Telegraf optyczny

Sygnały ogniowe to jedna z najstarszych metod przekazu informacji, może z czasów, gdy dopiero zaczynano używać ognia w sposób kontrolowany. Pozwala jednej osobie zdalnie wpływać na stan przekonania drugiej osoby. Bo umiejąc zauważyć obecność lub nieobecność czegoś, przemieszczamy się między dwoma stanami przekonania. Jedna różnica, dwa stany. Z historii wiemy, że ta metoda miała wielkie znaczenie dla wojska, gdzie skuteczna komunikacja to podstawa. Zacznijmy od greckiego mitu o Kadmosie, księciu, który wprowadził do Grecji alfabet fenicki. Alfabet grecki, wzorowany na fenickim, oraz lekki i tani papirus przyczyniły się do tego, że wojsko zaczęło zyskiwać władzę większą niż kapłani. Historia greckiej wojskowości daje dowody wczesnych postępów w komunikacji, które zaczęły się od użycia pochodni sygnałowych. Polibiusz, grecki historyki, urodził się w 200 r. p. n. e. Napisał „Dzieje”, skarbnicę wiedzy o ówczesnych metodach komunikacji. Czytamy: „Umiejętność zadziałania we właściwym czasie przyczynia się do powodzenia przedsięwzięcia. A ogniska sygnałowe to najlepsze do tego celu narzędzia”. Rozumiał jednak ograniczenia tej metody. Pisał: „Ci, którzy umówili się na ten sposób porozumiewania, mogli przekazać, że, powiedzmy, przybyła flota. Ale w sprawie obywateli winnych zdrady czy masakry w miasteczku... co zdarza się często, ale trudno to przewidzieć... Tych spraw nie da się przekazać ogniskami sygnałowymi”. Ogień sprawdza się przy małej przestrzeni możliwych wiadomości: np. wróg przybył lub nie. Ale gdy przestrzeń wiadomości, czyli całkowita liczba możliwych komunikatów, rosła, powstała potrzeba przekazu wielu różnic”. W „Dziejach” Polibiusz opisuje metodę wymyśloną przez Eneasza Taktyka, jednego z pierwszych greckich autorów podręczników sztuki wojennej, z 4 w. p. n. e. Metodę opisano tak: „Ci, którzy chcą przekazać pilne wieści sygnałami ogniowymi, niech przygotują dwa naczynia o tej samej szerokości i głębokości. W środku niech znajdzie się walec podzielony na równe części, każdą oddzieloną od następnej i opisaną grecką literą”. Każda litera odpowiadała pojedynczej wiadomości w tabeli zawierającej najczęstsze zdarzenia kojarzone z wojną. Komunikacja przebiegała następująco: nadawca podnosił pochodnię, by pokazać, że ma wiadomość. Odbiorca, podnosząc swoją pochodnię, informował, że jest gotów. Nadawca opuszczał pochodnię i obaj zaczynali opróżniać naczynia przez otwory równej wielkości wywiercone w dnie. Gdy poziom wody był przy pierwszym zdarzeniu, nadawca podnosił pochodnię i obaj przerywali spuszczanie wody. Poziom w obu naczyniach był równy; wskazywał jedną, wspólną wiadomość. Ten pomysłowy sposób wykorzystywał różnice w czasie. Miał jednak ograniczoną efektywność, głównie z powodu małej prędkości. Polibiusz opisał nową metodę, wymyśloną przez Demokryta. Twierdził: „Udoskonaliłem ją sam i teraz jest rzetelna, może dokładnie przekazać każdą pilną wiadomość”. Metoda, zwana Szachownicą Polibiusza, funkcjonuje tak: Dwaj ludzie, w pewnej odległości, mają po 10 pochodni w grupach po pięć. Nadawca podnosi pochodnię i czeka na reakcję odbiorcy. Później zapala pochodnie w każdej grupie - i podnosi. Odbiorca liczy zapalone pochodnie w pierwszej grupie. Liczba ta określa rząd w tabeli alfabetycznej. Liczba z drugiej grupy pochodni określa kolumnę. Na przecięciu rzędu z kolumną sytuuje się wysłana litera. Pomyślcie: ta metoda sprowadza się do wymiany dwóch symboli. Każda grupa pięciu pochodni to symbol, ograniczony do pięciu różnic: od jednej do pięciu pochodni. Razem symbole dają 5 razy 5, czyli 25 różnic. Nie 5 plus 5. To mnożenie pokazuje coś ważnego z punktu widzenia kombinatoryki. Objaśnienie znajdziemy w pochodzącym z 6 w. p. n. e. hinduskim tekście medycznym przypisywanym Sushrucie, starożytnemu mędrcowi. „Mając 6 różnych przypraw, ile różnych smaków można zrobić?”. Proces tworzenia mieszanki można podzielić na 6 pytań: Czy dodajesz A? Tak czy nie? Czy dodajesz B? C? D? E? F? Zobaczcie, że powstaje drzewo możliwych zestawów: 2 x 2 x 2 x 2 x 2 x 2 = 64... Możliwe są 64 różne kombinacje. Przy n pytaniach typu „tak czy nie?” liczba możliwych kombinacji odpowiedzi wynosi 2 do potęgi „n”. W 1605 r. Francis Bacon wyjaśnił, jak dzięki tej prawidłości można wysyłać wszystkie litery alfabetu przy użyciu jednej różnicy. Bacon napisał o swoim szyfrze: „Transpozycja 2 liter w 5 miejscach wystarczy na 32 różnice. W ten sposób otwiera się droga wyrażania i oznaczania zamiarów swojego umysłu w każdej odległości, z pomocą przedmiotów mających podwójną różnicę”. Prosty pomysł na używanie jednej różnicy do przekazu wszystkich liter rozpowszechnił się w XVII wieku dzięki wynalezieniu teleskopu przez Lippersheya w 1608 r. i Galileusza w 1609 r. Możliwość powiększania obrazu podskoczyła z trzech, ośmiu razów do 33 i więcej. Zatem jedną różnicę można było zaobserwować z większej odległości. Robert Hooke, angielski polimat, chcący ulepszyć ludzkie widzenie przy użyciu soczewek, w 1684 r. zapoczątkował postęp, mówiąc w Królewskim Towarzystwie Naukowym, że, „przy odrobinie wprawy, tę samą literę można pokazać w Paryżu minutę po jej pokazaniu w Londynie”. Później dokonano licznych wynalazków, umożliwiających szybsze przekazywanie różnic na większe odległości. Jedna metoda, z 1795 r., doskonale pokazuje użycie jednej różnicy do każdego możliwego przekazu. Telegraf optyczny lorda George'a Murraya był brytyjską reakcją na zagrożenie ze strony Napoleona. Telegraf składał się z sześciu obrotowych przesłon, które mogły być otwarte lub zamknięte. Każdą przesłonę można uznać za jedną różnicę. Przy sześciu przesłonach mamy sześć pytań: otwarta czy zamknięta? A z tego - 2 do potęgi 6 czyli 64 różnice. Wystarczy do przekazu wszystkich liter, cyfr i innych znaków. Każda obserwacja telegrafu optycznego może być uznana za obserwację jednej z 64 różnych ścieżek na drzewie decyzyjnym. Dzięki teleskopowi można było przesyłać litery na wielkie odległości między punktami sygnalizacyjnymi. Spostrzeżenie z 1820 r. doprowadziło do opracowania rewolucyjnej metody, która umożliwiła przekaz na duże odległości. A to zrodziło nowe idee, które wprowadziły nas w wiek informacji.