Об искусстве чтения чужих писем

Юрий Полунов

В течение трех столетий ни ученые, ни историки, ни просто читающая публика не сомневались в том, что первую суммирующую машину с корончатыми колесами изобрел и изготовил Блез Паскаль, а суммирующую машину с зубчатыми колесами — Сэмюэл Морленд. Однако открытие, которое сделал в 1957 г. директор Кеплеровского научного центра в Штутгарте Франц Гаммер, заставило по-новому взглянуть на раннюю историю механической вычислительной техники.

Цепь событий, приведших доктора Гаммера к сенсационному результату, связана с именами Иоганна Кеплера, Леонарда Эйлера и… Екатерины II. Ибо именно Екатерина Великая по рекомендации действительно великого математика, механика и астронома Леонарда Эйлера распорядилась приобрести для российской Академии наук собрание рукописей Кеплера, которое после смерти ученого долгое время оставалось невостребованным, переходя от одного дилетанта к другому. Бесценные манускрипты (за которые, кстати, императорская казна расплатилась не деньгами, а ювелирными изделиями) были доставлены в Академию наук в июне 1774 г., в 1839 г. были переданы в Главную астрономическую обсерваторию в Пулкове, а незадолго до начала Великой Отечественной войны поступили на постоянное хранение в ленинградское отделение Архива АН СССР. Фотокопии этих рукописей, сохраненных для потомков заботами русских ученых и архивистов, послужили основой для 22-томного собрания сочинений Иоганна Кеплера, издание которого еще продолжается. История открытия доктора Гаммера напоминает завязку приключенческого романа, герои которого, сопоставив две отдельные части одного и того же документа, начинают поиск спрятанного клада.

Готовя к публикации очередной том собрания сочинений Кеплера, в котором предполагалось собрание его переписки за 1620-1630 гг., и систематизируя огромное число фотокопий писем ученого и его корреспондентов, Гаммер обнаружил фотокопию эскиза неизвестной ранее счетной машины. Однако описание машины к эскизу приложено не было, и лишь путем длительной и напряженной работы Францу Гаммеру удалось обнаружить его в письме к Кеплеру тюбингенского профессора Вильгельма Шиккарда (от 25 февраля 1624 г.).

Чертеж Кеплера

Ссылаясь на чертеж, Шиккард описывает внешний вид придуманной им счетной машины, которую он назвал “часами для счета”: “…ааа — верхние торцы вертикальных цилиндров, на боковых поверхностях которых нанесены таблицы умножения; цифры этих таблиц при необходимости могут наблюдаться в окнах bbb скользящих планок. К дискам ddd крепятся изнутри машины колеса с десятью зубьями, каждое из которых находится в таком зацеплении с себе подобным, что если любое правое колесо повернется десять раз, то находящееся слева от него колесо сделает один поворот, или если первое из упомянутых колес сделает 100 оборотов, третье слева колесо повернется один раз. Для того чтобы зубчатые колеса вращались в одном и том же направлении, необходимо иметь промежуточные колеса…

Цифры, которые имеются на каждом колесе, могут наблюдаться в отверстиях ссс среднего выступа. Наконец, на нижнем выступе имеются вращающиеся головки еее, служащие для записи чисел, которые появляются при вычислениях — они видны в отверстиях fff…”

Теперь стало более понятным другое письмо Шиккарда Кеплеру (от 20 сентября 1623 г.), на которое прежде исследователи обращали мало внимания. В нем Шиккард сообщал, что механически осуществил то, что Кеплер осуществляет алгебраически. Он сконструировал машину, состоящую из 11 полных (десятизубых. — Ю.П.) и 6 неполных (однозубых. — Ю.П.) колес, которая автоматически проделывает сложение и вычитание, умножение и деление. “Кеплер был бы приятно удивлен,- пишет Шиккард,- если бы увидел, как машина сама накапливает и переносит влево десяток или сотню, и как она отнимает то, что держит в уме при вычитании…”

Гаммеру удалось обнаружить в библиотеке Штутгарта еще один чернильный набросок машины Шиккарда и письменные указания механику Вильгельму Пфистеру, изготовлявшему машину. Следуя найденным Гаммером материалам, ученые Тюбингенского университета в начале 60-х годов построили действующую модель машины Шиккарда.

Действующая модель машины Шиккарда

Модель была десятичной, 6-разрядной. На каждой из 6 параллельных осей располагались гладкий диск с 10 отверстиями (установочное колесо, одно из отверстий которого, означавшее начало отсчета, метилось белой точкой), зубчатое (счетное) колесо с 10 зубьями, цилиндр с цифрами на боковой поверхности и однозубое колесо. Ниже этого ряда находился другой, состоящий из 5 параллельных осей, на каждой из которых сидела десятизубая шестеренка (триб). Она находилась в постоянном зацеплении с десятизубым колесом левого (старшего) разряда и могла поворачиваться однозубым колесом, находящимся справа.

Это однозубое колесо выполняло роль механизма передачи десятков, шестеренка же являлась промежуточным элементом, благодаря которому все счетные колеса вращались в одну сторону. Для работы с числами, чья сумма превышала миллион, Шиккард предлагал использовать предметное представление: каждая единица 7-го разряда отмечалась колечком, которое надевалось на палец левой руки.

Вычитание выполнялось вращением установочных колес в обратном направлении, т. к. механизм передачи десятков был реверсивным.

Кроме суммирующего механизма, в машине Шиккарда имелось множительное устройство, расположенное в верхней (вертикальной) части машины и представляющее собой так называемые неперовские палочки, свернутые в цилиндр (о них пойдет речь в одной из следующих статей).

Была ли построена машина Шиккарда при жизни ее изобретателя?

Из упоминавшегося письма Шиккарда от 25 февраля 1624 г. следует, что оба изготовленных экземпляра машины (один предназначался Кеплеру) сгорели во время трехдневного пожара: “…поэтому я пишу тебе, чтобы отвести душу, так как переживаю потерю очень тяжело и не имею времени быстро создать новую машину”. Таким образом, по-видимому, никто кроме Шиккарда и Пфистера не видел изготовленные машины, во всяком случае свидетельств их работоспособности не сохранилось. Однако все, что нам известно об ученом, не позволяет усомниться в его правдивости.

Вильгельм Шиккард, родившийся 22 апреля 1592 г. в небольшом городке Геренберг, был блестяще одаренным человеком. Уже в 17 лет он получил в Тюбингенском университете степень магистра, через два года стал бакалавром наук. Он оставался в университете до 1613 г., продолжая изучение теологии и восточных языков, а затем в течение четырех лет служил пастором и дьяконом в близлежащих городках.

В 1617 г. Шиккард вступает в переписку с Кеплером и рядом немецких, французских, итальянских и голландских ученых по вопросам астрономии. Кеплер, заметив в молодом теологе незаурядные математические способности, настоятельно советует ему обратиться к занятиям точными науками. Весьма вероятно, что именно по рекомендации Кеплера, остро ощущавшего необходимость разработки новых вычислительных средств, Шиккард начал изучать возможность механизации счетных операций.

В 1619 г. Шиккард возвращается в университет и становится профессором восточных языков, некоторые из которых он изучил самостоятельно, а в 1631 г. после смерти своего учителя Михаила Местлина занимает кафедру математики и астрономии.

Поражает широта интересов Шиккарда. Он был опытным механиком, картографом, гравером по дереву и металлу, проводил астрономические наблюдения, писал трактаты о семитских языках, астрономии, математике, оптике, метеорологии.

Остается только сожалеть, что такой замечательный изобретатель, как Шиккард, больше не возвращался к вопросам механизации счета.

В 1636 г. Шиккард и его семья погибли от холеры, а труды ученого были забыты в смутное время Тридцатилетней войны. Использовал ли Паскаль в своей “арифметической машине” идеи Шиккарда? На этот вопрос следует ответить отрицательно. Документы говорят о том, что никакие сведения о “часах для счета” не дошли до научных кругов Парижа и, следовательно, Паскаль был полностью независим в своем изобретении. Некоторые элементы (в частности, способ ввода чисел в машину) у Шиккарда и Паскаля в принципе идентичны, однако основной узел машины — механизм передачи десятков — выполнен у Шиккарда значительно проще и надежней. Впоследствии шиккардовский способ передачи был вновь изобретен Сэмюэлом Морлендом; он встречается в счетных машинах значительно чаще, нежели паскалевский.

Из цикла статей напечатанных в журнале “Подводная лодка”, опубликованных в 1998-1999 году.
Статья опубликована в журнале “Подводная лодка” № 3, 1998 г.
Перепечатывается с разрешения автора

Статья помещена в музей 29.04.2008 года