Heldin van de digitale revolutie

Wiskunde: rationaliteit en discipline

Ada was zeventien jaar en op zoek naar een richting in haar leven. En dat was niet makkelijk voor deze enige wettige dochter van de vermaarde Lord Byron, dichterlijk genie, onverschrokken avonturier en seksuele omnivoor. Haar moeder had hem verlaten toen Ada één maand oud was, omdat Byron haar bedroog – onder meer met zijn halfzuster – en ook nog eens haar geld erdoorheen joeg. Niet lang daarna was hij vanwege zijn vele schulden naar het buitenland gevlucht. Hij informeerde af en toe naar Ada en dichtte enkele regels over haar, maar de twee zouden elkaar nooit meer ontmoeten. Byron stierf op 36-jarige leeftijd in Griekenland toen Ada acht jaar oud was.

Ondanks, en misschien ook wel dankzij, zijn mateloosheid werd Byron hevig bewonderd en zijn dood veroorzaakte een schok in heel Europa. Hij werd in Engeland begraven: een enorme menigte verzamelde zich in Londen om de rouwstoet te bekijken die uit 47 koetsen met prominenten bestond. Ada en haar moeder bezochten de begrafenis niet. Maar Byrons status als een popidool avant la lettre straalde af op zijn dochter: iedereen was nieuwsgierig naar haar. In 1837 zou Benjamin Disraeli zelfs een roman schrijven met haar als hoofdpersoon.

Ada mocht in geen geval zo onstuimig worden als haar vader, Lord Byron

Haar moeder Annabella hield Ada zo veel mogelijk weg van het societyleven en probeerde karaktertrekken te onderdrukken die naar die van Byron neigden. Ada mocht in geen geval zo onstuimig worden als hij. Om haar rationeel te leren denken en discipline bij te brengen, kreeg ze les in wiskunde. Maar het was niet de bedoeling dat ze daar later iets nuttigs mee zou doen. Haar moeder wilde vooral dat ze trouwde met iemand van oude adel. Dat wil zeggen, met een man uit een familie die al minstens honderd jaar een titel voerde.

Uit Ada’s kinderbrieven spreekt een meisje dat probeert braaf te zijn, maar haar enorme fantasie niet weet te verbergen. Wat dat betreft had Annabella gelijk: Ada leek op haar vader. Toen ze dertien was, wilde ze leren vliegen. Aanvankelijk probeerde ze vleugels voor zichzelf te ontwerpen naar het model van vogelvleugels.

Daarna bedacht ze dat ze beter gebruik kon maken van een stoommachine – iedereen zocht in die jaren naar een toepassing voor dat apparaat. Ze besloot dat de vliegende machine de vorm van een paard moest krijgen met een stoommachine binnenin om grote vleugels aan weerszijden aan te drijven. De vliegenier kon dan boven op het paard gaan zitten. Haar moeder ergerde zich aan dit soort wilde plannen en Ada moest beloven zich er niet aan over te geven.

Toen Ada dertien was, wilde ze leren

Als jonge vrouw herkende Ada in de ruim twintig jaar oudere Charles Babbage een verwante geest. Babbage had de Difference Engine ontworpen om te rekenen. Op zich was dat niet nieuw: er waren al meer wetenschappers die een mechanische rekenmachine hadden bedacht, maar de mogelijkheden van hun machines waren beperkt en de apparaten waren onbetrouwbaar. Bovendien moest de gebruiker in elk stadium van de berekening een handeling verrichten om de machine te laten werken.

Babbage wilde er een bouwen die automatisch rekende en kon printen. Op deze manier konden menselijke fouten in berekeningen en bij het overnemen van de resultaten zo veel mogelijk worden vermeden. Hij zocht daarmee naar een oplossing voor een groot probleem: de techniek schreed voort, maar technici moesten vertrouwen op berekeningen die handmatig waren gemaakt en dan ook nog eens handmatig waren overgeschreven. Daarbij traden veel fouten op.

Babbage wilde een machine bouwen die automatisch rekende en kon printen

Babbage’ machine bestond uit talloze in elkaar grijpende tandwielen, die in werking werden gesteld door een slinger. De opdrachten voor de machine moest op ponskaarten worden genoteerd. Daarvoor stond het Jacquard-getouw model, een weefmachine die gecompliceerde patronen kon weven doordat alle draden werden aangestuurd via een ‘programma’ dat op ponskaarten stond. In Engeland werden op dat moment honderden van dat soort weefgetouwen gebruikt in de textielindustrie.

Babbage had na jaren een klein demonstratiemodel van de Difference Engine weten te bouwen, ongeveer een zevende van de beoogde machine. Om het principe van de ponskaart te demonstreren toonde hij op zijn soirees altijd een portret van Joseph-Marie Jacquard, de bedenker van het weefgetouw. Het zag eruit als een gravure, maar het was geweven – wat Ada in hoge mate fascineerde. Ze bleef na het bezoek nauw contact houden met Babbage, en volgde wiskundelessen bij een privéleraar.

Lady Lovelace

Ondertussen vond haar moeder dat ze moest trouwen. Na enige jaren diende William King, Lord of Lovelace, zich aan. Hij voldeed aan alle eisen: hij was knap, rijk en van oude adel, en vond het geen punt dat Ada zoveel belangstelling had voor de wetenschap. De twee trouwden in 1835 en kregen in hoog tempo drie kinderen. Daarna sloeg de verveling toe. William was een aardige man, maar hij had niet veel te melden. Zijn grote hobby was het ontwikkelen van tunnels onder zijn landgoederen – tunnels die nergens toe dienden.

Ada stortte zich nog heviger op de wiskunde, als haar gezondheid dat tenminste toeliet. Haar vele kwalen werden verlicht met laudanum en opiaten, waardoor ze leed aan stemmingswisselingen – voor sommigen zou dat later reden zijn om haar af te doen als overschatte hysterica. Ze bleef onder leiding van een leraar studeren, maar deze man beklaagde zich bij Ada’s moeder dat ze een veel te diepgravende wetenschappelijke belangstelling had. Ada, inmiddels dus Lady Lovelace, wilde niet alleen damesachtig babbelen over wiskunde; ze wilde er echt iets mee bereiken.

Ada, inmiddels Lady Lovelace, wilde niet alleen damesachtig babbelen over wiskunde; ze wilde er echt iets mee bereiken

Babbage werkte intussen aan een nog slimmere machine. De Analytical Engine kon wiskundige formules verwerken, ingewikkelde berekeningen uitvoeren en met algebraïsche noteringen werken. Het moest een gigantisch apparaat worden met wel 20.000 raderen. Ook deze machine zou commando’s krijgen via ponskaarten.

Met zijn machines trok Babbage de principes van de industriële revolutie verder door. Deze revolutie draaide om twee vernieuwingen. In de eerste fase werden werkzaamheden vereenvoudigd door ze in kleinere taken te splitsen die arbeiders aan één stuk door konden uitvoeren. Vervolgens werden die kleinere stappen gemechaniseerd, om te beginnen in de textielindustrie. Babbage wilde net zo efficiënt en fabrieksmatig te werk gaan bij het maken van berekeningen.

Hij had geld nodig om zijn Analytical Engine verder te ontwikkelen, maar de overheid wilde er niet aan meebetalen. Die vond dat hij eerst het project van de Difference Engine moest afmaken. Bovendien begreep de ambtelijke top het verschil tussen de twee machines niet.

Noten van de vertaler

Een van degenen die de mogelijkheden van de Analytical Engine wel inzagen, was de Italiaanse wiskundige Luigi Menabrea. Hij schreef in 1842 een essay over de werking van zo’n machine in een Zwitsers tijdschrift. Ada Lovelace wilde Charles graag helpen en bood aan het essay uit het Frans te vertalen. Hij stemde daarmee in, maar vroeg haar er haar eigen uitleg aan toe te voegen. Dat was een eyeopener voor Ada. Ze had haar eigen opvattingen nooit de moeite van het noteren waard gevonden, maar ze zette zich met overgave aan deze klus.

Over de inhoud van haar Noten van de vertaler overlegde ze regelmatig met Babbage. Dat roept de vraag op of ze wel echt haar eigen gedachten verwoordde. Maar uit onderlinge brieven blijkt volgens een van haar recente biografen, James Essinger, dat de ideeën en formuleringen van haarzelf waren: zíj bepaalde wat er werd gepubliceerd. Babbage heeft haar later dan ook veel lof toegezwaaid.

Het werk van Lovelace leidde tot een essay dat meer dan twee keer zo lang was als de originele tekst en als revolutionair wordt beschouwd. In het artikel legt Ada uit wat de mogelijkheden van digitalisering zijn. Volgens haar kunnen alle natuurlijke feiten in een wiskundige taal worden uitgedrukt. Zo zouden er tal van praktische toepassingen kunnen ontstaan: muziek zou bijvoorbeeld met een machine kunnen worden gecomponeerd.

Een belangrijk verschil tussen de Difference Engine en de Analytical Engine is volgens haar dat de laatste een universele machine is, die niet alleen een vaste taak kan uitvoeren – bijvoorbeeld nautische tabellen maken -, maar steeds opnieuw kan worden geprogrammeerd en geherprogrammeerd. De Analytical Engine weeft volgens Lovelace ‘algebraïsche patronen zoals het Jacquard-getouw bloemen en bladeren weeft’.

Was dit algoritme in feite een vroeg computerprogramma?

Eén aanvulling van Ada leidt nog steeds tot discussie. In ‘noot G’ legt ze uit hoe de ponskaarten moeten worden ingesteld om een serie van een bepaald type getallen te krijgen. Ook voegt ze een tabel en een diagram toe die laten zien hoe dit zogeheten algoritme – een reeks instructies – in de machine moet worden ingevoerd. Was dit algoritme in feite een vroeg computerprogramma?

Dat is een kwestie van definitie. Ada’s aanwijzingen verschillen van die van latere programmeurs. Maar Essinger wijst erop dat hier bij een ruime definitie wel degelijk sprake is van een programma: noot G bevat een hoogst gespecialiseerd programma geschreven voor de Analytical Engine. Lovelace was in dat geval de eerste die aanwijzingen voor een machine in wiskundige termen probeerde te verwoorden en zo bezien was ze de eerste computerprogrammeur. Lovelace en Babbage gebruikten het woord ‘computer’ overigens nooit in de huidige betekenis. Voor hen was een computer een klerk die wiskundige berekeningen uitvoerde.

Lovelace was de eerste die aanwijzingen voor een machine in wiskundige termen probeerde te verwoorden

Ondanks haar enthousiasme temperde Ada in haar noten de verwachtingen: ze wees erop dat de Analytical Engine niet uit zichzelf kan denken, want de machine kan alleen wat haar wordt opgedragen.

Toen het artikel klaar was, suggereerde Ada’s man William haar om het werk te ondertekenen, een idee waar ze nog niet bij had stilgestaan. Ze besloot alleen haar initialen erbij te zetten.

Achteraf keek ze tevreden terug op haar prestatie. Het schrijf- en rekenwerk had haar leven richting gegeven. Ze voelde zich nu ‘een totaal beroepsmatig persoon’, schreef ze aan een jurist. ‘Ik ben echt net zozeer aan een beroep gebonden geraakt als ú.

Het vertaalde artikel, met noten, verscheen in september 1843 in Scientific Memoirs. De eerste reacties waren aarzelend welwillend. Maar toen uitkwam dat achter de initialen A.A.L. een vrouw schuilging, werd het essay niet meer helemaal serieus genomen. Het grote project van Babbage dreigde te stranden. Maar Ada wilde van geen opgeven weten en stelde Charles voor hem als een soort zakelijk leider bij de verdere ontwikkeling van de machine te helpen. In een lange brief legde ze hem uit dat hij veel te chaotisch was om dat zelf te doen. Toch weigerde hij haar hulp.

Toen uitkwam dat achter de initialen A.A.L. een vrouw schuilging, werd het essay niet meer serieus genomen

Lovelace en Babbage bleven vrienden, maar ze zouden nooit meer samenwerken. Lovelace publiceerde geen wetenschappelijke artikelen meer en verloor zich in het wedden bij paardenraces, wat haar op de rand van een faillissement bracht. Babbage ging zonder succes verder met zijn onderzoek. Voor de bouw van zijn machines waren duizenden heel precies gemaakte tandwielen nodig en het was nog niet mogelijk die in grote aantallen en met de gewenste nauwkeurigheid te vervaardigen. Uit frustratie ging hij zich steeds excentrieker gedragen, en hij werd het object van spot van zijn omgeving. Hij stierf in 1871 in armoede, als de stereotiepe gekke geleerde.

Ada overleed al in 1852 na een hels ziekbed aan baarmoederkanker. Ze werd net als haar beroemde vader maar 36 jaar oud. Mogelijk uit wraak op haar dominante moeder had ze bepaald dat ze naast hem begraven wilde worden in Hucknall Torkard, een dorp in Nottinghamshire.

Ada werd net als haar beroemde vader maar 36 jaar oud.

Lord Byron had in 1812 met groot pathos de luddieten verdedigd, arbeiders die uit protest tegen de mechanisering de mechanische weefgetouwen vernielden. Byron vond dat door de mechanisering te veel werk verloren ging. Ironisch genoeg ontpopte uitgerekend zijn dochter zich tot pionier van een stroming die de arbeidsmarkt nog veel meer zou veranderen.

Pas in 1991 werd een versie van de Difference Engine eindelijk volledig gebouwd – en hij werkte! Negen jaar later werd de bijbehorende printer geconstrueerd en ook die functioneerde naar behoren. De Analytical Engine bestaat nog steeds alleen op papier.

Inmiddels is duidelijk dat de visioenen van Charles Babbage en Ada Lovelace haalbaar waren. Hun tragiek was dat ze zover vooruitliepen op hun tijd dat hun plannen technisch nog niet konden worden uitgevoerd. De grote verdienste van Lovelace was dat ze een uitleg en metaforen bedacht bij de machine van Babbage, die er zelf alleen in technische en mechanische termen over kon spreken. Haar vermogen om vrij te denken – dat haar moeder had proberen te onderdrukken – zou Ada Lovelace zo belangrijk maken.