дипломатов. Юный математический гений с его интересами был там явно не к месту.

Директор школы отправлял родителям Тьюринга гневные письма:

Юный Тьюринг демонстративно игнорировал предметы, которые казались ему скучными — латынь, историю, английскую литературу. Зато в математике ему не было равных ни среди сверстников, ни среди преподавателей. Например, в 16 лет он самостоятельно разобрался в работе Альберта Эйнштейна и даже экстраполировал из текста вопросы о законах Ньютона, которые Эйнштейн не высказал явно. Причём в его школе математический анализ даже не преподавали — Тьюринг изучал его исключительно по книгам.

Единственным близким другом Алана в школьные годы стал Кристофер Морком, который разделял его страсть к математике и науке. Ребята много времени проводили вместе, обсуждая научные проблемы и решая сложные задачи. Но в 1930 году Кристофер умер от туберкулёза. Смерть друга стала для Тьюринга сильнейшим ударом. Именно тогда он потерял веру в Бога и объявил себя атеистом. Школу юный гений закончил с большим трудом, потому что ненавистные гуманитарные предметы тянули общий балл вниз.

Кембридж: свобода для гения

Поступив в Кембриджский университет, в Кингс-колледж, Алан Тьюринг наконец смог полностью сосредоточиться на математике. В 1935 году, в возрасте 22 лет, он блестяще защитил диссертацию, посвящённую центральной предельной теореме теории вероятностей, и получил звание научного сотрудника колледжа. Эта престижная должность давала ему полную свободу для исследований.

Именно в этот период и родилась идея его знаменитой машины Тьюринга, которая впоследствии стала фундаментом всей теоретической информатики. Большинство математиков того времени опирались на привычную десятичную систему счисления и мыслили в категориях аналоговых вычислений. Тьюринг пошёл другим, революционным путём.

Машина, изменившая мир

Ученый предложил первую формализованную модель универсальных вычислений, основанную на двоичном принципе. Его машина не была физическим механизмом. Это была теоретическая конструкция, интеллектуальный эксперимент, призванный ответить на фундаментальные вопросы математической логики.

Главное открытие Тьюринга заключалось в том, что человек может не просто давать машине примитивные команды. Он может описывать ей сложную последовательность операций. Машина, в свою очередь, считывает символы с условной ленты, записывает новые и перемещается вдоль неё по заданным правилам. По сути, это были самые первые основы программирования.

Даже сегодня машина Тьюринга остаётся главным полигоном для исследований в теории алгоритмов. Её уникальность в том, что она теоретически способна вычислить всё, что только можно вычислить. А ведь именно в этом фундаментальный принцип всей компьютерной науки.

В сентябре 1936 года Тьюринг уехал в Принстонский университет в США для продолжения исследований. Там он защитил докторскую диссертацию под руководством выдающегося математика Алонзо Черча. В июне 1938 года учёный представил работу «Логические системы, основанные на ординалах», в которой значительно расширил возможности своей первоначальной модели. Теоретически такое устройство допускало бесчисленное количество применений. Но своё ключевое практическое значение эта идея обрела в годы Второй мировой войны. Именно тогда мир столкнулся с необходимостью взломать сложнейшие немецкие шифры.

Блетчли-парк: начало секретной миссии

В 1928 году немецкая армия получила на вооружение революционные шифровальные машины «Энигма». Расшифровать коды, которые создавали эти устройства, не мог никто в мире. В те времена немецкая криптография считалась абсолютно непробиваемой. Каждый раз, когда британские и американские специалисты приближались к разгадке, немецкие инженеры успевали усложнить механизм и увеличить количество возможных комбинаций. К началу войны «Энигма» имела астрономическое число возможных настроек — более 150 квинтиллионов вариантов.

В сентябре 1939 года, сразу после начала войны, Алана Тьюринга пригласили в сверхсекретный центр в Блетчли-парке. Там собрали лучших британских криптоаналитиков, математиков и лингвистов. Над взломом «Энигмы» работала элитная команда из более чем десяти тысяч человек, но именно вклад Тьюринга оказался решающим.

Тьюринг тщательно изучил опыт предшественников, включая работы польских криптографов, которые добились первых успехов в понимании принципов «Энигмы». На основе их наработок и собственных теоретических разработок он создал электромеханическое устройство, названное «Бомба» (Bombe) — в честь польской криптоаналитической машины «Бомба». Устройство Тьюринга было намного мощнее и могло перебирать возможные настройки роторов «Энигмы» с невероятной скоростью, используя логические уязвимости в немецких процедурах шифрования.

Как «Бомба» изменила ход войны

Первая рабочая «Бомба» была запущена в марте 1940 года. Она весила более тонны, содержала 108 барабанов, имитирующих роторы «Энигмы», и издавала характерный тикающий звук во время работы. К концу войны в Блетчли-парке работало уже более 200 таких машин, ежедневно расшифровывавших тысячи немецких сообщений.

Вклад Тьюринга и его команды в победу союзников невозможно переоценить. «Энигму» активно использовали немецкие подводники для шифрования координат конвоев и маршрутов патрулирования. Взлом этих кодов полностью лишил преимуществ немецкий подводный флот в Атлантике и Средиземном море. Позднее военные историки подсчитали, что новаторский метод дешифровки Тьюринга сократил Вторую мировую войну минимум на два года и спас миллионы жизней. Премьер-министр Уинстон Черчилль называл сотрудников Блетчли-парка «курами, несущими золотые яйца, но никогда не кудахтающими» — их работа была засекречена на десятилетия после войны.

От военной тайны к первому компьютеру

После окончания войны Алан Тьюринг не остановился на достигнутом. Его теоретические наработки требовали практического воплощения. В 1945 году он присоединился к Национальной физической лаборатории в Лондоне и начал работу над проектом ACE (Automatic Computing Engine — автоматическая вычислительная машина). Это был первый британский компьютер с хранимой в памяти программой. Эту революционную концепцию Тьюринг подробно описал ещё в 1936 году.

Проект ACE был представлен в 1946 году и содержал множество идей, опередивших своё время. Тьюринг предложил использовать иерархическую систему памяти с быстрым и медленным доступом, подпрограммы и библиотеки программного кода. Именно эти принципы лежат в основе современных компьютеров. К сожалению, реализация проекта затягивалась из-за бюрократических проволочек и недостатка финансирования.

Разочарованный медлительностью работ, в 1948 году Тьюринг перешёл в Манчестерский университет. Там он присоединился к команде, создававшей Manchester Mark 1 — один из первых в мире компьютеров с хранимой программой. В итоге ученый написал первые в истории программы для математических вычислений. А ещё он начал работу над программным обеспечением для игры в шахматы — эта задача давно его увлекала.

Спортсмен с марафонским темпом

Примечательно, что Тьюринг показывал выдающиеся результаты не только в науке. Он серьёзно занимался лёгкой атлетикой и регулярно участвовал в крупных соревнованиях по бегу на длинные дистанции.

Его лучший результат в марафоне составлял 2 часа 46 минут — время, близкое к олимпийским стандартам того времени. Например, в 1947 году во время забега Тьюринг обогнал серебряного призёра Олимпийских игр 1948 года Тома Ричардса. Коллеги вспоминали, что математик часто обдумывал научные проблемы именно во время тренировок.

Тест Тьюринга и предсказание эры искусственного интеллекта

В октябре 1950 года Алан Тьюринг опубликовал революционную научную статью «Вычислительные машины и разум» в философском журнале Mind. В ней он первым в истории серьёзно поставил вопрос: могут ли машины мыслить? Тьюринг предположил, что со временем интеллектуальные способности машин сравняются с человеческими, и предложил практический способ проверки этого — знаменитый «тест Тьюринга».

Суть теста проста: человек-экспериментатор ведёт текстовый диалог одновременно с человеком и с машиной, не зная, кто из них кто. Если экспериментатор не может надёжно определить, где машина, значит, она прошла тест и продемонстрировала разумное поведение, неотличимое от человеческого. Тьюринг даже предсказал, что к 2000 году компьютеры смогут обманывать около 30% судей в пятиминутном разговоре.

Кроме того, он писал, что бессмысленно пытаться создать сразу взрослый искусственный разум. Гораздо проще и эффективнее разработать программу с интеллектом младенца и затем обучить её до нужного уровня через опыт и взаимодействие с миром. Этим принципом машинного обучения пользуются все современные нейросети и системы искусственного интеллекта — от голосовых помощников до систем распознавания образов.

Преследование и трагический финал

Жизнь учёного пошла под откос в январе 1952 года. Алан Тьюринг стал жертвой квартирных воров — преступники, один из которых раньше бывал в гостях у знакомого математика, забрались в его дом в пригороде Манчестера и украли несколько вещей. Тьюринг не досчитался лишь предметов одежды, рыбацких снастей и старого армейского компаса. Но сам факт кражи обеспокоил учёного, имевшего доступ к государственным секретам, и он обратился в полицию.

Во время расследования полиция выяснила, что Тьюринг состоял в отношениях с 19-летним безработным Арнольдом Мюрреем, который и свел его с вором. На допросе математик откровенно признался в гомосексуальной связи, не понимая серьёзности последствий. А в 1952 году в Великобритании гомосексуальность считалась уголовным преступлением согласно закону 1885 года. Тьюринга обвинили в «грубой непристойности» и предали суду.

Учёному предложили выбор между двумя видами наказания: два года тюремного заключения или химическая кастрация с помощью гормональной терапии. Тьюринг выбрал второе, чтобы сохранить возможность продолжать научную работу. В течение года он был вынужден принимать большие дозы синтетического эстрогена. Это привело к серьёзным физическим изменениям, включая развитие гинекомастии. Кроме того, судимость лишила его допуска к секретным работам и фактически поставила крест на сотрудничестве с правительственными структурами.

8 июня 1954 года экономка нашла Алана Тьюринга мёртвым в его доме в Уилмслоу. Вскрытие показало, что учёный умер накануне от отравления цианистым калием. Рядом с кроватью на прикроватной тумбочке лежало надкушенное яблоко, но оно не было подвергнуто химическому анализу на наличие яда. Следствие пришло к выводу о самоубийстве, хотя прямых доказательств этого не было. Алану Тьюрингу было всего 41 год.

Друг учёного, писатель Алан Гарнер, позже предположил, что надкусанное яблоко могло быть отсылкой к любимой Тьюрингом сказке о Белоснежке. В ней героиня засыпает вечным сном после укуса отравленного плода. Мать математика до конца жизни настаивала, что смерть сына была несчастным случаем. Дело в том, что Тьюринг часто проводил химические эксперименты дома и мог случайно вдохнуть ядовитые пары. Тело учёного кремировали согласно его воле, а прах развеяли в саду крематория в Уокинге.

Посмертная реабилитация и признание заслуг

Десятилетиями имя Алана Тьюринга оставалось в тени из-за секретности его военных работ. Лишь в 1970-х годах, когда информацию о Блетчли-парке рассекретили, мир начал осознавать масштаб его вклада в победу над нацизмом. В 1966 году была учреждена премия Тьюринга — высшая награда в области информатики, аналог Нобелевской премии для специалистов по компьютерным наукам. Среди её лауреатов — создатель Всемирной паутины Тим Бернерс-Ли, изобретатель языка Java Джеймс Гослинг и многие другие выдающиеся учёные.

В сентябре 2009 года премьер-министр Великобритании Гордон Браун принёс официальные извинения от имени правительства за бесчеловечное обращение с Тьюрингом. В декабре 2013 года королева Елизавета II посмертно помиловала учёного, сняв с него все обвинения. В 2017 году был принят неофициальный «закон Тьюринга», который посмертно оправдал тысячи британцев, осуждённых за гомосексуальность по устаревшим законам.

Значение работ Алана Тьюринга для современной цивилизации невозможно переоценить. Учёный не только внёс решающий вклад в победу над нацистской Германией, сократив войну на годы и спася миллионы жизней, но и заложил теоретические основы всей компьютерной науки. Его машина Тьюринга остаётся фундаментальной моделью вычислений, его идеи о программируемых компьютерах воплотились в каждом современном устройстве, а его тест искусственного интеллекта продолжает оставаться важным критерием оценки разумности машин. Благодаря Тьюрингу человечество получило современные методы программирования, концепцию искусственного интеллекта и принципы машинного обучения.

Судьба Алана Тьюринга — трагический пример того, как гений может опередить своё время и изменить будущее всего человечества, так и не получив при жизни заслуженного признания. Более того, общество, которое он спас от фашизма, отплатило ему преследованиями и довело до гибели. Можно ли назвать Тьюринга главным архитектором цифровой эпохи, или его вклад — лишь одна из важных ступеней на пути развития технологий?

Смотрите также — Миллиардер, затворник, безумец: тайная жизнь Говарда Хьюза