娃娃博士维纳

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  “神童”得与失
  
  1894年11月26日,诺伯特·维纳出生在美国密苏里州密苏里大学的一个教授家庭里。他的父亲是位俄裔犹太人,在语言和数学方面颇有造诣。维纳的一生受父亲的影响最大,由于他从小就显露出不同于同龄人的天赋,父亲很早就开始对他进行了天才式的教育。3岁时,生物学和天文学的科学读物就成了维纳在科学方面的启蒙书籍。7岁时,开始深入物理学和生物学的领域,甚至超过了他父亲的知识范围。从达尔文的进化论、金斯利的《自然史》到夏尔科、雅内的精神病学著作,从凡尔纳的科幻小说到雨果、大仲马等人的文学名著,几乎无所不读。8岁时,维纳学完了正规学校里初级和中级的全部课程,懂得英、俄、德、西班牙等10多种语言。1906年,12岁的维纳连跨几级完成中学的学业,考入波士顿的塔夫茨学院,接受哲学、心理学、语言学、数学、生物学等学科的通才教育,最后于1909年以优异的成绩在数学系毕业。同年,他进入哈佛大学,攻读医学硕士学位。1912年,18岁的维纳获得哈佛大学哲学博士学位,得到学校资助,前往英国剑桥大学、德国哥廷根大学等著名学府深造。
  维纳很小的时候,他在公众中的“神童”形象就已逐渐显露。不仅身边的人对他刮目相看,而且还有一大帮记者时常围绕在他的周围。这些对维纳的成长影响很大,他在晚年回顾道:“一个处在周围都是成年人的世界中,茫然不知所措的儿童……远远不是一种令人愉快的经历。”在这种被排斥在正常生活之外的压抑心境中,维纳很早就开始工作,但在最初的七八年里,他并没有取得人们期望中的辉煌成就。1913~1918年期间,他成绩平平,没有什么大作发表。当他从欧洲深造归来时,竟然找不到一所承认目录用他的大学。为此,他只得到教师职业介绍所去求职。他在通用电器公司做过临时工,甚至还干过书报的临时编辑工作。人们对他大感失望,遗憾他已经不是昔日的“神童”了!
  “我很早就开始工作,但直到二十五六岁,才开始取得一些完整的成就。在生活的曲折道路上,我经历了许多考试,走了许多弯路。”晚年时的维纳曾这样回忆自己早年的岁月。然而,他始终相信,“从长远的观点看来,这些都是有益的惩戒和真正的锻炼。”
  
  系统攻读数学
  
  在工作失意的时期,维纳进行了深刻地反省,开始改变以往那种兴趣分散、对知识的零敲碎打、博取灵感的做法,转而集中思想钻研自己的专长——数学,系统地研读了有关积分、函数等方面的书籍,开始对现代数学有了真正的理解,并最终侧重于由法国数学家勒贝格开创的“勒贝格积分”的概率论和统计学,由此在数学和物理学交会的中间地带取得了一番令人满意的成就。
  牛顿认为,如果给物体以一定位置和速度,就可以描绘出这一物体整个运动的确定态势和规律。但是,维纳发现,在充斥着偶然性、复杂性和无序性的自然界中,这个定律无法得到完全的证明。譬如河流,时而浪花翻腾,时而波澜平静,又怎么能对它做出必然的定量描述呢?因此,这类问题显然是也只能是个求平均值和统计的问题。
  维纳认为,宇宙万物并不是单一的、固定的,而是复杂的、流变的,每一个事物都存在着预先指定的概率。研究者无法说出它们什么时候才能发生,而只能说在给定的条件下,在给定的时刻内,它们才可能发生。就在这一认识的基础上,维纳开始关注将数学理论应用于物理学中。
  通过研究,维纳发现,如果以单个微粒子的无序性来表述布朗运动,则以往关于一切布朗运动都是连续的、不可微分的曲线的猜测,都是有根据和不证自明的。经过一番的辛勤努力,到了1925年,维纳终于利用三角函数提出“维纳测度”“维纳积分”等概念,在物理和数学史上第一次给布朗运动以严格的数学定义,证明了布朗运动的轨迹的连续性,从而为这种典型的随机运动建立了科学的理论模型。
  通过这次锻炼,维纳“开始使自己彻底掌握了那些业已证明、具有重要物理意义的数学分支”,开始进行应用数学的研究,“从这个时候起,我的工作就不再是随意的、无条理的了,而是有一个确定的方向,我能够自然而然地沿着这个方向前进。”
  
  创立控制论
  
  随着在概率论和统计学方面研究的深入,维纳从20世纪30年代开始,就逐渐倾心于利用现有的认识基础,对未来可能出现的现象做出正确的预测,这就是“预测理论”。而这时,由于即将来临的第二次世界大战,维纳首先在研制新型防空火炮系统这一最现实且最紧迫的领域中,开始了探索性的努力。
  当时,由于军事装备的发展,飞机的高速度使得所有古老的手动瞄准方法都变得无用了。高射炮要击中目标,就必须及时、准确地寻找到预测飞机未来位置的办法。然而,由于飞机、飞行员、火炮和火炮手各自存在复杂而随机的因素,使得这种预测远远难于一般的概率和统计计算,这令当时负责这一项目的维纳顿感棘手。经过数次碰壁,维纳意识到,在这一过程中,他们碰到了与“海森堡测不准原理”一样的问题,因此,只能选择使预测的各方误差达到最小的方案。这样,他开始引入“负反馈”这种当某种行为模式出现误差时能自动来调节行动的机制,并综合了当时神经生理学、计算机学、语言学和逻辑学等学科方面的成果,将人的行为模式的各种可能性都纳入到预测的过程中去,形成一套复杂而又是实用的“数理模型”,最终使对高射炮的控制和预测的完善设备制造成为可能,从而大大地提高了地面防空效率。
  这一“数理模型”,即机器的自动控制系统所执行的原理与人和动物的行为具有相似性,它需要从外界获得目标的差距信息,然后由系统发出缩短这一差距的指令,从而引发动作,在过程中不断消减误差,最后达到目标。这就是维纳后来总结概括的“控制论”的基本观点。
  维纳的控制论思想一经面世,立即受到重视和广泛运用。它的产生,是20世纪继相对论、量子力学之后的又一重大科学成就。它改变了过去以单因素来分析事物的传统方式,而代之以多因素的分析与综合相结合的系统思维,为各种不同学科的研究找到一个共同的角度,从而在很大程度上促进并实现了不同学科之间的互相渗透与交流,引发了人们对“机器能否思维”信息是物理还是精神,抑或“第三种东西”等有趣而深刻的哲学问题的论争和思考,极大地深化了人们对自身与外部世界的关系的认识。
  1964年3月18日,维纳因突发心脏病,在远离故土的瑞典斯德哥尔摩去世,终年70岁。他在回顾自己的一生时说:“在散漫的年代里,自己连一年也没有浪费。相反,将这些个人所得汇集在一起,成为一种高度组织起来的原则,去建立后期的专业——‘控制论’。”
  这就是维纳所走过的道路,虽然在这里所展现的只是其中的一部分,但他从小肩负了家族、世人的无限期望,中间虽然屡经波折,但终于不负重托,以自己卓越的数学思想和在控制论方面的领先探索,为自己的人生和社会的发展做了最好的诠释,成为20世纪最伟大的科学家之一。
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