娃娃博士維納

“神童”得與失

1894年11月26日，諾伯特·維納出生在美國密蘇里州密蘇里大學的一個教授家庭里。他的父親是位俄裔猶太人，在語言和數(shù)學方面頗有造詣。維納的一生受父親的影響最大，由于他從小就顯露出不同于同齡人的天賦，父親很早就開始對他進行了天才式的教育。3歲時，生物學和天文學的科學讀物就成了維納在科學方面的啟蒙書籍。7歲時，開始深入物理學和生物學的領(lǐng)域，甚至超過了他父親的知識范圍。從達爾文的進化論、金斯利的《自然史》到夏爾科、雅內(nèi)的精神病學著作，從凡爾納的科幻小說到雨果、大仲馬等人的文學名著，幾乎無所不讀。8歲時，維納學完了正規(guī)學校里初級和中級的全部課程，懂得英、俄、德、西班牙等10多種語言。1906年，12歲的維納連跨幾級完成中學的學業(yè)，考入波士頓的塔夫茨學院，接受哲學、心理學、語言學、數(shù)學、生物學等學科的通才教育，最后于1909年以優(yōu)異的成績在數(shù)學系畢業(yè)。同年，他進入哈佛大學，攻讀醫(yī)學碩士學位。1912年，18歲的維納獲得哈佛大學哲學博士學位，得到學校資助，前往英國劍橋大學、德國哥廷根大學等著名學府深造。

維納很小的時候，他在公眾中的“神童”形象就已逐漸顯露。不僅身邊的人對他刮目相看，而且還有一大幫記者時常圍繞在他的周圍。這些對維納的成長影響很大，他在晚年回顧道：“一個處在周圍都是成年人的世界中，茫然不知所措的兒童……遠遠不是一種令人愉快的經(jīng)歷。”在這種被排斥在正常生活之外的壓抑心境中，維納很早就開始工作，但在最初的七八年里，他并沒有取得人們期望中的輝煌成就。1913～1918年期間，他成績平平，沒有什么大作發(fā)表。當他從歐洲深造歸來時，竟然找不到一所承認目錄用他的大學。為此，他只得到教師職業(yè)介紹所去求職。他在通用電器公司做過臨時工，甚至還干過書報的臨時編輯工作。人們對他大感失望，遺憾他已經(jīng)不是昔日的“神童”了!

“我很早就開始工作，但直到二十五六歲，才開始取得一些完整的成就。在生活的曲折道路上，我經(jīng)歷了許多考試，走了許多彎路?！蓖砟陼r的維納曾這樣回憶自己早年的歲月。然而，他始終相信，“從長遠的觀點看來，這些都是有益的懲戒和真正的鍛煉?！?/p>

系統(tǒng)攻讀數(shù)學

在工作失意的時期，維納進行了深刻地反省，開始改變以往那種興趣分散、對知識的零敲碎打、博取靈感的做法，轉(zhuǎn)而集中思想鉆研自己的專長——數(shù)學，系統(tǒng)地研讀了有關(guān)積分、函數(shù)等方面的書籍，開始對現(xiàn)代數(shù)學有了真正的理解，并最終側(cè)重于由法國數(shù)學家勒貝格開創(chuàng)的“勒貝格積分”的概率論和統(tǒng)計學，由此在數(shù)學和物理學交會的中間地帶取得了一番令人滿意的成就。

牛頓認為，如果給物體以一定位置和速度，就可以描繪出這一物體整個運動的確定態(tài)勢和規(guī)律。但是，維納發(fā)現(xiàn)，在充斥著偶然性、復(fù)雜性和無序性的自然界中，這個定律無法得到完全的證明。譬如河流，時而浪花翻騰，時而波瀾平靜，又怎么能對它做出必然的定量描述呢?因此，這類問題顯然是也只能是個求平均值和統(tǒng)計的問題。

維納認為，宇宙萬物并不是單一的、固定的，而是復(fù)雜的、流變的，每一個事物都存在著預(yù)先指定的概率。研究者無法說出它們什么時候才能發(fā)生，而只能說在給定的條件下，在給定的時刻內(nèi)，它們才可能發(fā)生。就在這一認識的基礎(chǔ)上，維納開始關(guān)注將數(shù)學理論應(yīng)用于物理學中。

通過研究，維納發(fā)現(xiàn)，如果以單個微粒子的無序性來表述布朗運動，則以往關(guān)于一切布朗運動都是連續(xù)的、不可微分的曲線的猜測，都是有根據(jù)和不證自明的。經(jīng)過一番的辛勤努力，到了1925年，維納終于利用三角函數(shù)提出“維納測度”“維納積分”等概念，在物理和數(shù)學史上第一次給布朗運動以嚴格的數(shù)學定義，證明了布朗運動的軌跡的連續(xù)性，從而為這種典型的隨機運動建立了科學的理論模型。

通過這次鍛煉，維納“開始使自己徹底掌握了那些業(yè)已證明、具有重要物理意義的數(shù)學分支”，開始進行應(yīng)用數(shù)學的研究，“從這個時候起，我的工作就不再是隨意的、無條理的了，而是有一個確定的方向，我能夠自然而然地沿著這個方向前進?！?/p>

創(chuàng)立控制論

隨著在概率論和統(tǒng)計學方面研究的深入，維納從20世紀30年代開始，就逐漸傾心于利用現(xiàn)有的認識基礎(chǔ)，對未來可能出現(xiàn)的現(xiàn)象做出正確的預(yù)測，這就是“預(yù)測理論”。而這時，由于即將來臨的第二次世界大戰(zhàn)，維納首先在研制新型防空火炮系統(tǒng)這一最現(xiàn)實且最緊迫的領(lǐng)域中，開始了探索性的努力。

當時，由于軍事裝備的發(fā)展，飛機的高速度使得所有古老的手動瞄準方法都變得無用了。高射炮要擊中目標，就必須及時、準確地尋找到預(yù)測飛機未來位置的辦法。然而，由于飛機、飛行員、火炮和火炮手各自存在復(fù)雜而隨機的因素，使得這種預(yù)測遠遠難于一般的概率和統(tǒng)計計算，這令當時負責這一項目的維納頓感棘手。經(jīng)過數(shù)次碰壁，維納意識到，在這一過程中，他們碰到了與“海森堡測不準原理”一樣的問題，因此，只能選擇使預(yù)測的各方誤差達到最小的方案。這樣，他開始引入“負反饋”這種當某種行為模式出現(xiàn)誤差時能自動來調(diào)節(jié)行動的機制，并綜合了當時神經(jīng)生理學、計算機學、語言學和邏輯學等學科方面的成果，將人的行為模式的各種可能性都納入到預(yù)測的過程中去，形成一套復(fù)雜而又是實用的“數(shù)理模型”，最終使對高射炮的控制和預(yù)測的完善設(shè)備制造成為可能，從而大大地提高了地面防空效率。

這一“數(shù)理模型”，即機器的自動控制系統(tǒng)所執(zhí)行的原理與人和動物的行為具有相似性，它需要從外界獲得目標的差距信息，然后由系統(tǒng)發(fā)出縮短這一差距的指令，從而引發(fā)動作，在過程中不斷消減誤差，最后達到目標。這就是維納后來總結(jié)概括的“控制論”的基本觀點。

維納的控制論思想一經(jīng)面世，立即受到重視和廣泛運用。它的產(chǎn)生，是20世紀繼相對論、量子力學之后的又一重大科學成就。它改變了過去以單因素來分析事物的傳統(tǒng)方式，而代之以多因素的分析與綜合相結(jié)合的系統(tǒng)思維，為各種不同學科的研究找到一個共同的角度，從而在很大程度上促進并實現(xiàn)了不同學科之間的互相滲透與交流，引發(fā)了人們對“機器能否思維”信息是物理還是精神，抑或“第三種東西”等有趣而深刻的哲學問題的論爭和思考，極大地深化了人們對自身與外部世界的關(guān)系的認識。

1964年3月18日，維納因突發(fā)心臟病，在遠離故土的瑞典斯德哥爾摩去世，終年70歲。他在回顧自己的一生時說：“在散漫的年代里，自己連一年也沒有浪費。相反，將這些個人所得匯集在一起，成為一種高度組織起來的原則，去建立后期的專業(yè)——‘控制論’?！?/p>

這就是維納所走過的道路，雖然在這里所展現(xiàn)的只是其中的一部分，但他從小肩負了家族、世人的無限期望，中間雖然屢經(jīng)波折，但終于不負重托，以自己卓越的數(shù)學思想和在控制論方面的領(lǐng)先探索，為自己的人生和社會的發(fā)展做了最好的詮釋，成為20世紀最偉大的科學家之一。