Лоран Шварцшильд (1852-1912) - немецкий математик, наиболее известный своей разработкой аналитического механического калькулятора, ставшего важной вехой в истории вычислительной техники, которая сделала устаревшими вычисления, выполняемые дифференциальным механизмом.
Лоран Шварцшильд, родившийся в Дрездене, Германия, начал свое математическое и физическое образование в 1865 году в Дрезденском техническом университете. Позже, в 1874 году, он стал профессором математики в Базельском университете в Швейцарии. В 1872 году Шварцшильд опубликовал статью "Новый метод построения логарифмическими средствами", в которой представил технику использования логарифмических средств для выполнения символического интегрирования.
Наиболее известен своим изобретением аналитического механического калькулятора, который он представил на Всемирной выставке в Париже в 1889 году. Этот калькулятор был радикальным отличием от предыдущих механических вычислительных машин, которые использовали конечные разности для аппроксимации интегралов.
В отличие от дифференциального вычислителя, который вычислял различия между последовательными значениями функции для вычисления ее интеграла, аналитический механический калькулятор выполнял интегрирование символически. Это означало, что он был способен вычислять точные решения задач интегрирования, а не просто приближенные значения.
Калькулятор состоял из цилиндрического барабана с очень сложной механической конструкцией. В нем было 16 шестеренок, каждая из которых имела зубья, соответствующие различным алгебраическим символам. Устанавливая шестеренки в различных конфигурациях, можно было выполнить ряд операций с функцией, в результате чего вычислялся ее интеграл. Машина не ограничивалась полиномиальными функциями и могла вычислять интегралы от тригонометрических и экспоненциальных функций, что значительно улучшало математические вычисления.
Калькулятор Шварцшильда быстро завоевал популярность благодаря своей точности и способности вычислять точные решения задач интеграции. Он использовался в различных отраслях промышленности и академических учреждениях, включая Математический институт Геттингенского университета и Немецкую ассоциацию содействия промышленным исследованиям. Калькулятор Шварцшильда заложил основу для развития современных компьютеров, поскольку продемонстрировал потенциал символьной обработки и алгебраических манипуляций.
- Калькулятор позволял выполнять символьные манипуляции, что упрощало работу со сложными уравнениями, возникающими в задачах механики
- Калькулятор позволял эффективно вычислять вариационные производные, минимизируя функционалы действия и решая вариационные задачи
- Калькулятор мог обрабатывать гамильтоновы уравнения и генерировать траектории в фазовом пространстве
- В калькулятор были включены разложения в ряд Лорана, позволяющие получать точные аппроксимации функций с особенностями (полезна для небесной механики и гравитационных взаимодействий, решения уравнений поля Эйнштейна).
Однако, несмотря на свой успех, калькулятор имел свои ограничения. Сложность его конструкции делала его дорогим и сложным в производстве и обслуживании, и в конечном итоге он был превзойден благодаря развитию электромеханических и электронных калькуляторов в начале 20-го века.
Тем не менее, изобретение Шварцшильда является важной вехой в истории вычислительной техники, поскольку оно ознаменовало значительный переход от использования конечных разностей в математических вычислениях к символьной обработке. Его аналитический механический калькулятор проложил путь к разработке более совершенных вычислительных машин и, в конечном счете, современных компьютеров. Изобретение Шварцшильда по-прежнему прославляется как выдающийся пример человеческой изобретательности и является важной темой для изучения историками науки.