Alan Turing: Người sáng lập ngành khoa học máy tính

Alan Turing sinh ngày 23/6/1912 tại London, mất ngày 7/6/1954 tại Wilmslow, Cheshire.

Bố của Alan Turing từng có thời làm việc như một nhân viên hành chánh tại những vùng xa ở Ấn Độ. Mẹ ông, Saha Turing, có thai ông ở Chhatarpur, Ấn Độ, và sinh ra tại Lon don khi bố mẹ về nghỉ. Khi ông lên một thì bố mẹ ông giao ông lại cho một thượng tá quân đội và vợ ông nhờ nuôi dưỡng. Sau này mẹ Alan trở lại và Alan sống với mẹ. Một số nét đặc biệt của Alan:

- Là một đứa trẻ đầy óc tò mò, và hóm hỉnh;

- Thích chơi trò chơi và cờ vua, thích trẻ em.

- Thích sống một mình, được thể hiện qua việc chạy bộ đường dài một mình có hạng hay đi xe đạp; chạy bộ đường dài có lẽ để giúp ông cân bằng tâm lý bên trong bởi ông là một con người khác.

- Mẹ của Alan mô tả nét đặc biệt của ông: quần áo nhếch nhác, tóc dài, vụng về:

Alan có thể giống như người đãng trí xa rời thực tại, và mơ mộng, rút mình trong các suy nghĩ anh ta, điều đôi khi làm cho anh ta trở nên không có tính xã hội… Có những lúc sự nhút nhát làm cho anh vô cùng vụng về … Thực tế, anh ta tin rằng cuộc sống ẩn dật trong một tu viện Trung cổ có lẽ rất hợp với anh hơn.

- Tính tình lập dị (eccentric)

Những tính chất trên làm cho ông gần gũi với những người có những nét tự kỷ-Asperger.

Tại trường trung học nội trú Sherborne, Turing khám phá ra mình là người đồng tính. Ông yêu với một tình yêu say đắm của tuổi trẻ một bạn học tên Christopher Morcom. Nhưng trước khi ông tốt nghiệp, Morcom bất ngờ bị chết vì bệnh lao. Turing vô cùng đau đớn. Trong lá thư gửi cho mẹ mình, Turing viết:

Bi kịch này lại càng khiến ông trở nên hướng nội, và đau khổ. Ông không bao giờ tìm thấy dễ dàng để se lại những mối quan hệ riêng tư. Người chủ nhà trọ của Turing viết cho mẹ ông năm 1927: “Không chối cãi, anh ta không phải là một cậu con trai ‘bình thường’; mặc điều đó không nghiêm trọng lắm, nhưng cậu ấy có lẽ ít hạnh phúc hơn.”

Turing luôn có khuynh hướng cô đơn. Tính đồng tính làm cho ông cảm thấy lạc lõng hơn, ông sống một mình và tránh các cam kết tình cảm với ai. Có một lúc, ông làm lễ hỏi với một đồng nghiệp nữ trong nhóm giải mã, nhưng rồi cảm thấy ông không thể tiến tới, vì ông tự nhất thấy bản chất khác với người thường.

Sự nghiệp nổi tiếng của ông bắt đầu bằng một bài báo liên quan đến bài toán thứ 3 của nhà toán học Đức David Hilbert đặt ra. Năm 1928, tại Hội nghị toán học thế giới lần thứ VIII tại Bologna, Ý, Hilbert đặt ra ba vấn đề sau đây:

1. Tình nhất quán (Consistency): Một hệ thống toán học các tiên đề được gọi là nhất quán khi không bao giờ có thể chứng minh mệnh đề P và vừa không (P), cho mọi mệnh đề P có thể diễn tả trong hệ thống.

2. Tình đầy đủ (Completeness): Một hệ thống như thế luôn luôn cho phép chứng minh hoặc P và không(P).

3. Tính quyết định được, Entscheidungsproblem, của toán học: Cho mỗi một mệnh đề P của toán học, có thể quyết định được nội trong một thời gian hữu hạn, rằng P có được suy diễn ra từ những tiên đề đã cho hay không. Nghĩa là có sự tồn tại một quy trình về quyết định để quyết định tính chất đúng thật (truth) hay tính sai (falsity) của mỗi mệnh đề toán học nào cho trước.

Tính nhất quán và đầy đủ liên lạc mật thiết nhau, hàm chứa rằng trong một hệ thống, mỗi mệnh đề toán học có thể được chứng minh đúng hay sai, và chỉ một trong hai điều đó thôi. Đó là tính chất đầy đủ, completeness, của Hilbert. Hilbert tin câu trả lời vào hai bài toán đầu là yes: “Không có cái gì gọi là bài toán không thể giải được”, trong khi bài toán thứ 3 là còn để mở.

Trong vòng 3 năm, Kurt Gödel, lúc đó mới 25 tuổi và còn đang sống với mẹ ở Vienna, mới xong luận án tiến sĩ tại ĐH Vienna, đã bác bỏ hai điều đầu một cách kinh ngạc: không, không và không. Trong Định lý bất toàn của ông, Gödel chứng minh rằng có những mệnh đề không thể chứng minh được đúng hay sai. Đây là một điều kinh ngạc cho thế giới toán học, đặc biệt cho David Hilbert.

Năm 1934, Turing biết điều đó, và tìm cách trả lời câu hỏi thứ 3, và làm việc từ mùa xuân 1935 đến 1936. Câu hỏi thứ ba của Hilbert đòi hỏi phải có một phương pháp gì đó quyết định được một mệnh đề có thể chứng minh được hay không. Khi giáo sư toán Max Newman ở Cambridge dạy Turing về các bài toán của Hilbert, ông diễn tả theo cách này: Có chăng một “quá trình cơ khí” (mechanical process) có thể được sử dụng để xác định một mệnh đề lôgíc cho trước có thể được chứng minh không? Một ngày nọ vào hè 1935, như được kể, Turing như thường lệ trên đường chạy bộ một mình dọc theo sông Ely, sau vài dặm ông dừng lại và nghĩ đến một “máy ảo” (imaginary machine) làm nhiệm vụ “quá trình cơ khí” kia áp dụng vào bài toán quyết định.

Bài báo đột phá của ông có tên “Computable numbers with an Application to the Entscheidungsproblem”, chứng minh rằng bài toán thứ ba của Hilbert là bất khả, bằng cách sử dụng cái mà sau này được gọi là máy Turing. Tại ĐH Princeton, Alonzo Church cũng có cùng kết quả. Nhưng Church công nhận bài của Turing có nhiều lợi thế hơn, và chính ông đã đưa ra từ máy Turing. Ở tuổi đời 24, tên tuổi ông đã được khắc ghi không phai mờ vào một trong những concept của thời đại số (Isaacson, 47).

Trong khi Church sử dụng toán học truyền thống cho lập luận của ông, thì Turing đã sử dụng khái niệm computer, tức máy Turing. Máy Turing là một thí nghiệm ý tưởng hơn là một computer thực tế: “chiếc máy” được quan niệm gồm một đầu quét (scanning head) có thể đọc và viết ký hiệu trên một băng giấy dài vô tận, được kiểm soát bởi một “bảng các hướng dẫn” (instructions table, bây giờ được gọi là một chương trình, program). Turing cũng chứng minh rằng máy ông có tính chất “phổ quát” (universal) theo nghĩa nó có thể tính toán bất cứ hàm số có thể tính toán được. Ông còn khẳng định, máy ông có thể giải quyết các vấn đề không chỉ trong toán học, mà còn trong mỗi lãnh vực có thể xử lý được của tri thức con người. Nói tóm lại, Máy Turing tượng trưng cho tất cả năng lực lô gíc của computer hiện đại.

Năm sau ông qua Đại học Princeton để làm tiến sĩ về đề tài Logic Toán học dưới sự hướng dẫn của Church (hoàn thành năm 1938). Ở đó ông gặp John von Neumann. Sau khi Turing tốt nghiệp, von Neumann mời ông ở lại làm việc với ông. Nhưng tình hình châu Âu đang tiến dần về một cuộc chiến tranh, nên ông cảm thấy mình phải về nước. Sau đó ông được nhận vào nhóm bẻ khóa mật mã Đức, và cuối cùng đã thành công giải mã được các những bức điện quân đội Đức, giúp Anh và Đồng minh tránh tổn thất, rút ngắn chiến tranh và chiến thắng.

John von Neumann nhìn nhận rằng concept trung tâm của máy điện toán hiện đại xuất phát từ bài báo năm 1936 của Turing. Cho đến ngày nay, máy Turing là đối tượng trung tâm nghiên cứu trong lý thuyết tính toán.

Rất tiếc Turing không còn sống để chứng kiến sự phát triển của thời đại máy tính, nhưng vào những năm cuối của thập niên 1950, vai trò của ông như là người sáng lập ngành khoa học máy tính được đánh giá cao rộng rãi trong thế giới tính toán. Năm 1965, hiệp hội máy tính của Mỹ, Association for Computing Machinery, thành lập Giải thưởng A. M. Turing để vinh danh ông; giải này được xem là giải Nobel cho tính toán.

Cái chết của Turing là cái chết tử vì đạo cho giới đồng tính. Nước Anh nổi tiếng là nước khoan dung về chính trị (Đại hiến chương 1215, giới hạn quyền hành của vua) và khoan dung về tôn giáo (năm 1689, không còn độc quyền tôn giáo) từ nhiều thế kỷ, từng là tấm gương của những ý tưởng bình đẳng, tự do cho Hoa Kỳ, nhưng lại là nước rất hẹp hòi về quan điểm đối với giới đồng tính. Cũng nước Anh là nước của sự cởi mở kinh tế, của laissez-faire, thúc đẩy kinh tế phát triển vượt bậc. Cách hành xử và cái chết của Alan Turing làm cho người ta liên tưởng đến thời kỳ đen tối săn lùng “phù thủy” mấy thế kỷ trước. Do tác động của sự xuất hiện của cuộc cách mạng khoa học thế kỷ 17, mê tín suy giảm. Nạn nhân cuối cùng ở Anh là một phụ nữ Janet Horne vào năm 1727.

Văn hóa Thung lũng Silicon nổi tiếng chấp nhận những con người đồng tính như một nhân tố cho sự phát triển của hệ sinh thái. Người đồng tính là những người có nhiều sáng tạo đặc biệt, và có thể đóng góp nhiều cho xã hội. Họ không phải là kết quả của việc làm của họ, mà của tạo hóa đã sinh ra. Người phụ nữ đồng tính được biết đầu tiên có lẽ là nhà thơ nữ Sappho sống trên đảo Lesbos của Hy Lạp ở thế kỷ thứ 6 TCN, từ đó có tính từ lesbian.