הרמן היינה גולדסטיין

הרמן היינה גולדסטיין היה מתמטיקאי ומחלוצי המחשוב האלקטרוני, שמילא תפקיד מרכזי בחיבור בין צורך צבאי דחוף, מחקר מתמטי והנדסת אלקטרוניקה. במלחמת העולם השנייה הוא זיהה את הפוטנציאל שבהצעתם של ג'ון מוקלי וג'יי פרספר אקרט למכונת חישוב אלקטרונית, סייע להשיג את מימון צבא ארצות הברית לבניית ENIAC ושימש חוליה מקשרת בין המעבדה למחקר בליסטי לבין בית הספר מור להנדסת חשמל באוניברסיטת פנסילבניה. לאחר מכן השתתף בעיצוב רעיונות היסוד של מחשב התוכנית המאוחסנת, ניהל את פרויקט המחשב במכון למחקר מתקדם בפרינסטון, ייסד מחלקת מחקר מתמטי ב־IBM ותיעד את תולדות המחשוב והאנליזה המתמטית.

חשיבותו של גולדסטיין אינה נובעת מהמצאה יחידה הרשומה על שמו. כוחו היה ביכולת לקשור בין אנשים, רעיונות ומוסדות ולהביא פרויקט מדעי מורכב מן הנייר אל המציאות. עבודתו נמצאת בשרשרת ההיסטורית שהובילה מן החישובים הידניים האיטיים של שנות הארבעים אל מחשבים אלקטרוניים הניתנים לתכנות—תשתית שעליה נשענים כיום המדע, הרפואה, הביטחון, התעשייה, החינוך וחיי היומיום בישראל וברחבי העולם.

ילדות יהודית והכשרה מתמטית בשיקגו

גולדסטיין נולד בשיקגו ב־13 בספטמבר 1913 למשפחה יהודית. הוא למד באוניברסיטת שיקגו, קיבל תואר ראשון במתמטיקה בשנת 1933, תואר שני ב־1934 ודוקטורט ב־1936. בשנים שלאחר מכן עבד כעוזר מחקר של גילברט איימס בליס, מן המומחים הבולטים לתאוריה המתמטית של בליסטיקה חיצונית. הכשרה זו—שילוב של מתמטיקה טהורה עם בעיות מעשיות של מסלולי תנועה—הכינה אותו באופן יוצא דופן למשימה שתקבל עליו משמעות לאומית בשנות המלחמה.

בשנת 1939 החל ללמד באוניברסיטת מישיגן. עם הצטרפות ארצות הברית למלחמת העולם השנייה עזב את האקדמיה, התגייס לצבא ביולי 1942 והוסמך לקצונה. כמתמטיקאי בחיל החימוש הוצב במעבדה למחקר בליסטי באתר הניסויים אברדין שבמרילנד, שם עסק בחישובים הדרושים להכנת לוחות ירי לתותחנים.

הבעיה הצבאית שהאיצה את מהפכת המחשוב

אלפי מסלולים לכל לוח ירי

כדי לכוון תותח היה צורך לדעת כיצד ישפיעו על מסלול הפגז סוג הנשק והתחמושת, הטווח, תנאי השטח וגורמים נוספים. כל שילוב דרש לוחות משלו. חישוב מסלול אחד כלל מאות פעולות ויכול היה להעסיק מחשב אנושי במשך שעות; לוח מלא כלל אלפי מסלולים. כמאה נשים שהפעילו מחשבונים מכניים נשאו בחלק גדול מעבודת החישוב, אך קצב העבודה לא התאים לצורכי הצבא בזמן מלחמה.

המעבדה נעזרה במתקני החישוב של בית הספר מור להנדסת חשמל באוניברסיטת פנסילבניה, וגולדסטיין מונה לאיש הקשר בין שני המוסדות. התפקיד הציב אותו בדיוק בנקודת המפגש שבין הצורך המבצעי לבין האנשים שחיפשו דרך אלקטרונית חדשה לפתור אותו.

מן ההצעה של מוקלי אל חוזה צבאי

בעקבות המלצה של המהנדס ג'וזף צ'פליין נפגש גולדסטיין עם הפיזיקאי ג'ון מוקלי, שהציע להשתמש בשפופרות ריק לביצוע חישובים במהירות גדולה בהרבה מזו של מכונות מכניות. גולדסטיין הבין כי אין מדובר רק בשיפור הדרגתי אלא באפשרות לשנות מן היסוד את קצב החישוב. יחד עם מוקלי קידם את ההצעה במערכת הצבאית, וביוני 1943 הושג המימון לפרויקט.

את ENIAC תכננו ובנו צוותים בהנהגת מוקלי ואקרט בבית הספר מור. המכונה הושלמה בסוף 1945 לאחר כ־30 חודשי עבודה וכ־200 אלף שעות אדם. היא שקלה כ־30 טונות, הכילה כ־18 אלף שפופרות ריק ותפסה חדר גדול. אף שהייתה מוגבלת בזיכרונה ותכנותה דרש חיבור כבלים וכיוון מתגים, היא הוכיחה שחישוב אלקטרוני כללי במהירות גבוהה הוא אפשרי. המלחמה הסתיימה לפני שהמכונה יכלה למלא את הייעוד הבליסטי המקורי שלה, אך היא פתחה דרך חדשה למדע ולתעשייה.

תפקידו המדויק של גולדסטיין היה חיוני: הוא לא היה המתכנן ההנדסי הראשי של ENIAC, אך הוא סייע לזהות את ערכה של ההצעה, לתרגם אותה לצורך שהצבא יכול לתמוך בו, להשיג את החוזה ולתאם בין נותני החסות לבין המפתחים. בלעדי עבודה מוסדית ומדעית מסוג זה, גם רעיונות הנדסיים פורצי דרך עלולים להישאר על הנייר.

EDVAC והרעיון של תוכנית המאוחסנת בזיכרון

המפגש עם ג'ון פון נוימן

עוד לפני השלמת ENIAC החל הצוות לתכנן יורש משוכלל יותר, EDVAC. בקיץ 1944 פגש גולדסטיין במקרה את המתמטיקאי היהודי־אמריקאי ג'ון פון נוימן בתחנת רכבת באברדין וסיפר לו על הפרויקט. פון נוימן, שהיה מעורב באותה עת גם בחישובים של פרויקט מנהטן, הבין מיד את חשיבותו של מחשב אלקטרוני מהיר והצטרף לדיונים.

הקבוצה, שכללה את אקרט, מוקלי, ארתור בורקס, גולדסטיין ופון נוימן, עסקה בשאלה כיצד להתגבר על מגבלות ENIAC. אחד הרעיונות המכריעים היה לאחסן בזיכרון האלקטרוני הן את הנתונים והן את הוראות התוכנית, במקום להכין כל משימה באמצעות חיווט ידני. עיקרון זה הפך ליסוד מרכזי ברוב המחשבים שנבנו בדורות הבאים.

הפצת מסמך שעיצב את השיח המקצועי

פון נוימן חיבר את First Draft of a Report on the EDVAC, מסמך שסיכם את הארכיטקטורה הנדונה. גולדסטיין ערך אותו כמסמך בן 101 עמודים והפיץ ביוני 1946 עותקים בקרב אנשי הפרויקט; עותקים נוספים הגיעו במהרה לחוקרים בארצות הברית ובבריטניה. המסמך נשא את שמו של פון נוימן כמחבר, אף שרעיונות מרכזיים בו צמחו מן העבודה המשותפת של קבוצת EDVAC עוד קודם להצטרפותו. תפוצתו הרחבה סייעה להפוך את רעיון התוכנית המאוחסנת לתבנית עבודה בינלאומית, שנודעה לימים בשם ארכיטקטורת פון נוימן.

בקיץ 1946 השתתף גולדסטיין בסדרת ההרצאות המפורסמת של בית הספר מור, מן הקורסים הראשונים שהציגו לקהילה המדעית כיצד לבנות מחשבים דיגיטליים וכיצד להשתמש בהם. הרצאותיו עסקו בשיטות נומריות—הגשר המתמטי הדרוש כדי להפוך משוואות ובעיות מדעיות לתוכניות שמחשב מסוגל לבצע.

בניית מחשב במכון למחקר מתקדם

לאחר המלחמה הצטרף גולדסטיין לפון נוימן ולבורקס במכון למחקר מתקדם בפרינסטון. שם השתתפו בבניית מחשב IAS, אחד המחשבים המשפיעים בראשית עידן התוכנית המאוחסנת. גולדסטיין שימש תחילה עוזר מנהל הפרויקט ולאחר 1954 היה למנהלו.

חשיבותו של מחשב IAS חרגה מן המתקן היחיד שנבנה בפרינסטון. תכנונו השפיע על שורה של מחשבים במעבדות, באוניברסיטאות ובתעשייה, לרבות דגמים מוקדמים של IBM. הפרויקט המחיש כיצד ארכיטקטורה מתועדת ופתוחה לדיון מדעי יכולה להתפשט ממכון מחקר אחד וליצור משפחה שלמה של מכונות. לאחר מותו של פון נוימן ב־1957 הסתיים הפרויקט, וגולדסטיין עבר לפרק הבא בקריירה שלו.

מחקר מתמטי ומנהיגות מדעית ב־IBM

גולדסטיין היה המנהל המייסד של המחלקה למדעי המתמטיקה במרכז המחקר על שם תומאס ג'יי ווטסון של IBM ביורקטאון הייטס, ניו יורק. בתפקידו סייע לבסס את מקומה של המתמטיקה בתוך מחקר תעשייתי מתקדם ולטפח קשרים בין חוקרי IBM לבין הקהילה האקדמית. החיבור הזה היה חיוני בתקופה שבה המחשב עבר ממעבדות ניסוי למוסדות ממשל, אוניברסיטאות ועסקים.

בשנת 1969 מונה לעמית IBM, המעמד הטכני הבכיר ביותר בחברה, ושימש יועץ למנהל המחקר. עבודתו מייצגת תפיסה רחבה של חדשנות: לא רק בניית מכונה, אלא יצירת סביבת מחקר שבה מתמטיקאים, מהנדסים ומדעני מחשב יכולים להחליף ידע ולפתח כלים ושיטות לטווח ארוך.

מתעד תולדות המחשב והמתמטיקה

לצד פעילותו המחקרית והניהולית השקיע גולדסטיין מאמץ רב בשימור הזיכרון המדעי של התחום שהיה שותף להולדתו. ספרו The Computer from Pascal to von Neumann הציג את המחשב האלקטרוני כחלק מרצף היסטורי ארוך—ממכונות החישוב המכניות ועד לעבודתם של חלוצי המאה העשרים. הספר חשוב במיוחד משום שנכתב בידי מי שהיה עד ישיר לצמיחת ENIAC, EDVAC ומחשב IAS, גם אם פרשנותו מדגישה במיוחד את תפקידו של פון נוימן.

הוא חיבר גם את History of Numerical Analysis from the 16th Through the 19th Century ואת History of the Calculus of Variations from the Seventeenth Through the Nineteenth Century. ספרים אלה תיעדו כיצד שיטות מתמטיות מתפתחות לאורך דורות וכיצד בעיות מעשיות יוצרות תחומי מחקר חדשים. בכך הרחיב גולדסטיין את תרומתו: הוא לא הסתפק ביצירת העתיד הטכנולוגי, אלא סייע לחוקרים להבין את מקורותיו האינטלקטואליים.

שירות לחיים המדעיים והכרה ציבורית

לאחר פרישתו מ־IBM כיהן גולדסטיין בשנים 1985–1997 כמנהל בפועל של האגודה הפילוסופית האמריקאית בפילדלפיה, מוסד מדעי ותיק שנוסד בידי בנג'מין פרנקלין. הוא סייע להביא למוסד חוקרים ומרצים בולטים והמשיך לטפח שיח בין תחומי ידע שונים.

על תרומתו זכה בין השאר בפרס הזיכרון על שם הארי ה' גוד בשנת 1979 ובמדליה הלאומית למדעים של ארצות הברית בשנת 1985. הוא היה בין מקבלי פרס החלוצים הראשונים של אגודת המחשבים של IEEE, התקבל להיכל התהילה של חיל החימוש האמריקאי בשנת 1997 וקיבל באותה שנה את מדליית בנג'מין פרנקלין להישג מדעי מצטיין מטעם האגודה הפילוסופית האמריקאית. הוא נבחר לחבר באקדמיה הלאומית למדעים, באקדמיה האמריקאית לאמנויות ולמדעים ובאגודה הפילוסופית האמריקאית.

חיים אישיים ושותפות מדעית משפחתית

בשנת 1941 נשא גולדסטיין לאישה את אדל כץ גולדסטיין, מתמטיקאית שהייתה בעצמה דמות חשובה בתולדות ENIAC. היא שימשה מתכנתת במכונה, הכשירה מפעילות אחרות וחיברה את התיאור הטכני שלה. עבודתה ממחישה את חלקן החיוני של הנשים שהפכו את החומרה החדשה למערכת הניתנת להפעלה ולתכנות. לבני הזוג נולדו בן ובת. אדל נפטרה בשנת 1964, וב־1966 נישא גולדסטיין לאלן ווטסון.

הרמן גולדסטיין נפטר בביתו בברין מאר, פנסילבניה, ב־16 ביוני 2004, בגיל 90, לאחר התמודדות ממושכת עם מחלת פרקינסון. מרכז המחקר של IBM על שם תומאס ג'יי ווטסון הנציח את שמו באמצעות מלגת בתר־דוקטורט.

מדוע הרמן היינה גולדסטיין ראוי לציון כערך חשוב במורשת

הרמן היינה גולדסטיין ראוי להיכלל בארכיון מורשת (Moreshet) משום שסיפורו מציג תרומה יהודית־אמריקאית ממשית לאחת התמורות החשובות בתולדות האנושות. הוא הפעיל את הכשרתו המתמטית, את יכולתו המוסדית ואת שיקול דעתו המדעי כדי לסייע בהקמת ENIAC, להפיץ את תפיסת המחשב בעל התוכנית המאוחסנת, לבנות דור נוסף של מחשבים ולטפח מחקר מתמטי בתעשייה. השפעת הפעולות האלה ניכרת בכל חברה מודרנית, ובכלל זה בישראל—מדינה שהמדע, הביטחון, הרפואה וכלכלת החדשנות שלה נשענים במידה רבה על מחשוב.

מורשתו חשובה גם מפני שהיא מזכירה כי פריצת דרך אינה מעשה של אדם יחיד. היא נוצרת משיתוף פעולה בין מתמטיקאים, מהנדסים, מתכנתות, מוסדות ציבוריים וחוקרים בעלי חזון. בפרופיל זה Moreshet.com מתעד לא רק את שמו של חלוץ טכנולוגי יהודי, אלא גם את הדרך שבה ידע מתמטי, שירות ציבורי ושיתוף פעולה יכולים ליצור תשתית המשנה את חייהם של מיליארדי בני אדם.