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Der mechanische Computer des Charles Babbage

Die erfolgreiche Konstruktion eines drei Tonnen schweren Rechenautomaten nach einem Entwurf aus der Mitte des letzten Jahrhunderts läßt vermuten, daß ihr Schöpfer, ein Pionier der Datenverarbeitung, bislang nicht angemessen gewürdigt wurde.

Charles Babbage (1791 bis 1871; Bild 1) wird als einer der Stammväter des modernen Computers gepriesen. Die Entwürfe für seine riesigen mechanischen Rechenautomaten zählen zu den faszinierendsten intellektuellen Errungenschaften des 19. Jahrhunderts – aber er konnte sie nie verwirklichen. Die Wissenschaftshistoriker pflegen dies im wesentlichen damit zu begründen, daß Babbage für seine Maschinen eine feinmechanische Präzision gefordert habe, die mit den technischen Möglichkeiten des viktorianischen Zeitalters nicht zu leisten war. Erstaunlicherweise gibt es dafür keine Bestätigung im Quellenmaterial.

Um der Sache auf den Grund zu gehen, entschlossen sich 1985 meine Kollegen und ich am Londoner Wissenschaftsmuseum, einen kompletten Rechenautomaten nach den ursprünglichen Plänen Babbages zu bauen. Im November 1991, einen Monat vor dem 200. Geburtstag des Erfinders, trugen unsere Bemühungen schließlich Früchte, als die Differenzenmaschine Nummer 2 (Difference Engine No. 2) ihre erste größere Berechnung fehlerlos durchführte. Damit ist bestätigt, daß Babbages Mißerfolge nur auf die Tücken der praktischen Realisierung, nicht aber auf Entwurfsfehler zurückzuführen sind.

Im Bewußtsein der Nachwelt waren das kreative Genie des Mathematikers und Philosophen Babbage und seine Fehlschläge bisher untrennbar verbunden. Er galt als stolzer und prinzipienstrenger Mann; die Heftigkeit und der Sarkasmus seiner öffentlichen Kritiken am wissenschaftlichen Establishment waren gefürchtet. Nach dem Scheitern seines Maschinenprojekts kam noch ein Unterton von Verbitterung, ja Verzweiflung über die – in seinen Augen ungerechtfertigte – Ablehnung seiner Pläne durch die Regierung dazu. Seit jener Zeit hat sich das Bild eines hochfahrenden Exzentrikers verfestigt; seine erste Biographie, die Maboth Moseley 1964 veröffentlichte, trug den Titel „Irascible Genius: A Life of Charles Babbage, Inventor“ (Jähzorniges Genie: Das Leben des Erfinders Charles Babbage).

Unsere Arbeit zeigt ihn von einer gänzlich anderen Seite: Er war ein äußerst gewissenhafter Ingenieur, dessen Entwürfe zwar höchst anspruchsvoll waren, aber mit Sicherheit im Bereich des Machbaren lagen.

Das Elend der Tabellen

Babbages Bestreben, das Rechnen zu mechanisieren, erwuchs aus dem Zorn über die Unzulänglichkeit der gedruckten mathematischen Tafeln. Wissenschaftler, Bankiers, Versicherungsmathematiker, Seefahrer, Ingenieure und viele andere griffen auf solche Tabellen zurück, wenn für eine Berechnung mehr als nur ein paar Dezimalstellen Genauigkeit gefordert war. Aber deren Anfertigung bestand aus mehreren mühsamen Arbeitsschritten: der Berechnung selbst, dem Abschreiben und dem Schriftsetzen; in jedem konnten sich Fehler einschleichen. Der Wissenschaftsautor Dionysius Lardner schrieb 1834, daß 40 wahllos herausgegriffene Bände mathematischer Tabellen nicht weniger als 3700 Korrekturvermerke enthielten – einige davon wiederum fehlerhaft.

Babbage selbst war ein anspruchsvoller Nutzer und gnadenloser Analysierer der Tafelwerke. Wenn Fehler auf einer Seite gehäuft auftraten, und das über mehrere Auflagen eines Werkes hinweg, konnte er sogar erschließen, wo Typen aus der Druckform herausgefallen und falsch wieder eingesetzt worden waren. In Zusammenarbeit mit dem britischen Astronomen John Herschel (1792 bis 1871) überprüfte er zwei unabhängig voneinander erstellte Berechnungen für astronomische Tafeln; beide waren entsetzt über die vielen Unstimmigkeiten. Aus dem Jahre 1821 ist Babbages Ausspruch überliefert: „Bei Gott, ich wünschte, diese Berechnungen wären mit Dampfkraft erstellt worden!“

Eine mechanische Rechenmaschine, wie er sie sich vorstellte, hätte in der Tat sämtliche genannten Fehlerquellen auf einen Streich beseitigt. Eine solches Universalgerät hätte nicht nur fehlerfrei rechnen, sondern auch die Ergebnisse direkt in Pappmaché-Streifen oder Platten aus weichem Metall einhämmern können. Diese hätten dann direkt als Druckform gedient, was auch Abschreib- und Setzfehler ausgeschlossen hätte.

Als experimentelle Vorstufe zu diesem hohen Ziel konstruierte Babbage 1822 einen mechanischen Rechenautomaten namens „Difference Engine“. Der Name bezieht sich auf das zugrundeliegende mathematische Verfahren der finiten Differenzen, mit dem man den Funktionswert eines Polynoms f(x) für zahlreiche in gleichen Abständen aufeinanderfolgende x-Werte allein durch Additionen bestimmen kann (siehe Kasten auf Seite 82). Multiplikation und Division, die weit schwieriger zu mechanisieren sind, werden nicht benötigt. Da der aktuelle Funktionswert in jedem Schritt aus dem vorherigen berechnet wird, läßt ein korrektes Endergebnis mit hoher Wahrscheinlichkeit vermuten, daß auch alle Vorgängerwerte richtig sind.

Babbages Differenzenmaschinen verwenden das übliche Dezimalsystem und nicht die binäre Zahlendarstellung, mit der heutige Computer arbeiten. Damit ersparte er sich spezielle Maschinenteile für die Umwandlung von der Dezimal- in die Binärdarstellung und zurück. Jeder Dezimalstelle einer mehrstelligen Zahl entspricht ein spezielles Zahnrad, ein sogenanntes Ziffernrad, auf dessen Umfang die Ziffern von 0 bis 9 eingraviert sind. Der Drehwinkel des Ziffernrads bestimmt, welche Ziffer dem Betrachter zugewandt ist (Titelbild des Heftes); in Form dieses Drehwinkels ist also der Ziffernwert in der Maschine gespeichert. Der Steuermechanismus sorgt dafür, daß das Ziffernrad nicht an Zwischenpositionen, sondern nur genau dort einrasten kann, wo eine Ziffer steht. Babbage behauptete stolz, daß seine Automaten entweder das richtige Ergebnis liefern oder sich verklemmen, aber niemals etwas Falsches ausgeben würden.

Babbages ehrgeizigstes Unternehmen auf dem Weg zu einem universellen Rechenautomaten galt der glücklosen Difference Engine No. 1. Seine Bemühungen scheiterten 1833 nach einem Jahrzehnt des Entwerfens, der Entwicklung und der Fertigung von Einzelteilen – und nach enormem finanziellem Aufwand. Das Ende besiegelte ein Streit zwischen Babbage und seinem Chefingenieur Joseph Clement über die Kosten für eine Verlegung der Arbeitsstätte.

Zumindest nach außen hin gaben technische Probleme keinen Anlaß, die Arbeit abzubrechen. Deshalb konnte nie geklärt werden, ob hinter den eher nebensächlichen Umständen des Scheiterns nicht doch die praktische oder logische Unrealisierbarkeit der Ideen steckte.

Die erste Differenzenmaschine

Die Difference Engine No. 1 enthält zahlreiche Exemplare eines addierenden Grundbauteils, die so miteinander gekoppelt sind, daß sie die Differenzenmethode realisieren. Die fertige Maschine wäre von monumentaler Größe und Komplexität gewesen: fast zweieinhalb Meter hoch, mehr als zwei Meter breit, etwa einen Meter tief, mehrere Tonnen schwer und aus ungefähr 25000 Teilen zusammengesetzt. Auch die Kosten des vom britischen Staat finanzierten Unternehmens waren enorm. Als 1834 die letzte Rechnung Clements bezahlt wurde, beliefen sie sich auf insgesamt 17470 Pfund. Zum Vergleich: Die 1831 gebaute Dampflokomotive „John Bull“ hatte lediglich 784 Pfund gekostet.

Clement hatte etwa 12000 der 25000 Einzelteile fertiggestellt; die meisten wurden später als Schrott wieder eingeschmolzen. Unter anderem auf Anraten des königlichen Astronomen George Biddell Airy (1801 bis 1892), der Babbages Maschine als „wertlos“ bezeichnete, zog sich die britische Regierung 1842 endgültig aus dem Projekt zurück. Es war das schwerste Trauma in Babbages wissenschaftlichem Leben, vor dem Ziel aufgeben zu müssen; in seinen Schriften kam er immer wieder darauf zurück, so als habe er sich niemals damit abfinden können.

Immerhin hatte das jahrelange Tüfteln an der Difference Engine No. 1 ein nennenswertes handfestes Ergebnis. Als Demonstrationsmodell baute Clement 1832 eine kleine Komponente der Maschine aus etwa 2000 Teilen zusammen (Bild 3). Dieser Automat ist eines der Glanzstücke feinmechanischer Präzisionsarbeit aus jener Zeit; er funktioniert bis auf den heutigen Tag fehlerfrei.

Das Vorführstück ist die erste bekannte im strengen Sinne automatische Rechenmaschine. Anders als bei den Tisch-rechnern jener Zeit muß der Bediener nicht mehr in den Berechnungsvorgang eingreifen, sondern kann exakte Ergebnisse erhalten, ohne das mindeste von den zugrundeliegenden logischen oder mechanischen Prinzipien zu verstehen.

Babbage und seine Zeitgenossen ließen sich diese Gelegenheit, über maschinelle Intelligenz zu spekulieren, nicht entgehen. Harry Wilmot Buxton, ein jüngerer Kollege, dem Babbage viele seiner Arbeiten anvertraute, schrieb, daß „das wundersame Mark und die Fasern des Gehirns durch Messing und Eisen ersetzt wurden; er [Babbage] hat dem Räderwerk das Denken beigebracht“.

Pläne einer analytischen Maschine

Trotz ihrer beeindruckenden Fähigkeiten konnte die Differenzenmaschine nur eine festgelegte Aufgabe ausführen. Babbages Ruf als Computer-Pionier beruht dagegen zum größten Teil auf dem noch wesentlich reichhaltigeren Konzept seiner analytischen Maschine (Analytical Engine), eines programmierbaren Allzweckrechners mit erstaunlichen Ähnlichkeiten zu modernen elektronischen Computern. Die Maschine verfügt über eine Grundausstattung an Operationen (Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division), die sie in beliebiger Reihenfolge ausführen kann. Speicher (store) und Rechenwerk (mill) sind eigenständige Komponenten; die Trennung von Speicher und Prozessor ist charakteristisch für die Architektur der elektronischen Rechner seit den vierziger Jahren dieses Jahrhunderts.

Die analytische Maschine sollte mit Lochkarten programmiert werden, eine Technik, die der französische Erfinder Joseph-Marie Jacquard (1752 bis 1834) zur Steuerung seiner automatischen Webstühle ersonnen hatte. Das Konzept der bedingten Verzweigung, von zentraler Bedeutung in der Programmierung, war in Babbages Plänen bereits enthalten: In Abhängigkeit von einem Zwischenergebnis konnte die Berechnung im weiteren Verlauf verschiedene Wege einschlagen. Babbage hatte vorgesehen, daß seine Maschine 50stellige Zahlen zu 100stelligen Ergebnissen verarbeiten und diese in gedruckter, gestanzter oder graphischer Form ausgeben sollte.

Obwohl die Wissenschaftshistoriker von der analytischen Maschine gerne wie von einem realen Gegenstand sprechen, existiert sie nur als eine Serie von Entwürfen, die Babbage in mehreren Arbeitsabschnitten zwischen 1834 und seinem Tode 1871 immer weiter verfeinerte. Durch das Schicksal der Difference Engine No. 1 entmutigt, unternahm er aber keine ernsthaften Versuche mehr, eine vollständige analytische Maschine zu bauen. Ein kleiner Prototyp-Teil des Rechenwerks, der bei seinem Tode noch nicht vollendet war, sowie ein weiteres Fragment, das sein Sohn Henry Prevost Babbage später zusammensetzte, sind die einzigen ansehnlichen materiellen Überreste seines großen Entwurfs.

Difference Engine No. 2

Bei der Arbeit an diesem Projekt mußte Babbage auch Mechanismen zur automatischen, von einem Leitwerk gesteuerten Multiplikation und Division entwerfen. Die Lösungen, die er fand, inspirierten ihn dazu, eine einfachere und elegantere Differenzenmaschine zu entwerfen. Obwohl diese Difference Engine No. 2 auf 31 Stellen Genauigkeit, zehn mehr als ihre Vorgängerin, rechnen kann, benötigt sie nur ein Drittel der Teile. Zwischen 1847 und 1849 zeichnete Babbage detaillierte Pläne, die er 1852 der Regierung vorlegte; aber er erhielt keinerlei Unterstützung mehr. Bei diesem Stand der Dinge blieb es für nahezu anderthalb Jahrhunderte.

Von 1979 an jedoch studierte der Informatiker Allan G. Bromley von der Universität Sydney (Australien) während seiner Besuche in London die Zeichnungen und Notizbücher Babbages in der Bibliothek des Wissenschaftsmuseums. Dabei kam er zu der Überzeugung, daß die Difference Engine No. 2 gebaut werden könne und funktionieren werde. Auch ich kannte Babbages unglückliches Schicksal und fragte mich, warum noch niemand versucht hatte, die Maschine wirklich zu bauen und so die Frage nach den Ursachen des Fehlschlags zu klären.

Kurz nachdem ich 1985 Kurator für Datenverarbeitung des Wissenschaftsmuseums geworden war, erschien Bromley mit einem zweiseitigen Vorschlag genau dieses Inhalts; und zwar sollte das Museum versuchen, die Maschine bis zum 200. Geburtstag Babbages 1991 fertigzustellen. Damit begann ein sechs Jahre dauerndes Projekt, das für mich so etwas wie ein persönlicher Kreuzzug wurde und in dessen Verlauf frappante Ähnlichkeiten mit Babbages Unterfangen aufschienen: Wir ließen uns auf ein äußerst komplexes Ingenieursprojekt ein, gerieten auf unbekanntes technisches Territorium, in Finanzierungsprobleme und in die typischen Verwicklungen eines Großvorhabens.

Die Difference Engine No. 2 war da-für eindeutig die erste Wahl: Der Satz von Zeichnungen ist wohlerhalten, während die Entwürfe der Difference Engine No. 1 sehr unvollständig sind. Außerdem kommt die Maschine mit weniger Aufwand aus als ihre Vorgängerin. Aus Zeit- und Geldmangel entschlossen wir uns auch, zunächst den Drucker wegzulassen, dessen Konstruktion aus etwa 4000 Teilen schon für sich eine anspruchsvolle Aufgabe gewesen wäre.

Der Nachbau

Das Entwurfsmaterial für die Difference Engine No. 2 besteht aus 20 großen Plänen und mehreren Detailzeichnungen. Bei der Analyse entdeckten meine Kollegen und ich einige Mängel zusätzlich zu den schon von Bromley gefundenen. Eine größere Komponente scheint überflüssig zu sein; andere Vorrichtungen fehlen im Entwurf. Zum Beispiel sind die Anfangswerte einer Berechnung einzugeben, indem man die in einer Säule angeordneten Ziffernräder einer Zahl entriegelt und mit der Hand in die richtige Position dreht. Babbage hatte aber keinen Mechanismus dafür vorgesehen, die Ziffernräder wieder zu arretieren, so daß sie sich während der Prozedur wieder verstellen würden.

Der gravierendste Entwurfsfehler betraf den Übertragsmechanismus. Wenn die Maschine zwei Zahlen addieren soll, steht zunächst jeder Summand auf den Ziffernrädern einer bestimmten Säule (Kasten auf Seite 80). Über einen Mechanismus wird nun jedes Ziffernrad des einen Summanden um so viel weitergedreht, wie die entsprechende Ziffer des anderen Summanden angibt. Während dieses Vorgangs sind also die Ziffernräder des ersten Summanden mit dem Mechanismus verkoppelt. Wenn ein Ziffernrad sich über die Neun hinausdreht, muß – wie beim Kilometerzähler – das nächsthöhere Ziffernrad um eine Ziffer weitergedreht werden; steht dieses bereits auf 9, muß es eine Bewegung des übernächsten Ziffernrads auslösen, und so weiter. Der härteste Test für den Übertragsmechanismus ist die Addition einer Eins zu einer Zahl aus lauter Neunen. Es müßten also gleichzeitig zwei Mechanismen, der für die Addition selbst und der für den Übertrag aus der nächstniederen Stelle, Bewegungen auf dasselbe Ziffernrad übertragen.

Babbage fand eine geniale, innovative Lösung für das Problem: Im ersten Teil des Berechnungszyklus führt die Maschine die 31stellige Addition ohne Übertrag aus; aber jedes Ziffernrad, das die Neun überschreitet, spannt einen Federmechanismus. Im zweiten Teil werden die Federn freigegeben und drehen das jeweils nächsthöhere Rad um eine Ziffer weiter.

Doch so, wie Babbage ihn aufgezeichnet hat, kann der Übertragsmechanismus nicht funktionieren. Die Ziffernräder würden sich in die falsche Richtung drehen, und der Federmechanismus müßte versagen.

Über die Ursache dieser Fehler gab es etliche Spekulationen. Wir zogen die Möglichkeit in Betracht, daß zum Schutz gegen Industriespionage absichtlich Fehler eingebaut wurden. Aber es ist doch wahrscheinlicher, daß einige Mängel beim Entwurf schlicht übersehen wurden und andere sich – praktisch unvermeidbar – beim Ausführen der Detailzeichnungen einschlichen.

Keines dieser Probleme stellte jedoch das Gesamtkonzept oder das Funktionsprinzip der Maschine in Frage, und wir fanden Lösungen für alle. Überflüssige Komponenten ließen wir weg. Für die Ziffernräder entwarfen wir einen Verriegelungsmechanismus und leiteten, wo nötig, die Bewegungsformen einzelner Teile von denen benachbarter ab. Bromley korrigierte den Übertragsmechanismus, indem er die verkehrt gezeichneten Teile spiegelte und ihre Orientierung umkehrte. Zusätzlich versahen wir die Antriebskurbel mit einem Untersetzungsgetriebe im Verhältnis 4:1, damit das monumentale Gerät auf jeden Fall von Menschenkraft zu bewegen sei. Allerdings sank damit auch die Rechengeschwindigkeit auf ein Viertel.

Ist ein Nachbau mit diesen Abweichungen überhaupt noch authentisch? Taugt er zum Beweis unserer Überzeugung, daß der Entwurf der Maschine logisch konsistent und praktisch realisierbar war? Wir trugen diesem Einwand Rechnung, indem wir uns an Babbages eigene Entwurfspraktiken hielten und uns strikt auf solche Techniken und Gerätschaften beschränkten, die auch ihm zur Verfügung gestanden hatten. Außerdem planten wir alle unsere Änderungen des originalen Entwurfs so, daß die hinzugefügten Teile auch einfach wieder entfernt werden können.

Im Jahre 1989 bauten wir im Wissenschaftsmuseum einen kleinen Prototyp einer Komponente, um zu verifizieren, daß das Addierwerk logisch korrekt entworfen war und der Übertragsmechanismus funktionierte. Das Gerät (Bild 4 links) addiert zwei zweistellige Zahlen und vollführt dabei Überträge von den Einern zu den Zehnern und von diesen zu den Hundertern. Es war in mehrfacher Hinsicht äußerst hilfreich: einerseits, um Förderer und Kollegen davon zu überzeugen, daß unser Projekt sowohl technisch als auch historisch bedeutsam war, andererseits, um die Arbeitsweise der Maschine vor Augen zu führen und die ersten Probeexemplare bestimmter Teile zu testen.

Um die Difference Engine No. 2 bauen und die Kosten für die Herstellung abschätzen zu können, benötigten wir von allen Teilen Zeichnungen in Originalgröße. Ende 1989 beauftragten wir ein spezialisiertes Ingenieurbüro damit, auf der Grundlage von Babbages Originalen einen Satz Pläne anzufertigen; fehlende Informationen – etwa genaue Größen- und Materialangaben, Toleranzen, Herstellungsmethoden und zahlreiche andere Details – waren zu ergänzen.

Die Größen der Komponenten fanden wir durch Vermessung und Umrechnen aus den Originalplänen. Das Ingenieurbüro lieferte 50 neue Zeichnungen mit vollständigen Angaben für die insgesamt 4000 Teile. Von den erhaltenen Prototypen wissen wir, daß Babbage seine Bauteile aus Bronze, Gußeisen und Stahl herstellen ließ. Bromley und mein Kollege Michael Wright berieten uns bei der Auswahl der Materialien; Forscher am Imperial College of Science and Technology analysierten die Zusammensetzung von Bauteilen der Difference Engine No. 1 und halfen uns, eine geeignete moderne Bronzelegierung auszuwählen.

Wir unternahmen freilich keinen Versuch, Maschinen der viktorianischen Ära für die Herstellung der Teile zu verwenden. Da unter den 4000 Komponenten nur 1000 verschiedene sind, entschieden wir uns ohne große Bedenken für moderne Serienfertigung. Außerdem schweißten wir Stücke, die man zu Babbages Zeiten geschmiedet hätte. Aber wir achteten peinlich genau darauf, daß Babbage die Komponenten mit der gleichen Präzision hätte herstellen lassen können, wenn auch vielleicht mit anderen Mitteln. Die Produktion der Einzelteile dauerte sechs Monate und war im Januar 1990 im wesentlichen abgeschlossen.

Die Bestimmung der geforderten Präzision war weniger schwierig als zunächst befürchtet. Bromley und Wright vermaßen mehrfach vorhandene Teile der Difference Engine No. 1 und stellten fest, daß Clement eine Toleranz von 0,04 bis 0,05 Millimetern eingehalten hatte – was die weitverbreitete Meinung widerlegt, die Feinmechanik in der Mitte des 19. Jahrhunderts sei für Babbages Apparaturen noch zu grobschlächtig gewesen.

Krise und Premiere

Wir waren entschlossen, einen Festpreis für Produktion und Montage der Maschinenteile zu vereinbaren, um nicht – wie Babbage – am Ende vor endlos steigenden Kosten kapitulieren zu müssen. Nach einigen schwierigen Verhandlungen einigte sich das Wissenschaftsmuseum mit einer Spezialfirma auf einen Preis und einige Zusatzvereinbarungen für den Fall unvorhergesehener technischer Schwierigkeiten. Der Entschluß, eine so hohe finanzielle Verpflichtung einzugehen, wurde uns dadurch erleichtert, daß eine Gruppe von fünf Sponsoren – ICL, Hewlett Packard, Rank Xerox, Siemens Nixdorf und Unisys – eine großzügige Förderung zunächst unverbindlich in Aussicht stellte und später auch tatsächlich leistete.

Kurz vor der endgültigen Unterzeichnung des Vertrags im Juni 1990 ging die Firma nach 35 Geschäftsjahren bankrott. Ihre für unser Projekt zuständigen Ingenieure Reg Crick und Barrie Holloway wurden am Donnerstag, dem 7. Juni, entlassen. Bis zum Geschäftsschluß des folgenden Tages mußten die Aufträge bei den Zulieferern vorliegen; anderenfalls hätten wir Konventionalstrafen zahlen und erneut Finanzierungsverhandlungen führen müssen, womit das ganze Vorhaben oder zumindest sein termingerechter Abschluß zur Zweihundertjahrfeier auf dem Spiel gestanden hätte.

Am Freitagmorgen sprachen Vertreter des Wissenschaftsmuseums mit Crick und Holloway; zum Lunch gingen sie bereits als Angestellte des Museums. Am Nachmittag schrieben wir in größter Hektik Aufträge für Subunternehmer aus und formulierten Vertragstexte. Um 5 Uhr 30 rannte ich zur Post; so konnten wir buchstäblich in letzter Minute die Frist einhalten.

Die Difference Engine No. 2 wurde unter den Augen der Museumsbesucher zusammengebaut (Bild 2). Wir begannen im November 1990 mit der Feinbearbeitung und Montage der Teile und waren im Mai 1991 fertig. Die Maschine wurde zum Mittelpunkt der Ausstellung „Making the Difference: Charles Babbage and the Birth of the Computer“ (Das macht den Unterschied: Charles Babbage und die Geburt des Computers), die am 27. Juni 1991 eröffnet wurde.

Aber damit war das Zittern noch nicht vorbei: Bis zu diesem Zeitpunkt hatte der drei Tonnen schwere Apparat noch keine vollständige Berechnung zustande gebracht; irgend etwas verklemmte sich immer wieder aus unerfindlichen Gründen. Wir entwickelten eigens Techniken zur Fehlersuche und bastelten während der Ausstellung weiter.

Am 29. November 1991 schließlich, weniger als einen Monat vor Babbages 200. Geburtstag, präsentierte die Maschine die ersten 100 Werte einer Tabelle der siebten Potenzen. Seitdem hat sie fehlerfrei gearbeitet. Insgesamt waren dafür knapp 300000 Pfund (ungefähr 800000 DM) ausgegeben worden.

Unsere postume Realisierung zeigt Babbages Fähigkeiten als Entwickler und Ingenieur in einem neuen Licht. Die Frage, ob die von ihm geforderte hohe Präzision wirklich erforderlich oder lediglich übertriebener Perfektionismus war, ließ sich schlüssig beantworten.

Immerhin sind schon damals weniger präzise Maschinen mit Erfolg entwickelt worden. Die Schweden Georg und Edvard Scheutz, Vater und Sohn, hatten sich durch einen Bericht über Babbages Arbeit dazu anregen lassen, drei Differenzenmaschinen – im wesentlichen nach eigenen Entwürfen – zu bauen. Die erste, 1843 fertiggestellt, hatte einen Holzrahmen und war mit einfachen Handwerkszeugen und einer primitiven Drehbank verfertigt worden. Aber sie funktionierte bei einer Demonstration vor der Königlichen Schwedischen Akademie der Wissenschaften.

Bereits 1784 hatte der deutsche Ingenieur und Baumeister Johann Müller (1746 bis 1830) eine Differenzenmaschine mit Druckwerk vorgeschlagen und eine kleine Maschine für 14stellige Zahlen auch gebaut (Bild 5; sie steht jetzt im Hessischen Landesmuseum in Darmstadt). Einzelheiten enthielt ein 1786 erschienenes Buch, das John Herschel auszugsweise für Babbage ins Englische übersetzte. Es ist daher denkbar, daß Babbage einige seiner Ideen von Müller bezog. Allerdings waren seine Differenzenmaschinen größer und weiter entwickelt als die von Müller oder den Scheutzes konstruierten Automaten.

Unsere Erfahrungen mit dem Bau der Difference Engine No. 2 bestätigen die Bedeutung strenger Fertigungsstandards. Wir hatten damit gerechnet, daß die mit computergesteuerten Maschinen in mehreren Exemplaren gefertigten Teile untereinander austauschbar sein würden. Dies war jedoch nicht der Fall; wir mußten vielmehr einzelne Komponenten auf Toleranzen von wenigen hundertstel Millimeter zurechtfeilen, insbesondere für die korrekte Arbeitsweise des Übertragsmechanismus. Offenbar hatte der Ingenieur Babbage gute Gründe gehabt, auf hoher Präzision zu bestehen.

Der Nachbau offenbarte uns Feinheiten und sinnreiche Details in Babbages Entwurf, die nicht unmittelbar aus den Plänen hervorgehen. Zudem nötigte uns das Projekt gehörigen Respekt vor Babbages Fähigkeit ab, sich die Arbeitsweise komplexer Mechanismen ohne ein physisches Modell vorzustellen.

Wir hoffen, seine eleganten Entwürfe noch weiter erforschen zu können; zu diesem Zweck bemühen wir uns derzeit um Sponsoren für den Bau des Druckers. Immerhin ist nun, nach fast 150 Jahren, die Difference Engine No. 2 als eine Art technischer Skulptur und Monument für die gedankliche Kraft ihres Erfinders leibhaftig vorhanden.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 4 / 1993, Seite 78
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
4 / 1993

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 4 / 1993

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