24-7-2009 Gedruckt am 24-04-2014 aus www.monitor.co.at/index.cfm/storyid/11861

Computer-Geschichte

330 Jahre Binäre Rechenmaschine

Er gilt als einer der letzten Universalgelehrten und hat bereits vor 330 Jahren mit seinen Gedanken zu einer binären Rechenmaschine die Grundidee eines Computers gehabt: Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 bis 1716).

Rüdiger Maier

„Gottfried Wilhelm Leibniz erfand in Hannover das binäre Zahlensystem“: Mit diesem Spruch auf einer Postkarte wirbt seine Heimatstadt noch heute mit ihrem wohl berühmtesten Einwohner. Letztlich wollte er allerdings seinen Lebensabend im schönen Wien verbringen, was allerdings sein Tod verhinderte. Mitte April 1713 war er nämlich (mit Rückdatierung auf Jänner 1712) von Kaiser Karl VI. in Wien zum „Reichshofrat“ mit einem vierteljährlichen Gehalt von 500 Gulden ernannt worden. Und am 13. August ernannte man ihn zum Direktor der geplanten Societät der Wissenschaften (!) mit einem stattlichen Jahresgehalt von 4.000 Gulden. Es sollte allerdings noch 134 Jahre dauern, bis 1847 die Kaiserliche Akademie der Wissenschaften in Wien wirklich gegründet wurde. Erfreut war aber sicher sein Neffe Friedrich Simon Loeffler, der nach Leibniz Tod als Universalerbe 5.210 Gulden und 20 Kreuzer von der Wiener Stadtbank ausgezahlt bekam.

Sein Nachlass ist Weltkulturerbe

„Wir haben hier etwa 200.000 Manuskript-Blätter des Nachlasses von Leibniz aufbewahrt, die zu einem großen Teil noch erforscht werden müssen“, erläutert mir bei meinem Besuch Dr. Friedrich Hülsmann, Leiter der Abteilung Handschriften und Sonderbestände der Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek in Hannover. Wir stehen in einem klimatisierten Tresorraum, in dem sich auch die einzige Original-Rechenmaschine von Leibniz befindet. Man sei mit Vorführungen dieser Maschine sehr vorsichtig, da bei einer letzten Betätigung vor einige Jahrzehnten das Rechenwerk festklemmte. Der auch im gleichen Glasschrank aufbewahrte Nachbau der Maschine, den man auch betätigen darf, sei derzeit ausgeliehen. „Es gibt inzwischen einige Nachbauten der Maschine, teils mit kleineren Veränderungen“, erläutert der Wissenschaftler. Es konnte aber anhand der Nachbauten bewiesen werden, dass die Maschine bei richtiger Bedienung auch exakt funktioniere. Die Bedienung erfordere allerdings einiges an Erfahrung und ein entsprechendes Fingerspitzengefühl. Die Edition der Schriften Leibniz umfasst bereits über 40 Bände, die Arbeiten zur vollständigen Edition werden aber sicher noch 30 Jahre dauern. Mitte 2008 wurde der etwa 15.000 Briefe umfassende Bestand des Leibniz-Nachlasses von der UNESCO zum Weltkulturerbe erklärt. Der Bestand umfasst Schreiben an 1.100 Gelehrte aus allen bereichen der Wissenschaften. Die Briefe stehen damit auf einer Stufe mit rund 120 Dokumenten aus aller Welt, darunter die Gutenberg-Bibel, Beethovens 9. Symphonie oder der literarische Nachlass Goethes.

Fünf Rechenmaschinen wurden gebaut

Bereits 1670 hat sich Leibniz auf sieben Seiten und in einer recht undeutlichen Skizze mit einer Rechenmaschine beschäftigt und 1671 schrieb er an den Herzog Johann Friedrich in Hannover: „In Mathematicis und Mechanicis habe ich vermittelst artis combinatoriae einige dinge gefunden die in praxi vitae von nicht geringer importanz zu achten, und ersichtlich in Arithmeticis eine Maschine, so ich eine Lebendige Rechenbank nenne, diweil dadurch zu wege gebracht wird, dass alle zahlen sich selbst rechnen, addiren subtrahiren multipliciren dividieren, ja gar radicem Quadratam und Cubicam extrahiren ohne einige Mühe des Gemüths…..Letztlich hat Leibniz sein ganzes Leben lang über seine Rechenmaschinen nachgedacht, anfertigen ließ er sie allerdings immer von Mechanikern. Die in Hannover erhaltene ist seine fünfte und letzte Maschine und wurde von einem Mechaniker in Zeitz gebaut. Und die Hoffnung, eines Tages noch eine weitere seiner Rechenmaschinen zu finden, lebt in der „Leibniz-Fangemeinde“ weiter.

Idee einer binären Rechenmaschine

Im Bonner Artihmeum steht ein Nachbau der binären Rechenmaschine von Leibniz. Bild:Arithmeum

Während sich Leibniz mit der binären (oder dualen) Mathematik recht ausführlich befasste, hat er über eine mögliche duale Rechenmaschine 1679 nur einige Zeilen hinterlassen. Auch hat er sich nach heutigem Wissensstand nie um eine praktische Umsetzung dieser Idee bemüht. Gefunden und aus dem Lateinischen übersetzt wurde die betreffende Stelle fast 300 später durch den Wissenschaftler Ludolf von Mackensen, der sie in seiner Dissertation an der TU München 1968 vorstellte und einen Bauentwurf zeichnete. Ein Modell dieser „Machina Arithmetica Dyadicae“ wurde nach diesem Entwurf 1971 vom Deutschen Museum in München konstruiert. 2004 bauten dann E. Stein und G. Weber ein verbessertes Modell, das im gesamten verfügbaren Zahlenraum richtig addiert und multipliziert. Der im Bild zu sehende Nachbau der binären Rechenmaschine steht im Museum Arithmeum in Bonn.
Diese von Leibniz beschriebene Binär-Maschine kann damit als Vorläufer der jetzigen binär rechnenden Computer angesehen werden, deren erste mechanische Ausführung 1936 vom deutschen Computerpionier Konrad Zuse gebaut und als Z1 patentiert wurde. In Östereich war der Pionier in Sachen Computerentwicklung Heinz Zemanek, der in den 50er-Jahren mit seinem „Mai-Lüfterl“ berühmt wurde.

www.leibniz-edition.de

www.arithmeum.uni-bonn.de

Buchtipps
Hans Wußing ist ein bekannte deutscher Mathematik-Historiker und Autor vieler Bücher zur Wissenschaftsgeschichte. Er will mit diesem zweibändigen Werk einem breiten Leserkreis einen Überblick über die Entwicklung der Mathematik von ihren Anfängen bis zum heutigen Stand vor dem Hintergrund der kulturgeschichtlichen Entwicklung der Menschheit geben. Da der Autor offenbar auch Briefmarkensammler ist, finden sich viele zum Thema passende Briefmarken als Illustrationen. Am Ende des ersten Bandes widmet sich das Buch Leibniz und seinen Rechenmaschinen (ab S. 424). Ab S. 452 geht er auch auf den in der Mathematik-Geschichte berühmt gewordenen Streit zwischen Newton und Leibniz bezüglich der Erfindung der Infinitesimalrechnung ein. Newton fand zwar seine „Fluxionsmethode“ wirklich zehn Jahre vor Leibniz „Differentialkalkül“, aber beide hatten ihre Methoden unabhängig voneinander entwickelt. Leibniz veröffentlichte seine Ergebnisse allerdings im Gegensatz zu Newton, was ihm zu einer breiteren Wahrnehmung verhalf.
H. Wußing: 6000 Jahre Mathematik. 2 Bände. Springer 2008
In den beiden Überblickswerken „50 Schlüsselideen Physik“ und „50 Schlüsselideen Mathematik“ aus dem Spektrum Verlag kommt Leibniz naturgemäß auch vor. Während er in der Physik nur kurz als Vorläufer von Mach und Einstein in Erscheinung tritt, wird im Bereich der Mathematik das harmonische Dreieck von Leibniz ausführlich gewürdigt. Und der Prioritätenstreit zwischen Newton und Leibniz um die Erfindung der Infinitesimalrechnung darf natürlich in einer ideengeschichtlichen Betrachtung auch nicht fehlen.
J. Baker: 50 Schlüsselideen Physik, Spektrum Akad. Verlag 2009
T. Crilly: 50 Schlüsselideen Mathematik, Spektrum Akad. Verlag 2009
Eike Christian Hirsch brachte 2000 mit „Der berühmte Herr Leibniz“ eine Biographie heraus, die auch den Menschen Leibniz darzustellen versucht. So beruht die Darstellung zwar auf Fakten der Leibnizforschung, trägt die Ergebnisse ab er auch gerne im Erzählton vor. Er zeichnet den Universalgelehrten mit seinen Schwächen und seinen Niederlagen und doch als Visionär der Wahrheit.
Eike Christian Hirsch: Der berühmte Herr Leibniz. Eine Biographie. Beck`sche Reihe Taschenbuch, 2007
„Die Falte“ ist für den französischen Philosophen Gilles Deleuze in seinem gleichnamigen Buch der Beitrag des Barock zur Kunst, besonders aber der Beitrag des Leibnizianismus zur Philosophie. Bei Leibniz entdeckt er die Wendungen vom „Falten“, vom „Ein- und Auswickeln“ und rekonstruiert daraus eine barocke Metaphysik: Der Vorgang der Perzeption bildet Falten in der Seele, und die Monade ist von innen mit Falten (plis) ausgekleidet; die Materie ihrerseits ist in äußerlichen Faltungen (replis) organisiert.
Gilles Deleuze: Die Falte. Leibniz und der Barock. Suhrkamp Taschenbuch, 2000
1905 veröffentlichte E. Gerland Leibniz damals bereits bekannte Schriften physikalischen, mechanischen und technischen Inhalts. Sie sind – wie alle Schriften des Universalgelehrten – teils in lateinischer, in deutscher oder in französischer Sprache geschrieben. Dies oft freilich so nachlässig und schlecht, dass ihr Entziffern einem Erraten gleichkommt. In dieser Sammlung ist nichts über die Rechenmaschinen aufgenommen, da diese nach Ansicht des Autors eher zu den mathematischen Schriften zu zählen sind.
G.W. Leibniz: Nachgelassene Schriften physikalischen, mechanischen und technischen Inhalts. Nachdruck der Originalausgabe; Georg Olms Verlag, 1995
Einen „ungesicherten Bericht über die Liebe und das Merkwürdige im Leben des Gottfried Wilhelm Leibniz“ nennt Manfred Richter sein Buch „Legende Lövenix“. Der Leibniz-Forscher Hans-Jürgen Treder schreibt im Vorwort dieses Buchs, dass er hier etwa erfahre vom forschend suchenden, vom irrenden, liebenden, im Alltag sich bewährenden Manne, der am Ende seines Lebens Bilanz zieht und sich von dieser „besten aller Welten“ mit den Worten verabschiedet: „Ich stehe überhaupt erst am Anfang“.
Manfred Richter: Legende Lövenix. Ein ungesicherter Bericht über die Liebe und das Merkwürdige im Leben des Gottfried Wilhelm Leibniz. Trafo Verlag, 2004
Leibniz positives Weltbild mündet in seinem philosophischen Spätwerk „Theodicée“. Darin sagt er, dass die Menschen zwar Gottes Geschöpfe, aber von einer natürlichen Unvollkommenheit seien, weil sie sonst ja selbst Götter wären. Und er folgert daraus, dass alle Übel als ein Ansporn zu begreifen sind, uns und die Welt verändernd zu gestalten. Für ihn ist die „beste aller Welten“ kein fertiges Produkt, weil dieses Beste einen Prozesscharakter, die immerwährende Veränderung zum Inhalt hat. Dieses Spätwerk widmet er seiner geliebten Schülerin Sophie Charlotte, der späteren ersten Königin in Preußen, mit der bis zu ihrem frühen Tod in einer geheimen Beziehung stand. Dieser „geistigen Liebe“ widmet sich Renate Feyl in ihrer Romanbiographie „Aussicht auf bleibende Helle“.
Renate Feyl: Aussicht auf bleibende Helle. Diana Verlag Taschenbuch, 2008
Heinz Zemanek wurde am 1.1.1920 in Wien geboren und begann 1954 mit einer Gruppe von Studenten den Bau eines der ersten vollständig transistorisierten Computers. Im Bereich der Stromversorgung hat er auch den vor einigen Jahren verstorbenen MONITOR-Autor Rudi Wolf beigezogen, der ihm aus Veröffentlichungen in Fachzeitschriften aufgefallen war. 1961 übersiedelte Zemanek mit seiner Forschungsgruppe in ein eigens in Wien eingerichtetes IBM-Laboratorium, dessen Hauptleistung in den Jahren 1961 bis 1976 in der Formalen Definition der Programmiersprache PL/I bestand. Zemanek trat 1985 in den Ruhestand, hält aber auch heute noch fallweise Vorlesungen. Er hat über 500 Arbeiten veröffentlicht (www.zemanek.at), darunter 12 Bücher.
Heinz Zemanek. Series „Classics of World Science Vol. 8”, herausgegeben von Stepan S. Moskaliuk für das Walter Thirring International Institute in der Ukraine, 2001.


 

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