过目不忘 的 天才 ——冯诺 依曼 的 传奇 人生 Unforgettable genius - the legendary life of von Neumann La vie légendaire de von Neumann, le génie inoubliable. Легендарная жизнь фон Неймана, незабвенного гения.

妈咪 说 知识 就是 力量 大家 好 我 是 妈咪 叔

上期 咱们 介绍 了 图灵 以及 英国 这边 早期 计算机 的 发展 过程

今天 咱们 来聊 一聊 冯诺 依曼 和 美国 这边 的 计算机 发展 情况

冯诺 依曼 是 1903 年 出生 在 匈牙利 的 布达佩斯

和 爱因斯坦 有着 一样 的 血统 这是 一位 犹太人 后来 又 加入 了 美国 国籍

当时 的 奥 匈 帝国 是 二元 君主制 就是 两个 帝国 由 一个 君主 来 统治

于是 就 放松 了 对 犹太人 的 限制 所以 冯诺 依曼 的 父亲 虽然 是 犹太人

但是 算是 赶上 了 好时节 成为 了 一名 银行家 家里 很 有钱

和 当地 的 官员 相处 的 也 很 好 所以 他 父亲 花 了 点 钱

然后 政府 以其 在 金融 领域 做出 重大贡献 为 由

奖励 诺依曼 家族 一个 贵族 的 世袭 头衔 von 所以 才 叫 冯 · 诺依曼

冯诺 依曼 是 一位 少有 的 过目不忘 的 天才

从小 就 看 完 了 他 父亲 书架上 的 所有 书

重点 就是 人家 看 完 了 就 能 背下来 这个 确实 一般 人 做 不到

擅长 心算 据说 6 岁 的 时候 就 可以 进行 8 位数 的 除法 心算

所以 从小 励志 成为 一名 数学家

他 父亲 一听 吓坏 了 说 不行 啊 儿子 数学家 不 挣钱 啊

你 得 像 老爸 一样 当 银行家 最次 最次 也 得 干 实业 啊

冯诺 依曼 说行 吧 于是 他 大学 就 在 柏林 大学 读 了 化学工程

算是 给 老爸 一个 交代

后来 又 转学 到 了 瑞士 的 苏黎世 联邦 理工学院 就是 爱因斯坦 的 母校

最 主要 的 是 他 还 没 忘记 数学

于是 又 在 老家 布达佩斯 大学 同时 学习 了 数学

只不过 不怎么 过来 听课 主要 在 柏林 和 瑞士 上课

然后 每 学期末 回到 布达佩斯 大学 考试

每学期 不仅 不挂科 而且 都 名列前茅

大学 四年 一共 上 了 三 所 大学

1925 年 22 岁 的 冯诺 依曼 毕业 了

虽然 没 怎么 在 布达佩斯 大学 上课 不过 毕业 的 时候

冯诺 依曼 凭借 优秀 的 数学 天赋 写 了 一篇 关于 集合论 的 论文

在 1926 年 被 授予 了 布达佩斯 大学 的 博士学位

与此同时 他 还 在 柏林 大学 成为 了 一名 数学 讲师 无薪 的

目的 就是 要 开始 准备考 教授 资格 学位 了

这是 当时 德国 教育 制度 中 比 博士 更 高 的 一个 学位

必须 考 过 才能 当 教授 这 期间 冯诺 依曼 来到 了 哥廷根大学

师从 谁 呢 ？ 就是 当时 在 哥廷根大学 任教 的 希尔伯特

希尔伯特 对 数学 的 造诣 不是 说 哪个 分支 领域 他 很 厉害

他 是 纵观 全局 对 整个 数学 体系 都 很 了解 并且 都 有 贡献

1900 年 希尔伯特 提出 的 著名 的 23 个 数学 问题

到 现在 对于 数学 的 各个领域 都 指明 了 方向

正是 在 希尔伯特 的 培养 之下

冯诺 依曼 这位 天才 对于 数学 才 有 了 更 深刻 的 了解

这 二位 就是 名师 高徒 的 典范

于是 在 1926 到 1929 年 期间 冯诺 依曼 连续 发表 了 25 篇 论文

主要 是 在 量子力学 的 数学 方面 这时候 他 刚 20 出头 啊

后来 到 了 1932 年 冯诺 依曼 那本 著名 的 《 量子力学 的 数学 基础 》 出版 了

到 现在 也 是 经典 教材 之一

唯独 可惜 的 是 这 本书 里 就 有 那么 一个 小 错误

咱们 之 前提 过 还 记得 不 ？

冯诺 依曼 试图用 数学 语言 去 证明 量子力学 是 完备 的

它 不 存在 隐 变量 后来 这个 错误 被 谁 发现 了 呢 ？ 就是 约翰 · 贝尔

其实 早些 年 有 一位 德国 的 女 数学家 格雷特 · 赫尔曼 也 发现 了 这个 错误

但是 人们 没当回事

最终 是 约翰 · 贝尔 根据 这个 错误 提出 了 贝尔 不等式 这才 广为人知

不过 这个 错误 一点 也 不 影响 冯诺 依曼 在 数学 、 量子力学 上 的 地位

1930 年 他 接受 了 美国普林斯顿大学 的 邀请 过去 当 了 一名 客座 讲师

到 了 1931 年 就 成为 了 普林斯顿大学 的 终身 教授 了

从 这 之后 他 就 留在 美国 了

1930 年 美国 另外 一个 重要 的 机构 诞生 了 就是 普林斯顿 高级 研究院

这 地方 记得 吧 ？ 就是 杨振宁 、 李政道 曾经 工作 的 地方

这是 一对 慈善家 兄妹 路易斯 · 班 伯格 和 卡洛琳 · 班 伯格

这 二位 捐助 500 万美元 建造 的 一个 研究 机构

最早 就 只 招 了 一批 数学 研究 人员

正好 冯诺 依曼 在 普林斯顿 啊 于是 他们 就 邀请 了 冯诺 依曼

后来 1932 年 爱因斯坦 也 去 了 美国

就是 在 这个 高级 研究院 工作 的 这 都 是 最早 的 一批 研究 人员

这里 边 还 包括 奥本海默 、 哥德尔 、 外尔 这些 大佬

所以 普林斯顿 高级 研究院 逐渐 就 成为 了 科学界 权威 的 研究院 之一

你别 看 冯诺 依曼 在 事业 上 风生水 起

但是 冯诺 依曼 在生活中 就 和 一个 孩子 一样 天才 都 有 怪癖

他 最 喜欢 的 就是 孩子 的 玩具

然后 平时 总是 西装革履 的 家里 还 不 差钱

喜欢 豪车 就 喜欢 凯迪拉克 每年 必须 买 一辆 新款 凯迪拉克

车开 的 还 很烂 不是 超速 就是 肇事

普林斯顿 的 交警 都 认识 他 了

在 美国 和 他 一起 生活 的 是 他 的 第二任 妻子 叫做 克拉拉

他俩 每周 都 要 举行 一次 派对 邀请 双方 的 朋友 来到 家里

然后 他们 给 冯诺 依曼带 各种 礼物 主要 就是 玩具

冯诺 依曼 呢 就 提前 在 大脑 中 准备 一个 笑话 本 都 是 笑话 记 大脑 里

朋友 来 了 就 给 他们 讲 各种各样 的 笑话

在 1933 年 到 1941 年 之间 冯诺 依曼 又 发表 了 36 篇 论文

涉及 了 各个领域 包括 博弈论

所以 有 的 时候 他 也 被 人们 称作 是 博弈论 的 创始人

咱们 还是 加个 “ 之一 ” 吧

因为 还有 一位 叫做 摩根 斯特恩 也 对 博弈论 有 重大贡献

可是 故事 讲到 这 貌似 和 计算机 也 没 啥 关系 啊 ？

冯诺 依曼 为啥 还 被称作 是 现代 计算机 之父 呢 ？

转折点 就是 二战 美国 被迫 加入 了 战争

1937 年 冯诺 依曼 加入 了 美国 国籍

随后 应邀 出任 了 美国陆军 军械部 的 顾问

然后 在 1940 年 他 又 加入 了 弹道 研究 实验室 科学 顾问 委员会

转 年 日本 就 偷袭 了 珍珠港 冯诺 依曼 正式 加入 曼哈顿 计划

他 的 数学 天赋 在 曼哈顿 计划 中 做出 了 重要 的 贡献

主要 干 了 啥 呢 ？

美国 投 到 日本 的 两颗 原子弹 第一颗 叫 小男孩 第二颗 叫 胖子 是 吧 ？

小男孩 主要 用 的 就是 铀 235 的 核裂变 反应 来 释放 巨大 的 能量

这些 铀 235 必须 要 达到 一定 的 质量 才能 发生 链式反应

太少 了 不行 小男孩 就是 这个 原理

但是 这个 方法 用 在 胖子 身上 就 不灵 了

胖子 使用 的 钚 239 钚 很 活跃

要是 准备 了 超过 临界 质量 的 钚 很 可能 还 没 落地 就 爆炸 了

所以 当时 就 在 考虑 怎么 能 让 这些 钚 239 不够 临界 质量

然后 还 能 达到 预期 的 爆炸 效果 呢 ？

当时 有人 就 提出 一个 办法 说 可以 通过 引爆 雷管

然后 让 这个 雷管 形成 的 冲击波 对 这些 钚 239 造成 挤压

这么 一 挤压 原子 之间 离得 不 就近 了 嘛

所以 即使 不够 临界 质量 应该 也 可能 发生 链式反应

当时 这个 想法 没太 引起 人们 的 注意

你 要 知道 这么 大型 的 科研项目

光说 说 可是 不行 的 必须 有 严格 的 理论 依托

所以 冯诺 依曼 当回事 了 他 就 快速 了 计算 了 一下

说用 多少 炸药 能够 造成 多大 的 冲击波 形成 多大 压力

有理有据 把 当时 的 所有人 都 说服 了

最后 的 结果 就是 胖子 这颗 原子弹 是 使用 了 32 颗 雷管

在 这些 钚 239 周围 同时 爆炸 在 这种 挤压 之下 才 发生 了 链式反应

这个 精确 的 计算 就是 冯诺 依曼 完成 的 其他人 都 不行

而且 冯诺 依曼 还 指出 要 想 让 原子弹 造成 更大 的 杀伤力

就 必须 在 空中 引爆 到 了 地面 冲击波 的 范围 就 小 了

它 不是 咱们 想象 中 的 一个 球 这么 简单

他 通过 严格 的 数学 证明 推导 出 了 这个 结论

所以 小男孩 和 胖子 这 两枚 原子弹 都 不是 落地 之后 爆炸 的

而是 在 距离 地面 550 米 的 空中 就 爆炸 了

这 都 是 冯诺 依曼 的 贡献

就 这 两件事 当时 要不是 冯诺 依曼 其他人 恐怕 要算 上 个把月

曼哈顿 计划 中 计算能力 出众 的 人 冯诺 依曼排 第一 第二 是 费米

但是 冯诺 依曼 属于 精算 费米 是 出了名 的 估算

有 一个 专有名词 就 叫做 费米 估算 一般 用来 进行 量纲分析

关于 费米 的 故事 也 很 神奇 话 说 在 1945 年 7 月 16 号 晚上

美国 在 内华达州 的 沙漠 进行 原子弹 试爆

只 听 bong 一声 （ 原子弹 ） 爆炸 了

费米 突然 跳跃 起来 从 兜里 拿出 一些 碎 纸屑 撒向 空中

然后 让 冲击波 把 碎 纸屑 冲走 费米 跟着 走 了 几步

然后 回头 和 其他 物理学家 说

这个 爆炸 的 能量 相当于 一 万多吨 TNT 炸药

最后 的 理论 计算 数值 是 两 万吨 TNT 当量

误差 少于 十倍 也 就是 不到 一个 数量级

你 能 想象 他 是 怎么 估算 的 么 也 是 大神

好 说 回到 冯诺 依曼

正是 这种 超出 常人 的 计算能力 让 冯诺 依曼

在 曼哈顿 计划 中 成为 了 耀眼 的 明星

也 让 他 在 二战 之后 能够 和 一般 人们 认为 的

“ 第一台 电子计算机 ”ENIAC 结下 了 不解之缘

为啥 这么 说 呢 因为 ENIAC 真的 不是 像 教科书 上 写 的 那样

“ 它 是 世界 上 第一台 电子计算机 “

至少 咱们 上期 说 的 “ 巨人 （colossus）” 计算机 就 比 他 早

你 要说 可 存储 程序 的 电子计算机 那 “ 曼彻斯特 宝贝 ” 也 比 它 早

现在 一般 认为 第一台 电子计算机 就是 使用 电子 开关 的 计算机

是 阿塔纳索 夫和贝瑞 在 1937 年 设计 1942 进行 测试 的

阿塔纳索 夫 - 贝瑞 计算机 简称 ABC 计算机

这台 计算机 使用 电子 开关 和 二进制

虽然 它 不能 存储 程序 还 只能 进行 线性方程 求解

不过 它 确实 是 电子计算机

在 1973 年 还 打了个 官司

美国 认定 ENIAC 确实 使用 了 ABC 的 部分 技术

然后 承认 ABC 是 第一台 电子计算机

但是 人们 懒得 改了 都 以为 这么 多年

所以 在 ENIAC 的 定位 前面 加上 了 一个 词

就是 “ 第一台 通用 电子计算机 ”

说白了 就是 你 之前 发明 的 计算机 我 现在 都 能干 这 就 没 啥意思 了

ENIAC 这个 项目 的 领头人 叫做 戈 德斯坦

负责 设计 和 建造 的 人 是 来自 宾夕法尼亚大学 的 莫奇利 和 艾 克特

谁 出 的 钱 呢 ？ 就是 美国陆军 这个 项目 总共 花费 了 50 万美元

在 1943 年 6 月 5 号 签订合同 代号 是 “PX 项目 ”

同年 7 月 秘密 启动 所以 ENIAC 就是 带 着 使命 被 建造 的

官方 对外 的 解释 是 进行 弹道 分析

就是 研究 导弹 轨迹 啊 什么 的 确实 有 这个 原因

但是 另外 一个 更 主要 的 原因 是 美国 要 研制 氢弹

原子弹 出来 之后 美国 见证 了 它 的 实力 啊

物理学家 又 说 了 氢弹 就是 核聚变 比 核裂变 反应 的 能量 更 巨大

这 要是 让 别的 国家 研制 出来 那 还 得 了 ？ 所以 氢弹 必须 继续 研究

但 还 不能 让 别人 知道 为了 解决 更 复杂 的 计算 问题

首先 就 得 在 计算能力 上 进行 提升 不能 总 指着 冯诺 依曼 和 费米 吧

这 就是 ENIAC 的 第二个 重要 使命

于是 冯诺 依曼 在 二战 结束 之际 他 的 任务 就是

加入 ENIAC 团队 为 他们 出谋划策

因为 官方 知道 冯诺 依曼 是 不二 人选

但是 这个 时候 第一台 ENIAC 已经 快 建造 完 了

1946 年 就 诞生 了 嘛

这台 ENIAC 使用 了 17468 个 真空管 7000 多个 电阻

和 1500 个 继电器 重达 30 吨 左右 超级 之大

每秒钟 能 进行 10 万次 浮点运算

ENIAC 出来 之后 戈 德斯坦 领导 的 团队 正在 计划 开发

新型 的 电子 离散 变量 自动 计算机 简称 EDVAC

冯诺 依曼 就是 在 这 期间 加入 的

后来 通过 冯诺 依曼 和 戈 德斯坦 之间 的 书信往来 啊

以及 冯诺 依曼 的 笔记 等 内容

ENIAC 的 领头人 戈 德斯坦 把 这些 资料 整理 成 了 一个 101 页 的 文档

叫做 《EDVAC 报告 初稿 》

也 就是 计算机 史上 很 著名 的 《101 页 报告 》

然后 在 1945 年 6 月 只 发给 了 少部分 人 当时 没 公开

在 这份 报告 当中 就 包含 了 现在 所有 电脑 都 具备 的 存储 程式 的 逻辑设计

也 就是 各位 熟知 的 冯诺 依曼结构

存储器 、 控制器 、 运算器 、 输入输出 设备 缺一不可

现在 每个 计算机 都 有

但是 这份 被告 也 引起 了 ENIAC 团队 的 内讧

主要 是因为 这个 报告 是 戈 德斯坦 整理 的

内容 大多 是 冯诺 依曼 的 原创

不过 也 有 一部分 是 这个 团队 一起 完成 的

但是 戈 德斯坦 在 发表 的 时候 署名 就 只有 冯诺 依曼 一人

然后 火上浇油 冯诺 依曼 紧接着 就 和 IBM 签署 了 一份 高级顾问 合同

所以 艾 克特 和 莫奇利 自然 就 不 开心 啊

说 冯诺 依曼 走 IBM 的 后门 把 我们 的 创意 都 给 卖 了

后来 艾 克特 和 莫奇利 就 出去 单干 了

冯诺 依曼 和 ENIAC 的 缘分 到 此 也 就 结束 了

但是 冯诺 依曼 和 计算机 的 缘分 还 没 结束

他 在 晚年 一直 思考 这样 一个 问题 就 类似 于 图灵 思考 的 人工智能

冯诺 依曼想 生物所 独有 的 特点 是 它 能够 进行 繁殖

哪怕 是 一个 单细胞 也 需要 繁殖 那 怎么 赋予 计算机 生命 呢 ？

就是 通过 自我 繁殖

比如说 人 人体 每天 会 有 很多 细胞 死亡 但是 都 会 相应 诞生 新 的 细胞

所以 冯诺 依曼 设想 了 这样 一类 计算机

就是 它 如果 出现 了 故障 可以 进行 自我 修复

比如说 这个 真空管 坏 了 没关系 我 自动 在 生产 一个 真空管

这样 机器 就 相当于 有 了 生命 了 也 就是 具有 自我 复制 的 能力 了

是不是 细思极 恐 ？

不过 很 显然 到 现在 也 没有 实现

但是 当时 冯诺 依曼 的 这个 想法 给 了 人们 很大 的 展望

其中 一个 最 著名 的 设想 就是 用 这台 理想 的 机器 来 进行 寻找 外星 生命

比如说 一个 机器 出发 了 它 在 行驶 的 过程 中 就 会 不断 的 自我 繁殖

一个 变 两个 两个 变 四个 这样 就 会 加快 寻找 外星 生命 的 进程

但 这个 想法 似乎 也 不能 实现

就算 是 机器 可以 和 人 一样 进行 繁殖

那 人 总得 吃 东西 也 就是 需要 补充 能量 啊

站 在 能量守恒 的 角度 来看 这个 设想 还是 不靠 谱

不过 冯诺 依曼 的 脑洞 的确 够 大

1954 年 冯诺 依曼 出任 美国 原子能 委员会 委员

同年 他 的 右肩 受伤 了 手术 的 过程 中 发现 他 患有 骨癌

应该 就是 曼哈顿 计划 中 受到 辐射 影响 的

最终 1957 年 2 月 28 日

这位 现代 计算机 之父 离 我们 而 去 了 享年 54 岁

在 病房 中 人们 发现 了 他 的 一份 未 完成 的 手稿 后人 将 其 发表 成书

书名 就是 《The computer and The brain（ 计算机 与 人脑 ）》

讲到 这 您 要是 问 我 图灵 和 冯诺 依曼 谁 才 是 真正 计算机 之父 呢 ？

我 只能 说 都 是 如果 计算机 是 一个 人 的话

图灵 相当于 描绘 了 这个 人 的 轮廓 并且 证明 它 可以 存在

冯诺 依曼 给 这个 人 加上 了 鼻子 和 眼睛 等 器官 让 它 更加 完美

好 今天 的 故事 就 聊到 这

我 是 妈咪 叔 一个 较真儿 的 理工 男 下期 见 拜拜