× 

Клод Элвуд Шеннон

родоначальник современных теорий информации и связи

Клод Шеннон родился в 1916 году и вырос в городе Гэйлорде штата Мичиган. Еще в детские годы Клод познакомился как с детальностью технических конструкций, так и с общностью математических принципов. Он постоянно возился с детекторными приемниками и радиоконструкторами, которые приносил ему отец, помощник судьи, и решал математические задачки и головоломки, которыми снабжала его старшая сестра Кэтрин, ставшая впоследствии профессором математики. Клод полюбил эти два мира, столь несхожие между собой, — технику и математику.

Будучи студентом Мичиганского университета, который он окончил в 1936 году, Клод специализировался одновременно и в математике, и в электротехнике. Эта двусторонность интересов и образования определила первый крупный успех, которого Клод Шеннон достиг в свои аспирантские годы в Массачусетском технологическом институте. В своей диссертации, защищенной в 1940 году, он доказал, что работу переключателей и реле в электрических схемах можно представить посредством алгебры, изобретенной в середине XIX века английским математиком Джорджем Булем. "Просто случилось так, что никто другой не был знаком с этими обеими областями одновременно!" — так скромно Шеннон объяснил причину своего открытия.

В наши дни совершенно излишне объяснять читателям компьютерного издания, что значит булева алгебра для современной схемотехники. В 1941 году 25-летний Клод Шеннон поступил на работу в Bell Laboratories. В годы войны он занимался разработкой криптографических систем, и позже это помогло ему открыть методы кодирования с коррекцией ошибок. А в свободное время он начал развивать идеи, которые потом вылились в теорию информации. Исходная цель Шеннона заключалась в улучшении передачи информации по телеграфному или телефонному каналу, находящемуся под воздействием электрических шумов. Он быстро пришел к выводу, что наилучшее решение проблемы заключается в более эффективной упаковке информации.

Но что же такое информация? Чем измерять ее количество? Шеннону пришлось ответить на эти вопросы еще до того, как он приступил к исследованиям пропускной способности каналов связи. В своих работах 1948-49 годов он определил количество информации через энтропию — величину, известную в термодинамике и статистической физике как мера разупорядоченности системы, а за единицу информации принял то, что впоследствии окрестили "битом", то есть выбор одного из двух равновероятных вариантов. Позже Шеннон любил рассказывать, что использовать энтропию ему посоветовал знаменитый математик Джон фон Нейман, который мотивировал свой совет тем, что мало кто из математиков и инженеров знает об энтропии, и это обеспечит Шеннону большое преимущество в неизбежных спорах. Шутка это или нет, но как трудно нам теперь представить, что всего полвека назад понятие "количество информации" еще нуждалось в строгом определении и что это определение могло вызвать какие-то споры.

На прочном фундаменте своего определения количества информации Клод Шеннон доказал удивительную теорему о пропускной способности зашумленных каналов связи. Во всей полноте эта теорема была опубликована в его работах 1957-61 годов и теперь носит его имя. В чем суть теоремы Шеннона? Всякий зашумленный канал связи характеризуется своей предельной скоростью передачи информации, называемой пределом Шеннона. При скоростях передачи выше этого предела неизбежны ошибки в передаваемой информации. Зато снизу к этому пределу можно подойти сколь угодно близко, обеспечивая соответствующим кодированием информации сколь угодно малую вероятность ошибки при любой зашумленности канала.

Эти идеи Шеннона оказались слишком провидческими и не смогли найти себе применения в годы медленной ламповой электроники. Но в наше время высокоскоростных микросхем они работают повсюду, где хранится, обрабатывается и передается информация: в компьютере и лазерном диске, в факсимильном аппарате и межпланетной станции. Мы не замечаем теорему Шеннона, как не замечаем воздух.

Кроме теории информации, неуемный Шеннон приложился во многих областях. Одним из первых он высказал мысль о том, что машины могут играть в игры и самообучаться. В 1950 году он сделал механическую мышку Тесей, дистанционно управляемую сложной электронной схемой. Эта мышка училась находить выход из лабиринта. В честь его изобретения IEEE учредил международный конкурс "микромышь", в котором до сих пор принимают участие тысячи студентов технических вузов. В те же 50-е годы Шеннон создал машину, которая "читала мысли" при игре в "монетку": человек загадывал "орел" или "решку", а машина отгадывала с вероятностью выше 50%, потому что человек никак не может избежать каких-либо закономерностей, которые машина может использовать.

В 1956 году Шеннон покинул Bell Labs и со следующего года стал профессором Массачусетского технологического института, откуда ушел на пенсию в 1978 году. В числе его студентов был, в частности, Марвин Мински и другие известные ученые, работавшие в области искусственного интеллекта.

Труды Шеннона, к которым с благоговением относятся деятели науки, столь же интересны и для специалистов, решающих сугубо прикладные задачи. Шеннон заложил основание и для современного кодирования с коррекцией ошибок, без которого не обходится сейчас ни один дисковод для жестких дисков или система потокового видео, и, возможно, многие продукты, которым еще только предстоит увидеть свет.

В МТИ и на пенсии им полностью завладело его давнее увлечение жонглированием. Шеннон построил несколько жонглирующих машин и даже создал общую теорию жонглирования, которая, впрочем, не помогла ему побить личный рекорд — жонглирование четырьмя мячиками. Еще он испытал свои силы в поэзии, а также разработал разнообразные модели биржи акций и опробовал их (по его словам — успешно) на собственных акциях.

Но с начала 60-х годов Шеннон не сделал в теории информации практически больше ничего. Это выглядело так, как будто ему всего за 20 лет надоела созданная им же теория. Такое явление — не редкость в мире науки, и в этом случае об ученом говорят одно слово: перегорел. Как лампочка, что ли? Мне кажется, более точным было бы сравнение ученых со звездами. Самые мощные звезды светят не долго, около ста миллионов лет, и кончают свою творческую жизнь вспышкой сверхновой, в процессе которой происходит нуклеосинтез: из водорода и гелия рождается вся таблица Менделеева. Мы с вами состоим из пепла этих звезд, и так же наша цивилизация состоит из продуктов быстрого сгорания самых мощных умов. Есть звезды второго типа: они горят ровно и долго и миллиарды лет дарят свет и тепло населенным планетам (по крайней мере, одной). Исследователи такого типа тоже очень нужны науке и человечеству: они сообщают цивилизации энергию развития. А звезды третьего сорта — красные и коричневые карлики — светят и греют чуть-чуть, лишь себе под нос. Таких ученых хватает, но в статье о Шенноне говорить о них просто неприлично.

В 1985 году Клод Шеннон и его жена Бетти неожиданно посетили Международный симпозиум по теории информации в английском городе Брайтоне. Почти целое поколение Шеннон не появлялся на конференциях, и поначалу его никто не узнал. Затем участники симпозиума начали перешептываться: вон тот скромный седой джентльмен — это Клод Элвуд Шеннон, тот самый! На банкете Шеннон сказал несколько слов, немного пожонглировал тремя (увы, только тремя) мячиками, а затем подписал сотни автографов ошеломленным инженерам и ученым, выстроившимся в длиннейшую очередь. Стоящие в очереди говорили, что испытывают такие же чувства, какие испытали бы физики, явись на их конференцию сам сэр Исаак Ньютон.

Клод Шеннон скончался в 2001 году в массачусетском доме для престарелых от болезни Альцгеймера на 84 году жизни.

× 

Джон фон Нейман

Создатель архитектуры современных компьютеров

Джон фон Нейман (1903 - 1957) родился в Будапеште в семье состоятельного венгерского банкира. Родители назвали его Яношем, в годы учёбы и работы в Швейцарии и Германии он именовал себя Иоганном, а после переезда в США (в 1930г.) - Джоном.

В 1933 г. в Принстоне (США) начал работу Институт перспективных исследований. Сотрудники института, исключительно профессора, ни перед кем не отчитывались и разрабатывали интересующие их проблемы, а институт финансировал их исследования. Фон Нейман был принят в институт в 1933 г., вслед за Альбертом Эйнштейном.

Во время Второй мировой войны американские учёные стали выполнять военные заказы. Фон Неймана привлекли к участию в наиболее секретном и крупном проекте "Манхэттен" - по созданию атомной бомбы.

Одновременно он познакомился с другим военным проектом - электронно-вычислительной машиной "ЭНИАК". Проанализировав конструкцию "ЭНИАК", фон Нейман пришёл к идее нового типа логической организации ЭВМ. С тех пор принцип хранимой программы (т. е. такой, которая хранится в запоминающем устройстве в числовой форме) остаётся основополагающим и, вероятно, никогда не будет поставлен под сомнение. Одна из ЭВМ - "ДЖОНИАК" (1954 г.), в проектировании которой фон Нейман принимал непосредственное участие (она и названа так в его честь), - сыграла решающую роль в обработке информации при создании водородной бомбы.

Крупнейшим научным достижением фон Неймана в послевоенный период стало построение теории автоматов. В 1952 г. в работе "Вероятностная логика и синтез надёжных организмов из ненадёжных элементов" он показал путь создания надёжных ЭВМ и других автоматов.

В 1954 г. фон Неймана назначили членом Комиссии по атомной энергии США, и весной 1955 г. он переехал из Принстона в Вашингтон. Через несколько месяцев врачи обнаружили у него костную форму рака. 8 февраля 1957 г. Джон фон Нейман безвременно завершил свой жизненный путь. Последняя книга, над которой работал фон Нейман, - "Вычислительная машина и мозг" - осталась незаконченной.

× 

Норберт Винер

отец кибернетики

Норберт Винер, завершил свой первый фундаментальный труд “Кибернетика” в возрасте 54 лет. Подобная выдержка замечательным образом характеризует вечно сомневающегося во всём большого учёного. Думаю, читатель сумеет по достоинству оценить степень “выстраданности” материалов, преподнесённых в самой известной книге Винера, если вспомнит первые главы биографии “отца кибернетики”.

Родители Норберта были выходцами из небольшого городка Белосток в Белоруссии. Слыли они людьми солидными и разумными, обладали достаточно высоким социальным статусом и немалым достатком. Семейство Винеров не стало дожидаться ни погромов, ни Первой Мировой, ни братоубийственной Гражданской. На исходе девятнадцатого столетия они покинули всё ещё внешне спокойную и вполне благополучную Россию, и перебрались в Штаты. Глава семейства, Лео Винер, вскоре устроился профессором на кафедре славянских языков и литературы в Гарвардском университете. Позже он прославится как ведущий специалист по вопросам языковой интерференции, и его внимание переключится на африканцев и индейцев, но в первые годы эмиграции среди высоколобых коллег он стал широко известен как переводчик на английский бессмертного разоблачительного труда Александра Радищева “Путешествие из Петербурга в Москву” и отец очаровательного карапуза.

Ребёнок, названный на американский манер Норбертом, появился на свет 26 ноября 1894 года. Сей факт был зафиксирован федеральными властями в книге приходов и расходов человеческих жизней округа Колумбия штата Миссури.

Лео с первых дней начал нервно суетиться вокруг сына, придирчиво наблюдая за его рефлексами, в естественном для всякого отца стремлении обнаружить явные признаки гениальности у своего чада. Практикующий профессор Винер обрушился на невинного ребёнка со всей непоколебимостью новейших учебно-воспитательных методик. Мальчик учился говорить и думать одновременно на нескольких языках, а читать начал едва ли не раньше, чем освоил нелёгкое искусство перемещения на своих двоих. В 4 года он уже был допущен к родительской библиотеке, а в 7 лет написал свой первый научный трактат по дарвинизму. Таким образом, напоминаю, между первой научной работой и первым публичным трудом случились почти полвека тягостных раздумий. Однако интересы юного гения не ограничивались вопросами биологии и происхождения рода человеческого. Он с одинаковым увлечением цитировал терцины Данте и лженаучные монологи сказочного Паганеля. Ему грезились глубины ада и населённые неведомыми существами таинственные земли в возрасте, когда нормальным детям снятся сладкие розовые петушки и первые буквы алфавита. Домашнее воспитание не прошло даром.

Норберт никогда по-настоящему не учился в средней школе. Зато 11 лет от роду он поступил в престижный Тафт-колледж, который закончил с отличием уже через три года. Половозрелые студенты посматривали на 14-летнего бакалавра с недоумением, граничащим с желанием немедленно дать по шее. Но юркий пухлый очкарик привычно вжимал непропорционально большую голову в узкие плечи и почти всегда умудрялся ускользнуть от своих недоброжелателей. Юному Норберту доставалось порой и в словесных перепалках. Гордую еврейскую фамилию Винер (по-немецки wiener - венец) не так-то просто носить по коридорам американского учебного заведения в тинейджерском возрасте. Прямолинейные янки во все времена не очень разбирались в тонких лингвистических нюансах, поэтому словом “wiener” они для краткости называли немецкие копчёные колбаски “wienerwurst”, а впоследствии придали этому слову и вовсе неприличное значение. Впрочем, Норберту (не смотря на заслуги папаши именно на ниве словесности) не было дела до языковых тонкостей. Он тихо бесился и обещался со временем отыграться на потомках злокозненных обидчиков.

Так, в забавах, незаметно пробегали дни, и к 18 годам Норберт Винер уже числился доктором философии по специальности “математическая логика” в Корнельском и Гарвардском университетах. В девятнадцатилетнем возрасте доктор Винер был приглашён на кафедру математики Массачусетского Технологического Института, “где он и прослужил до последних дней своей малоприметной жизни”. Так или примерно так можно было бы закончить биографическую статью об отце современной кибернетики. И всё сказанное было бы правдой, кабы не одна закавыка: если математику Винеру и удалось спрятаться от человечества, то спрятался он в тени собственной славы.

Отец развил в Норберте болезненную страсть к ученью. “Когда я переставал учиться хотя бы на минуту, мне казалось, что я перестаю дышать. Это было сродни тупому инстинкту”, - вспоминал Винер уже в старшем возрасте. Вскоре ассистенту профессора Н.Винеру удалось убедить кафедральное начальство направить его в Европу для “повышения квалификации”. И снова он учился. В Кембридже - у великого Рассела и чудаковатого Харди, в Геттингене - у дотошного Гильберта. Сказать “и был любимым учеником” мало, говорить же о соучастии в создании современной математики и банально, и неоправданно в то же время. Норберт взрослел, впервые в жизни он обрёл самостоятельность. Оказавшись недосягаемым для заботливой родительской длани, ему захотелось в одночасье наверстать упущенное за годы “одарённого детства” (его собственное выражение). Нет, он не пустился во все тяжкие. Отнюдь. Наш юноша был слишком стеснителен и неуклюж для романтических приключений. Винер позволил себе гораздо больший грех. Он усомнился в своём математическом призвании. Будущему “отцу кибернетики” пришлось попробовать свои силы в роли журналиста околоуниверситетской газетки, испытать себя на педагогическом поприще, прослужить пару месяцев инженером на заводе. При этом он параллельно посещал литературные кружки (где в те годы крутилось немало выходцев из России). Впрочем, довольно скоро Норберт разочаровался в попытках изменить судьбу и вернулся в Штаты, в стены родной кафедры. В Европе шла война, это мешало сосредоточиться.

Как-то Норберт Винер столкнулся с одним из своих студентов около университетского кампуса. Они перекинулись парой приветственных фраз и вскоре увлеклись обсуждением насущных математических проблем. По окончании беседы Винер виновато взглянул на студента и спросил: “Простите, а с какой стороны я пришёл сюда?” Студент почтительно указал направление. “Ага. Значит, я ещё не ел”, - с грустью констатировал профессор. Не совсем анекдот

Там, в МТИ, Винеру удалось “плодотворно переждать смутное время” между Первой и Второй Мировыми войнами. Пока вся Америка то трепетала в голодном отчаянии, то утешалась великодержавной эйфорией, “чистый учёный” делал своё дело. Он успел стать профессором Гарвардского, Корнельского, Колумбийского, Брауновского, Геттингенского и прочих университетов, получил в собственное безраздельное владение кафедру в Массачусетском институте, написал сотни статей по теории вероятностей и статистике, по рядам и интегралам Фурье, по теории потенциала и теории чисел, по обобщённому гармоническому анализу и прочее, и прочее. Это были счастливейшие годы в его жизни. Он был молод, полон творческих планов, талантлив и совершенно никому не известен. Его труды носили чисто академический характер и могли изумлять коллег, но ни коим образом не тревожили прочую часть человечества.

Всё изменилось с приходом Гитлера к власти в Германии. Винер не был таким уж отшельником, социальные проблемы волновали его не только с точки зрения математического моделирования. Волны еврейских эмигрантов, хлынувших в 30-е годы через океан в Новый Свет, принесли с собой затхлый запах смерти. Америка втягивалась в новую войну, на которую профессор пожелал быть призванным. Нет, он не ходил в атаки и даже не управлял радаром (как Дуг Энгельбарт), ему не было присвоено никакого армейского звания. Норберт Винер не покидал пределов собственной кафедры. Просто сместились акценты. Теперь основное внимание учёного было уделено построению детерминированных стохастических моделей по организации и управлению американскими силами противовоздушной обороны. Винер первым предложил отказаться от практики ведения огня по отдельным целям (что имело крайне низкий КПД в условиях реального боя батареи зенитных установок против эскадрильи вражеских самолётов). Он разработал новую действенную вероятностную модель управления силами ПВО. Задача была столь же сложна, сколь и интересна. И совершенно невыполнима, на первый взгляд, без применения сегодняшней компьютерной техники. Действительно, какая песня без баяна, какая ракета без самонаведения?

Но война закончилась. И военный термин “самонаведение” уступил дорогу мирному слову “самообучение”. С привычным азартом Винер делился теперь с коллегами наблюдениями из жизни микки маусов. История эта сегодня стала хрестоматийной и называется она так: “Мышь в лабиринте”. Действительно, если грызун (привычный к запутанным норам) попадает впервые в новый лабиринт, то ведёт себя следующим образом: тыркается во все дыры, запоминая неверные ходы и не повторяя их. Так, рано или поздно, он добирается до цели (кусочек сыра, вожделенная самка, дверь в иной мир и т.п.). Если же его выпустить в этот лабиринт ещё раз, он уже безошибочно пройдёт весь путь из пункта А в пункт В. Вывод? Мышь в лабиринте - пример самообучающейся системы. Оставалось создать (или хотя бы в деталях описать) эдакую искусственную мышь. За что Винер и взялся с присущим ему пылом.

Свои лекции профессор Норберт Винер обычно начинал с того, что снимал с носа очки, доставал из кармана носовой платок и шумно сморкался, потом пару минут обшаривал пространство в поисках мела, находил его, отворачивался спиной к аудитории и без предисловий записывал нечто на доске. Потом бормотал что-то вроде “неверно, всё неверно”, стирал и записывал снова. Всё это могло повторяться вплоть до окончания лекции. За пару минут до звонка, Винер произносил: “Вот! Тут мы на сегодня могли бы поставить точку!” Доставал платок, сморкался и, не глядя на аудиторию, удалялся из лекционного зала. Из воспоминаний известного физика С.К.Чена

“Кибернетика” Винера увидела свет в 1948 году. Она практически сразу была признана мировой научной общественностью “трудом из ряда вон…”, переведена на десятки языков, однако понимание величия этого творения пришло много позже. Читать “Кибернетику” трудно (впрочем, с этого я начал данный текст). Читателю нужно неплохо разбираться и в математической логике, и в нейрофизиологии, и в статистике, и в инженерии, и в философии, чтобы оценить её по достоинству. Фундаментальный труд? Ну и что? Я знаю очень многих хороших программистов, которые даже не держали “Кибернетику” в руках. Точнее так, я знаю очень немногих программистов, которые её в руках держали. Читали, так вообще единицы! Что такое “кибернетика”? Платон (казалось бы, случайно упомянутый выше) утверждал, что словом, похожим на это, финикийцы обозначали сложнейшую науку своего времени, науку судовождения. Если бы Платон и Винер могли встретиться не только на книжной полке, древний грек изменил бы собственное мнение (истина дороже!). По Винеру, кибернетика - это наука об управлении, связях и обработке информации в технике, живых организмах и человеческом обществе. Наука, позволяющая творить искусственный интеллект. Наука, позволяющая управлять искусственным интеллектом.

В спецхране можно было получить секретный отчёт Винера Правительству США по теории экстраполяции случайных последовательностей и процессов. Отчёт был издан в ярко-жёлтой обложке и среди математиков, имевших доступ к этому материалу и испытывавших немалые трудности при чтении этого отчета, получил название “жёлтой опасности”. Из воспоминаний профессора МГУ В.Тихомирова

Винер полагал очевидным, что многие концептуальные схемы, определяющие поведение живых организмов при решении конкретных задач, практически идентичны схемам, характеризующим процессы управления в сложных технических системах. Более того, он убедительно доказывал, что социальные модели управления и модели управления в экономике могут быть проанализированы на основе тех же общих положений, которые разработаны в области управления системами, созданными людьми. Эти идеи получили развитие в очередном “популярно-математическом” труде, известном в русском переводе как “Кибернетика и общество”. И хотя Винер совершенно искренне считал социальные науки “наихудшей областью для подтверждения законов кибернетики”, творцы коммунистической идеи надолго заперли его труды в спецхран, опасаясь именно “социально-политических последствий” проведения его идей в жизнь. Ситуация несколько улучшилась в 60-е годы, когда, сидя в тени транспаранта “Кибернетику - на службу коммунизму!”, просвещённый гомо-советикус, поражаясь собственной безграничной смелости, зачитывался “Понедельником” Стругацких. Что же до прочего мира, то Винера почитали как великого современника, осыпали его наградами, всячески требовали от него соучастия в развитии кибернетических идей. Совместно с Клодом Шенноном Винер заложил основы современной теории информации (кстати, слово “бит” - тоже их придумка). В лучах славы “отца кибернетики” могли греться целые академии. И тут, как показалось многим, “старик спятил”. Авторитетнейший Винер публикует подряд два произведения, роман “Искуситель” и философский трактат “Творец и Голем”, в которых недвусмысленно даёт понять человечеству, что не только напуган разбуженной им стихией “нечеловеческой мысли”, но и готов предложить свои услуги по изничтожению дьявольского творения.

За пару месяцев до смерти Норберт Винер был удостоен Золотой Медали Учёного, высшей награды для человека науки в Америке. На торжественном собрании, посвящённом этому событию, президент Джонсон произнёс: “Ваш вклад в науку на удивление универсален, ваш взгляд всегда был абсолютно оригинальным, вы потрясающее воплощение симбиоза чистого математика и прикладного учёного…” При этих словах Винер достал носовой платок и прочувственно высморкался.

Он тихо умер весной 64-го года в Стокгольме. Голем пережил своего Творца.

× 

Александр Харкевич

Выдающийся советский ученый в области электросвязи и электроаккустики, академик АН СССР Харкевич А.А. разработал методы исследования волновых процессов, а также спектральные методы акустики, радиотехники и теории колебаний.

Он - автор многих фундаментальных работ по теории информации и статической теории связи, впервые осуществил комплекс исследований, связанных с выяснением физической природы процессов передачи и переработки информации.

Профессору Харкевичу А.А. принадлежит первая попытка выйти за рамки теории Шеннона и дать количественную меру ценности информации.

Родился 3 февраля 1904 г. в Петербурге - умер 30 марта 1965 г. в Москве. Закончил электротехнический институт имени В.И. Ульянова (Ленина). Работал (1929-32) в Центральной радиолаборатории (Ленинград), преподавал в Ленинградских высших учебных заведениях, Львовском политехническом институте (1944-48), Московском электротехническом институте связи (1952-62). Проводил научно-исследовательскую работу в Физико-техническом институте (1941-44), Институте физики АН СССР (1948-52). С 1952 г. - в Институте проблем передачи информации АН СССР (Москва), с 1962 г. - его директор.

Основные работы - в теории и расчете электроакустических аппаратов, теории информации, в радиотехнике.

Харкевич А.А. - автор более, чем 100 научных работ, в том числе 10 монографий, его "Очерки общей теории связи" стали одной из фундаментальных работ в теории информации.

Источник "Украинская советская энциклопедия"

× 

Лебедев Сергей Алексеевич

Сергей Алексеевич Лебедев – основоположник компьютерной техники в СССР. Под его руководством были созданы 15 типов ЭВМ, начиная с ламповых и заканчивая суперкомпьютерами на интегральных схемах.

Сергей Алексеевич Лебедев родился 2 ноября 1902 г. в Нижнем Новгороде в семье учителей.

В 1945 г. Лебедев создал первую в стране электронную аналоговую вычислительную машину для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, которые часто встречаются в задачах, связанных с энергетикой.

Двоичная система также не осталась вне поля зрения учёного. Его жена, Алиса Григорьевна, вспоминает, как в первые месяцы войны по вечерам, когда Москва погружалась в темноту, муж уходил в ванную комнату и там при свете газовой горелки писал непонятные ей единицы и нолики.

В 1946 г. С.А. Лебедев был избран академиком НАН Украины и переехал в Киев. Он стал директором Института энергетики. Через год на базе этого института были созданы два - электротехники и теплоэнергетики. С.А. Лебедев был назначен директором Института электротехники.

4 января 1951 года специальной комиссии был продемонстрирован действующий макет электронной счетной машины.

25 декабря 1951 года началась регулярная эксплуатация первой в СССР ЭВМ. Называлась эта первая ЭВМ на территории континентальной Европы МЭСМ - Малая электронная счетно-решающая машина. В 1952-1953 годах МЭСМ была самой быстродействующей и практически единственной регулярно эксплуатируемой ЭВМ в Европе.

Основные параметры первой советской ЭВМ:

Система счета - двоичная с фиксированной запятой перед старшим разрядом.
Количество разрядов - 16 и еще один на знак.
Вид запоминающего устройства - на триггерных ячейках с возможностью использования магнитного барабана.
Емкость запоминающего устройства - 31 для чисел и 63 для команд.
Емкость функционального устройства - 31 для чисел и 63 для команд.
Производимые операции: сложение, вычитание, умножение, деление, сдвиг, сравнение с учетом знака, сравнение по абсолютной величине, передача управления, передача чисел с магнитного барабана, сложение команд, останов.
Система команд – трехадресная, команды длиной 20 двоичных разрядов (из них 4 разряда - код операции).
Арифметическое устройство - одно, универсальное, параллельного действия, на триггерных ячейках.
Система ввода чисел - последовательная.
Скорость работы - около 3000 операций в минуту.
Ввод исходных данных - с перфорационных карт или посредством набора кодов на штекерном коммутаторе.
Съем результатов - фотографирование или посредством электромеханического печатающего устройства.
Контроль - системой программирования.
Определение неисправностей - специальные тесты и перевод на ручную или полуавтоматическую работу.
Площадь помещения - 60 квадратных метров.
Количество электронных ламп - триодов около 3500, диодов 2500.
Потребляемая мощность - 25 КВт.

Среди ученых мира, современников Лебедева, нет человека, который подобно ему обладал бы столь мощным творческим потенциалом, чтобы охватить своей научной деятельностью период от создания первых ламповых ЭВМ, выполняющих лишь сотни и тысячи операций в секунду, до сверхбыстродействующих супер ЭВМ на полупроводниковых, а затем на интегральных схемах с производительностью до миллионов операций в секунду. Научная школа Лебедева, ставшая ведущей в бывшем СССР, по своим результатам успешно соперничала с известной американской фирмой IBM. Под его руководством были созданы и переданы для серийного выпуска 15 типов высокопроизводительных, наиболее сложных ЭВМ, каждая - новое слово в вычислительной технике, более производительная, более надежная и удобная в эксплуатации.

Ученый взял на себя самое главное и трудное в новой области техники - создание супер ЭВМ - наиболее сложного класса средств вычислительной техники. Причем и здесь сразу и безошибочно выбрал основное направление развития цифровых вычислительных машин этого класса - распараллеливание вычислительного процесса. Оно и сейчас остается главным в развитии супер ЭВМ.

× 

Френсис Крик & Джеймс Уотсон

Четыре буквы генетического кода перевернули мир ровно 50 лет назад

Начало этой истории можно принять за шутку. "А мы только что открыли секрет жизни!" – сказал один из двоих мужчин, вошедших в кембриджский Игл паб (Eagle pub) ровно 50 лет назад – 28 февраля 1953 года. И эти люди, работавшие в лаборатории неподалеку, нисколько не преувеличивали. Одного из них звали Френсис Крик (Francis Crick), а другого – Джеймс Уотсон (James Watson).

Уотсон и Крик открыли структуру дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) – вещества, которое содержит всю наследственную информацию. Через несколько месяцев после исторического заявления в пабе вышла осторожная публикация работы двух исследователей в журнале Nature (Watson J.D., Crick F.H.C. Molecular structure of nucleic acids // Nature. 1953. V. 171. P. 738-740). Статья заканчивалась предположением о том, что открытие структуры ДНК может объяснить механизмы копирования генетического материала.

К пятидесятым годам было известно, что ДНК – большая молекула, которая состоит из тысяч соединенных между собой в линию маленьких молекул четырех разных видов – нуклеотидов. Также ученые знали, что именно ДНК отвечает за хранение и передачу по наследству генетической информации, похожей на текст, написанный алфавитом из четырех букв. Неизвестными оставались пространственная структура этой молекулы и механизмы, по которым ДНК передается по наследству от клетки к клетке и от организма к организму.

В 1948 году Лайнус Полинг (Linus Pauling) открыл пространственную структуру других макромолекул – белков. Прикованный нефритом к постели Полинг несколько часов складывал бумагу, которой он пытался смоделировать конфигурацию белковой молекулы, и создал модель структуры, названной "альфа-спиралью".

По словам Уотсона, после этого открытия в их лаборатории была популярна гипотеза о спиральном строении ДНК. Уотсон и Крик сотрудничали с ведущими специалистами по рентгеноструктурному анализу, а Крик умел практически безошибочно обнаруживать признаки спирали на снимках, полученных таким способом.

Полинг тоже считал, что ДНК – спираль, причем, состоящая из трех нитей. Однако, он не мог объяснить ни природы такой структуры, ни механизмы самоудвоения ДНК для передачи дочерним клеткам.

Открытие двуспиральной структуры произошло после того, как Морис Уилкинс (Maurice Wilkins) тайно показал Уотсону и Крику рентгеновский снимок молекулы ДНК, сделанный его сотрудницей Розалинд Франклин (Rosalind Franklin). На этом снимке они четко узнали признаки спирали и направились в лабораторию, чтобы проверить все на объемной модели.

В лаборатории выяснилось, что мастерская не поставила необходимые для стереомодели металлические пластины, и Уотсон вырезал из картона четыре вида макетов нуклеотидов – гуанина (G), цитозина (C), тимина (T) и аденина (A) – и стал раскладывать их на столе. И тут он обнаружил, что аденин соединяется с тимином, а гуанин – с цитозином по принципу "ключ-замок". Именно таким образом соединяются между собой две нити спирали ДНК, то есть напротив тимина из одной нити всегда будет находиться аденин из другой, и ничто иное.

Такое расположение позволило объяснить механизмы копирования ДНК: две нити спирали расходятся, и к каждой из них достраивается из нуклеотидов точная копия ее бывшей "партнерши" по спирали. По такому же принципу, как с негатива в фотографии печатают позитив.

Очень печально сложилась судьба Розалинд Франклин. Уилкинс называл свою подчиненную исключительно "синим чулком" и находился с ней в постоянном конфликте. Хоть Франклин и не поддерживала гипотезу о спиральном строении ДНК, именно ее снимки сыграли решающую роль в открытии Уотсона и Крика. И, может, Полинг удостоился бы четвертой Нобелевской премии, если бы он смог увидеть эти снимки раньше, чем британские исследователи.

До премии, которую получили Уилкинс, Уотсон и Крик, Розалинд не дожила. Она скончалась от рака в 1958 году.

Очевидно, что открытие пространственной структуры ДНК совершило революцию в мире науки и повлекло за собой целый ряд новых открытий, без которых нельзя представить не только современную науку, но и современную жизнь в целом

В шестидесятых годах прошлого века предположение Уотсона и Крика о механизме репликации (удвоения) ДНК полностью подтвердилось. Кроме того, было показано, что в этом процессе принимает участие специальный белок – ДНК-полимераза.

Примерно в то же время было совершено другое важное открытие – генетический код. Как уже говорилось выше, ДНК содержит в себе информацию обо всем, что передается по наследству, в том числе о линейной структуре каждого белка в организме. Белки, как и ДНК, представляют длинные молекулярные цепочки из аминокислот. Этих аминокислот 20. Соответственно, было неясно каким образом "язык" ДНК, состоящий из четырехбуквенного алфавита переводятся на "язык" белков, где используется 20 "букв".

Оказалось, что сочетание из трех нуклеотидов ДНК четко соответствует одной из 20 аминокислот. И, таким образом "написанное" на ДНК однозначно переводится в белок.

В семидесятых годах появились еще два важнейших метода, основанные на открытии Уотсона и Крика. Это секвенирование и получение рекомбинатной ДНК. Секвенирование позволяет "прочитать" последовательность нуклеотидов в ДНК. Именно на этом методе основана вся программа "Геном человека".

Получение рекомбинантной ДНК по другому называют молекулярным клонированием. Суть этого метода заключается в том, что в молекулу ДНК встраивают фрагмент, содержащий определенный ген. Таким образом, например получают бактерии, которые содержат ген человеческого инсулина. Инсулин, полученный таким способом, называется рекомбинатным. Этим же методом созданы все "генетически модифицированные продукты".

Как ни парадоксально, репродуктивное клонирование, о котором сейчас все говорят, появилось раньше, чем была открыта структура ДНК. Понятно, что сейчас учеными, проводящие такие эксперименты, активно используются результаты открытия Уотсона и Крика. Но, изначально, метод не базировался на нем.

Следующим важным шагом науки стала разработка в восьмидесятых годах полимеразно-цепной реакции. Эта технология используется для быстрого "размножения" нужного фрагмента ДНК и уже нашла множество применений как в науке, так в медицине и технологии. В медицине с помощью ПЦР проводят быструю и точную диагностику вирусных заболеваний. Если в массе ДНК, полученной из анализа пациента, даже в минимальном количестве есть гены, принесенные вирусом, то с помощью ПЦР можно добиться их "размножения" и после этого легко идентифицировать.

Кроме того, что открытие Уотсона и Крика стало основой множества научных исследований, включая знаменитый проект "Геном человека", молекула ДНК оставила след в современной живописи, кинематографе, архитектуре.

× 

Говард Роберт Хорвиц

Не надо бояться делать что-либо новое

Говард Роберт ("Боб") Хорвиц родился в Чикаго 8 мая 1947 года. Его отец, Оскар Хорвиц, работал казначеем на одной из чикагских фирм, производящих тракторы, мать преподавала математику в школе. Благодаря родителям Боб с детства жил в мире цифр. "Цифры были друзьями отца", - вспоминал он позже. Когда Боб немного подрос, Оскар научил его различным математическим играм. Так с самого детства Боб был абсолютно убежден, что игры с цифрами - самое забавное и увлекательное занятие. Этому способствовал и общий настрой в семье: "... дома существовало убеждение, что обучение в целом, и особенно изучение предметов, связанных с наукой, - это развлечение и удовольствие". Боб серьезно решил стать математиком.

С экспериментальной биологией он впервые столкнулся в 14 лет, когда, участвуя в школьном научном соревновании, пробовал повторить менделианское распределение при наследовании признаков. Для этой цели он скрещивал плодовых мушек - дрозофил. Полигоном исследований служила мамина ванная, из которой та временно "выехала", чтобы не нарушать чистоту эксперимента. Вместо этого была нарушена чистота ванной. "Мушки летали по всему дому, - вспоминает с улыбкой Хорвиц. - Запах в ванной стоял отвратительнейший". Но главное - Бобу удалось показать, что классическое 3:1 и 9:3:3:1 работает, и он выиграл главный приз.

Последующие опыты не всегда были такими же удачными. Однажды, когда Боб с приятелем ловили насекомых в чикагском Парке Хумбольдта, их ограбили, в результате Хорвиц расстался с 39 центами и сачком для бабочек.

В дополнении ко всему, Боб находил школьные занятия по биологии "скорее скучными". Запах формальдегида - основное воспоминание тех лет. Так как у их классного учителя была аллергия на формальдегид, при работе с препаратами он выходил из класса. А Хорвиц с приятелем начинали новый тур "крестиков-ноликов".

В колледж при Массачусетском Технологическом Институте (Massachusetts Institute of Technology, MIT) он поступил, уже выбирая между карьерой математика и химика. Там Хорвиц участвует в выпусках студенческой газеты, а также в работе "студенческого правительства" MIT. Его основным предметом в колледже была теоретическая математика. Через три года, закончив курс математики, он решает остаться на четвертый год, чтобы изучить еще и экономику. "Учеба доставляла мне слишком много удовольствия," - так Хорвиц объясняет свое решение.

Первая дипломная работа, принесшая ему в 1968 году степень бакалавра по математике и экономике, была связана с математическим моделированием истощаемых ресурсов. Научным руководителем Хорвица был Роберт Солов (Robert Solow), впоследствии получивший Нобелевскую премию по экономике ("Не из-за моей работы," - утверждает с улыбкой Хорвиц).

Вскоре сосед по комнате, старшекурсник - биолог, убедил Хорвица, что современная биология - это не только пары формальдегида. Хорвиц записывается на вводный биологический курс, и через два месяца между ним и преподавателем курса Си Левенталем состоялся следующий диалог:

Хорвиц: - Мне кажется, мне было бы интересно изучать в Университете биологию, но я о ней ничего не знаю. К тому же я получил степень по математике и экономике. Скажите, я сумасшедший?
Левенталь: - У меня степень по физике и экономике, и сейчас я преподаю вам биологию!

И все же Хорвиц продолжал сомневаться. Как возможные варианты карьеры он рассматривал математику, экономику, бизнес, юриспруденцию, медицину и биологию. Как он утверждал после, на биологическое отделение Гарвардского Университета он поступил лишь потому, что знал о биологии меньше всего.

Хорвицу сразу повезло с учителями: в его первой в жизни лаборатории работали Джим Уотсон (один из первооткрывателей структуры ДНК, впоследствии - основатель и первый руководитель проекта "Геном Человека"), Уолли Джилберт (Wally Gilbert) и Клаус Вебер (Klaus Weber). "Синергизм в работе этих ученых был феноменальным, - вспоминает Хорвиц. - Джима отличала поразительная "биологическая интуиция", Уолли мог обнаружить скрытые недостатки в интерпретации результатов эксперимента, а Клаус точно знал, как заставить эксперимент "работать". Качество обучения, которое они предлагали, было выше всяких похвал".

Одна из основных причин, по которой Хорвиц увлекся биологией - стремление разгадать процессы высшей нервной деятельности. Как устройство и функционирование мозга определяет сознание - эта тема стала для Хорвица самой захватывающей. Работа, по которой он в 1974 году защитил свою докторскую диссертацию, была связана с изучением особенностей размножения бактериофага Т4 в клетках бактерии кишечной палочки (E. coli) и не слишком располагала к изучению нервной системы. Однако именно благодаря этим исследованиям Хорвиц страстно увлекся генетическими методами анализа, что определило направление его дальнейшей работы.

В том же 1974 году, узнав о новом проекте Сидни Бреннера (подробнее читайте здесь), Хорвиц направляет ему письмо с просьбой принять на работу. Как часто это случается, судьба помогла ему в дальнейшей карьере весьма странным образом. Выбирая из нескольких возможных вариантов, он спросил мнение женщины, с которой в то время жил, и которая, в отличие от него самого, бывала в Англии. Та уверила его, что Кембридж - прекрасное место для жизни. Когда же они вместе вышли из вагона, оказалось, что его подруга перепутала Кембридж с Оксфордом ... Но отступать уже было поздно.

Как и многие в то время, Хорвиц вначале не очень верил в возможность изучения механизмов сознания на такой примитивном животном, как червь C. elegans. Постепенно, однако, он осознал основную идею Бреннера: чтобы изучить комплексное явление, начать следует с возможно более простой модели. И Хорвиц вместе с другим постдоком, Джоном Салстоном, который в это время исследовал действие химических медиаторов нервной системы, приступили к детальному описанию морфологии червя, его клеточных линий и строения нервной системы. В результате именно C. elegans стал первым организмом, о строении и развитии которого до сих пор известно больше, чем о любом другом многоклеточном существе.

В ходе работ выяснилось, что одним из непременных атрибутов развития червя является гибель некоторых из его клеток, в том числе и в нервной системе. Происходит это явление с завидным постоянством, что дает основание говорить о внутренней обусловленности. Хорвиц ставит перед собой задачу обнаружить эти "внутренние причины" клеточной гибели (апоптоза).

Тут-то и пригодился опыт генетика, приобретенный им в Гарварде при изучении бактериофагов. Вскоре он выявляет несколько генов, мутации в которых приводят к нарушению апоптоза при эмбриональном развитии C. elegans. Причем оказывается, что гены одного семейства - CED (от C. Elegans Death) - имеют практически идентичные аналоги у большинства животных, в том числе у человека (у которого они носят название BCL- генов (от B-Cell Lymphoma, заболевание, где они были впервые обнаружены)). Все они прямо изменяют (некоторые - усиливают, другие - ослабляют) способность клеток к программированной гибели.

Явление апоптоза было замечено около полувека назад, а сам термин, означающий на греческом "опадание" (например, листьев осенью) ввел Y. Kerr в 1972 году [1]. Салстон, Хорвиц и Бреннер были одними из первых, продемонстрировавших важность апоптоза для нормального развития организма. Кроме того, Хорвиц открыл генетическую основу его регуляции и показал, что она похожа и у самых примитивных, и у высших животных. А так как изучение регуляции апоптоза важно для понимания и лечения множества болезней - от рака до аутоиммунных и дегенеративных заболеваний, награждение его Нобелевской премией более чем заслуженно.

Работа, проводимая сейчас под его руководством в MIT, фокусируется в основном на исследованиях генетической регуляции развития и поведения организмов. Кроме того, часть его группы (см. фото) занята исследованием причин генетически наследуемых заболеваний. Отец Хорвица умер от редкой наследственной болезни - Амиотрофного Латерального Склероза (АЛС), известного и как болезнь Лу Герига (Lou Gehrig's). Спустя годы сын разгадал причину одной из форм АЛС - мутацию в гене фермента Cu/Zn-супероксиддисмутазы.

Хорвиц является членом множества различных научных обществ, много путешествует и читает лекции по всему миру. Его экономическое образование также в итоге послужило на благо: как эксперта в биологии и экономике, правительство и Всемирная Организация Здравоохранения часто привлекают Хорвица для обоснования экономической выгоды от глобальных биологических проектов. Подобная миссия Нобелевскому лауреату не в тягость: он считает, что общество обязательно должно знать, что вложение денег в науку - занятие не только благородное, но и весьма выгодное.

Тридцать лет своей жизни Хорвиц отдал изучению генов, которые влияют на развитие 22-х клеток одной из частей репродуктивной системы C. elegans. Чтобы поддерживать необходимую для эксперимента температуру, В 70-х-80-х годах ему часто приходилось по целым дням сидеть в специальной "холодовой" - термоизолированной неотапливаемой комнате без окон. Кому-то такая работа показалась бы сущей пыткой. Для Хорвица же она - удовольствие.