آلن تورینگ و شکستن رمزهای مخابراتی آلمان نازی

در سالهای ابتدایی جنگ جهانی دوم، آلمانها از ماشینی به نام انیگما (Enigma) برای تولید و ارسال رمز استفاده می‌کردند. این ماشین می توانست رمزهای پیچیده‌ای تولید کند که برای ارسال پیام جهت زیردریایی های مخوف آلمانی موسوم به u-boat بسیار مناسب بودند. از رمز درآوردن این پیامها نیز توسط نسخه‌ای از این ماشین در مقصد انجام می شد. بدین ترتیب آلمانها توانستند با عملیات پنهانی تلفات زیادی به کشتی های تجاری و جنگی متفقین وارد سازند. گرچه ریاضیدانان لهستانی توانسته بودند پیامهای انیگما را کشف رمز کرده و بخوانند، از سال 1941 به بعد آلمانها سیستم رمزنگاری خود را بطور روزانه تغییر دهند. این کار شکستن رمزها را بسیار دشوارتر ساخت. برای مقابله با این تکنیک موثر آلمانها دنیا باید منتظر ورود یک نابغه ریاضیات می ماند و آن کسی نبود جز آلن تورینگ (Alan Turing).

a German U-boat

Enigma

آلن تورینگ (Alan Turing) یک ریاضیدان نابغه انگلیسی متولد سال 1912 درلندن بود. او در هر دو دانشگاه کمبریج و پرینستون درس خوانده بود. در سال 199 او یک شغل تمام وقت در بلیچ لی پارک در بوکینگ همپشایر لندن اختیار کرده و از جانب دولت انگلستان مسئول کار بر روی شکستن رمزهای مخابراتی آلمانها شد.

آلن تورینگ

بسیاری از متخصصین قبل از تورینگ روی این موضوع کار کرده و شکست خورده بودند. در سال 1941 برخی قطعات رمزهای انیگما بدست متفقین افتاد و تورینگ توانست از روی آنها تکنیکی به نام بن بوریسموس ابداع کند که کدهارا قابل خواندن می ساخت. غیر از وقفه ای که در سال 1942 افتاد و طی آن کدهای آلمان غیرقابل خواندن شد، در سالهای انتهایی جنگ ناوگانهای تجاری و جنگی متفقین توانستند با بهره گیری از رمزشکنی ابدع شده توسط تورینگ و تیم همکارش، از محل تجمع و اعزام دسته های زیردریایی یو-بوت آلمانی احتراز کنند.

در سال 1942 تورینگ یک تکنیک پیچیده کدشکنی به نام تورینگری ابداع کرد که می توانست کدهای سیستم لورنز آلمان را بشکند. از این ماشین برای تولید کدهای استراتژیک بسیار مهم فرماندهی عالی آلمان استفاده می شد. کار تورینگ در این زمینه کمک های بسیار بزرگی به متفقین کرد.

این دانشمند و نابغه بی همتا هیچگاه بخاطر خدمات بزرگ خود مورد تقدیری که شایسته آن بود قرار نگرفت. در سال 1952 آلن تورینگ به جرم همجنس گرایی دستگیر شد. او به اتهام "بی شرمی گستاخانه" مورد محاکمه قرار گرفت لیکن او را به زندان نیفکندند. دو سال بعد جنازه او را یافتند در حالی که با سیانور مسموم شده بود. نتایج یک تحقیق رای به خودکشی او داد.

جزئیات کار تورینگ به دلیل مسایل امنیتی تا سالها پس از مرگ او فاش نشد. از این رو دنیا پی به اهمیت کار او در توسعه علوم کامپیوتری نبرد. تنها در دهه 1990 بود که عملیات تیم بلیچ لی که تورینگ آن را هدایت می کرد بطور کامل فاش شد. چنین تخمین زده می شود که تلاشهای تورینگ و هم تیمی هایش جنگ جهانی دوم را سالها کوتاهتر کرده و جان افراد بیشماری را نجات داد. لیکن او هیچگاه قدر و منزلتی درخور یک دانشمند نابغه بزرگ را نیافت، امری که نشان می‌دهد برای قدرتهای امپریالیستی هدف همواره مهمتر از مقام و شان انسانهاست.

منبع اصلی:

http://www.iwm.org.uk/history/how-alan-turing-cracked-the-enigma-code

تولد علم مکانیک سیالات

تولد علم مکانیک سیالات

در هشتم آگوست 1588 آبهای کانال انگلیس با هجوم صدها کشتی جنگی متلاطم شد. ناوگان بزرگ اسپانیا خود را به کانال رسانده بود تا تهاجم بزرگی را به انگلستان تحت حکومت ملکه الیزابت انجام دهد و در این نقطه ب ناوگان انگلستان تحت فرماندهی سر فرانسیس دریک مواجه شده بود. کشتی های اسپانیایی بزرگ و سنگین بودند؛ آنها پر از سرباز و مجهز به توپهای قدرتمندی با گلوله های 50 پاوندی بودند که می توانستند هر نوع کشتی آن دوره را نابود کنند. در طرف مقابل، کشتی های انگلیسی کوچک و سبکتر بوده و توپهای کوچکتر  کوتاه بردتری داشتند. توازن قوا در اروپا به نتایج این مواجهه دریایی بستگی داشت. شاه فیلیپ دوم اسپانیای کاتولیک در نظر داشت جلوی نفوذ رو به رشد انگلستان پروتستان بر روابط سیاسی و مذهبی اروپا را بگیرد. ملکه الیزابت یکم نیز می خواست از موجودیت انگلستان به عنوان یک دولت مستقل دفاع کند. در حقیقت، در آن روز حیاتی سال 1588 وقتی انگلیسی ها شش کشتی آتشین را به سوی آرایش اسپانیایی ها هدایت کرده و سپس بر اسپانیایی های دستپاچه شده از روبرو تاختند، تاریخ آینده اروپا بطور قطع تعیین شد. در پایان نبرد، کشتی های سنگین تر و کندتر اسپانیایی ها نتوانستند از عهده کشتی های سبک و مانورپذیر انگلیسی برآیند و تا عصر آن روز ناوگان اسپانیا مضمحل شده و دگر تهدیدی برای انگلستان بشمار نمی رفت. این نبرد دریایی از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا برای اولین بار در تاریخ بین کشتی های بادبانی در دو طرف مخاصمه برگزار می شد (برخلاف کشتی ها یپیشین که علاوه بر بادبان از پاروزنان نیز سود می بردند). این نبرد به دنیا آموخت که قدرت سیاسی از این پس مترادف با قدرت دریایی است. قدرت دریایی نیز به نوبه خود بستگی زیادی به سرعت و مانورپذیری کشتی های اسپانیایی داشت. برای افزایش سرعت کشتی ها، لازم بود که مقاومت ایجاد شده توسط جریان آب در پیرامون بدنه کشتی کاهش یابد. ناگهان نیروی پسای وارده بر بدنه کشتی ها به یک مساله مهندسی مهم تبدیل شده و انگیزه بزرگی برای مطالعه بر روی مکانیک سیالات فراهم کرد.

 

این انگیزه بزرگ تقریبا یک قرن بعد ثمر داد، هنگامی که در 1687 آیزاک نیوتن کتاب معروف خود پرنسیپیا را تالیف کرد که در آن کل جلد دوم به مکانیک سیالات اختصاص داده شده است. نیوتن در مطالعه سیالات با این مشکل مواجه شده بود که جریان سیال تفاوت بنیادی با دینامیک اجسام صلب دارد. یک جسم صلب معمولا از نظر هندسی بخوبی تعریف شده و توصیف آن نسبتا ساده است. در حالی که یک سیال ماده ای لزج است که مدل سازی حرکت آن بویژه در زمان نیوتن دشوار می نمود. با این حال کار اولیه نیوتن پیشرفت بزرگی در مکانیک سیالات محسوب می شد، علمی که امروزه زیربنای صنعت نوین و نیز آیرودینامیک محسوب می شود.

برگرفته از کتاب:

Fundamentals of Aerodynamics

Fifth Edition

John D. Anderson, Jr.

McGraw-Hill Series in Aeronautical and Aerospace Engineering

تاریخچه مختصر کامپیوتر

تاریخچه مختصر کامپیوتر

گردآوری و ترجمه: اصغر ناصری ([e-mail])

1380 خورشیدی

ماشین های محاسبه و نوآوران نخستین

چرتکه،‌که حدود 5000 سال پیش در آسیای میانه ابداع شد و هنوز مورد استفاده است، می تواند نخستین کامپیوتر بشمار آورده شود. بازرگانان از این ابزار برای نگهداشتن حساب معاملات استفاده می کردند. حدود 12 قرن طول کشید تا پیشرفت مهم دیگری در ابزارهای محاسباتی رخ دهد. در سال 1642 بلیز پاسکال ماشینی ابداع کرد که می توانست اعدادی تا هشت رقم را با یکدیگر جمع کند. ابزار او که پاسکالین نامیده می شد کاملاً مکانیکی بود و از چرخدنده های درگیر استفاده می کرد. در سال 1694 یک ریاضیدان آلمانی بنام لایب نیتز قابلیت ضرب کردن را به این ماشین افزود. اما تا سال 1820 ماشین حسابهای مکانیکی مورد استفاده گسترده واقع نشدند. در این سال یک مهندس فرانسوی بنام توماس دوکولمار ماشینی ساخت که می توانست چهار عمل اصلی را انجام دهد. این ماشین که آریثومتر نامیده می‌شد تا جنگ جهانی اول مورد استفاده بود.

شروع واقعی عصر کامپیوترها را می توان در گرو کار ریاضیدان انگلیسی چارلز بابیج دانست. او در سال 1832 طرحی برای اولین کامپیوتر همه منظوره بنام ماشین تحلیلی پی ریخت. این ماشین که از پنجاه هزار قطعه ساخته شده بود از کارت های سوراخدار برای ورود اطلاعات استفاده می کرد. گرچه این طرح کاملاً عملی بود، ولی بواسطه پیچیدگی و هزینه زیاد هرگز ساخته نشد. دستیار بابیج، آگوستا ایدا کینگ دختر شاعر معروف انگلیسی لرد بایرون بود که برای ماشین تحلیلی بابیج برنامه کامپیوتری جهت انجام محاسبات نوشت. بنابراین ایدا کینگ را می توان اولین برنامه نویس کامپیوتر در تاریخ جهان نامید. در دهه 1980 وزارت دفاع آمریکا به افتخار او یک زبان مدرن برنامه نویسی را بنام ایدا (ADA) نامگذاری کرد.

در سال 1889 یک مخترع آمریکایی بنام هرمان هولریت دستگاهی برای محاسبات سرشماری عمومی آمریکا ابداع کرد. محاسبات سرشماری قبلی در سال 1880 بصورت دستی انجام شده و حدود ده سال بطول انجامیده بود. هولریت از کارتهای سوراخدار برای ذخیره نتایج سرشماری استفاده می کرد. با استفاده از ماشین ابداعی هولریت، آمارگیران توانستند نتایج سرشماری را در طی شش هفته محاسبه کنند. علاوه بر سرعت، این شیوه ذخیره نتایج باعث کاهش قابل ملاحظه اشتباهات شده بود. او در سال 1896 اولین شرکت کامپیوتری را ابداع کرد که در سال 1924 بنام شرکت ماشینهای اداری بین المللی یا IBM تغییر داد.

پنج نسل کامپیوترهای نوین

نسل اول (1945-1956)

با شروع جنگ جهانی دوم دولتها شروع به سرمایه گذاری بیشتر در توسعه کامپیوترها نمودند. در سال 1941 یک مهندس آلمانی بنام کنراد زئوس کامپیوتری بنام Z3 ساخت که در طراحی هواپیماها و موشکها بکار می رفت. در 1943 در بریتانیا کامپیوتری بنام کلوزوس ساخته شد که می توانست پیامهای رادیویی المانی ها را رمز گشایی کند. در سال 1944 یک مهندس آمریکایی بنام هوارد آیکن که برای IBM کار می کرد کامپیوتری بنام Mark I برای نیروی دریایی آمریکا ساخت. از این کامپیوتر برای محاسبه مسیر پرتاب گلوله و موشک استفاده می شد. این کامپیوتر دارای طولی به اندازه یک زمین فوتبال و حدود 800 کیلومتر سیم بود. برای به راه انداختن قطعات مکانیکی آن از سیگنالهای الکترومغناطیسی (امواج رادیویی) استفاده می شد. محاسبه هر عمل اصلی در این کامپیوتر حدود 3 تا 5 ثانیه بطول می انجامید ولی قادر بود عملیات محاسباتی پیچیده ای را انجام دهد.

اما اولین کامپیوتر همه منظوره ای که از آن می شد برای انجام عملیات مختلفی استفاده کرد، انیاک (ENIAC) نام داشت. این کامپیوتر در اواخر جنگ جهانی دوم ساخته شد و ماشین عظیمی بشمار می رفت. از 180.000 لامپ خلا و 70.000 مقاومت و 5 میلیون جوش لحیم ساخته شده بود و در هر ساعت 160 کیلووات انرژی مصرف می کرد. با این وجود هزار بار سریعتر از Mark I بود.

در سال 1945 دانشمند جوانی بنام جان فون نیومن کامپیوتری بنام ادواک (EDVAC) ابداع کرد که نقطه تحول مهمی بشمار می رفت. این کامپیوتر دارای حافظه ای برای ذخیره دستورالعمل ها و داده ها بود و از یک “واحد پردازش مرکزی” بهره می برد. در سال 1951 یونیواک ساخته شد که اولین کامپیوتر همه منظوره تجاری بشمار می رفت.

مشخصات اصلی کامپیوترهای نسل اول را می توان بشرح زیر خلاصه کرد:

• هربار باید برای منظوری خاص برنامه ریزی می شدند.
• دارای زبان مخصوص به خود (بنام زبان ماشین) بودند.
• از لامپ های خلا برای انتقال داده ها و از استوانه های مغناطیسی برای ذخیره اطلاعات استفاده می کردند.

نسل دوم (1956-1963)

در سال 1948 ابداع ترانزیستورها باعث تغییر مسیر توسعه کامپیوترها شد. ترانزیستور جایگزین لامپ خلا بزرگ و پرمصرف شد و در نتیجه اندازه ماشین های الکترونیکی کاهش قابل ملاحظه ای یافت. با بکارگیری ترانزیستور، نسل دوم کامپیوترها متولد شدند که بسیار سریعتر،‌کوچکتر و ارزانتر بودند. در سال 1965 کامپیوتر IBM 1401 در شرکتهای بزرگ برای انجام محاسبات مالی بکار می رفت. این کامپیوتر دارای همه قسمتهای کامپیوترهای مدرن امروزی مانند چاپگر ، دستگاه های ذخیره بر روی نوار کاست و دیسک مغناطیسی،‌ حافظه، سیستم عامل و برنامه های ذخیره شده بود. زبانهای برنامه نویسی سطح بالا که بجای کدهای کامپیوتری از کلمات گفتاری استفاده می کردند،‌ در این نسل ظهور کردند. دو مثال مهم از اینگونه زبانها عبارتند از FORTRAN برای کاربردهای علمی وCOBOL برای کاربردهای تجاری. صنعت نرم افزار در این زمان متولد شد.

مشخصات اصلی کامپیوترهای نسل دوم عبارتند از:

• استفاده از ترانزیستورها
• استفاده از زبانهای برنامه نویسی سطح بالا
• دارا بودن لوازم جانبی برای ذخیره و چاپ اطلاعات

نسل سوم (1964-1971)

در سال 1958 مدارهای مجتمع (IC) ابداع شدند. یک مدار مجتمع قطعه ای الکترونیکی است که تعداد زیادی اجزاء الکترونیکی را بر روی قطعه سیلیکونی کوچکی گرد می آورد. ابداع نیمه هادی ها که متشکل از هزاران ترانزیستور در یک حجم کوچک بودند، به سرعت کامپیوترها افزوده و اندازه آنها را بطور قابل ملاحظه ای کاهش داد. مشخصات اصلی کامپیوترهای نسل سوم عبارت بودند از:

• استفاده از نیمه هادی ها
• استفاده از نرم افزارهای کاربردی بنام سیستم عامل که امکان می داد تعداد زیادی برنامه بطور همزمان بر روی یک کامپیوتر مرکزی اجرا شوند.

کامپیوترهای نسل چهارم (1971 تا کنون)

در این نسل دانشمندان توانستند چند صدهزار جزء الکترونیکی را بر روی قطعه کوچکی بنام تراشه (Chip) سوار کنند. در سال 1971 شرکت اینتل اولین تراشه خود بنام Intel 4004 را عرضه کرد که تمام قسمتهای پردازنده مرکزی، حافظه، کنترل ورودی و خروجی را بر روی خود داشت. با کاهش قیمت بیشتر، کامپیوترها وارد خانه ها نیز گشتند. اولین کامپیوترهای خانگی عبارت بودند از کمودور و اپل. در سال 1981 IBM اولین کامپیوتر شخصی بنام IBM PC را وارد بازار کرد. تعداد کامپیوترهای شخصی تا سال 1982 به 5.5 میلیون عدد رسید. شرکت اپل نیز در سال 1984 اولین سیستم عامل گرافیکی را عرضه کرد که در آن بجای تایپ دستورات، از جابجا کردن اشکال گرافیکی استفاده می شد. ورود شرکت مایکروسافت و سیستم عامل ویندوز مهمترین تحول زمینه صنعت نرم افزار بشمار می رفت. در حال حاضر صدها میلیون کامپیوتر شخصی در تمام نقاط دنیا در انجام کارهای مختلف صنعتی، اداری، علمی و آموزشی بکار می روند.

مشخصات اصلی کامپیوترهای این نسل عبارتند از:

• تراشه های متمرکز (CPU)
• سیستم عامل گرافیکی

کامپیوترهای نسل پنجم (اکنون و آینده)

تعریف این نسل از کامپیوتر اندکی دشوار است،‌ زیرا توسعه آنها هنوز در مراحل ابتدایی خود بسر می برد. کامپیوترهای این نسل با استفاده از هوش مصنوعی قادر به تفکر و تصمیم گیری خواهند بود. همچنین به جای زبانهای برنامه نویسی از گفتار انسانی برای ارتباط با آنها استفاده می شود.

 دانلود متن PDF همراه با تصاویر

---

فروش مقاله و تحقیق آماده با بالاترین کیفیت علمی- تحویل سریع، قیمت فوق العاده مناسب

روی لینکهای زیر کلیک کنید:

1. مفاهیم و کاربردهای رایانش ابری

2. فرایند پرسکاری ECAP

3. فرایند شکل دهی افزایشی گرم

---

آزمایش سقوط چکش و پر آپولو 15

ارسطو بزرگترین دانشمند دنیای قدیم در قرن چهارم پیش از میلاد بود و آموزه های او به مدت 2 هزار سال بر دنیای علم و فلسفه حاکمیت می کرد. بخصوص کلیسای کاتولیک که اندیشه های او درباره مرکزیت زمین و اصول فیزیکی او را مطابق با تعلیمات کتاب مقدس می دید، طی صدور فرمانی مخالفت با تعالیم ارسطو را مخالفت با کتاب مقدس تلقی کرد. محاکمه گالیله دانشمند بزرگ ایتالیا در قرن شانزدهم به علت اثبات مرکزیت خورشید و اینکه زمین و سایر سیارات به دور خورشید می‌گردند، از وقایع معروف تاریخ مجادله علم و کلیسا است.

یکی دیگر از آزمایشهای معروف گالیله، فروانداختن دو جسم سبک و سنگین از فراز برج کج پیزاست. مطابق ایده ارسطو سرعت سقوط اجسام به وزن آنان بستگی دارد. لیکن گالیله با استدلال علمی نشان داد که سرعت سقوط اجسام در هوا ارتباطی با وزن آنان ندارد و اگر دو جسم سبک و سنگین را از ارتفاع یکسانی رها کنیم. هر دو همزمان به زمین می رسند. دانش مکانیک جدید این موضوع را با فرمول زیر نشان می دهد:

که y ارتفاع سقوط، g ثابت جاذبه و t زمان سقوط است. چنانکه دیده می شود m یا جرم جسم جایی در این معادله ندارد. البته مقاومت هوا در نزدیکی زمین باعث کند شدن حرکت اجسام سبک می شود. ولی اگر مقاومت هوا را حذف کنیم، تمامی اجسام با شتاب ثابتی سقوط می کنند.

در 26 جولای 1971 میلادی سفینه آپولو 15 نهمین ماموریت فضایی برای تسخیر ماه و چهارمین پیاده روی انسان بر کره ماه را به انجام می رسانید. دیوید اسکات یکی از فضانوردان آپولو 15 پس از پایان راهپیمایی با خودرو آزمایشی را در برابر دوربین تلویزیونی انجام داد که فیلم آن به زمین مخابره می شد. او یک پر و یک چکش زمین شناسی به وزن 1.32 کیلوگرم را با هم از یک ارتفاع رها کرد و میلیونها نفر مشاهده کردند که هر دو جسم با هم به سطح ماه رسیدند. این اولین بار بود که نظریه علمی گالیله درباره سقوط آزاد اجسام در خلا نسبی آزمایش می شد.

تصویر زیر صحنه ای از این آزمایش را نشان می دهد که البته با توجه به تکنولوژی تصویربرداری آن زمان کیفیت بالایی ندارد.

در آدرس زیر نیز فیلمی از این آزمایش را می توانید ببینید.

http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/apollo_15_feather_drop.html

آیا آلبرت اینشتاین تحصیلات دبیرستانی ناموفقی داشت؟

باورعامه بر این است که آلبرت اینشتاین دانشمند بزرگ فیزیک و ارائه کننده نظریه نسبیت، تحصیلات دبیرستانی ناموفقی داشت و هیچگاه دانش آموزی قوی در دروس پایه نبود. حتی در سال 1935فردی بریده روزنامه ای را به او نشان داد که عنوان آن چنین بود: "بزرگترین ریاضیدان زنده دنیا در درس ریاضیات مردود شده بود." اینشتاین با مشاهده این مطلب لبخند زده و گفته بود: من هیچگاه در ریاضیات مردود نشدم. من پیش از پانزده سالگی بر حساب دیفرانسیل و انتگرال تسلط کامل داشتم.

این باور عامیانه ریشه در یک اشتباه مضحک و عدم آشنایی با نظام آموزشی سوبیس داشت، یعنی کشوری که اینشتاین تحصیلات دبیرستانی خود را در آن گذرانده بود. اینشتاین در مدرسه پلی تکنیک فدرال زوریخ امتحانات ورودی را گذرانده و با توجه به نمرات خوب، به توصیه مدیر موسسه در مدرسه ای واقع در آرائو ثبت نام  کرد. یکسال بعد او در حالی دوره متوسطه را به پایان رساند که در دروس جبر، هندسه، فیزیک و تاریخ نمره شش گرفته بود. نمره شش در نظام آموزشی سوییس به معنای بالاترین نمره بود. در حالی که نظام آموزشی آلمان که اینشتاین بعدها به آنجا مهاجرت کرد کاملا برعکس بود. یعنی نمره 1 بالاترین و نمره شش پایین ترین محسوب می شد. جهل عمومی به این تفاوت موجب یک سوء برداشت تاریخی شد و گروه بزرگی از مردم تصور کردند اینشتاین در دروس اصلی نمره پایینی گرفته است.

تصویری از کارنامه دوره متوسطه آلبرت اینشتاین

منبع:

http://rarehistoricalphotos.com/albert-einsteins-matriculation-certificate-1896/