他影响了整个社会和全人类
世纪天才冯·诺伊曼
约翰·冯·诺伊曼(1903—1957)
一部电视连续剧《暗算》又把上个世纪的大数学家冯·诺伊曼拉回到观众的视野,引发了人们对这位学者的好奇与关注。电视连续剧的威力如此之大,以它独特的方式让更多的中国人,听到了这个世界上最响亮的数学家的名字,令我又惊又喜。
江山代有人才出,各领风骚数百年。如果让全世界的数学家投票:从上个世纪到如今,谁是最伟大的数学家?绝大多数人会毫不犹豫地把票投给冯·诺伊曼。他不仅是位杰出的数学家,而且还是“计算机科学”、“数理经济学”的奠基人。这位学识渊博的绝顶天才去世时还不到54岁,可谓英年早逝,应了一句话:天才是从两头点燃的蜡烛,明亮,但不长久。
我生也晚,无缘亲眼见识大师冯·诺伊曼的风采。然而有关他的故事却从师长们那里听了不少。
世界著名的大数学家樊教授,是我上个世纪80年代在美国圣塔芭芭拉加州大学读博士学位时的导师,他年轻时曾在普林斯顿高等研究院和冯·诺伊曼共事与合作,在数学的丰碑上刻下了以他们两位的名字共同命名的著名数学定理。樊先生十分推崇前辈冯·诺伊曼教授,喜欢给我讲有关冯·诺伊曼的故事。
90年代,我曾在美国圣塔克拉拉大学数学系教书,恰与著名数学家哈尔默斯同事。哈尔默斯早年曾在普林斯顿高等研究院给冯·诺伊曼当助手,深受其影响。他也是樊先生的老同事与好朋友。哈尔默斯年轻时撰写的《测度论》成为经典名著,后来被译成中文在中国出版发行,是非常流行的一本著作。他很喜欢拍照片,但我觉得他的摄影技术也就是业余水平。可他出版了一本影集,包罗从40年代到70年代,他抓空拍摄的许多大数学家参加国际学术活动的瞬间特写,加上他做的少许文字说明,便妙趣横生,亦弥足珍贵。哈尔默斯为冯·诺伊曼拍下了许多有趣的照片,记录下这位大天才的身影。我很喜欢到他的办公室“串门”,听他“侃”冯·诺伊曼。
与我交往了20年的恩师华罗庚教授,年轻时也曾在普林斯顿高等研究院与冯·诺伊曼共事,目睹了冯·诺伊曼当年正在研制的计算机,深受启发,于是萌发了在中国开启、带动计算机科学研究的愿望。华先生回国后,极力推动计算机与计算数学的发展,不懈地培养、储备人才。他把计算数学的思想与方法融会贯穿在他的科学研究里,写进他给大学生编著的教材中。他写的《高等数学引论》完全脱离一般高等数学教程的窠臼,一则体现着这位大数学家对高等数学的独到见解,同时,也表现出他对于计算数学的重视。
布达佩斯的神童,普林斯顿最年轻的教授
1903年12月3日,约翰·冯·诺伊曼出生于匈牙利布达佩斯,一个传统保守的犹太家庭。父亲是位非常成功的银行家,为了挤入上层社会,花钱买了个爵位,于是他们的姓氏“诺伊曼”前面加上了个“冯”字,那是对贵族的尊称。
冯·诺伊曼是家中三个儿子中的老大,在很小的时候就展现出他那与众不同的大脑,那无与伦比的记忆力。在他还是个孩子的时候,只需要慢慢地看上一遍,他就能把电话簿上整页的姓名和电话号码记住,过目不忘,简直像照相机似的。冯·诺伊曼把这当成一项游戏,一直到他成年,还不断地把他的这种本事给朋友们“表演”。如此超常的记忆力,使他兴趣极其广泛,除了科学之外,他还喜欢历史与哲学,只要他读过的东西,都记得清清楚楚。冯·诺伊曼的渊博是有名的,宛如百科全书。难怪有历史学家说:历史学也有许多未解之谜,并不比数学少。如果冯·诺伊曼当初选择历史学而不是数学,世界历史学家们的日子可能会好过得多!
童年,就已经展现出与众不同的智力
冯·诺伊曼的另一项“绝活”就是他的心算,从小就会,一直到晚年,他计算数字的大乘、大除从不用笔,运算速度之快,不仅无人能望其项背,而且在他有生之年,也没有一台电子计算机能超过他。
童年的冯·诺伊曼最喜欢的学科无疑是数学。6岁时他能凭心算做8位数的乘除法,这么大的数目即便用笔算,今天的中小学生怕也视为畏途;8岁时他自己学会了“微积分”,那可是今天理工科大学生的重头基础课;12岁就弄懂了《函数论》,一门数学系三年级的课程;18岁发表了第一篇数学论文,他开始有所创造,崭露头角。
18岁那年,冯·诺伊曼考进了布达佩斯大学学习数学。但父亲希望他学习化学,认为那将来能赚钱,犹太人的选择非常务实。尽管酷爱数学,冯·诺伊曼不愿意违拗父亲,于是又考进了瑞士苏黎世的联邦工业大学攻读化学专业。23岁那年,冯·诺伊曼不仅在苏黎世获得化学学士学位,同年他也获得了布达佩斯大学的数学博士学位。其实他并没有在布达佩斯大学跟班上课听讲,只是在每个学期的期末回布达佩斯探亲时,赶回学校,参加并且通过了所有课程的考试而已。德国哥廷根大学的大数学家希尔伯特招聘研究助理,应聘者争先恐后,年轻的数学家们都希望获得在大师身边工作的机会。希尔伯特百里挑一,选中了刚刚毕业的冯·诺伊曼当他的助手。一年之后,冯·诺伊曼更上一层楼,又应聘去汉堡大学和柏林大学任兼职讲师。
上个世纪20年代中期,欧洲的许多大数学家开始关注“数学基础”的研究,“公理化”成为数学研究中最引人瞩目的进展。德国大数学家希尔伯特带领着欧洲的数学家们取得了一个又一个的辉煌成就。二十来岁的冯·诺伊曼很快就领悟了希尔伯特的思想,继而把它发挥得淋漓尽致。他迅速超越同侪,一年之内,就发表了7篇极有分量的学术论文,把“数学基础”的研究推向新的高峰。冯·诺伊曼年方弱冠,一鸣惊人,他发表的一篇关于“集合论”的研究论文具有划时代意义,这位年轻的数学奇才的出现引起了世界轰动。直到今天,我们在读他的这篇文章时,仍然会心情激动,越发体会到大师的“先见之明”。
冯·诺伊曼在他30岁以前,就展现了非凡的才华,成就卓著,他同时在几个不同的领域“集合论”、“代数”和“量子理论”从事研究,他发表的每篇研究论文都引起巨大反响,成为当时最年轻的著名数学家。
冯·诺伊曼与众不同之处在于,他喜欢并且习惯于同时展开几个完全不同领域的研究工作。正当他在“数学基础”的研究得心应手之时,又注意到理论物理学泰斗海森堡的“量子力学”,那是当时物理学中最热门的方向。冯·诺伊曼很快弄明白了“量子力学”是怎么一回事,然后把数学“公理化”的想法与“量子力学”结合起来,诞生了他独特的“公理化量子力学”。他的贡献远远超越了学科本身,不仅为物理学提供了新的计算模型,也为纯粹数学的发展赋予了强大动力。后来称之为“冯·诺伊曼代数”的算子理论就发源于此。这个分支正是笔者在美国攻读博士学位时期的一个论文方向。这个学科现在称为“算子代数”,起源于冯·诺伊曼。
1930年,冯·诺伊曼来到美国,成为普林斯顿大学的客座讲师。这年他结了婚,娶的是笃信天主教的玛丽艾特。为此,冯·诺伊曼表示放弃家传的犹太教,改奉天主教。冯·诺伊曼对宗教并不特别认真。
三年后,恰逢普林斯顿高等研究院组建成立,冯·诺伊曼应聘担任了研究院的教授。当时,那个研究院仅聘有六名教授,其中就包括发明“相对论”的大物理学家爱因斯坦,前辈天才大数学家外尔等。冯·诺伊曼那年30岁,而立之年,是普林斯顿最年轻的教授。普林斯顿高等研究院因着这些天才们的聚集而飞速发展,其研究水平之高,令世人瞩目。普林斯顿很快就成为世界数学的中心,是全世界的数学家们的向往之地,著名的华人数学家陈省身、华罗庚与樊都先后在这所研究院工作过。
樊教授这样描述:听冯·诺伊曼演讲必须有足够聪明,极度专心,否则绝对跟不上他。每次演讲,只有极少数的数学家能够勉强听得懂,奉陪到底。演讲的时候,冯·诺伊曼的思维敏捷,内容充实丰富,边讲边写,板书飞快,一会儿工夫就写满了整块的黑板。只好擦去旧的,再写新的。当要回过头来引用前面结果的时候,他会不断地指着黑板的某个位置说:根据擦过三次之前,写在这个位置的一个式子,再加上擦过六次之前,写在那个地方的一条定理,就可以得到以下结论。听惯了他演讲的数学家们笑称:冯·诺伊曼是“用板擦来证明定理的人”。因为他经常是根据早已擦掉的步骤,继续进行后面的推理证明。记性不够好的人当然听不懂他的演讲。
冯·诺伊曼也常常去听别人演讲,如果演讲人言之有物,想法高明,他会喝彩。但是如果演讲内容贫乏,缺乏智慧,讲话啰嗦,他也会不留情面。有一回,他去普林斯顿大学物理系听演讲。演讲人出示一张幻灯片,上面罗列着一些实验数据,试图说明那些数据是分布在一条曲线上,自以为得意。冯·诺伊曼认为那问题太浅显,近乎愚蠢,于是挖苦道:“显然它们是在同一张平面上!”聪明的听众们也不耐烦了,哄堂大笑。
晚年的樊教授常常回想起冯·诺伊曼,给我讲过一个他们联合“捉弄”冯·诺伊曼的故事。当年,普林斯顿高等研究院里的数学家们,都是最聪明的人,但他们公认,冯·诺伊曼的智力超过所有的人:别人能解决的难题,冯·诺伊曼一定也能;别人解决不了的难题,冯·诺伊曼或许能。
冯·诺伊曼自己也是这样自信的,于是研究院里的几位年轻人设计了一个圈套,立意要让冯·诺伊曼“郁闷”一回。
樊先生不仅聪明过人,早年在北京大学打下了扎实的数学基本功;留学法国,又受到法国数学传统熏陶,练就一身过硬的数学证明技巧,在研究院素以善解难题著称。这次,同事们公推樊,由他负责出一道难题,必须非常之难,最好难到自己都解决不了。那题目是给冯·诺伊曼准备的。
普林斯顿的数学家们每日午后都要在会议室小聚,一起喝午茶、咖啡,聊聊天,谈谈数学。几位年轻人准备停当,相继来到会议室,装作若无其事,等候冯·诺伊曼“上钩”。冯·诺伊曼走进会议室,端起一杯咖啡,如往常一样谈笑风生,和每个人都打个招呼。樊先生不动声色地和旁边一位谈起数学,随手把他设计好的难题写在黑板上,冯·诺伊曼被吸引过去,站在黑板前不再讲话,开始思考,其他人也都装模作样地思考,会议室里安静得好像没有人一样。5分钟过去了,只见一位年轻人,走到黑板前,把他“刚想出来”的证明要点写了下来。竟然被他人拔了头筹,这令冯·诺伊曼大为懊恼,快快不快,默默地离开会议室。研究院里年轻人的恶作剧,捉弄了他们十分敬佩的冯·诺伊曼。
想要捉弄大天才冯·诺伊曼的并不仅仅有普林斯顿的年轻数学家们,还有当时举世公认的大数学家们,例如法国大数学家巴拿赫。巴拿赫在一篇回忆冯·诺伊曼的文章里写到:在一个数学家的聚会上,他曾与几位数学家“密谋”,一边和冯·诺伊曼谈数学,一边轮番给他敬酒,还专挑烈性酒。冯·诺伊曼生性豪爽,来者不拒,但最终喝过了量,悄悄去洗手间呕吐了。巴拿赫说:“当冯·诺伊曼回来继续讨论数学的时候,原来的思路居然丝毫没有被打断!”所有捉弄冯·诺伊曼的数学家,不论“密谋”成功了没有,他们毫不怀疑:冯·诺伊曼,奇才!
打不赢扑克牌,却开创了“博弈论”
事业有成,婚姻却不成功。冯·诺伊曼时常过分地专注令他发生兴趣的问题,冷落了妻子。玛丽艾特时有抱怨,两人渐行渐远。1935年,冯·诺伊曼夫妇有了第一个孩子,是个女儿,取名玛丽安娜。然而,女儿的降生也未能挽救他们的婚姻,两年之后,玛丽艾特带着小女儿离开了冯·诺伊曼。
单身独居的冯·诺伊曼开始约会克莱拉·丹。不过克莱拉已是有夫之妇,她曾是冯·诺伊曼的“发小”,两人青梅竹马,情投意合。后来他们各奔东西,相继离开家乡,断了音信。几年后在美国重逢时,已然各自成家。但是,克莱拉仍然非常喜欢冯·诺伊曼,玛丽艾特与冯·诺伊曼离婚后,她决定与冯·诺伊曼重续前缘。克莱拉难过地向丈夫说明自己的移情别恋,请求宽恕。她的坦诚得到丈夫的宽容与理解,离婚后随即改嫁冯·诺伊曼,有情人终成眷属。克莱拉不仅是个“贤内助”,后来还成了冯·诺伊曼在研制计算机和发展计算机科学方面的助手。
世界上很多有所成就的科学家,他们专心于自己的学问,似乎与世隔绝,两耳不闻窗外事,不善于社交活动,人们会觉得他们是“书呆子”,脾气古怪孤僻。冯·诺伊曼与众不同,他非常喜欢和别人交往,不论男女老幼,也不论从事任何职业,都可以成为他的座上客,聊得热火朝天。这固然是因为冯·诺伊曼博学多才,平易近人,更是因为他那善良热情与豪爽开放的内心。
冯·诺伊曼夫妇热情好客,一到周末家里必定宾朋满座。他家几乎是每个星期都开“派对”,招待同事和朋友。冯·诺伊曼永远是沙龙的中心,他记性好、笑话多,他用讲笑话的办法活络气氛,还喜欢戴上一顶小丑的滑稽帽子穿梭在人群中间,引逗客人们放松畅谈。他仍然时不时地“卖弄”他那超人的记忆力,当众表演他那速记电话簿子的本事,他那自幼就喜欢玩的游戏。冯·诺伊曼夫妇有极好的人缘。
冯·诺伊曼豪爽好客,他的家是友人聚会的中心,几乎每周都举办派对,招待同事朋友
冯·诺伊曼在扑克牌游戏中获得灵感,引发出深刻的思考,成为“博弈论”或者称“对策论”的奠基人。其实,他并不经常玩扑克牌,打牌时也不很走运,经常是输家。这位天才的数学家猛然醒悟:扑克牌游戏里面不仅仅是数学中“概率论”的问题,他之所以输牌就是由于他总是仅仅依靠运用“概率论”来指挥自己出牌。那是远远不够的,取胜之道在于运用策略:一方面要迷惑对方,另一方面要隐藏好自己的意图信息,需要虚张声势。冯·诺伊曼开始研究“取胜的策略”,一个重要的数学分支“博弈论”就这样诞生了。
冯·诺伊曼才华横溢,总是开创新的学科,不论做纯粹数学的研究,还是研究应用数学,其贡献都是奠基性的。冯·诺伊曼的天才还在于他的开创性研究工作具有广泛的应用性,加之他本身学问渊博,能跨越学科与他人合作,且游刃有余。
在他建立起完整的“博弈论”基本理论的同时,他就意识到这项数学研究工作将对“经济学”产生影响,可以应用“博弈论”指导经济策略。他找来当时在普林斯顿工作的著名奥地利经济学家莫根·斯坦因,共同研究“博弈论”在经济领域中的应用。后来两人合作撰写了一本书《博弈论与经济行为——经济学领域的革命》,成为“博弈论”的经典著作,也成为“数理经济学”的奠基石。虽然这本书讲的仅仅是“经济学”,可其影响却波及了“心理学”、“社会学”、“政治学”和“战争军事学”等等学科,奠定了“博弈论”在这些领域中极其重要的地位。
冯·诺伊曼开创的学科都是具有强大生命力的科学理论,一经问世,就立即获得广泛应用,获得来自许多科学领域的科学家们的响应。他写书绝非一般书生的著书立说,他的著作中蕴涵着天才的创造性,字里行间充满智慧与深邃,读后回味无穷,发人深省。
冯·诺伊曼最得意的,是他的数学理论能在“政治学”和“战争军事学”中获得应用。他当年的助手哈尔默斯对我说:这也许来自于这位天才未泯的童心。冯·诺伊曼小时候最喜爱的游戏叫做“克锐思匹尔”,一种类似军棋的游戏。他那潜意识中的兴趣驱使他运用他的“博弈论”中“二人博弈零和对策”的原理,建立了模拟美国与苏联在冷战中的互动模型。“零和对策”是“博弈论”中的一个基本对策,表现的是博弈双方完全对抗、强烈竞争的对策,比较适合冷战时期的美苏敌对状态。据说冯·诺伊曼的推演结论是美苏在未来将不分胜负。运用“博弈论”构造这样一个模型,那是出自一个科学家本能。我没有见过他的这个对策模型,也不能判断这个模型能否放之四海而皆准,但它基本符合后来历史的发展。巧合?抑或政治远见?我想那对策的模型推演至少是表达了冯·诺伊曼的愿望,同时也显示了他的超脱。
二次世界大战一开始,冯·诺伊曼就坚信盟军必胜。他再次运用他的“博弈论”,建立了同盟国与协约国之间的战争冲突的模型,然后进行推演,并且预测胜负。他坚信不疑,并且告诉哈尔默斯:德军必败!冯·诺伊曼和哈尔默斯都是来自匈牙利的移民,他们都是犹太人。在所有信奉上帝的人们眼中,犹太人是“上帝亲自拣选的民族”,优秀但饱经磨难。经受了多次“国破山河在”的苦难,犹太人流亡到世界各地,顽强地发展,奇迹般地生存下来,长期是一个没有国家的民族。二战初期,法西斯军队所向披靡,铁蹄践踏之处,犹太人便遭灭顶之灾。这场大战之胜负,于犹太民族生死攸关,冯·诺伊曼担心啊!
在学术问题上,他异常严肃认真,但在日常生活上却是非常平易随和,因此在他周围总是充满欢声笑语。
普林斯顿高等研究院打算聘用一位工程师,帮助冯·诺伊曼设计制造计算机。研究院请冯·诺伊曼面试拍板。冯·诺伊曼约那人到家里见面。那位工程师驾驶的老爷车途中抛锚,前不着村后不着店,只能自己动手修理。赶到冯·诺伊曼家时,已是满身油污,狼狈不堪。冯·诺伊曼丝毫不介意,热情握手,让至客厅,请客人在洁白的沙发落座。一条狗也跟了进来,冯·诺伊曼任凭那狗用它那泥爪子在他家绒毛地毯上践踏。客人倒替冯·诺伊曼心疼起来,可是看到主人坦然自若,转念一想:主人既然对自己的狗都如此纵容,一定不会介意我的脏裤子坐在他家洁白的沙发上吧。于是心情放松,发挥正常,面试顺利,冯·诺伊曼决定雇用他。在工程师出门告别的时候,冯·诺伊曼突然问:“不带上你的狗一起走吗?”
有所长必有所短,天才的数学家冯·诺伊曼却是个非常蹩脚的司机,开车时经常跑神,思考问题,难免时常出现险情与交通事故。他几乎每年要撞坏一部汽车。在当年普林斯顿的一条街道的尽头,堆放着所有被冯·诺伊曼“报销”了的废车,那块地方获得了一个绰号:冯·诺伊曼之角。
“计算机之父”:冯·诺伊曼不接受这个称号
1943年,冯·诺伊曼应美国政府国防部之邀,以顾问身份参与研制原子弹的“曼哈顿计划”。这个时候,他的视野更加开阔,他的兴趣更加不局限于解决数学问题,他要运用所掌握的数学工具和超人的智力,去解决所有那些他认为可以尝试的问题。他主导完成了在原子弹爆炸设计中的关键计算,精确地算出爆炸的最终威力与各个控制因素的关系。他还建立了一个数学模型,模拟携带原子弹的轰炸机的飞行轨道。运用他这个模型来计划飞行路线,把轰炸机被发现乃至被击落的风险减到了最低。他受邀参与了选择原子弹轰炸日本的地点位置决策,以最小的伤亡获得最大的震慑,迫使日本就范,早日结束太平洋战争。
战争结束了,美国海军决定拨给冯·诺伊曼一笔款子,放手让他去设计一台能够准确预测、预报天气的机器。冯·诺伊曼研制的电子计算机,每秒钟能进行2000次运算,是当时最快的计算机,叫做“IAS”,它取自于“高等研究院”的三个英文单词的首字母。虽然在预测天气方面还不够准确,但是IAS成功地完成了氢弹设计的复杂计算工作。
冯·诺伊曼和他的计算机IAS,那是当年世界上性能最好的一台计算机
不少人把冯·诺伊曼当作是计算机科学的奠基人,有人甚至称他为“计算机之父”。其实,他本人并不接受这个称号。首先,在计算机科学上,冯·诺伊曼认为他的研究成果是受到了计算机天才科学家图灵的思想的启发,他仅仅是发扬光大图灵的原始概念。其次,关于电子计算机的发明权当时就有争议,冯·诺伊曼清楚地宣称他本人不是电子计算机的发明人,那另有别人。
美国依阿华州立大学的约翰·阿坦纳索夫在1939年发明和研制了世界上的第一台电子计算机ABC之后,美国的大学、研究机构与军方相继研究制造了十几台电子计算机。冯·诺伊曼此时就已经注意到,速度超过人工计算千万倍的电子计算机的出现,有可能会把一些传统上相当难处理的繁杂运算,变得可计算,变得轻松简便。
冯·诺伊曼考察了那个年头所有的计算机,认为它们都不够好。他要凭着自己的数学能力,改进计算机的逻辑设计,同时为计算机设计出好的算法。
1946年,毛克利剽窃了阿坦纳索夫的设计原理,在美国军方的财力支持下,制造了一台称之为“埃尼阿克”的计算机,它在性能上比ABC强大很多。冯·诺伊曼曾被邀请参观“埃尼阿克”。他看到在那里大约有二百人在操作“埃尼阿克”,因为每换一个新的问题,就得一起上阵,重新连线,花上几天时间进行计算前的准备工作。而一旦机器启动,运算结果仅仅是弹指之间的事。冯·诺伊曼一下子就看出症结之所在,并且慷慨地提出改进的想法。但毛克利等人听不懂,那智力上的差别不是一星半点,他们还认为冯·诺伊曼所说的是天方夜谭一样的神话,根本无法实现。
冯·诺伊曼大概也觉察到他高估了毛克利等人的理解力,不再对牛弹琴。但是在他自己设计计算机的时候,成功地实现了他关于在机器存储器里内存程序的想法。程序员要做的是命令机器去存储器中寻找相关的运算指令,计算机就可以自动完成计算,而不必为每个问题重新编写程序,使计算机功能发生突变。计算机的设计原理在冯·诺伊曼手中最终成熟,直至今天仍然是计算机设计必须遵从的基本原则。
冯·诺伊曼充分肯定阿坦纳索夫采用“二进制”和“逻辑代数”的设计思想,否定了毛克利自以为得计的“十进制”设计,这也成为今日计算机设计的基本原则。
冯·诺伊曼迅速把头脑中的概念变成了实施方案。1945年,一篇长达101页的科学报告问世,这就是计算机史上著名的“101页报告”,称之为“EDVAC方案”,刻画出了现代计算机的体系结构:计算机必须包含运算器、控制器、存储器、输入器和输出器这五大器件,详细描述了五大器件的功能和相互关系。今天,人们称之为“冯·诺伊曼结构”。冯·诺伊曼洋洋万言的“EDVAC方案”是现代计算机科学发展的里程碑。
虽然冯·诺伊曼不是第一个提出计算机科学理论的人,那人是艾兰·图灵;也不是第一个发明研制电子计算机的人,那人叫阿坦纳索夫。但他所确立的计算机设计基本原则已成为万古不变的教条,他和艾兰·图灵,约翰·阿坦纳索夫都是当之无愧的“计算机之父”。
远离了在电子计算机发明权上的争执,冯·诺伊曼继续以普林斯顿高等研究院为基地,领导他的团队在1952年研制了另一台计算机,叫做“EDSAC”,完整体现了他在“EDVAC方案”中提出的设计准则。这是世界上第一台使用磁带输入,并且可以把程序储存在机器内部的计算机,效率大大提高,电耗大大降低,实现了又一个突破。计算机IAS和EDSAC,凝聚着这位世纪天才的智慧和心血,毫无疑问,在当时都是最棒的!
冯·诺伊曼为他的计算机开创性地设计了程序,以编码的形式存储在计算机的记忆单元里或磁带上,取代了当时流行的纸带打孔的程序输入方式。如今,计算机程序员已经成为一项颇受年轻人青睐的职业,但人们可否知道,正是冯·诺伊曼让他的妻子克莱拉成为了世界上的第一位程序员。克莱拉承担了那繁琐而枯燥的编码操作,为她那天才丈夫腾出时间和精力,让他把心智集中在发明创造上,她愿意协助丈夫实现他那天才头脑里产生的奇思妙想。
真正的大天才从不画地为牢,固守自己的研究界线。冯·诺伊曼在计算机科学上的贡献完全不亚于他在数学上的成就。他研究了“线性代数”的数值计算,后来着重研究“非线性微分方程”的离散化以及稳定性问题。他协助发展了一些重要的算法,特别是使用随机数处理确定性数学问题的“蒙特卡罗方法”。他在计算数学上的成就与贡献,无人能出其右。
冯·诺伊曼对于政治与军事的兴趣绝不亚于科学。1948年,美国国防部与空军联合成立了一个智库,取名“兰德”,宗旨是“思考那些不可思议的问题”,冯·诺伊曼出任“兰德”的顾问。当时关注的焦点是核子战争发生的可能性,以及应对策略。他作为一位跨越许多领域的杰出科学家,向美国政治、军事和经济的高层决策人士提供科学咨询与政策建议。
离开普林斯顿之后,冯·诺伊曼到美国原子能委员会工作
1954年,冯·诺伊曼被任命为“原子能委员会”成员,一年后,他被诊断出骨癌。冯·诺伊曼患病的消息,震惊了全世界,科学家们在惋惜之余,疑云重重,病因何在?冯·诺伊曼曾亲临夏威夷的比基尼珊瑚岛,近距离观察原子弹爆炸试验,以验证他的理论计算,曾经暴露在过量的放射性元素之下,这是他患病的最可能的原因。不只他一位,当年参与原子弹设计与试验的许多物理学家,凡未采取严格保护措施而在核爆现场工作的,也都不幸因患癌症而英年早逝。当年科学家们仅仅关注于核能以及用它制造的核武器的巨大杀伤力,却完全没有觉察到自己已经被它杀伤,人类在探索原子能的路途上付出了巨大的代价,世界上最优秀的科学家们,工作在第一线,为之献身。失去顶级的科学家,于人类和科学的进步,那损失是无法弥补、无从估计的。
樊说:“冯·诺伊曼的工作影响了整个社会和全人类!”
在冯·诺伊曼放下他已经做得那么好的理论数学研究,而转向计算数学问题的研究时,引发了普林斯顿高等研究院里数学家的纷纷议论,似乎冯·诺伊曼有些“发神经”,是在浪费他的时间和才气,实在太可惜了!在普林斯顿的数学家眼里,那些计算方法和程序设计实在是太简单了,难登大雅之堂。冯·诺伊曼天分如此之高,居然摆弄计算机,还津津有味!
大数学家外尔有一次在课堂上大声对学生说:“过去的冯·诺伊曼数学做得多么好,可如今不务正业!我简直不知道他在干什么!”吓得学生赶紧把教室的门关上,因为冯·诺伊曼的办公室就在教室的对面。老外尔对冯·诺伊曼没有恶意,只是不及冯·诺伊曼高瞻远瞩。他们两位同为普林斯顿高等研究院的元老和灵魂,共同带领着研究院里聚集着的年轻数学家们。外尔是以自己的方式,劝告比他年轻许多的老朋友。
冯·诺伊曼不仅能够在普林斯顿高等研究院“摆弄”计算数学,还能够在研究院里成功地研制计算机,真是奇迹,是异数,要知道一个轰隆作响的计算机与普林斯顿高等研究院里高雅沉稳的传统学术气氛是多么不协调!只有冯·诺伊曼,能够凭着他那超级人望和威信,说服研究院同仁,加之他长袖善舞,成功游说政府和军方慷慨解囊,方使得计算机的科研项目在普林斯顿高等研究院上马启动。虽然研究院容忍他聘雇进来一批工程师,制造了计算机,但是没有多少数学家对他的计算机研究项目真正感兴趣。
冯·诺伊曼是数学家出身,深深理解他的同行同事,他明白普林斯顿高等研究院绝非计算机科学和计算数学生长的好土壤,数学家们对计算机程序设计不屑一顾。在他将要离开普林斯顿,前往首都华盛顿联邦政府就职的时候,他必须为他的计算机找个栖身之地。他选中了附近的普林斯顿大学,而普林斯顿大学也乐意接受冯·诺伊曼“捐赠的礼物”,并承诺冯·诺伊曼提出的唯一条件:保持机器正常运转。后来,普林斯顿大学后悔不迭,因为计算机的运转与维护费用一年高达十万美元。冯·诺伊曼去世的不幸消息传来,普林斯顿大学立即关闭了计算机。冯·诺伊曼的计算机一时之间成了“食之无味,弃之可惜”的一堆废铁。IBM趁机索要,普林斯顿大学乐得甩掉“包袱”,让IBM用大卡车运走了。拥有当年冯·诺伊曼的计算机,IBM在制造电子计算机的厂商中间鹤立鸡群,风头更劲。普林斯顿大学再一次后悔莫及,当年IBM没有拆走的、钉在墙上的6英寸的计算机开关控制器,成为仅存的珍贵文物。更为可惜的是,当年冯·诺伊曼的追随者们,后来都成为计算机科学的先锋,他们各奔东西,另谋发展,没有一个留在普林斯顿,那个让他们受尽歧视的地方。
樊先生90年代对我说:“现在看来冯·诺伊曼当时是有道理的。可是当年,普林斯顿的人都不理解他。他如果只做数学,那他顶多是影响数学界。今天我们终于看到了,冯·诺伊曼的工作影响了整个社会和全人类!”真是“千载谁堪伯仲间”,冯·诺伊曼的远见卓识是无人能望其项背的。
高山流水,知音难觅。樊是冯·诺伊曼的知音。两位无疑都是20世纪非常重要的数学家。冯·诺伊曼纯粹数学的研究领域很宽,包括“数理逻辑”、“集合论”、“希尔伯特空间上的线性自伴算子谱理论”、“希尔伯特第五问题”、“测度论”、“格论”、“连续几何学”、“算子环理论”或称为“冯·诺伊曼代数”等等。樊把冯·诺伊曼开了头的工作,继续推广、完善,并发挥到了极致。例如,无穷维空间中的、涉及多个函数的那些“极小极大定理”,已经是无人能够再超越。也正是由于冯·诺伊曼和樊两位的合作,方使得那些抽象的数学理论不再是曲高和寡,而是可以应用,获得了生命力,能够为“数理经济学”的长足进展提供有力的数学工具。上个世纪80年代,法裔美国数学家德布鲁成功地运用樊所创造的“极小极大定理”,创立了关于“商品的经济与社会均衡的存在定理”,并因此在1983年荣获诺贝尔经济学奖。
巨星陨落,光辉永在人间
在原子能委员会工作时期,冯·诺伊曼不断向人们传播和平利用原子能的观念。他不仅告诫美国政府的官员必须科学利用原子能并严格控制核武器,也向平民百姓解释相关的科学知识。有一次,一群青少年来原子能委员会参观原子能展览,他当时已经病入膏育,仍亲自出马接待。好奇的孩子们围着他问这问那,他耐心讲解。当孩子们问到“放射性探测仪”的时候,冯·诺伊曼向孩子们详细解释放射性元素会对人体造成的严重伤害以及如何躲避,孩子们看见他的眼睛里闪现泪光。这次的实况采访,后来在一个名叫“青少年想知道”的电视节目中播出。
冯·诺伊曼智者千虑,却没有虑及放射性射线对自己和其他参与核试验的科学家的致命伤害,令人扼腕。患病期间的冯·诺伊曼不得不整天坐在轮椅上,即使如此,他仍然马不停蹄,没有停止工作。1963年美国一部影片《斯淳芝博士》的主人公的原型就是冯·诺伊曼,主人公斯淳芝博士是一位坐在轮椅上忘我工作的勤奋的天才,受到世人无比的尊敬。
冯·诺伊曼最后一次公开露面是在1956年2月。在白宫,艾森豪威尔总统代表美国政府和人民为他颁授“自由勋章”。到了4月,冯·诺伊曼不得不住进医院。然而就在医院的病房里,他设置了一间办公室,便于工作和接待访客。来自空军和国防部长办公室的客人络绎不绝,冯·诺伊曼继续为高层政治家们提供咨询,直至去世的前一天。1957年2月8日,冯·诺伊曼在华盛顿辞世,一颗超级明亮耀眼的科学巨星陨落。
1961年,《冯·诺伊曼全集》出版,共6卷,收集了冯·诺伊曼毕生的著作。冯·诺伊曼的遗孀克莱拉·冯·诺伊曼是这套文集的主要编纂者。在失去丈夫的几年里,克莱拉无时无刻不在怀念她深爱的丈夫,她全身心地投入到搜集、整理与汇编冯·诺伊曼在历年发表的论文与报告。
两年后,克莱拉·冯·诺伊曼自杀。她生前曾对亲友们多次表示:她这辈子似乎就是为冯·诺伊曼而生的。《冯·诺伊曼全集》出版之后,克莱拉公开表示厌世。
冯·诺伊曼的独生女儿,玛丽安娜·冯·诺伊曼·惠特曼博士,学有所成,被尼克松总统任命为“总统的经济顾问”,她是美国历史上第一位出任这个职务的女性。在此前后,她在匹兹堡大学和密西根大学教授经济学,还曾出任美国通用汽车公司副总裁长达13年。在玛丽安娜心中,冯·诺伊曼永远是个精力充沛、不知疲倦的数学家,是个笑口常开、风趣快乐的父亲。
2005年,美国发行一套纪念邮票,特别纪念包括冯·诺伊曼在内的四位伟大科学家,那是从上千位有杰出贡献的美国科学家中甄选出来的。另外那三位获此殊荣的科学家分别是加舒华·吉布斯,被称为19世纪最伟大的科学家,他对于自然科学的奠基性贡献可与伽利略和牛顿比肩,是热力学的创始人;芭芭拉·麦克林托克,生物学家,因其对于基因理论和基因转移技术的划时代贡献而荣获诺贝尔奖;理查德·费因曼,最伟大的理论物理学家,因其在量子电动力学等领域的奠基性贡献荣获诺贝尔奖。纪念邮票的首发仪式在耶鲁大学举行,极为隆重,美国邮政服务指导委员会主席主持揭幕,他在演讲中称:“这四位学者是当代最伟大的科学家,他们那先驱性的发明依然深深地影响着今天。”
2005年,冯·诺伊曼的女儿(左1)及孙辈在纪念邮票发行会上
古语说,“人事有代谢,往来成古今。”冯·诺伊曼仙逝已经50年,但他在世人心中的魅力与光彩却丝毫没有衰减褪色。拿破仑有一句名言,“天才人物就像流星一样:注定要燃烧自己,照亮他所在的时代。”这话说得真好。科学天才如冯·诺伊曼者,他们的有生之年可能短暂,恰似流星。但在他们身后,留下的光辉却会长久地照耀人间。
2007年6月5日于北京回龙观闲野斋