Alan Turing e la macchina Enigma. Storia di uno dei padri dell'intelligenza artificiale

Alan Turing e la macchina Enigma. Storia di uno dei padri dell'intelligenza artificiale A cura di Laura Morazzini.

Vita di Alan Turing, geniale matematico inglese che aiutò a sconfiggere Hitler durante la seconda guerra mondiale decifrando Enigma, la macchina utilizzata dai tedeschi per cifrare e decifrare messaggi.

1Chi è stato Alan Turing?

Alan Turing e colleghi che lavorano al computer Ferranti Mark I, 1951
Alan Turing e colleghi che lavorano al computer Ferranti Mark I, 1951 — Fonte: getty-images

Alan Turing è stato uno dei primi teorizzatori delle aree di studio oggi conosciute come informatica e intelligenza artificiale.

Durante il secondo conflitto mondiale il suo contributo è stato fondamentale per scoprire la strategia bellica della Germania, ma non è bastato a salvarlo dal processo e successiva condanna per omosessualità.

2Turing e la matematica nei geni

Monumento dedicato ad Alan Turing. Sackville Park nel Gay Village di Manchester
Monumento dedicato ad Alan Turing. Sackville Park nel Gay Village di Manchester — Fonte: getty-images

Il nonno paterno di Alan Turing si diploma in matematica a Cambridge nel lontano 1848.

Tra i suoi dieci figli si distingue Julius Mathison, ma non nel suo stesso campo: ha piuttosto un'inclinazione letteraria, tanto da prendere un Bachelor of Arts nel 1894, per poi  usare le conoscenze acquisite entrando nella pubblica amministrazione inglese nel 1896, nel ruolo di sovrintendente in India grazie alla conoscenza della lingua Tamil.

Durante una licenza in viaggio sulla nave verso la Gran Bretagna, nel 1907 conosce Ethel Stoney, figlia di un ingegnere e inventore; è intelligente, con molti interessi e nonostante diverse perplessità del padre di lei si sposano a Dublino il 1 ottobre e hanno due bambini: il primogenito John nasce nel 1908 a Coonoor in India, mentre Alan nasce a Paddington, a Londra, nel 1912.

A causa della carriera di Julius, i coniugi Turing ben presto tornano a vivere in India e come è consuetudine all’epoca, affidano i due figli piccoli alla famiglia di un colonnello in pensione.

Dopo lo scoppio della guerra Ethel sceglie di tornare a vivere in patria per essere sicura di non rimanere bloccata in India, riprende i figli con sé e manda il maggiore a studiare nel Kent mentre con Alan si stabilisce a St. Leonards.

3L’infanzia di Alan Turing

Alan è un bambino molto sveglio, vivace ed estremamente curioso, ma allora queste qualità sono apprezzate solo se la forma rimane impeccabile: invece Alan è trasandato e incostante, per lui le regole sono spesso incomprensibili e disobbedisce più per distrazione che per voglia di trasgredire

Nel 1918 viene mandato in un'eccellente scuola privata la St. Michaels, ma i risultati sono deludenti: ascolta solo quello che cattura il suo interesse, per il resto si dedica ai libri di storia naturale e a studiare i fenomeni fisici, come giocare usando le calamite e studiare come si piega la carta. 

Nel 1922 viene mandato a studiare a Hazlehurst dove c’è anche il fratello, ma il rendimento scolastico rimane incostante e ai limiti della bocciatura, mentre sviluppa grande interesse per la geografia e il disegno di mappe, gli scacchi e la genealogia.

Nel frattempo, deluso dalle scarse prospettive di carriera, il padre si licenzia e, per non farsi tassare la pensione, prende casa a Saint Malo sulla costa francese, dove la moglie lo raggiunge e da lontano continua a monitorare con ansia la condotta del secondogenito.

Alan riesce a farsi ammettere in una scuola preparatoria a Marlborough nel 1925 ma il fratello convince i genitori a metterlo in una scuola dove fosse dato più spazio alle scienze; così nel 1926 entra alla Shelbourne School dove viene ammesso alla Westcott House.

4La gioventù di Alan Turing

Una foto del matematico Alan Turing
Una foto del matematico Alan Turing — Fonte: ansa

Anche alla Shelbourne School la sua carriera scolastica ha un avvio difficoltoso, è ancora troppo distratto e talmente trasandato da venire accusato di essere sporco, ma c’è almeno una nota positiva: diventa grande amico di un altro studente, brillante e appassionato di astronomia, Christopher Morcom.

Il loro rapporto è stretto e ricco di stimoli, si spronano a vicenda nello studio, ma mentre l’amico è già uno studente modello, Alan rivela finalmente agli insegnanti quanto la sua mente sia originale e brillante.

Christopher muore di malattia nel febbraio 1930 e il dolore per Alan è devastante.

Probabilmente per lui si tratta di un primo amore, concluso nella maniera peggiore, ma supera il lutto e la fiducia che adesso nutre nelle proprie capacità lo fa riscattare come studente: si diploma con una buona media tra lo scetticismo dei professori e l’incredulità dei familiari.

Vince una borsa al King’s College, ma il suo obiettivo è entrare a Cambridge. Gli riesce solo nel 1931 e al terzo tentativo, ma finalmente trova un ambiente intellettualmente stimolante che in più gli offre la possibilità di vivere in maniera più distesa la propria sessualità; gli è ormai chiaro che è attratto solamente dagli uomini, un reato secondo la legge.

5Un ricercatore in solitaria

Nel 1933 ci sono le prime avvisaglie di una possibile guerra e il suo tiepido interesse per la politica si concentra soprattutto sullo studio della Russia sovietica, perché offre un modello economico alternativo a quello che ha portato alla crisi degli anni ‘30.

Non è mai stato attivo politicamente, ma si iscrive a un’organizzazione pacifista e, grazie all’arrivo in Gran Bretagna di scienziati tedeschi di origine ebrea, ha l’occasione di conoscere diversi studiosi e interrogarsi sulle proprie conoscenze.

Nel 1933 segue un corso sulla metodologia delle scienze e vive a modo suo la vita universitaria, cercando di fare vita sociale nei limiti delle sue possibilità e interessi: è astemio, generalmente molto timido e affetto da leggera balbuzie, ma si appassiona al canottaggio che pratica con assiduità. 

Si laurea nel 1934 e nello stesso anno ottiene una borsa di studio per continuare l’attività di ricerca.

Nella primavera del 1935 diventa uno dei 46 fellow della sua università, nel 1936 vince il premio Smith e pubblica svariati articoli e ricerche, tra gli altri lavora a una teoria in risposta alla terza domanda posta da Hilbert.

Per la prima volta descrive una macchina automatica, una specie di super macchina in grado di svolgere calcoli al posto di una persona, insomma una specie di cervello elettronico in grado di fare tutto se adeguatamente equipaggiato delle necessarie istruzioni (poi definite Tavole di comportamento o di istruzioni).

La sua abitudine a lavorare in solitaria e di non confrontarsi costantemente con le pubblicazioni degli altri rischia di vanificare il suo lavoro: il 15 aprile 1936 negli USA Alonzo Church pubblica una teoria simile alla sua, ma l’intervento delle rispettive università permette invece a Turing di trasferirsi a Princeton per un dottorato in Logica matematica.

6La macchina di Turing

Edificio Alan Turing, Università di Manchester
Edificio Alan Turing, Università di Manchester — Fonte: getty-images

A Princeton pubblica l’articolo On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem che riceve pochi riscontri, salvo una buona recensione dello stesso Church che usa per la prima volta l’espressione “Macchina di Turing”. 

Sia Turing che Church, dimostrano che il problema dell'Entscheidungs è senza soluzione poiché nessun sistema formale di aritmetica ha un metodo definibile efficace

Insomma nel 1936 teorizza le caratteristiche e il funzionamento di una macchina universale, che sarà una delle basi degli odierni computer: un ipotetico dispositivo informatico, uno strumento in grado di riconoscere le proposizioni matematiche indecidibili.

Lavora in base all’idea matematica che tutti gli algoritmi sono eseguibili da una macchina, ovvero può ragionare sul procedimento per provare se un teorema sia esatto o sbagliato, se viene dotata di tavole di istruzioni (gli odierni programmi).

Allora che cos’è la Macchina di Turing? Si tratta di un modello matematico che arriva a ridurre tutte le operazioni contenute in esso ai costituenti basilari, talmente semplificati da poter essere svolti da una macchina.

Ora conosciuta come tesi di Church-Turing, dimostra che tutto ciò che è umanamente computabile può essere calcolato da una macchina.

7La risoluzione di Enigma

Nel 1937 si dedica allo studio della teoria dei gruppi e l’anno seguente completa il dottorato.

In estate viene richiamato in patria a lavorare per il governo: la guerra è nell'aria, e lui è fra i 60 crittoanalisti assunti dal GCCS, ovvero la Government Code and Cypher School, a Bletchley Park nel Buckinghamshire.

I primissimi anni del conflitto sono durissimi a causa della supremazia tecnologica sfoderata dalla Germania: per trasmettere via radio le istruzioni militari, il governo nazista utilizza Enigma, una macchina di cifratura che cambia codice ogni giorno, quindi difficilissima da interpretare perché in costante mutazione.

La macchina Bombe utilizzata per decifrare i messaggi tedeschi durante la Seconda guerra mondiale
La macchina Bombe utilizzata per decifrare i messaggi tedeschi durante la Seconda guerra mondiale — Fonte: getty-images

Tra l’autunno 1939 e la primavera del 1940 la squadra capeggiata da Turing costruisce una macchina (detta Bombe) per decifrare i codici crittografici tedeschi, che dalla fine dell’anno si rivela via via più efficace, ma i cui risultati non vengono subito sfruttati per non far insospettire il nemico.

Alan sta per compiere grandi cose anche sul versante personale: nel 1941 si fidanza con la collega Joan Clarke, anche lei crittoanalista con cui condivide la stessa passione per gli scacchi e la natura, ed è proprio lei a farlo appassionare alla botanica e alla morfogenetica.

Alan è estremamente onesto e, poco dopo averla presentata alla propria famiglia, le rivela di avere delle “tendenze” ma incredibilmente per lei non sono un problema; è un’unione di menti più che fisica ma a lui sembra comunque un compromesso disonesto nei confronti di tutti.

Manda a monte le nozze anche se, per quanto possibile, l'amica-fidanzata l’avrebbe sostenuto e protetto il suo segreto agli occhi del mondo e rimangono buoni amici.

La macchina tedesca Enigma
La macchina tedesca Enigma — Fonte: getty-images

Il lavoro del suo gruppo conosce forti rallentamenti e tutti insieme decidono di sollecitare i finanziamenti per le loro macchine scrivendo direttamente al primo ministro, Winston Churchill.

Nel solo 1942 traducono quasi 39.000 messaggi al mese, per poi arrivare a un messaggio ogni 2 minuti.

La chiave dalla quale partono sono i comunicati trasmessi al mattino quando si danno le prime indicazioni meteorologiche: la ricorrenza di alcuni termini permette di decifrare la chiave e di svelare il codice radio creato con Enigma.

Per il suo contributo, alla fine della guerra Turing è nominato ufficiale dell'Eccellentissimo Ordine dell'Impero Britannico.

8Turing e la scienza cognitiva

Pilot Model ACE (Automatic Computing Engine) di Alan Turing: progettato e costruito presso il National Physical Laboratory, Middlesex tra il 1949 e il 1950
Pilot Model ACE (Automatic Computing Engine) di Alan Turing: progettato e costruito presso il National Physical Laboratory, Middlesex tra il 1949 e il 1950 — Fonte: getty-images

Nel 1945 viene assunto al National Physical Laboratory come Senior Scientific Officer per 800 sterline all’anno.

Nonostante gli attriti con il suo capo Womersley, da lui ritenuto poco competente a livello scientifico, è a lui che deve l'approvazione e la scelta del nome del suo progetto: Automatic Computing Engine - ACE.

Si tratta di un computer digitale multifunzione, ma il comitato dell’NPL pensa che la realizzazione pratica di questo progetto sia troppo onerosa e il modello iniziale viene ridimensionato a una versione più semplice e più economica, il Pilot Model ACE, chiamato anche “cervello elettronico”.

Scoraggiato lascia la NPL e si trasferisce a lavorare all'Università di Manchester dove nel 1948 realizza questa volta una sorta di primo computer: il Manchester Automatic Digital Machine (MADAM), il cui sistema di programmazione viene successivamente utilizzato per uno dei primi veri computer, il Mark I.

In questi anni sviluppa un enorme interesse per la fisiologia umana e per il funzionamento del cervello; nel 1950 pubblica Computing machinery and intelligence articolo dove parla del test di Turing: in base alla convinzione diffusa che si possa realizzare un’intelligenza artificiale solo se si arriva a capire il funzionamento di quella umana, elabora un test per mettere a confronto il pensiero umano e quello artificiale.

9Turing e l’accusa di indecenza grave

La banconota da 50 sterline che la Banca d'Inghilterra ha dedicato al matematico Alan Turing
La banconota da 50 sterline che la Banca d'Inghilterra ha dedicato al matematico Alan Turing — Fonte: getty-images

Nel 1951 riceve un ulteriore prestigioso riconoscimento con l’elezione nella Royal Society ma da lì a un anno tutto finisce: durante le indagini per un furto subito in casa, emerge la sua relazione con un altro uomo e Turing viene accusato di essere omosessuale, che all'epoca è considerato reato penale.

Lui non nega il suo orientamento, il 31 marzo 1952 viene condannato in via definitiva e deve lasciare tutti gli incarichi governativi presso il Government Communications Headquarters.

In considerazione dei suoi meriti, può scegliere se fare due anni di carcere o subire la castrazione chimica, che consiste nell'assunzione di ormoni per 12 mesi; sceglie la seconda soluzione ma sviluppa una forma di depressione legata alla perdita di qualsiasi stimolo sessuale, inoltre sviluppa una crescita anomala delle ghiandole mammarie.

Viene trovato morto nel letto dalla sua governante il 7 giugno 1954 qualche giorno prima di compiere 42 anni; l’inchiesta parla di avvelenamento da cianuro senza ulteriori indagini sul movente del possibile suicidio, sulle cause di un eventuale incidente o ipotesi su un eventuale omicidio.

Il piccolo laboratorio nella stanza accanto a quello dove dorme giustifica la presenza della sostanza mortale, ma va tenuta presente anche l’ipotesi di un’eliminazione da parte dei servizi segreti, dato la quantità di informazioni riservate in suo possesso e il fatto che il suo orientamento sessuale fosse ormai di dominio pubblico.

10Articoli chiave

  • On computable numbers, with an application to the Entscheidungsproblem (1936)
  • Computability and λ-definibility (1937)
  • Systems of logic based on ordinals (1939)
  • The word problem in semi-groups with cancellation (1950)

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