Utente:Rosaraiola/Sandbox

La cattedrale di Turing
Titolo originale	Turing's Cathedral
Autore	George Dyson
Genere	saggio
Sottogenere	informatica
Lingua originale	inglese

La cattedrale di Turing, le origini dell’universo digitale è un saggio scritto da George Dyson nel 2012, edito da Codice Edizioni e tradotto in lingua italiana da Stefania De Franco e Gaia Seller.

«Pur essendo impossibile prevedere dove vada l’universo digitale, è tuttavia possibile capire il modo in cui ebbe inizio»

(George Dyson, La cattedrale di Turing)

George Dyson, celebre divulgatore scientifico statunitense nato nel 1953, si prefigge di riportare, mediante la ricostruzione di un percorso biografico e storiografico, la storia di coloro le cui menti, guidate dall’intuizione e dall’ingegno, danno vita all’universo digitale, e del loro capostipite, Alan Turing, cambiando per sempre la storia dell’umanità.

Oltre al matematico inglese, Dyson decide di raccontare la storia di John von Neumann e dei collaboratori i quali, pur essendone indiscutibili i contribuiti e le difficoltà in cui si trovano ad operare, non ricevono, però, le stesse attenzioni storiografiche di Turing. Pertanto, lo scrittore veste i panni di un abile storico che cerca di tributare loro il dovuto omaggio, non solo citandoli per nome ma descrivendo, altresì, le partecipazioni di ciascuno di essi alla straordinaria avventura di Princeton. Il titolo, non a caso, rivela come la nascita del computer sia in realtà il prodotto di un lavoro collettivo, realizzato da personaggi tanto geniali quanto, purtroppo, ignoti: proprio come accade nella costruzione delle cattedrali, grazie a cui l’architetto riscuote maggior successo rispetto agli artigiani che invece restano nell'anonimato, lo stesso accade nel periodo successivo alla seconda guerra mondiale. Il libro si compone di 18 capitoli, ciascuno dei quali riporta la storia di questi brillanti personaggi e del loro lavoro svolto a Princeton.

1953

Il primo capitolo inizia col descrivere il luogo in cui l’Institute for Advanced Study (IAS) risiede: si tratta inizialmente di un basso fabbricato in mattoni in fondo ad una fattoria, l’Olden Lane, a Princeton, e divenuta successivamente una prestigiosa università in grado di ospitare ‘ingombranti’ macchinari costruiti e programmati da matematici ed ingegneri. Verso la fine del 1945, il matematico John von Neumann organizza un ristretto gruppo di ingegneri per cominciare a progettare, a costruire ed a programmare un calcolatore elettronico digitale, il quale non è che un’implementazione fisica di un concetto teorico già elaborato nel 1936 da Alan Turing. Il capitolo precisa le motivazioni di tutto questo: la pura ricerca si trasforma ben presto nel luogo di un progetto terribile e largamente dettato da esigenze immediate: dapprima, vincere la guerra e, successivamente, permettere alla potenza americana, nel secondo dopoguerra, di sovrastare, militarmente e tecnologicamente, quella sovietica in vista di un conflitto freddo, mediante la disposizione di macchine calcolatrici in grado di progettare e creare armi nucleari potenzialmente distruttive, ma non solo. Nel 1953, infatti, Dyson precisa che sono tre le rivoluzioni tecnologiche che hanno inizio: non solo le armi termonucleari e i computer a programma memorizzato ma anche la spiegazione di come la vita immagazzini le proprie informazioni sotto forma di sequenze di DNA.

Olden Farm

Il secondo capitolo racconta dell’importante ruolo storico rivestito dall'Olden Farm, situata nell'odierna Princeton, nel rappresentare un sanguinoso teatro di battaglia (che vede contrapposti americani e coloni inglesi durante la prima rivoluzione americana, a cui fa seguito la vittoria dei primi), e che vive indisturbata fino all’ arrivo dei matematici i quali cominciano a lavorare per la rivoluzione seguente.

Il circolo di Veblen

Il terzo capitolo racconta di Thorstein Veblen, economista e sociologo statunitense, la cui opera principale è La teoria della classe agiata (1899). In questa opera, egli non solo contrappone la classe benestante a quella industriale sottolineando l’inutilità della prima, ma, analogamente, afferma anche la profonda differenza esistente tra la cultura umanistica, che rappresenta un sapere fine a se stesso, e cultura tecnologica che, invece, rappresenta il sapere vero, in quanto finalizzata al sapere produttivo. Una volta ottenuta l’assunzione a Princeton, Veblen sfrutta la passione di tiro e l’introduzione dei cannoni a retrocarica per aumentarne la precisione e, basandosi sui dati ottenuti e rilevati, usa un modello matematico per elaborare una tavola di tiro completa.Inoltre, Veblen si occupa anche di reclutare nuovi collaboratori tra cui Norbert Wiener ed i fratelli Flexner. Quando Henry Burchand Fine fonda la Fine Hall nel 1931, edificio dell’Università di Princeton che ospita il Dipartimento di matematica, Veblen è nominato titolare della cattedra di matematica.

Neumann János

Il quarto capitolo si concentra sull’eminente figura di John von Neumann il quale è un matematico, fisico e informatico ungherese naturalizzato statunitense. Egli è considerato come uno dei più grandi matematici della storia moderna ed a lui si devono contributi fondamentali in numerosi campi come la teoria degli insiemi, analisi funzionale, topologia, fisica quantistica, economia, informatica, teoria dei giochi, fluidodinamica e in molti altri settori della matematica. Nel 1944 viene a conoscenza da un suo collega, Herman Goldstein, anche lui impegnato nel Progetto Manhattan, dei tentativi effettuati presso il laboratorio balistico di costruire una macchina capace di effettuare trecento operazioni al secondo. Von Neumann ne è colpito. Successivamente partecipa e coordina la realizzazione dell’ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), originariamente chiamato MANIAC, presso il Ballistic Research Laboratory, costruita da Prosper Eckert e John Mauchly.Questo primordiale computer è utile nei calcoli balistici, meteorologici o sulle reazioni nucleari, ma si rivela una macchina limitata, in quanto quasi priva di memoria e che esegue solo operazioni predeterminate. Per migliorarla si rivela utile e necessaria l'intuizione di Alan Turing di cui parla nel suo articolo sui numeri computabili, cioè quella che consiste nel permettere al computer (l'hardware) di eseguire istruzioni codificate in un programma (software) inseribile e modificabile dall'esterno, intuizione che fonda le basi della stragrande maggioranza dei computer odierni. Nel 1945 von Neumann pubblica come frutto di questi studi il First Draft of a Report on the Edvac. L'EDVAC (Electronic Discrete Variables Automatic Computer) è la prima macchina digitale programmabile tramite un software basata su quella che è poi definita l'architettura di von Neumann. Il merito dell'invenzione, oltre che allo scienziato ungherese, è chiaro che vada anche al matematico londinese, il quale elabora un computer programmabile, ma è da attribuirsi anche a Eckert e Mauchly per la costruzione, nonostante la rivendicazione di questi ultimi del merito del progetto in seguito alla pubblicazione legale dell’EDVAC che invalida qualsiasi brevetto non depositato entro un anno. Von Neumann ricopre un ruolo fondamentale nel Progetto Manhattan per la costruzione della bomba atomica ed è lui stesso a suggerire come condurre al massimo le potenzialità distruttive della bomba atomica. La sua teoria dei giochi è utilizzata in questo contesto per studiare e ipotizzare tutti i possibili scenari bellici che si possono sviluppare in seguito a certe decisioni. John von Neumann è una delle menti più brillanti e straordinarie del secolo scorso e le sue capacità gli permettono di apportare contributi significativi in molti campi della ricerca, dalla matematica alla statistica, dalla meccanica quantistica alla cibernetica, dall'economia all'evoluzione biologica, dalla teoria dei giochi all'intelligenza artificiale. Johnny, come lo chiamano i suoi colleghi americani, è anche un grande amante della vita, e accanto alla personalità geniale, convive l'altro volto dello scienziato serioso.

MANIAC

Il quinto capitolo si occupa di riportare il contributo di Zvorykin, un ingegnere russo naturalizzato statunitense, pioniere della tecnologia alla base della televisione.Egli contribuisce anche a regalare al mondo il tubo fotomoltiplicatore ed il microscopio elettronico dopo essere stato messo a capo dei laboratori di ricerca della RCA (Residential College Advisers) nel 1941. Zvorykin afferma che lo sviluppo dell’elettronica è diviso in tre fasi: la prima fase con l’invenzione dell’audion, la seconda con il tubo catodico e la terza con dispositivi come il microscopio elettronico ed il cinescopio. Insieme al suo protetto Jan Rajchman, Zvorykin lancia anche la quarta fase dell’evoluzione delle valvole termoioniche quando è chiesto loro dal colonnello Simon di creare qualcosa in grado di colpire aerei in movimento effettuando calcoli in tempo reale. Il computron ed il selectron contribuiscono alla realizzazione dello scopo.

Fuld 219

Il sesto capitolo descrive la figura di Kurt Gödel, noto soprattutto per i suoi lavori sull'incompletezza delle teorie matematiche. Nel 1933, invitato da John von Neumann e Oswald Veblen, si trasferisce negli Stati Uniti, dove per un anno è membro dell'Institute for Advanced Study (IAS) di Princeton. Torna nuovamente all'Institute for Advanced Study, nella stanza Fuld 217 , dove rimarrà fino alla fine della sua vita. Gödel contribuisce a delineare la strada per la rivoluzione digitale mediante il tentativo di estendere i suoi risultati a una soluzione più generale dell’Entscheidungsproblem di Hilbert attraverso i celebri Teoremi di incompletezza che da lui prendono il nome, secondo i quali: ogni assioma consistente in grado di descrivere l'aritmetica dei numeri interi è dotato di proposizioni che non possono essere dimostrate né confutate sulla base degli assiomi di partenza. Pertanto, se un sistema formale è privo di contraddizioni ed è logicamente coerente, la sua non contraddittorietà non può essere dimostrata stando all'interno del sistema logico stesso. Pertanto, mentre David Hilbert chiede di trovare un linguaggio matematico che possa provare da solo la propria coerenza, Gödel, d’altro lato, dimostra che la coerenza di un sistema è tale proprio perché non può essere dimostrata. Anche se molti studiosi ritengono che il suo teorema abbia definitivamente distrutto la possibilità di accedere a verità matematiche assolute, Gödel invece insiste sulla consistenza dei sistemi logici, da lui sempre considerati come funzioni reali dotati di pieno valore ontologico, e spiega che la presenza di un enunciato che affermi di essere indimostrabile all'interno di un sistema formale significa appunto che esso è vero, dato che non può essere effettivamente dimostrato. John von Neumann intuisce fin da subito la genialità di Gödel. Grazie alle sue teorie ed alle sue riflessioni, l’architettura logica del calcolatore dello IAS è formulata nella stanza Fuld 219 (da qui il titolo del capitolo).

6J6

Il settimo capitolo descrive Julian Bigelow, considerato il pionere- ingegnere del computer. Insieme a Norbert Wiener, si concentra sul problema del controllo del tiro delle batterie antiaeree, uno dei problemi più complessi per la scienza balistica durante la seconda guerra mondiale. Con la teoria del moto browniano ripresa da Wiener e l’esperienza di Bigelow come pilota, concludono che lo spazio delle traiettorie possibili è limitato dall’inviluppo del volo dell’aereo e dai limiti fisici dell’essere umano alla guida. Bigelow osserva come i voli siano composti sempre la curve e non da linee rette e come l’estrapolazione lineare di una traiettoria sarebbe in grado di individuare il punto in cui l’aeroplano non si troverebbe in un dato momento futuro. Successivamente Bigelow compila la lista dei 14 precetti in grado di portare al massimo le prestazioni dell’addetto alla contraerea.

V40

L’ottavo capitolo si occupa di descrivere il funzionamento del MANIAC la cui architettura logica è opera di Burks, Goldstine e von Neumann. Esso somiglia ad un motore turbo V40, altro 2 metri e largo 60 centimetri e lungo 2 metri e mezzo. Pesa 450 chili, il basamento ha 20 cilindri su entrambi i lati, ciascuno con un tubo di memoria da 1024 bit al posto del pistone. Il corpo principale del calcolatore contiene i registri di memoria, gli accumulatori, i registri aritmetici ed il controllo centrale.

Ciclogenesi

Il nono capitolo spiega come la meteorologia entra a far parte del progetto del calcolatore fin dal principio grazie al lavoro svolto da personaggi come Richardson, Thompson e Charney. Quest’ultimo risolve uno dei problemi rilevati da Thompson attraverso la formulazione di equazioni le cui soluzioni non siano più instabili del clima stesso. Charney ed i suoi collaboratori scelgono il Giorno del Ringraziamento per calibrare le previsioni, giorno in cui avviene una tempesta che miete 300 vittime, pertanto quella tempesta rappresenta l’evento perfetto per sperimentare la previsione della ciclogenesi. Nel 1953 l’ufficio meteorologico, l’aeronautica e la marina si accordano per creare un reparto congiunto per le previsioni meteorologiche numeriche di Charney con l’obiettivo di creare una teoria del clima fisica, ossia ottenere una previsione infinita.

Monte Carlo

Il capitolo decimo racconta dell’applicazione del metodo Monte Carlo che rappresenta un insieme di metodi computazionali basati sul campionamento casuale per ottenere risultati numerici. Risulta un metodo per nulla fallimentare, in grado di superare i problemi computazionali. Le sue origini risalgono al Progetto Manhattan. Il nome Monte Carlo è inventato da Nicholas Metropolis, (l’algoritmo di Metropolis), in riferimento al noto casinò situato a Monte Carlo, nel Principato di Monaco, in cui vige l'uso di tecniche basate sulla selezione di numeri casuali. L'algoritmo Monte Carlo è un metodo numerico che viene tuttora utilizzato per trovare le soluzioni di problemi matematici e per l’effettuazione di calcoli non risolvibili facilmente come il calcolo integrale. Tale metodo inaugura una nuova branca della fisica matematica in quanto esamina per la prima volta il comportamento individuale e probabilistico di un numero arbitrariamente grande di singoli soggetti ed è più vicino al funzionamento reale dell’universo fisico rispetto alla fisica classica ed alla meccanica statistica.

I demoni di Ulam

L’undicesimo capitolo si concentra sulla figura di Stan Ulam, un matematico polacco che partecipa al progetto Manhattan proponendo il progetto Teller–Ulam per le armi nucleari. Nel laboratorio di Los Alamos suggerisce il metodo Monte Carlo per la soluzione di complicati integrali presenti nella teoria delle reazioni nucleari. Ulam, che si adopera per la parte dei calcoli, mostra che il modello della bomba ad idrogeno proposto da Edward Teller non è del tutto esatto in quanto rivolge maggiormente la sua attenzione alla superbomba classica quando è necessario riconoscere l’importanza dell’effettuazione dei calcoli, della fisica generale dei processi e la pianificazione ingegneristica che riducono il rischio di commettere errori.

L'universo di Barricelli

Il capitolo dodicesimo racconta del contributo al grande progetto di Nils Aall Barricelli, un matematico italo-norvegese che entra a far parte dell’équipe descritta e i cui esperimenti riguardano soprattutto la ricerca sulla vita artificiale, la fisica teorica e la notazione matematica. Dyson racconta come Barricelli fornisca la miglior risposta ai diffamatori dell’evoluzionismo. Egli costruisce, infatti, un modello matematico che spiega che l’evoluzione è un meccanismo intelligente di per sé, è un processo che obbedisce a precise leggi matematiche, negando in maniera assoluta le teoria evoluzionista darwiniana. Egli inoltre ritiene che la logica dei processi biomolecolari e quella dei computer digitali vadano nella stessa direzione. Mentre Watson e Crick scoprono la doppia elica nel 1953, Barricelli e Neumann realizzano sia la prima primitiva decodifica genetica e sia la prima codifica del linguaggio dei computer.

La cattedrale di Turing

Il tredicesimo capitolo riporta il grande lavoro del capostipite dell’équipe di Princeton: Alan Turing. A soli 24 anni progetta la famosa Macchina universale, apparecchio potenzialmente in grado di imitare il comportamento di qualsiasi altra macchina, da qui l’aggettivo universale. Tutto o quasi deve essere codificato in forma di stringhe composte da 1 e 0 (sistema di numerazione binaria). Oggi tutto il sistema di software o hardware segue questo percorso. Oltretutto, grazie a lui, il mondo si avvia verso la fine del secondo conflitto mondiale, nonostante il mancato riconoscimento dei meriti da parte del governo inglese. Soltanto nel 2009 il ministro Gordon Brown decide di scusarsi con il matematico pubblicamente, ricordando le strazianti terapie ormonali imposte a Turing al fine di ‘curare’ la sua omosessualità. Durante la seconda guerra mondiale, Turing mette le sue capacità matematiche al servizio del governo inglese per decifrare i codici usati nelle comunicazioni tedesche, criptate tramite il cosiddetto sistema Enigma, progettato da Arthur Scherbius. Esso si rivela un compito particolarmente difficile in quanto i tedeschi sviluppano un tipo di computer che è capace di generare un codice che muta costantemente. Dopo questo contributo fondamentale allo sforzo bellico, finita la guerra, Turing continua la ricerca nel mondo del digitale. Trasferitosi alla Princeton University, dunque, il grande matematico inizia ad esplorare quella che poi viene definita come la "Macchina di Turing", un primitivo e primordiale "prototipo" del moderno computer. L'intuizione geniale di Turing è quella di frammentare l'istruzione da fornire alla macchina in una serie di altre semplici istruzioni, nella convinzione che si possa sviluppare un algoritmo per ogni problema.Lavora nello sviluppo all'Automatic Computing Engine" (ACE), uno dei primi tentativi nel creare un vero computer digitale. E’ in questo periodo che inizia ad esplorare la relazione tra i computer e la natura umana; Turing, infatti, crede che si possano creare macchine che siano capaci di simulare i processi del cervello umano, sorretto dalla convinzione che non ci sia nulla, in teoria, che un cervello artificiale non possa fare, esattamente come quello umano, teoria che fermamente sostiene nel celebre Test di Turing. Questo test consiste in una sorta di esperimento e prevede che una persona, chiusa in una stanza e senza avere alcuna conoscenza dell'interlocutore con cui sta parlando, dialoghi sia con un altro essere umano che con una macchina intelligente. Se il soggetto in questione non riesce a distinguere l'uno dall'altra, allora si potrebbe dire che la macchina, in qualche modo, è intelligente. Pertanto è chiara l’anticipazione alla intelligenza artificiale. Turing muore suicida, appena quarantenne, il 7 giugno 1954.

Sogni da ingegnere

Il quattordicesimo capitolo spiega come queste invenzioni e scoperte abbiano, successivamente, influenzato il mondo digitale così come lo concepiamo e viviamo attualmente.

La teoria degli automi autoreplicanti

Il quindicesimo capitolo si occupa nuovamente di presentare la brillante figura di John Von Neumann ed in particolare la Teoria degli automi replicanti. All’inizio dell'era del calcolatore, egli infatti realizza sulla carta i primi esempi di automi auto-replicanti (da qui il titolo del capitolo) ed avviando la discussione di idee che negli anni '50 porteranno alla nascita dell'intelligenza artificiale contenute all’interno dell’opera Theory of Self-reproducing Automata. Il termine macchina di von Neumann si riferisce infatti anche alle macchine auto-replicanti. Von Neumann prova che il modo più efficiente di svolgere operazioni complesse e su larga scala, sia quello di utilizzare macchine auto-replicanti, traendo vantaggio dalla loro possibilità di crescita esponenziale. Egli si impegna anche nella progettazione della IAS machine, uno dei primi computer costruito all'Institute for Advanced Study i cui documenti sono stati largamente diffusi in modo da stimolare la sperimentazione di nuovi sistemi di calcolo automatico e dando un forte impulso al settore. Muore a Washington nel 1957, a causa di un tumore aggressivo.

Mach 9

Il sedicesimo capitolo racconta del contributo fornito da Karl Schwarzschild e Atlee Selberg al MANIAC, su invito di Goldstine e Neumann e del processo storico e tecnologico che ha portato il Maniac agli attuali computer (si pensi dall’introduzione della fibra ottica con Mach 9 all’installazione della fibra ottica spenta con società tra le quale Google).

La saga del grande calcolatore

Il diciassettesimo capitolo si concentra sulla visione dell’astrofisico Hannes Alfvén il quale racconta ed immagina in uno dei suoi libri, The Tale of the Big Computer. A vision come i calcolatori eliminerebbero due grandi minacce per il pianeta: le armi nucleari ed i politici, asserendo che i calcolatori una volta sviluppati del tutto governerebbero meglio dei politici. Il controllo dei calcolatori però sarebbe rovesciato dagli umani causando caos totale e la morte degli stessi umani. In seguito a ciò, i calcolatori riprendono il controllo e limitano il numero degli umani, escludendoli da tutti i processi organizzativi. Dyson mette in luce il fatto che ciò che Alfvén immagina in questo libro è ciò che accade costantemente ai giorni nostri grazie all’introduzione del teletotal e del minitotal.

Il trentanovesimo scalino

Il capitolo diciottesimo ed ultimo racconta del percorso che ha portato alla costruzione di ulteriori macchine come l’UNIVAC nel 1949 da parte di Eckert e Mauchly successivamente al MANIAC.

Come nel mito fondativo l’autore si impegna nel percorrere la storia di un avvenimento, così George Dyson ricostruisce brillantemente ciò che ha contribuito a creare l’universo digitale che ha radicalmente modificato (e continua tuttora a farlo) ogni aspetto della vita dell’uomo.

Bibliografia

George Dyson, La cattedrale di Turing, le origini dell'universo digitale, Codice, 2012.