ชาร์ลส์ แบบเบจ: ผู้ออกแบบเครื่องจักรที่มาก่อนกาลของคอมพิวเตอร์

Charles Babbage (1791–1871)

นักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษผู้ออกแบบ Difference Engine และ Analytical Engine ซึ่งถือเป็นต้นแบบทางความคิดของคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ แม้เครื่องจักรของเขาจะไม่เคยถูกสร้างสำเร็จในช่วงชีวิต แต่แนวคิดเบื้องหลังนั้นล้ำหน้าไปกว่าหนึ่งศตวรรษ

ชีวิตช่วงต้น

ชาร์ลส์ แบบเบจ เกิดที่กรุงลอนดอน โดยแหล่งข้อมูลส่วนใหญ่ระบุวันที่ 26 ธันวาคม ค.ศ. 1791 (แม้บางแหล่งจะระบุว่าทะเบียนการเกิดลงวันที่มกราคม 1792 จึงมีความคลาดเคลื่อนอยู่เล็กน้อย) เป็นบุตรของเบนจามิน แบบเบจ นายธนาคาร เขาได้รับการศึกษาแบบส่วนตัว รวมถึงที่โรงเรียนเอกชนในเอนฟิลด์ และศึกษาคณิตศาสตร์ด้วยตนเองเป็นส่วนใหญ่

ในปี 1810 แบบเบจเข้าศึกษาที่ Trinity College มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ก่อนย้ายไปที่ Peterhouse และสำเร็จการศึกษาในปี 1814 เขาเห็นว่าการเรียนการสอนคณิตศาสตร์ที่เคมบริดจ์ล้าสมัย โดยเฉพาะการยึดติดกับสัญกรณ์แคลคูลัสของนิวตัน และหันไปนิยมสัญกรณ์ของไลบ์นิซที่ใช้กันในยุโรปภาคพื้นทวีปแทน

Analytical Society

ในปี 1812 แบบเบจร่วมกับจอห์น เฮอร์เชล (John Herschel) และจอร์จ พีค็อก (George Peacock) ก่อตั้ง Analytical Society เพื่อส่งเสริมแคลคูลัสแบบภาคพื้นทวีปในอังกฤษ แบบเบจและเฮอร์เชลตีพิมพ์ Memoirs of the Analytical Society ในปี 1813 และกลุ่มนี้ยังแปลตำราแคลคูลัสของลาครัวซ์ (Lacroix) เป็นภาษาอังกฤษ ซึ่งมีส่วนช่วยเปลี่ยนทิศทางการสอนคณิตศาสตร์ของอังกฤษ

แบบเบจได้รับเลือกเป็นสมาชิก Royal Society ในปี 1816 และ Royal Society of Edinburgh ในปี 1820 และในปีเดียวกันนั้นเขาช่วยก่อตั้ง Royal Astronomical Society ในปี 1827 เขาได้รับตำแหน่ง Lucasian Professor of Mathematics ที่เคมบริดจ์ ซึ่งเป็นตำแหน่งเดียวกับที่ไอแซก นิวตันเคยดำรง แบบเบจอยู่ในตำแหน่งนี้นาน 12 ปีโดยไม่เคยสอนเลย

Difference Engine

แรงบันดาลใจของแบบเบจมาจากตารางลอการิทึมที่เต็มไปด้วยข้อผิดพลาด ซึ่งคำนวณและพิมพ์ด้วยมือ เขาจึงคิดสร้างเครื่องจักรกลที่คำนวณและพิมพ์ตารางตัวเลขได้โดยอัตโนมัติ เขาเริ่มสร้างเครื่องต้นแบบขนาดเล็กในปี 1819 และประกาศแนวคิดในปี 1822 ก่อนจะได้รับเหรียญทองในปี 1824 และเงินทุนจากรัฐบาลเพื่อสร้างเครื่องขนาดใหญ่

อย่างไรก็ตาม การก่อสร้างเกินงบประมาณและหยุดลงในปี 1834 เมื่อถึงเวลานั้นรัฐบาลลงทุนไปราว 17,000 ปอนด์ และแบบเบจลงทุนส่วนตัวอีกราว 6,000 ปอนด์ ความลังเลของรัฐบาลยืดเยื้อนานถึงแปดปี และในปี 1842 รัฐบาลของเซอร์โรเบิร์ต พีล (Peel) ตัดสินใจไม่สานต่อโครงการ แหล่งข้อมูลทางประวัติศาสตร์หลายแห่งมองว่าแบบเบจถูกปฏิบัติอย่างไม่เป็นธรรม

Analytical Engine

ภายในปี 1834 แบบเบจร่างแบบเครื่องจักรอเนกประสงค์ที่ทะเยอทะยานยิ่งกว่า คือ Analytical Engine ซึ่งมีส่วนประกอบหลักที่สอดคล้องกับคอมพิวเตอร์สมัยใหม่อย่างน่าทึ่ง ได้แก่ “store” ที่เก็บตัวเลข (เทียบได้กับหน่วยความจำ) “mill” ที่ทำการคำนวณ (เทียบได้กับหน่วยประมวลผล) ส่วนควบคุม และส่วนรับข้อมูลเข้า-ส่งผลลัพธ์ออก โดยควบคุมการทำงานด้วยบัตรเจาะรู (punched card) ซึ่งยืมแนวคิดมาจากเครื่องทอผ้าของฌาการ์ด (Jacquard)

หลังจากประสบการณ์ที่ไม่ราบรื่นกับ Difference Engine แบบเบจเลิกขอเงินสนับสนุนจากรัฐบาล และ Analytical Engine จึงไม่เคยถูกสร้างขึ้นในสมัยของเขา แม้คณะกรรมการของ British Association จะประเมินในเวลาต่อมาว่าแบบของเขาสร้างได้จริง และปัจจุบันมีการสร้างเครื่องจำลองของ Difference Engine ขึ้นมาแล้ว

Menabrea และ Ada Lovelace

แบบเบจเดินทางไปเมืองตูริน ประเทศอิตาลี เพื่อนำเสนอแนวคิดเรื่องเครื่องจักรของเขา ซึ่งหลุยจี เมนาเบรอา (Luigi Menabrea) นักคณิตศาสตร์ชาวอิตาลีได้สนทนากับเขา และตีพิมพ์คำอธิบายเกี่ยวกับเครื่องจักรนี้ในปี 1842 ต่อมาในปี 1843 เอดา เลิฟเลซ (Ada Lovelace) แปลบทความของเมนาเบรอาเป็นภาษาอังกฤษ และเพิ่มบันทึกประกอบที่ยาวกว่าต้นฉบับเสียอีก ในบันทึกเหล่านั้นมีโปรแกรมสำหรับคำนวณจำนวนแบร์นูลลี (Bernoulli numbers) ซึ่งหลายคนถือว่าเป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์แรกของโลก

ผลงานอื่น

นอกจากเครื่องจักรคำนวณแล้ว แบบเบจยังมีบทบาทสำคัญในวงการวิทยาศาสตร์อังกฤษ หลังจากตีพิมพ์ Reflections on the Decline of Science in England ในปี 1830 เขาร่วมก่อตั้ง British Association for the Advancement of Science ในปี 1831 หนังสือ On the Economy of Machinery and Manufactures (1834) ของเขาเสนอแนวคิดที่ถือเป็นต้นแบบของการวิจัยดำเนินงาน (operational research) และเขายังทดลองด้านแม่เหล็กร่วมกับเฮอร์เชลในปี 1825

The twilight of one's life

ชาร์ลส์ แบบเบจเสียชีวิตที่กรุงลอนดอนเมื่อวันที่ 18 ตุลาคม ค.ศ. 1871 ขณะอายุ 79 ปี

The Legacy He Left Behind

ในช่วงชีวิตของเขา แบบเบจถูกมองว่าเป็นนักประดิษฐ์ที่ล้มเหลวและสิ้นเปลืองเงินหลวง แต่เมื่อเวลาผ่านไป ประวัติศาสตร์ได้ให้การประเมินใหม่ แนวคิดของ Analytical Engine ที่แยกหน่วยความจำ หน่วยประมวลผล และโปรแกรมที่ป้อนผ่านบัตรออกจากกัน คือโครงสร้างพื้นฐานที่คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ยังคงใช้อยู่ ขณะที่โปรแกรมของเลิฟเลซก็ทำให้เครื่องจักรนี้มีที่ยืนในประวัติศาสตร์การเขียนโปรแกรมอย่างไม่อาจปฏิเสธได้ แบบเบจจึงได้รับการยกย่องจากคนรุ่นหลังว่าเป็นหนึ่งในผู้บุกเบิกที่มาก่อนกาลที่สุดของยุคคอมพิวเตอร์