作者:余艾柯 来源:中国科学报 发布时间:2014-12-12
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“控制论之父”炼成记

 

诺伯特·维纳 图片来源:百度图片

人们始终将创立控制论视为他对科学发展所作出的最大贡献,称其为“控制论之父”。然而,对于自己的学术身份,维纳似乎始终有着清晰而固执的态度。

今年是被誉为“控制论之父”的美国数学家诺伯特·维纳诞辰120周年,同时也是这位伟大的科学家逝世50周年。在这样一个特殊的时刻,人们再次忆起他富有传奇色彩的一生。

1894年11月26日,维纳出生于美国密苏里州,父亲列奥·维纳是一名语言学家,同时在数学方面极具天赋。也许是遗传所致,又或许是得益于父亲的熏陶,诺伯特·维纳很快表现出非比寻常的“神童本色”。

维纳三岁半开始读书,生物学和天文学的初级科学读物成为他认识自然的启蒙读物,七岁开始深入物理学和生物学领域,其知识范围和理解深度甚至已经超越了自己博学的父亲。然而列奥有自己的系统教育观,他用严厉的态度坚持对儿子实施以数学和语言学为核心的教学计划。

当其他小男孩还在梦想着长大之后成为一名警察或火车司机的时候,维纳就已经完全痴迷于科学的世界了,他渴望成为一名博物学家。

维纳12岁那年从中学毕业,父亲没有冒险让他参加紧张的哈佛大学入学考试,希望以此避免人们对这位神童的过度关注。维纳被送进了塔夫茨学院数学系就读,然而他的数学能力早已超过大学一年级的水平,没有什么数学课程能够让他提起兴趣,他开始自己研究伽罗瓦的方程论,父亲仍是他交流切磋的对象。

虽然身在数学系,但维纳在大学期间的兴趣愈加广泛,物理、化学、生物学、哲学、心理学都让他兴致勃勃。用3年时间读完大学课程,维纳又想起了自己童年时代的梦想——成为一名博物学家。于是他选择进入哈佛大学攻读生物学博士学位,但很不幸的是,他的实验工作失败了。较差的动手能力成为他最大的障碍,而他又缺乏从事细致工作所必需的技巧和耐心,深度近视更是平添不少麻烦。

在父亲的安排下,维纳先是转到康奈尔大学去学哲学,翌年又回到哈佛研读数理逻辑。在哈佛的最后一年,维纳向学校申请了旅行奖学金并获得了批准,他登陆欧洲,在那里遇到了对其未来学术发展产生深刻影响的罗素、哈代、希尔伯特等著名数学家,在他们的指导下研究逻辑和数学。

在这些良师益友中,罗素的影响最为深远。他建议维纳阅读爱因斯坦于1905年发表的三篇著名论文,学习卢瑟福的电子理论和波尔的学说,尽管维纳的物理学基础让他在学习这些理论时感到颇为困难,但罗素始终鼓励他坚持下去。后来,维纳选择了数学和物理学、工程学相结合的研究方向,与罗素的启迪恐怕密不可分。

正是在英国剑桥大学和德国哥廷根大学的短暂求学经历,让神童维纳开始成长为一名真正的青年数学家。

1913年,19岁的维纳在《剑桥哲学学会会刊》上发表了一篇关于集合论的论文。这是一篇将“关系的理论”简化为“类的理论”的论文,在数理逻辑的发展中占据有一席之地。维纳从此步入学术生涯。

作为一名数学家,维纳并没有很快找到自己真正感兴趣的研究领域。1919年,美国辛辛那提大学的年轻数学家巴纳特对维纳作了一次拜访。维纳请他推荐一个合适的研究课题。巴纳特建议维纳注意函数空间中的积分问题,这对维纳此后的数学研究产生了重大影响,他开始被函数分析所吸引,决心为此贡献一生。

也正是在这一年,维纳被推荐到麻省理工学院数学系任教,他在那里一直工作到退休。

上世纪30年代,维纳开始关注模拟计算机,其间还曾应邀到中国做访问教授,与清华大学教授李郁荣合作研究并设计出了性能良好的电子滤波器,获得了该项发明的专利权。

这段经历被维纳视为自己学术生涯中一个特殊的里程碑,好比从工匠到师傅的转变。

二战期间,维纳接受了一项与火力控制系统有关的工作,这促使他深入探索如何用机器模拟人脑的计算功能,由此建立了预测理论并将其应用于防空火力控制系统的预测装置。

在此基础上,维纳的名著《控制论》于1948年横空出世,标志着控制论作为一门新兴科学的诞生,这本书有一个拗口的副标题——《关于在动物或机器中控制或通讯的科学》,这其实就是维纳对控制论所下的简要定义。

值得一提的是,控制论的问世与维纳早年对生物学的兴趣不无关联,这是他通过长期艰苦努力,并且与生理学家罗森勃吕特等人多方面合作而产生的伟大成果。

控制论让维纳从一位此前声誉有限的数学家,一跃成为声名卓著的明星人物,他的著作开始风行世界,他的深刻思想开始引起人们的极大关注。控制论不仅预见并影响了计算机处理、机器人和自动化等新技术时代的到来,两年后,他还在《人有人的用途》一书中推广他的想法,探讨自动化的潜力以及机器异化人类的潜在风险。

在其学术生涯中,维纳在数学、物理、工程学、哲学等领域其实都颇有建树,但人们始终将创立控制论视为他对科学发展所作出的最大贡献,称其为“控制论之父”。

然而,对于自己的学术身份,维纳似乎始终有着清晰而固执的态度,正如他为一本自传所起的响亮标题——《我是一个数学家》。

(余艾柯整理)

《中国科学报》 (2014-12-12 第12版 视界)
 
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