[導(dǎo)讀]↓推薦關(guān)注↓【導(dǎo)讀】約翰·馮·諾依曼是20世紀(jì)最有影響力的人物之一。從原子彈，到計(jì)算機(jī)、再到量子力學(xué)、氣候變化，你可能很難出對(duì)我們今天的世界和生活影響更大的科學(xué)家了。在20世紀(jì)的天才中，有幾個(gè)杰出的人物：愛因斯坦、圖靈、霍金，毫無(wú)疑問，馮·諾依曼也屬于他們中的一個(gè)，盡管許多人不知...

在20世紀(jì)的天才中，有幾個(gè)杰出的人物：愛因斯坦、圖靈、霍金，毫無(wú)疑問，馮·諾依曼也屬于他們中的一個(gè)，盡管許多人不知道他是誰(shuí)。約翰·馮·諾依曼是20世紀(jì)最有影響力的人物之一。他可能比過(guò)去150年中任何一位偉大的思想更直接地影響了你的生活，他的研究涉及從量子力學(xué)到氣候科學(xué)的一切。馮·諾依曼最大的貢獻(xiàn)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，他采用了圖靈奠定的卓越理論框架，并實(shí)際提出了為幾乎所有數(shù)字計(jì)算機(jī)提供動(dòng)力的架構(gòu)：馮·諾依曼架構(gòu)。更有爭(zhēng)議的是，馮·諾依曼在二戰(zhàn)期間對(duì)曼哈頓計(jì)劃做出了重大貢獻(xiàn)，包括完善原子彈本身的設(shè)計(jì)和對(duì)其功能至關(guān)重要的機(jī)制。與曼哈頓計(jì)劃的其他一些老兵不同，馮·諾依曼從未對(duì)自己在該計(jì)劃中的角色表示遺憾，甚至在冷戰(zhàn)期間推動(dòng)了「同歸于盡」的政策。至少可以說(shuō)，約翰·馮·諾依曼是一個(gè)復(fù)雜的人物，但他在20世紀(jì)幾乎無(wú)人能及，可以說(shuō)他對(duì)現(xiàn)代世界的責(zé)任比他同時(shí)代的任何人都大。

神童降世

約翰·馮·諾依曼于1903年12月28日出生在匈牙利首都布達(dá)佩斯。馮·諾依曼的父親是銀行家，母親是奧匈貴族的女兒，他的父母富有且受人尊敬。 1913年，奧匈帝國(guó)皇帝弗朗茨·約瑟夫授予馮·諾依曼的父親貴族地位，并給了這個(gè)家族一個(gè)世襲的頭銜「馬吉塔」，即現(xiàn)在的羅馬尼亞馬吉塔。這個(gè)頭銜純粹是尊稱，因?yàn)檫@個(gè)家庭與這個(gè)地方?jīng)]有任何聯(lián)系，但這是馮·諾依曼一生都會(huì)堅(jiān)持的。年輕的馮·諾依曼在同齡人中，被認(rèn)為是真正的神童，尤其是在數(shù)學(xué)方面。人們認(rèn)為他有攝影一般的記憶力，這幫助他從很小的時(shí)候就吸收了大量的知識(shí)。馮·諾伊曼11歲時(shí)與表妹 Katalin Alcsuti在一起六歲時(shí)，他就開始在頭腦中進(jìn)行兩個(gè)八位數(shù)的除法，八歲時(shí)，他已經(jīng)掌握了微積分。他的父親認(rèn)為，他所有的孩子都需要說(shuō)除母語(yǔ)匈牙利語(yǔ)以外的歐洲主要語(yǔ)言，所以馮·諾依曼學(xué)習(xí)了英語(yǔ)、法語(yǔ)、意大利語(yǔ)和德語(yǔ)。小時(shí)候，他對(duì)歷史也有很深的興趣，并閱讀了德國(guó)歷史學(xué)家威廉·昂肯的整部46卷專著《通史》。德國(guó)歷史學(xué)家威廉·昂肯在老師的鼓勵(lì)下，馮·諾依曼在學(xué)習(xí)上取得了優(yōu)異的成績(jī)，但他的父親不相信數(shù)學(xué)家的職業(yè)會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的利益。相反，馮·諾依曼和他的父親達(dá)成共識(shí)，同意馮·諾依曼從事化學(xué)工程，他17歲去柏林學(xué)習(xí)，后來(lái)在蘇黎世學(xué)習(xí)。化學(xué)似乎是馮·諾依曼少數(shù)幾個(gè)不感興趣的領(lǐng)域之一，盡管他確實(shí)獲得了蘇黎世化學(xué)工程文憑，同時(shí)還獲得了數(shù)學(xué)博士學(xué)位。

職業(yè)生涯早期

約翰·馮·諾依曼很早就發(fā)表了論文，從20歲開始，他寫了一篇定義序數(shù)的論文，這仍然是我們今天使用的定義。他寫了關(guān)于集合論的博士論文，并在一生中對(duì)該領(lǐng)域做出了若干貢獻(xiàn)。
到1927年，馮·諾依曼已經(jīng)發(fā)表了12篇著名的數(shù)學(xué)論文。到1929年，他已經(jīng)出版了32部作品，以大約一個(gè)月一篇學(xué)術(shù)論文的速度寫出了很多重要的工作。 1928年，他成為柏林大學(xué)的一名私人教師，也是柏林大學(xué)歷史上獲得該職位最年輕的人。這個(gè)職位使他能夠在大學(xué)里講課，直到1929年他成為漢堡大學(xué)的一名私人教師。馮·諾依曼在父親于1929年去世后，皈依了天主教。1930年元旦，約翰·馮·諾依曼與布達(dá)佩斯大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)學(xué)生瑪麗埃塔·科維西結(jié)婚，并于1935年與她生下了他唯一的孩子瑪麗娜。雖然馮·諾依曼似乎注定要在德國(guó)科學(xué)院從事一個(gè)有前途的職業(yè)，但在1929年10月，他獲得了新澤西州普林斯頓大學(xué)的一個(gè)職位，他最終接受了這個(gè)職位，并于1930年與妻子一起前往美國(guó)。

移民美國(guó)

到1933年，約翰·馮·諾依曼成為新成立的普林斯頓高等研究院最初的六名數(shù)學(xué)教授之一，他也將在這個(gè)崗位上度過(guò)余生。當(dāng)他搬到新澤西時(shí)，像他之前的許多美國(guó)移民一樣，馮·諾依曼將他的匈牙利名字英語(yǔ)化了（由瑪吉塔伊·諾依曼·亞諾斯變成約翰·馮·諾依曼，使用德國(guó)式的世襲尊稱）。 1937年，他和妻子離婚，第二年馮·諾依曼再婚，這次是和克拉拉·丹，他在第二次世界大戰(zhàn)前最后一次訪問匈牙利時(shí)，在布達(dá)佩斯第一次見到了克拉拉·丹。 1937年，馮·諾依曼成為美國(guó)公民，1939年，他的母親、兄弟姐妹和姻親也都移民到了美國(guó)（他的父親早些時(shí)候去世了）。

戰(zhàn)爭(zhēng)年代與「曼哈頓計(jì)劃」

約翰·馮·諾依曼對(duì)歷史最重要的貢獻(xiàn)之一是他在第二次世界大戰(zhàn)期間對(duì)曼哈頓計(jì)劃的研究。一如既往，馮·諾依曼不能讓數(shù)學(xué)挑戰(zhàn)得不到解決，更困難的問題之一是如何模擬爆炸的影響。馮·諾依曼在20世紀(jì)30年代投身于這些問題的研究，并成為該領(lǐng)域的專家。如果他有特長(zhǎng)的話，那應(yīng)該是研究聚能裝藥（Shaped Charges，用于爆破）領(lǐng)域的數(shù)學(xué)問題，聚能裝藥是用來(lái)控制和引導(dǎo)爆炸能量的。這使他與美國(guó)軍方，特別是美國(guó)海軍進(jìn)行了相當(dāng)多的定期磋商。當(dāng)曼哈頓計(jì)劃在20世紀(jì)40年代初開始工作時(shí)，馮·諾依曼因其專業(yè)知識(shí)而被招募。 1943年，馮·諾依曼對(duì)曼哈頓計(jì)劃產(chǎn)生了最重大、最持久的影響。曼哈頓計(jì)劃成員當(dāng)時(shí)，設(shè)計(jì)原子彈的洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)，钚-239（該項(xiàng)目使用的裂變材料之一）與實(shí)驗(yàn)室的工作炸彈設(shè)計(jì)不兼容。實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家塞斯·尼德邁爾一直在研究一種獨(dú)立的內(nèi)爆型炸彈設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)很有希望，但許多人認(rèn)為它不可行。核彈內(nèi)爆機(jī)制的動(dòng)畫要引爆核爆炸，需要在炸彈的反應(yīng)物中引發(fā)失控的裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度是指數(shù)級(jí)的，因此控制爆炸足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使足夠的裂變材料進(jìn)行所需的反應(yīng)，是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。內(nèi)爆型炸彈需要更復(fù)雜的控制來(lái)產(chǎn)生反應(yīng)，但它也不需要像洛斯阿拉莫斯開發(fā)的槍型炸彈設(shè)計(jì)那樣耗費(fèi)那么多的材料。內(nèi)爆型裝置使用一系列受控的常規(guī)爆炸來(lái)壓縮其核心中的裂變反應(yīng)物。在這種壓力下，裂變材料迅速開始核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，通過(guò)內(nèi)爆的力量保持在原位，并允許更多的裂變材料釋放其能量。控制這些爆炸以產(chǎn)生精確的內(nèi)爆力來(lái)產(chǎn)生期望的反應(yīng)是一項(xiàng)很大的挑戰(zhàn)，而馮·諾依曼以極大的熱情接受了它。他認(rèn)為，使用較少的球形材料并通過(guò)內(nèi)爆力適當(dāng)壓縮，可以產(chǎn)生更有效的爆炸，盡可能多地使用現(xiàn)有的裂變材料。他經(jīng)常是少數(shù)幾個(gè)主張內(nèi)爆方法的人之一，并最終計(jì)算出了一個(gè)數(shù)學(xué)公式，表明如果內(nèi)爆能以至少95%的精度保持球形的幾何形狀，該方法就是可以實(shí)現(xiàn)的。馮·諾依曼還計(jì)算出，如果爆炸在目標(biāo)上方一定距離引爆，而不是在擊中地面時(shí)引爆，爆炸的有效性將會(huì)提高。這大大增加了原子彈的殺傷力，也減少了爆炸產(chǎn)生的塵埃量。之后，馮·諾依曼被選為科學(xué)顧問團(tuán)隊(duì)的一員，他們就炸彈的可能目標(biāo)咨詢軍方。馮·諾依曼建議將目標(biāo)定為日本京都，因?yàn)榫┒甲鳛槲幕?，其毀滅可能足以迫使?zhàn)爭(zhēng)迅速結(jié)束。提出這一建議的不止他一個(gè)人，但戰(zhàn)爭(zhēng)部長(zhǎng)亨利·史汀生否決了將目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)京都這個(gè)提議，因?yàn)槟抢镉性S多歷史建筑和重要的宗教圣地，所以最后選擇了廣島和長(zhǎng)崎。 1945年7月16日的三位一體試驗(yàn)中，馮·諾依曼在場(chǎng)，當(dāng)時(shí)第一枚原子武器被引爆。廣島和長(zhǎng)崎被炸后，日本投降，第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束。三位一體試驗(yàn) 與曼哈頓計(jì)劃中同時(shí)代的一些人不同，馮·諾依曼似乎沒有任何反思的痛苦、遺憾，甚至對(duì)他在原子彈方面的工作也沒有一絲懷疑。事實(shí)上，馮·諾依曼是核武器發(fā)展和相互保證毀滅（MAD）理論的最有力支持者之一，認(rèn)為這是防止另一場(chǎng)災(zāi)難性世界大戰(zhàn)的唯一方法。

核武器的「輕量化」思想

像戰(zhàn)后初期的許多美國(guó)人一樣，馮·諾依曼擔(dān)心美國(guó)在核武器發(fā)展方面落后于蘇聯(lián)。到上世紀(jì)40 年代末到50 年代初，用戰(zhàn)略轟炸機(jī)向敵人投擲更多原子彈的理念，逐漸被新的火箭技術(shù)所取代。
馮·諾依曼認(rèn)為，導(dǎo)彈是核武器的未來(lái)，由于他與參與蘇聯(lián)武器研制的德國(guó)科學(xué)家有過(guò)接觸，他知道蘇聯(lián)對(duì)此問題的看法與他是一樣的。軍備競(jìng)賽開始了，美蘇兩國(guó)把氫彈越做越小，可以裝入洲際彈道導(dǎo)彈的彈頭，馮·諾依曼積極為美國(guó)效力，努力縮小與蘇聯(lián)的「導(dǎo)彈差距」。戰(zhàn)后，馮·諾依曼在原子能委員會(huì)任職，為政府和軍方提供核技術(shù)開發(fā)和戰(zhàn)略方面的建議，并被廣泛認(rèn)為是「確保相互毀滅」理論（MAD）的設(shè)計(jì)者，而 MAD 在冷戰(zhàn)期間確實(shí)被政府采納，成為事實(shí)上的美國(guó)國(guó)策。

建造第一臺(tái)真正的計(jì)算機(jī)

馮·諾依曼在上世紀(jì)30年代初遇到了艾倫·圖靈，當(dāng)時(shí)圖靈正在普林斯頓攻讀博士學(xué)位。1937年，圖靈發(fā)表了具有里程碑意義的論文《論可計(jì)算數(shù)》，奠定了現(xiàn)代計(jì)算的理論基礎(chǔ)。馮·諾依曼很快認(rèn)識(shí)到了圖靈這一發(fā)現(xiàn)的重要性，并在30年代推動(dòng)了計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展。在普林斯頓大學(xué)，他和圖靈圍繞人工智能的思想曾進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的討論。作為一名數(shù)學(xué)家，馮·諾依曼從更抽象的角度研究計(jì)算機(jī)科學(xué)，另一個(gè)原因也是因?yàn)樵?0年代時(shí)，并沒有真正可以工作的計(jì)算機(jī)。在二戰(zhàn)結(jié)束后，這種情況很快就改變了。馮·諾依曼深入?yún)⑴c了第一臺(tái)可編程電子計(jì)算機(jī)「ENIAC」的開發(fā)，這臺(tái)計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別和決定其他數(shù)據(jù)操作規(guī)則集，而不是最初使用的規(guī)則集。是馮諾依曼將 ENIAC 修改為作為存儲(chǔ)程序機(jī)器運(yùn)行。后者讓使我們今天理解的現(xiàn)代程序成為可能。馮·諾依曼本人編寫了幾個(gè)在 ENIAC 上運(yùn)行的首批程序，并用這些程序模擬原子能委員會(huì)的部分核武器研究。毫無(wú)疑問，馮·諾依曼對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域最持久的貢獻(xiàn)是在當(dāng)今運(yùn)行的每臺(tái)計(jì)算機(jī)中使用的兩個(gè)基本概念：馮·諾依曼體系架構(gòu)和存儲(chǔ)程序概念。馮·諾依曼架構(gòu)涉及構(gòu)成計(jì)算機(jī)的物理電子電路的組織方式。按照這種方式構(gòu)建的計(jì)算機(jī)被稱為「馮·諾依曼機(jī)」。該架構(gòu)由算術(shù)和邏輯單元 (ALU)、控制單元和臨時(shí)存儲(chǔ)器寄存器組成，它們共同構(gòu)成了中央處理器 (CPU)。 CPU 連接到內(nèi)存單元，該內(nèi)存單元包含將要由CPU處理和操作的所有數(shù)據(jù)。CPU還連接到輸入和輸出設(shè)備，以根據(jù)需要更改數(shù)據(jù)，并檢索運(yùn)行程序的結(jié)果。自 1945 年馮諾依曼提出這一架構(gòu)以來(lái)，直到今天，它基本上仍是當(dāng)今大多數(shù)通用計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式，幾乎沒有改變。另一項(xiàng)重大創(chuàng)新與馮·諾依曼架構(gòu)有關(guān)，即存儲(chǔ)程序概念，也就是說(shuō)，被操作或處理的數(shù)據(jù)，以及描述如何操縱和處理該數(shù)據(jù)的程序，都存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中。這兩項(xiàng)相互交織的創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了圖靈機(jī)的理論框架，實(shí)際上將它們變成了可以用來(lái)計(jì)算工資、火炮軌跡、游戲、互聯(lián)網(wǎng)等幾乎所有一切數(shù)據(jù)的機(jī)器。

對(duì)其他領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)

除了數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)之外，馮·諾依曼一生都對(duì)其他幾個(gè)領(lǐng)域也做出了重大貢獻(xiàn)。
在早期的職業(yè)生涯中，馮·諾依曼為新興的量子力學(xué)領(lǐng)域做出了重大貢獻(xiàn)。 1932年，他和保羅·狄拉克在《量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)》一書中發(fā)表了狄拉克-馮·諾依曼公理，這是該領(lǐng)域的第一個(gè)完整的數(shù)學(xué)框架。在這本書中，他還提出了量子邏輯的形式系統(tǒng)，也是同類體系中的首創(chuàng)。馮·諾依曼還將博弈論確立為一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)學(xué)科，這無(wú)疑影響了他后來(lái)關(guān)于MAD理論的地緣政治戰(zhàn)略工作。馮·諾依曼的博弈論中包含這樣一個(gè)觀點(diǎn)，即在廣泛的博弈類別中，總是有可能找到一個(gè)平衡，任何參與者都不應(yīng)單方面偏離這個(gè)平衡。在生命科學(xué)領(lǐng)域，馮·諾依曼對(duì)元胞自動(dòng)機(jī)的自我復(fù)制進(jìn)行了徹底的數(shù)學(xué)分析，主要是構(gòu)造函數(shù)、正在構(gòu)建的事物以及構(gòu)造函數(shù)構(gòu)建所討論事物所遵循的藍(lán)圖之間的關(guān)系。該分析描述了一種自我復(fù)制的機(jī)器，它是在40年代設(shè)計(jì)的，沒有使用計(jì)算機(jī)。馮·諾依曼的數(shù)學(xué)造詣也惠及氣候科學(xué)。1950年，他編寫了第一個(gè)氣候建模程序，并使用 ENIAC 使用數(shù)值數(shù)據(jù)進(jìn)行了世界上第一個(gè)氣象預(yù)測(cè)。馮·諾依曼預(yù)計(jì)，全球變暖是人類活動(dòng)的結(jié)果，他在1955年寫道：「工業(yè)燃燒煤和石油釋放到大氣中的二氧化碳，可能已經(jīng)充分改變了大氣的成分，導(dǎo)致全球普遍變暖約1華氏度?！?/span> 馮·諾依曼也被認(rèn)為是第一個(gè)描述「技術(shù)奇點(diǎn)」的人。馮·諾依曼的朋友斯坦·烏拉姆 (Stan Ulam) 后來(lái)描述了與他的一次對(duì)話，這次對(duì)話在今天聽起來(lái)非常有先見之明。斯坦·烏拉姆、理查德·費(fèi)曼和馮·諾依曼在一起烏拉姆回憶說(shuō)：「有一次談話集中在不斷加速的技術(shù)進(jìn)步和人類生活方式的變化上，這讓我們看到了人類歷史上一些本質(zhì)上的奇點(diǎn)。一旦超越了這些奇點(diǎn)，我們所熟知的人類事務(wù)就將無(wú)法繼續(xù)下去了?！?/span>

馮·諾依曼的去世，和他的光輝遺產(chǎn)

1955 年，馮·諾依曼在看醫(yī)生時(shí)發(fā)現(xiàn)他的鎖骨上長(zhǎng)了一塊肉，他被診斷患有癌癥，但他并沒有充分接受這個(gè)事實(shí)。眾所周知，馮·諾依曼對(duì)即將到來(lái)的結(jié)局感到恐懼。他的一生好友尤金·維格納 (Eugene Wigner) 寫道：
「當(dāng)馮·諾依曼意識(shí)到自己病入膏肓?xí)r，他的邏輯迫使他意識(shí)到，自己即將不復(fù)存在，因此也不再有思想……親眼目睹這一過(guò)程是令人心碎的，所有的希望都消失了，即將到來(lái)的命運(yùn)盡管難以接受，但已經(jīng)不可避免?！?/span> 馮·諾依曼的病情在1956年持續(xù)惡化，最終被送進(jìn)了華盛頓特區(qū)的沃爾特里德陸軍醫(yī)療中心。為防止泄密，軍方對(duì)他實(shí)施了特殊的安全措施。馮·諾依曼邀請(qǐng)一位天主教神父在他臨終前商量，并接受了他的臨終儀式安排。不過(guò)這位神父本人表示，馮諾依曼看上去似乎并沒有從儀式中得到安慰。 1957年2月8日，馮·諾依曼因癌癥逝世，享年53歲，他被安葬在新澤西州的普林斯頓公墓。關(guān)于馮·諾依曼的癌癥是否與他在「曼哈頓計(jì)劃」期間遭受輻射有關(guān)，人們一直存在爭(zhēng)議，但毫無(wú)爭(zhēng)議的是，人類過(guò)早地失去了當(dāng)代最偉大的科學(xué)巨人之一。馮·諾依曼的助手 P.R. Halmos 在1973年寫道：「人類的英雄有兩種：一種和我們所有人一樣，但更加相似，另一種顯然具有一些「超人」的特質(zhì)。我們都可以跑步，我們中的一些人可以在不到4分鐘的時(shí)間內(nèi)跑完一英里。但有些事，我們大多數(shù)人一輩子都無(wú)法做到。馮·諾依曼的偉大貢獻(xiàn)是惠及全人類的。在某些時(shí)候，我們或多或少都能清晰地思考，但馮·諾依曼的清晰思維始終比我們大多數(shù)人高出好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。」馮·諾依曼的才華是毋庸置疑的，盡管他留下的遺產(chǎn)，尤其是核武器方面的貢獻(xiàn)，比他的朋友和崇拜者愿意承認(rèn)的要復(fù)雜得多。無(wú)論我們最終如何看待馮·諾依曼和他的成就，我們都可以肯定地說(shuō)，在未來(lái)一代人甚至幾代人的時(shí)間里，都不太可能出現(xiàn)像他一樣，對(duì)人類歷史產(chǎn)生如此重大影響的人了。