История оптических телеграфов

История оптических телеграфных линий от простого до семафорного телеграфа восемнадцатого века. Мы проследим идеи Полибия, Энея Тактика, Сушруты, Фрэнсиса Бэкона, Роберта Гука и других.

Источники:

Communications: An International History of the Formative Years (Burns)
Understanding Media (McLuhan)
The Mathematical Theory of Communication (Shannon)
The Histories (Polybius)
translation link: http://penelope.uchicago.edu/Thayer/E/Roman/Texts/Polybius/home.html)

Сигнальные огни, без сомнений, одна из старейших технологий

передачи информации.

Возможно, восходит ко времени первого освоения огня.

Она позволяет одному человеку влиять на мнение другого

через расстояния.

Потому что имея возможность замечать

присутствие или отсутствие чего-то,

мы можем переключаться между двумя мнениями.

Одно отличие. Два состояния.

И если углубиться в историю,

можно заметить, что это имело колоссальную важность

для военных сил,

которые всегда зависели от качественной связи.

Отличная отправная точка -- это

греческий миф о Кадме,

финикийском принце, который принёс

"фонетическое" письмо в Грецию.

Греческий алфавит,

основанный на финикийских буквах,

вместе с лёгким и дешёвым папирусом

привёл к передаче власти

от жрецов к военным.

Греческая военная история имеет чёткие свидетельства

первых достижений в связи,

основанной на использовании сигнальных огней.

Греческий историк Полибий родился в 200г. до н.э.

Он написал "Всеобщую историю", которая

представляет собой настоящий кладезь подробностей

о технологиях связи того времени.

Он пишет: "Мощь действий в нужное время

вносит большой вклад в успех предприятия.

И сигнальные огни наиболее эффективное из всех средств,

помогающих нам в этом".

Однако, и ограничения сигнальных огней были ему понятны.

Он пишет:

"Это возможно для тех, кто заранее условился о том,

чтобы передавать информацию о, скажем, прибытии флота.

Но такие события как

предательство или измена некоторых жителей,

или кровопролитие в городе -- всё это

часто встречающиеся вещи, которые не могут быть предугаданы.

И все подобные события нельзя сообщить посредством сигнальных огней".

Сигнальные огни отлично помогали, когда

пространство возможных сообщений было мало.

Например, противник появился или нет.

Однако, с ростом пространства сообщений,

то есть количества возможных сообщений,

появилась нужда в передаче многих отличий.

Во "Всеобщей истории" Полибий описывает технологию,

разработанную Энеем Тактиком,

одним из самых ранних греческих авторов, писавших об искусстве войны,

в четвёртом веке до н.э.

Его технология описана следующим образом:

"Лица, желающие сообщать друг другу

срочные сведения с помощью сигнальных огней,

должны запастись двумя сосудами

одинаковой ширины и глубины.

По центру каждого сосуда нужно поместить палки,

разделённые на равные части,

границы которых чётко отмечены,

и обозначить их греческими буквами".

Каждая буква соотносится с

отдельным сообщением в справочнике, который содержит

наиболее вероятные события, случающиеся на войне.

Чтобы связаться друг с другом нужно сделать следующее:

Сначала отправитель поднимает свой факел,

давая сигнал о том, что у него есть сообщение.

После чего адресат поднимает свой факел,

сообщая, что он готов к приёму.

Затем отправитель опускает свой факел,

и они вместе начинают сливать воду из сосудов

через отверстие одинакового размера, которое проделано в дне сосуда.

Когда уровень воды соответствует нужному событию,

отправитель поднимает свой факел,

указывая, что спуск воды нужно остановить.

В итоге уровень воды одинаков в обоих сосудах,

что обозначает одно и то же сообщение.

Этот искусный метод

использует изменения во времени для передачи сообщений.

Однако, такая выразительная способность довольно ограничена.

В основном из-за своей скорости.

Полибий описывает более новый метод,

изначально разработанный Демокритом,

и заявляет, что этот способ "был улучшен мной,

и достаточно ясен, и позволяет отправлять

с необходимой точностью

все виды срочных сообщений".

Его метод, ныне известный как "квадрат Полибия",

устроен следующим образом:

Два человека, находящиеся на расстоянии,

используют 10 факелов,

поделенных на две группы по пять.

Для начала отправитель поднимает факел

и ждёт ответа от получателя.

Потом отправитель зажигает нужное число

факелов из каждой группы и поднимает их.

Получатель считает

зажжённые факела из первой группы.

Это число определяет номер строки

в алфавитной таблице, которая есть у каждого из них.

А вторая группа факелов

определяет столбец в этой таблице.

На пересечении строки и столбца

находится отправляемая буква.

Понятно, что этот метод можно представить

как передачу двух символов.

Каждая группа из пяти факелов -- это символ,

который ограничен пятью отличиями

от одного до пяти факелов.

Вместе эти два символа перемножаются

и дают 5x5 = 25 отличий,

не 5 + 5.

Это умножение показывает

важность понимания комбинаторики в нашей истории.

Оно так было объяснено в индийском медицинском тексте

шестого века до н.э, приписываемом Сушруте,

древнеиндийскому мудрецу:

"Имея 6 различных специй,

сколько возможных различных вкусов вы сможете получить?"

Ну, процесс создания смеси

можно разделить на шесть вопросов:

Добавить A? Да или нет?

Добавить B?

C?

D?

E?

а F?

Понятно, что это ведёт к целому

дереву возможных ответов.

2x2x2x2x2x2 = 64.

Поэтому есть 64

различных последовательности ответов.

Таким образом для заданного N вопросов с ответом "да" или "нет"

существует 2 в степени N возможных последовательностей ответов.

В 1605 году Фрэнсис Бэкон чётко пояснил,

как эта идея может позволить отправлять

все буквы алфавита,

используя лишь одно отличие.

В описании своего "двухлитерного шифра" Бэкон замечательно пишет:

"Расстановки по одной из двух букв в пяти позициях

будет достаточно для 32 отличий.

Такое умение открывает способ, посредством которого

можно выразить и обозначить свои намерения

на любом расстоянии, используя объекты, способные

пребывать всего в двух отличных состояниях".

Эта простая идея использования единственного отличия

для передачи всех букв алфавита

по-настоящему была раскручена в 17-м веке,

с изобретением телескопа

Липперсгеем в 1608г. и Галилеем в 1609-м.

Потому как довольно быстро увеличительная способность возросла

от 3, до 8, до 33 раз и более, по сравнению с невооружённым глазом.

А потому наблюдения единственного отличия

могли производиться на более дальних дистанциях.

Роберт Гук, английский естествоиспытатель, занимавшийся

улучшением возможностей человеческого зрения с использованием линз,

разжег интерес к этой теме, когда внезапно заявил в Королевском Обществе, в 1684г.,

что "после некоторой практики,

та же буква, которую можно видеть в Париже,

в течении минуты после этого будет замечена в Лондоне".

За этим последовала череда открытий

в передаче отличий более эффективным образом

на всё более дальние расстояния.

Одна технология 1795 года отлично показывает

использование одного отличия для передачи всего.

"Ставневый телеграф" лорда Джорджа Мюррея

был британским противодействием угрозе для Англии, исходившей от Бонапарта.

Телеграф был составлен из шести вращающихся ставень,

которые могли быть повёрнуты двумя состояниями -- "открыто" либо "закрыто".

Тут каждая ставня может быть представлена как отдельное отличие.

С шестью ставнями у нас есть шесть вопросов: открыта или закрыта,

что даёт нам 2^6, то есть 64 отличия.

Достаточно для всех букв, цифр и даже больше.

Понятно, что наблюдение за ставневым телеграфом

можно рассматривать как следование

по одному из 64 различных путей по дереву принятия решений.

А телескоп делает возможным отправлять буквы

на неслыханные расстояния между сигнальными башнями.

Однако, наблюдение сделанное в 1820 году

привело к революционной технологии,

которая навсегда изменила то, насколько далеко эти отличия

могут быть переданы между сигнальными башнями.

Это привело к новым идеями,

которые дали начало "Информационной эпохе".