Blaise Pascal - kukkaanpuhkematon nero

Blaise Pascal - kukkaanpuhkeamaton nero





Esitelmä Tietojenkäsittelytieteen historia -seminaarissa
Helsingin yliopiston tietojenkäsittelytieteen laitoksella
4.5.2000.


Tämä kirjallinen esitys pyrkii antamaan kokonaiskuvan Blaise Pascal'in henkilöhistoriasta ja vaikutuksesta eri tieteen ja taiteen aloille.
Suullisessa esityksessä tarkastellaan kirjallista esitystä yksityiskohtaisemmin tietojenkäsittelytieteen kannalta kiinnostavimpia osia, laskukoneen toimintaa ja todennäköisyyslaskennan kehittämistä.



Marko Salmenkivi






1 Johdanto - historiallista taustaa

1600-luku oli matematiikan historiassa merkittävää aikaa. Vuosisadan puolivälin tienoissa Ranska oli matematiikan kiistaton keskus. Johtavia nimiä olivat Rene Descartes (1596-1650) ja Pierre de Fermat (1601-1665). Muita merkittäviä matemaatikkoja olivat Gilles Persone de Roberval (1602-1675), Girard Desargues (1591-1661) sekä Blaise Pascal (1623-1662).

Descartes'in huikea ura ulottui kauas matematiikan rajojen ulkopuolelle. Hänen kuuluisin teoksensa Metodin esitys (1637) julistaa systemaattisen epäilyn tienä totuuden ja tiedon hankkimiseen ja on keskeinen merkkipylväs länsimaisen tieteen historiassa ja filosofiassa. Matematiikan alalla Descartes'in keskeisin saavutus oli analyyttisen geometrian keksiminen.

Fermat kehitti analyyttistä geometriaa Descartesissa riippumatta, hänen tutkimuksensa olivat luomassa perustaa myös hieman myöhemmin keksitylle differentiaalilaskennalle. Yhdessä Pascalin kanssa Fermat hahmotteli todennäköisyyslaskennan perusteita.

Keskeinen tekijä näin otollisen kehitysympäristön syntymiselle oli myös munkki Marin Mersenne. Hän vastasi pitkälti viestinnästä matemaatikkojen välillä, hän oli matemaattisen informaation "postitoimisto", jonka ansiosta tiedonsiirto oli riittävän nopeaa ja hedelmällinen yhteistyö mahdollista.

Aatteellisesti elettiin voimakasta murroskautta. Jo mainitun Descartes'in filosofia viitoitti ajattelua uusille urille, Giordano Brunon ja Galileo Galilein kaltaiset luonnontieteellisen tutkimuksen pioneerit pohjustivat maaperää maailmankuvan murrokselle.




2 Pascal'in lapsuus ja nuoruus

Blaise Pascal syntyi vuonna 1623 Clermontissa. Hänen äitinsä Antoinette kuoli jo kolme vuotta myöhemmin. Hänen isänsä Etienne toimi tulliasiain tuomioistuimen varapuheenjohtajana. Blaise oli kolmas perheen neljästä lapsesta. Vuonna 1631 perhe muutti Pariisiin, muutaman vuoden päästä tästä Etienne Pascal teki hyvin erikoisen ratkaisun: hän jätti virkansa, sijoitti omaisuutensa ja omistautui lastensa kasvattamiselle.

Blaisen poikkeuksellinen älykkyys ilmeni varhain, mutta jo häntä ennen pikkusisko Jacqueline oli saanut ihmelapsen maineen kirjoittamalla - hän lausui runoja Pariisin salongeissa.

Isä kielsi Blaiselta matematiikan ennen kahdettatoista ikävuotta - vaikka Etienne oli itsekin taitava matemaatikko ja tunsi henkilökohtaisesti Fermatin, Desarguesin, Robervalin ja Mersennen. Hän oli sitä mieltä, ettei pojan pitäisi rasittaa aivojaan liikaa liian nuorena. Sitä paitsi hän toivoi, että Blaise perehtyisi ensin kieliin: latinaan, kreikkaan ja italiaan. Kuitenkin uskallettuaan ensimmäisen kerran kysyä isältään, mitä geometria oikein oli, Blaise pian sen jälkeen ahmi Eukleideen Alkeita ja todisti itsenäisesti geometrian lauseita. 14-vuotiaana hän alkoi käydä "Mersennen akatemian" epävirallisissa kokouksissa ja 16-vuotiaana hän julkaisi myöhemmin Pascalin teoreemana tunnetun väitteen ja sen todistuksen.

Pascal itse kutsui tuota väitettä nimellä mysterium hexagrammicum. Sen mukaan kartioleikkauksen sisään piirretyn kuusikulmion vastakkaiset sivut leikkaavat toisensa kolmessa samalla suoralla olevassa pisteessä.




3 Sisäiset taistelut

"Vastakohtia. Uskonnon ääretön viisaus ja hulluus."
- Pascal: Mietteitä, XI


Pascalin persoona on kiehtonut monia, hänen kiinnostuksen kohteensa vaihtelivat ja ne suuntautuivat monelle eri alalle. Erityisesti kysymys uskonnon ja tieteen suhteesta ja taistelusta on herättänyt kysymyksiä. On mietitty, olivatko uskonnolliset kysymykset estämässä hänen syventymistään tieteellisiin kysymyksiin ja toisaalta johtuivatko Pascalin jatkuvat uskonnolliset epäilyt hänen tieteellisistä taipumuksistaan. Vielä on ehdotettu, että hänen uskonnollisten kirjoitustensa tiukkuus johtui hänen tieteellisestä harjaantumisestaan ja eksaktiudestansa.


3.1 Jansenismi

Blaise Pascalin elämän keskeisiä käännekohtia oli pieni onnettomuus, joka sattui hänen isälleen vuonna 1646. Etienne Pascal liukastui ja hänen lonkkansa meni sijoiltaan. Häntä lääkitsivät Deschamps-nimiset veljekset, jotka olivat tutustuneet uuteen uskonsuuntaukseen jansenismiin. Pian koko Pascalin perhe oli kääntynyt uuteen uskoon - Blaise koki herätyksen ensimmäisenä. Hän oli tuolloin 23-vuotias.

Jansenistien, kuten monien muiden kristillisten "uudistusliikkeiden", päämääränä oli paluu puhtaampaan ja alkuperäisempään uskontulkintaan. Eri liikkeille tämä päämäärä on merkinnyt eri asioita - jansenisteille punainen vaate oli keskiajan merkittävä filosofis-teologinen koulukunta skolastiikka, joka heidän mielestään oli pilannut Raamatun ja kirkkoisien, erityisesti Augustinuksen (354-430), perinnön. Käytännössä tämä tarkoitti erityisesti jesuiittojen tilannekohtaisen moraaliopin, kasuistiikan, vastustamista. Kasuistiikka nähtiin aivan liian venyvänä ja sallivana. Jansenistien määrä ei missään vaiheessa ollut suuri, mutta monet liikkeen kannattajat olivat merkittävistä suvuista.


3.2 "Maallinen" vaihe

Blaisen ja hänen sisarustensa välille syntyi kiistaa heidän isänsä kuoltua vuonna 1651, jolloin Jacqueline halusi ryhtyä nunnaksi ja muuttaa Port-Royalin luostariin, jolla oli hyvin keskeinen asema jansenismissa. Isä Etienne oli vastustanut hanketta, mutta tämän kuoltua asia nousi uudelleen esille. Tällä kertaa sisarukset nousivat vastarintaan; tämä johti välirikkoon Jaquelinen ja muiden sisaruksien välillä.

Tästä on katsottu alkaneen Blaise Pascalin elämässä vaihe, jossa uskonnolliset kysymykset olivat suhteellisen taka-alalla. Hänen harrastuksensa olivat edelleen hyvin moninaiset: hän tutki nesteiden ominaisuuksia ja ilmanpainetta (mm. toisti Torricellin kuuluisan kokeen), hahmotteli todennäköisyyslaskentaa, suunnitteli herttuan kanssa Poitoun soiden kuivaamista, lähetti Ruotsin kuningattarelle Kristiinalle laskukoneensa näytekappaleen ja paljon muuta.


3.3 Tuliyö

"Maallinen" vaihe ei kuitenkaan kestänyt kauan - kiinnostus muuttui jälleen. Taitekohtana oli Pascal'in marraskuussa 1654 kokema "tuliyö":

"Pillastuneiden hevosten vetämän nelivaljakon etummaiset hevoset syöksyvät sillan kaiteen läpi virtaan. Vain aisojen katkeaminen pelastaa vaunut tuhosta. Mystiikkaan taipuvaiselle matkustajalle täpärä pelastus on taivaasta tullut varoitus. Hänen on pysähdyttä vä sen kadotukseen johtavan kuilun reunalle, johon hän sairaalloisten syyllisyyden tuntojensa vallassa kuvittelee olleensa syöksymässä."
[Kor95, mukaillen Bal08]


Pascal alkoi jonkin ajan kuluttua tapahtuneen jälkeen julkaista anonyymejä kirjoituksia uskonnollisista aiheista. Nämä kirjoitukset tunnetaan nimellä Maaseutukirjeitä (1657). Kirjeet oli kirjoitettu puolustukseksi jansenistien keskeiselle teologille Antoine Arnauld'ille. Näihin aikoihin jansenismi oli joutunut pahoihin vaikeuksiin: jesuiitat kantelivat jansenisteista paaville, joka oli helppo saada näkemään jansenismi siinä valossa, että liikkeen päämääriin liittyi Ranskan kirkon tekeminen itsenäiseksi, siis irrottautuminen paavin vallasta.

Martti Anhava toteaa esipuheessaan Pascalin Pensees (Mietteitä)-teoksen suomennokseen:

"'Maaseutukirjeet' herättivät huomiota kautta Euroopan ja jäivät elämään Ranskan klassisen proosan aloittajina ja poleemisen kirjoittamisen mestarinäytteenä, jonka vaivatonta ilmaisua ja murhaavuutta Voltairekin ihaili."
[Pas96, s. 13]



3.4 Sairaudet ja kuolema

Pascal'in terveys oli huono koko aikuisiän. "Äkilliset vatsavaivat kiduttivat häntä päivisin ja unettomuus öisin. Lisäksi häntä vaivasi uskonnollinen epävarmuus." (sairaus!) [Kor95]

Vuonna 1661 terveys romahti lopullisesti ja seuraavana vuonna Blaise Pascal kuoli, 39-vuotiaana. Viimeiset aikansa hän asui sisarensa Gilberten luona. Vielä samana vuonna Gilberte kirjoitti veljensä elämäkerran.

Luultiin pitkään, että Pascal olisi tuliyö-kokemuksensa jälkeen muuttanut Port Royalin luostariin. Pascalin vieläpä luultiin kuolleen kyseisessä luostarissa [Kor95, Bal60]. Luostaria ei kuitenkaan ollut enää olemassakaan tuossa vaiheessa, vaan se oli suljettu edellisenä vuonna, kun jansenismi virallisesti tuomittiin [Pas96].




4 Filosofia ja teologia

Pascalin filosofiseen ajatteluun vaikuttivat hyvin paljon ranskalaisen renessanssin tunnetuimpiin ajattelijoihin kuuluvan Michel de Montaigne'n (1533-92) teokset. Pascal'in mukaan järki voi ainoastaan deduktiivisesti johtaa väitteitä premisseistään - perimmäisistä hyväksytyistä lähtökohdista tai periaatteista. Nuo lähtökohdat sen sijaan on hyväksyttävä intuitiivisesti, niitä ei voida todistaa. Luonnontiede ja matematiikka perustuvat kuvatunkaltaiseen deduktioon. Varmaa tietoa voidaan Pascal'in mukaan saavuttaa ainoastaan Jumalan avulla.


4.1 Vedonlyöntikehitelmä

Mainion kuvan Pascal'in ajattelusta ja maailmankuvasta antaa hänen kuuluisa vedonlyöntikehitelmänsä, jossa hän pyrkii osoittamaan, että Jumalaan uskominen on rationaalista. Lähtökohtana on vedonlyöntitilanne, jossa on kaksi toisensa poissulkevaa vaihtoehtoa. Panokset on asetettava jommalle kummalle. Pascal'in mukaan ei ole mahdollista rationaalisesti päätellä, kumpi vaihtoehto on tosi (rationaalinen päättely johtaa siihen, että todennäköisyydet P(J) ja P(~J) ovat kummatkin 0.5).

Oletetaan, että ihminen lyö vetoa vaihtoehdon J puolesta (uskoo Jumalaan):

Saavutettavan voiton odotusarvo on:

E ( X | B(J)) = 0.5 * INF + 0.5 * c,

missä c "pienehkö" ja INF tarkoittaa ääretöntä.

Oletetaan sitten, että ihminen valitsee vaihtoehdon ~J (ei usko Jumalaan):

Saavutettavan voiton odotusarvo on:

E ( X | B(~J)) = 0.5 * (-INF) + 0.5 * c


Odotusarvojen vertaamisesta seuraa, että rationaalinen ihminen valitsee uskomisen Jumalan olemassa oloon.

Pascal'in todistelu saattaa tehdä nykyihmiseen koomisen vaikutelman, mutta kiinnostavaa on se, kuinka Pascal ei erottele filosofiaa, teologiaa ja matematiikkaa eri lokeroihin.




5 Todennäköisyyslaskennan synty

Vuonna 1654 eräs Pascalin ystävä esitti hänelle seuraavan ongelman:

Pelaaja yrittää kahdeksalla nopan heitolla saada yhden ykkösen, mutta kolmen epäonnistuneen heiton jälkeen peli keskeytyy. Miten hänen panoksensa tulisi hyvittää?

Tästä alkoi Pascal'in ja Fermat'n kirjeenvaihto, jota voidaan pitää modernin todennäköisyyslaskennan alkuna. Siihen sisältyy viisi kirjettä kahden vuoden aikana.

Girolamo Cardano oli jo sata vuotta aikaisemmin tutkinut ns. nopanheitto-ongelmaa, joka voidaan esittää seuraavasti: "Kuinka monta kertaa täytyy heittää kahta noppaa, jotta voidaan pitää todennäköisenä (suurempi kuin puoli), että on saatu yhdistelmä, jossa molemmilla nopilla on heitetty kuutonen?" Cardano ja muutamat muut matemaatikot olivat jo tutkineet myös alussa esitettyä panosten hyvittämisen ongelmaa, mutta vain silloin, kun pelaajia oli kaksi.




6 Laskukone


Pascal kehitti yhteenlaskukoneensa Pascaline'n vuonna 1642 - siis 18-vuotiaana. Kyseessä ei ollut kaikkien aikojen ensimmäinen mekaaninen laskin, Pascalia ennen ehti saksalainen Wilhelm Schickard (1592-1635) vuonna 1623: hänen suunnittelemansa ja rakentamansa laite pystyi laskemaan yhteen ja vähentämään enintään kuusinumeroisia lukuja.

Pascal kuitenkin suunnitteli oman koneensa Schickardista riippumatta ja tietämättä. Otaksutaan, että Pascal'in konkreettisena motiivina laskukoneen kehittämiseen oli auttaa isäänsä, jonka työnä oli verojen laskeminen ja kerääminen. Ilmeistä kuitenkin on, että laskimesta ei loppujen lopuksi paljon apua tässä asiassa ollut - niin epäkäytännöllinen kone arkipäiväiseen käyttöön oli. Oman lisähankaluutensa toi Ranskan valuuttajärjestelmä, joka ei perustunut 10-järjestelmään. Pascalinea voidaan kuitenkin pitää ensimmäisenä yhteenlaskukoneena, joka ainakin periaatteessa oli oikeasti käytössä.

Pascaline oli suorakulmion muotoinen puusta ja messingistä rakennettu laatikko, jonka kannessa oli pyöreitä valitsinkiekkoja, joiden avulla koneelle syötettiin yhteenlaskettavat luvut. Kiekot liikuttivat rattaita laskimen sisällä. Rattaat oli kytketty toisiinsa niin, että kokonaisen kierroksen pyörähtäminen sai aikaan sen, että seuraavana vasemmalla puolella ollut ratas siirtyi myöskin 1/10 eteenpäin.

Rattaat ja valitsinkiekot liikkuivat vain myötäpäivään, joten vähennyslasku ei suoraan ollut mahdollista, vaan vähennysoperaatioiden suorittaminen täytyi tehdä hankalasti lisäämällä yhdeksän komplementteja. Ensimmäisessä versiossa rattaita oli viisi, myöhemmin 6-8.

Koneen käyttöä vaikeutti melkoisesti myös se, että minkäänlaista yksittäistä operaatiota laskimen asettamiseksi alkutilaan (eli kaikki kiekot nollaan) ei ollut olemassa, vaan tähänkin tarvittiin hankalien yhteenlaskuoperaatioiden suorittamista.

Kaikkiaan laskinta valmistettiin noin 50 kappaletta, mutta alun voimakas kiinnostus koneeseen laimeni, kun osoittautui, että kone vaurioitui helposti, oli vaikea käyttää ja kallis. Schickardin aiemmin keksimä kone oli edistyksellisempi; siinä rattaat liikkuivat myös vastapäivään - ja ylivuototilanteessa kone antoi äänimerkin! Kone jäi kuitenkin Pascal'in konetta tuntemattomammaksi.

Vielä 1900-luvulla valmistettiin laskimia, joiden suorana esikuvana oli Pascalin laskukone. Tällainen oli esimerkiksi alla olevan kuvan Lightning Portable Adder, jonka esitteli kalifornialainen Lightning Adding Machine Co. vuonna 1908. Suurempaa kaupallista merkitystä näillä vuosisadan alun laskukoneillakaan ei vielä ollut.






7 Yhteenveto

Blaise Pascal oli yleisnero, joka lyhyeksi jääneen elämänsä aikana "hyppäsi kukasta kukkaan" - hän kiinnostui lukuisista eri aloista ja niiden ongelmista ja ratkaisi niitä hämmästyttävällä luomisvoimallaan.

Jälkimaailma on harmitellut sitä, että hän ei ehtinyt - tai halunnut - "riittävästi" syventyä mihinkään näistä. Nykyisin suosittu näkemys, jonka mukaan olisi erikoistuttava kapealle alueelle, ei tietenkään 1600-luvulla ollut samanlainen itsestäänselvyys - huippulahjakkuus saattoi hallita ainakin koko olemassa olevan luonnontieteen, matematiikan ja vielä paljon muuta.

Blaise Pascal'in henkilöhistoria sisältää vaiheita, jotka ovat osa myös tietojenkäsittelytieteen esihistoriaa. Hänen laskukoneensa on enemmänkin yksittäinen kuriositeetti kuin suuri merkkipylväs matkalla moderniin tietojenkäsittelyyn. Matemaatikkona Pascalilla on pysyvä merkitys ja hänen todennäköisyyslaskentaa koskeva uraauurtava työ lienee tietojenkäsittelytieteen kannalta keskeisin osa Pascalin lukuisien kiinnostuksen kohteiden joukossa.

Blaise Pascal'illa on lähtemätön vaikutus myös ainakin fysiikassa, filosofiassa ja teologiassa.




Lähteet

[Bal08] Ball, W.: Short Account of the History of Mathematics'. 1908. (4th edition, 1960).

[BoM95] Boyer, C., Merzbach, U.: Tieteiden kuningatar, Matematiikan historia, osa II. Toinen painos. Suomentanut Kimmo Pietiläinen. 1995, WSOY: Juva.

[Kis98] Kistermann, F.: Blaise Pascal's Adding Machine: New Findings and Conclusions. IEEE Annals of the History of Computing, Vol. 20 , No. 1, 1998, 69-76.

[Kor95] Korhonen, H.: Matematiikan historian henkilöhahmoja. 1995. MFKA-Kustannus Oy: Lahti.

[Pas96] Pascal, B.: Mietteitä. Suomentanut ja selityksin varustanut Martti Anhava. 1996. WSOY: Juva.

[Red] Redin, J.: A Brief History of Mechanical Calculators, Part I: The Age of the Polymaths. http://www.dotpoint.com/xnumber/mechanical1.htm



Marko.Salmenkivi@cs.Helsinki.Fi