Глава пятая
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА "НЕВА" И КАНДИДАТСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ
Началом настоящей серьёзной научной работы я считаю апрель 1957 г., когда, вернувшись в Ленинград из Севастополя, я поступил в Ленинградское отделение Математического института Академии наук СССР (кратко - ЛОМИ). Всё, что было до этого - это романтическое предисловие. Заниматься наукой "в тайне", в одиночку, без руководителя, как я делал в Севастополе, было очень романтично, но к серьёзным научным открытиям, конечно, не вело. Для серьёзной научной работы требуется оборудование, хорошая библиотека, коллектив, возможность совета и обсуждения сделанного. В ЛОМИ всё это было, можно было начинать работать всерьёз.
Почему я поступил именно в ЛОМИ? Ещё в 1955-56 годах сперва в беседах с В. Бугровским, а затем из тогдашних журналов, где впервые стали писать о только что реабилитированной кибернетике, постепенно сформировалась большая идея: электронные вычислительные машины и их элементы работают так же, как работают клетки нашего мозга - нейроны. Значит, работая в области вычислительных машин, можно постепенно найти средства и способы сперва понять работу человеческого мозга, а затем - создать машины, которые повысят интеллектуальные возможности и умственное могущество человека. Может быть, можно даже попытаться создать машину, которая будет умнее человека. Это - заманчивая идея и великое дело. Дело, которому не жалко отдать жизнь (сейчас, я чувствую, это звучит немного напыщенно, но тогда, в 1957 году, я думал (и не я один) именно так). А если так, то нужно поступать туда, где работают над вычислительными машинами. Конечно, я не рассчитывал, что мне сразу поручат проектировать искусственный мозг и машину умнее человека, но жизнь была впереди, и мне казалось, что рано или поздно до этого дело дойдёт. Нужно только начать. После демобилизации давалось два месяца для устройства на работу, и я стал искать - где в Ленинграде работают с вычислительными машинами. Поиски были нелёгкими и могли закончиться ничем, ибо всё тогда было очень засекречено, но чисто случайная встреча с преподавателем математики в "Дзержинке" свела меня с Л. В. Канторовичем, и он взял меня в ЛОМИ, в отдел, где занимались вычислительными машинами. Так совершился "первый зигзаг" в моей научной работе: от переходных процессов электродвигателей к вычислительной технике.
Что касается работы над диссертацией, то сразу по приезде в Ленинград в феврале 1957 года я показал всё, что сделал, моему преподавателю по "Дзержинке" В. В. Тихонову. Он не был моим научным руководителем (тогда у соискателей-заочников руководителей не полагалось), но в консультации он не отказал. Посмотрев мои материалы, он сказал: "Юрий Петрович, материала у Вас набрано достаточно, больше не надо, оформляйте его и представляйте на защиту". Это был самый ценный совет, который стоил любого научного руководства. Выслушав совет, я за февраль - апрель 1957 года закончил оформление диссертации. Но защищать было нельзя - с 1956 года действовало правило о том, что материалы диссертации должны быть предварительно опубликованы. Ещё в 1956 году я послал несколько статей по материалам диссертации в разные журналы и сборники, но скорой публикации не предвиделось, нужно было ждать - и в апреле 1957 года, положив готовую диссертацию в стол, я пошёл работать в ЛОМИ.
В ЛОМИ основную массу сотрудников составляли математики-теоретики, но было вычислительное бюро, оснащённое настольными механическими счётными машинами "Мерседес" и "Рейнметалл", а кроме того, там стояла ещё огромная, в целую большую комнату, релейная вычислительная машина - научная разработка руководителя бюро - Николая Николаевича Поснова. Это была единственная релейная вычислительная машина в Советском Союзе и вторая в мире. Вычислительные машины на электронных лампах, имевшиеся в вычислительном бюро, так же были тогда новинкой и редкостью. Я с восхищением смотрел на их огромные корпуса с перемигивающимися неоновыми лампочками на передних панелях, с почтением и некоторым страхом взирал на огромные листы их чертежей и схем. Они были много сложнее тех, в которых мне когда-либо приходилось разбираться.
Однако фактически мне досталась другая работа. Мне поручили исследовать пути создания настольной вычислительной машины на новых принципах, на новых элементах, а на каких принципах и каких элементах - это предстояло придумать мне самому. Как я догадываюсь сейчас, руководство ЛОМИ не очень надеялось на мой успех в таком сложном деле, но решило попробовать: раз уж пришёл со стороны свежий человек, то поручим ему - вдруг он придумает.
Задача создания новой настольной вычислительной машины была трудной. К тому времени никаких миниатюрных электронных элементов ещё не было и настольные машины были только механическими. По размеру они напоминали пишущую машинку, и автоматически выполняли сложение, вычитание, умножение и деление восьмизначных чисел. Множимое и множитель или делимое и делитель набиралось на клавиатуре, затем нажималась кнопка, небольшой электродвигатель начинал быстро вертеть барабаны и рычаги, машина дрожала, рычала, скрежетала - но через 8-15 секунд вращающиеся барабанчики с цифрами останавливались, и можно было прочесть правильный результат. Машина работала хорошо, хотя и шумно, но требовала очень точной индивидуальной подгонки всех своих многочисленных механических деталей. Только дотошные и аккуратные немцы могли выпустить такие машины и продавали их под марками "Мерседес" и "Рейнметалл". Эти машины закупались нами в ГДР и стояли в ЛОМИ, но у нас в стране их производство наладить никак не удавалось. Нашей стране приходилось покупать машины за границей за валюту - вот почему Леонид Витальевич Канторович решил поручить мне подумать над возможностью создания новой машины, на новых принципах, без требующих точной обработки и подгонки механических деталей. Первоначально мне сказали - подумайте над уменьшением релейной машины, нельзя ли сделать её настольной?
Для начала нужно было исследовать характеристики реле и других возможных элементов вычислительной машины.
Мне были выделены импульсный генератор, осциллограф, приборы - и работы закипела. Я испытывал, анализировал, записывал. Постепенно сперва немного таинственные жёлтые цилиндрики реле, вспыхивающие таким изумительно красивым оранжевым огнём газоразрядные лампы, а так же тогда ещё только входящие в широкое употребление, ещё немного неуклюжие, полупроводниковые диоды и триоды - все они побывали в моих руках, раскрыли свои характеристики приборам и осциллографу, из непонятных незнакомцев сделались хорошими друзьями, проявились их возможности и стало ясно - на что же можно рассчитывать.
Работа была интересной, тем более, что никто меня не ограничивал ни в направлении исследований, ни в методике. Нужно было только показать раз в несколько дней получившиеся результаты Николаю Николаевичу Поснову, и можно было двигаться дальше. Работа очень радовала, дни и месяцы пролетели незаметно. Тогда вычислительная техника вообще переживала романтическую эпоху. В 1957-58 гг. в журналах - особенно американских - появлялось много материалов о всё новых и новых вычислительных элементах и элементах "памяти" для машин. Все эти сообщения я старался тут же проверить, а главное - посмотреть, нельзя ли их использовать для создания настольной машины. Постепенно выяснилось, что настольная электронная машина - дело трудное, для тех лет почти не осуществимое, находящееся на грани невозможного, но его всё же можно осуществить, если совместить вычислительный блок и вывод результирующих чисел, исполнив их на основе немного усовершенствованных телефонных счётчиков. Высоким быстродействием, конечно, пришлось пока пожертвовать. Институт сумел пригласить на полставки инженера с телефонного завода "Красная заря", он изготовил усовершенствованные счётчики. Прикидки показали, что на их основе уже можно делать настольную машину. Как только обозначился успех, к работе подключились более опытные товарищи, мои руководители - Николай Николаевич Поснов и Леонид Витальевич Канторович. Николай Николаевич хорошо знал все тонкости реле, а Леонид Витальевич, не входя в детали, давал очень мудрые советы по общему направлению работы. Мудрость его советов я оценил уже после, а тогда, по молодости, не соглашался и ершился. Николай Николаевич меня останавливал и твёрдо настаивал, чтобы все советы Л. В. Канторовича были выполнены.
Дело шло, появились первые узлы будущей машины, колесики счётчиков с цифрами, подчиняясь электрическим импульсам, начали вертеться согласованно, и вот в один из дней 1958 года в ответ на команду: "умножить два на два" на колесике счётчика выскочила цифра - "четыре". Именно этот день запомнился больше всего, хотя, вроде бы, успех был скромным. Но уже через несколько недель макет будущей машины, стоящий у нас на столе, уже мог за 4 секунды перемножить четырёхзначные (а потом и восьмизначные) числа и выдавал правильный ответ. Мы проверяли ответ на бумажке и с ликованием убеждались - да, всё правильно. Впереди было ещё немало работы по доводке, по обеспечению надёжности, но решающий шаг был уже сделан. Мы послали заявку в Москву на изобретение настольной вычислительной машины и через полгода получили авторское свидетельство с красивой красной печатью на имя трёх авторов: Л. В. Канторовича, Николая Николаевича Поснова и моё.
"Изюминкой" новой машины был придуманный мной вместо обычного блока питания "диодный импульсатор, состоящий всего из двух диодов, подключаемых к обычной осветительной розетке". Это сразу снижало общие размеры машины, доводило её до настольной.
В работу по доводке макета до надёжного работающего образца подключили молодых инженеров - Мараховского, Архангельского. Они дополнили первоначальную схему машины новыми узлами. Схема усложнилась, мне стало трудно разбираться в ней. Временами я сердился, мне казалось, что усложнение схемы портит машину, утяжеляет её. Потом я убедился, что я не прав, что усложнение было платой за надёжность, и без молодых инженеров, может быть, и не удалось бы добиться безошибочной работы. Но постепенно настольная машина стала уже жить своей жизнью, отдаляться от меня, переходить в руки тех, кто занимался её кропотливой доводкой. У меня освободилось время, и это было кстати, потому что подходила пора защищать кандидатскую диссертацию.
Диссертация обобщала результаты исследований, выполненных частью во время учёбы в училище и частью - в Севастополе. Получив название "Переходные процессы корабельного электропривода", она была закончена в марте 1957 года, но для защиты нужно было ждать выхода в свет статей, публикующих её результаты. За 1958 год статьи постепенно вышли в свет, можно было приступать к защите. Требование предварительной публикации задержало защиту, но принесло и известную пользу. Сперва официальные оппоненты очень доброжелательно отнеслись к диссертации и написали похвальные отзывы, но за неделю до защиты первый оппонент заявил мне, что после более внимательного чтения он нашёл в диссертации недостатки, что его первоначальный отзыв - ошибочен, он заменяет его на отрицательный и советует мне взять диссертацию обратно и отложить её на неопределённое время. Только много позже я понял, что дело, конечно, не в том, что оппонент перечитал диссертацию ещё раз и нашёл в ней ошибки, а просто его уговорили те, кому моя защита показалась почему-то неудобной и нежелательной.
Но к этому времени у меня уже было опубликовано пять статей по теме диссертации, и я ответил оппоненту: "Скажите, а пять редакторов пяти журналов, опубликовавших статьи по диссертации, они что, тоже ошиблись? Этого быть не может, и поэтому я не буду переносить защиту и готов защищать диссертацию даже при Вашем отрицательном отзыве". Любопытно, что этот ответ привёл оппонента в хорошее настроение: "Ну, что ж, если Вы так же горячо и стойко будете отстаивать свою диссертацию на защите, то успех обеспечен". На защите он зачитал только свой первый, положительный отзыв о диссертации (а второго (отрицательного) отзыва первого оппонента скорее всего и не было написано - просто оппонента попросили "попридержать" слишком самостоятельного соискателя).
Защита проходила в январе 1959 года в училище им. Дзержинского. Ровно в 15 часов ноль минут, без малейшего опоздания, вошёл в зал председатель учёного совета, начальник училища, контр-адмирал Миляшкин, и защита началась. Что я говорил, какие вопросы задавали, всё это начисто изгладилось из памяти, наверное просто от того, что я сильно волновался. По рассказам присутствующих защита прошла очень хорошо, триумфально. Голосование было единогласным - 31 член совета проголосовал за присуждение степени кандидата технических наук. Превращение инженера в кандидата наук совершилось.
Ещё в ходе работы над диссертацией постепенно сформировалась новая тема работы, которой я в дальнейшем стал уделять всё больше и больше внимания. В диссертации исследовались переходные процессы, происходившие при включениях (или переключениях) напряжения. Эти процессы бывают и хорошими и плохими, но чаще - плохими, с большими бросками тока. И поэтому возникла мысль: а что если переходные процессы сделать хорошими искусственно, регулируя напряжение? За счёт этого качество работы электроприводов можно сделать лучшим, существенно лучшим, но разумеется, сразу возникали два вопроса - во-первых, по какому закону следует регулировать напряжение, чтобы получить лучший из всех возможных, оптимальный процесс? И во-вторых: а что такое сам этот оптимальный процесс, как его найти? Для решения этих интереснейших вопросов нужен особый математический аппарат, вариационное исчисление, то самое, которое я самостоятельно изучал в училище, ещё тогда чисто интуитивно уловив, что это именно тот аппарат, который будет очень и очень нужен. Однако самостоятельно, в годы обучения в училище, мне не удалось найти правильного прихода к оптимальному управлению; сразу не получилось. Но вот в 1956 году в журнале "Электричество" я прочёл статью Карпа Иосифовича Кожевникова из Новочеркасского политехнического института об оптимальных диаграммах двигателей постоянного тока - и все сразу прояснилось. Простейшую задачу оптимизации К. И. Кожевников решил совершенно правильно, я пошёл тем же путём вслед за ним, и очень скоро открылась возможность пойти дальше К. И. Кожевникова, найти оптимальные законы управления в более сложных задачах, не только для постоянного, но и для переменного тока.
Конечно, мою работу облегчило то, что я работал в Математическом институте, мог пользоваться консультацией знающих математиков, всеми богатствами хорошей библиотеки института. Там, в этой библиотеке, я нашёл редкую старую книгу, изданную в Петербурге в 1913 году - магистерскую диссертацию Надежды Николаевны Гернет, в которой раскрывалась методика решения самых интересных для практики вариационных задач - тех задач, в которых учитывались ограничения в форме неравенств. Книга была с дарственной надписью: "дорогому учителю, Николаю Михайловичу Гюнтеру от Надежды Гернет". Книга принадлежала Н. М. Гюнтеру, который в 1941 году завещал свою библиотеку ЛОМИ. Так попала книга Н. Н. Гернет ко мне и принесла, конечно, большую помощь. Закончив основные хлопоты с диссертацией, я занялся новой темой, и уже в 1959 и 1960 годах я с радостью держал в руках центральные научные журналы "Автоматика и телемеханика", "Известия Академии наук, серия "Энергетика и автоматика"", опубликовавшие мои первые работы по оптимальному управлению.
И, наконец, нужно рассказывать ещё об одном направлении работы - по созданию искусственного интеллекта. Это было моей самой заветной мечтой. Работая над настольной вычислительной машиной, я не забывал, что в конечном счёте машины вычислительные должны стать машинами думающими. Создать машину, воспроизводящую на первых порах хотя бы самые первичные, основные функции мозга животных, а потом и человека - вот моя самая главная мечта в то время. Но как найти хотя бы первые подступы к её воплощению? В Ленинграде мне не удалось встретить тех, кто думал бы над этой проблемой. Оставалось думать одному и самому. Я читал работы Ивана Петровича Павлова (кстати, мама в своё время слушала его лекции и рассказывала мне о своих впечатлениях от живого слова И. Павлова). Именно работы И. Павлова произвели на меня наибольшее впечатление, и я решил, что основной ячейкой мозговой деятельности является условный рефлекс. Отсюда программа действий: сперва нужно построить устройства, моделирующие условный рефлекс, а затем - комбинируя такие устройства, моделировать мозг животных и человека. Первую часть плана удалось выполнить. Используя телефонный искатель, я собрал устройство, реализующее условный рефлекс. Несколько позже мои коллеги их Ленинградского электротехнического института связи оформили это устройство в виде игрушки, названной ими "собака Павлова". Был сделан плюшевый щенок, в его брюхе могла зажигаться неоновая лампочка, символизирующая "выделение желудочного сока" при "кормлении". В исходном состоянии щенок обладал "безусловным рефлексом": когда его "кормили" (т. е. когда к морде доносили магнит), неоновая лампочка в брюхе вспыхивала, показывая, что в ответ на "кормление" выделяется "желудочный сок". В глаза щенка были вмонтированы фотоэлементы, однако если перед глазами щенка зажигалась лампа, то "желудочный сок" в ответ на горящую лампу не выделялся. Но если несколько раз совмещалось зажигание лампы и "кормление" (т. е. приложение магнита к морде), то у щенка вырабатывался "условный рефлекс": лампочка на брюхе ярко вспыхивала. Если щенка несколько раз "обманывали" (т. е. после зажигания лампы его не "кормили"), то "условный рефлекс" угасал, щенок возвращался в исходное состояние, в ответ на зажигание лампы "желудочный сок" не выделялся. Игрушка пользовалась успехом, с ней много "играли" и молодые инженеры и почтенные учёные мужи, но я думал уже о другом: о будущей машине, реализующей разумную деятельность, в которой устройств, воссоздающих условный рефлекс, должно быть много сотен, если не тысячи. Значит, каждое устройство нужно сделать элементарно простым и миниатюрным. Мне пришло в голову, что миниатюрные устройства, реализующие условный рефлекс, можно создать на базе химического запоминающего элемента, который незадолго до этого мы с Сашей Назаровым, химиком из университета, разработали для настольной машины и даже получили авторское свидетельство на изобретение. Для настольной машины химический элемент не пригодился, но устройства с условным рефлексом на базе химического запоминающего элемента получились миниатюрными и очень интересными. Они обладали даже любопытным свойством - вспоминать временно забытое: мы сперва выработали условный рефлекс на зажигание лампы перед "кормлением", а затем гасили его - т. е. много раз не сопровождали лампу подкреплением, и тогда условный рефлекс угасал, как и должно быть по И. Павлову. Но проходило время - и он восстанавливался. Элементарная химическая ячейка "вспоминала", что раньше свет лампы предшествовал "кормлению", и восстанавливала условный рефлекс. Мы с Назаровым долго искали (и нашли) физическую подоплёку возвращения в памяти следов давно и, казалось бы, прочно забытого прошлого.