世纪天才冯·诺伊曼.docx
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1、世纪天才冯诺伊曼 从上个世纪到如今,谁是最宏大的数学家? 绝大多数人会坚决果断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,光明,但不许久。 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新奇与关注。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洪亮的数学家的名字,令我又惊又喜。 江山代有人才出,各领风骚数一百零一年。假如让全世界的数学家投票:从上个世纪到如今,谁是最宏大的数学家? 绝大多
2、数人会坚决果断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,光明,但不许久。 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。 我读博士学位时的导师樊畿教授,他年轻时曾在普林斯顿高等探讨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闻名数学定理。樊先生非常推崇前辈冯诺伊曼教授,喜爱给我讲关于冯诺伊曼的故事。 90年头,我曾在美国圣塔克拉拉高校数学系教书,恰与闻名数学家哈尔默斯同事。他早年曾在普林斯顿高
3、等探讨院给冯诺依曼当助手,深受其影响。哈尔默斯年轻时撰写的测度论被译成中文在中国出版发行,是特别出名的一本著作。他很喜爱拍照片,为冯诺伊曼拍了很多好玩的照片,记录下这位大天才的身影。我很喜爱到他的办公室“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探讨院与冯诺伊曼共事,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、带动计算机科学探讨的愿望。华先生回国后,极力推动计算机与计算数学的发展,不懈地培育、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探讨里,写进他给高校生编著的高等数学引论中。 布达佩斯的神童, 普林斯顿最年轻的
4、教授 1903年12月3日,约翰冯诺伊曼诞生于匈牙利布达佩斯一个传统保守的犹太家庭。父亲是位特别胜利的银行家,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,在很小的时候就呈现出他那别出心裁的大脑,那无与伦比的记忆力。在他还是个孩子的时候,只须要渐渐地看上一遍,他就能把电话簿上整页的姓名和电话号码记住,过目不忘,像照相机似的。冯诺伊曼把这当成一项嬉戏,始终到他成年,还不断地把他的这种本领给挚友们“表演”。如此超常的记忆力,使他爱好极其广泛,除了科学之外,他还喜爱历史与哲学,只要他读过的东西,都记得清清晰楚。冯诺
5、伊曼的渊博是出名的,犹如一百零一科全书。难怪有历史学家说:历史学也有很多未解之谜,并不比数学少。假如冯诺伊曼当时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! 童年的冯诺伊曼最喜爱的学科无疑是数学。6岁时他就能凭心算做8位数的乘、除法,这么大的数目即便用笔算,今日的中、小学生怕也视为畏途;8岁时他自己学会了“微积分”,那可是今日理工科高校生的重头基础课;12岁弄懂了函数论,一门数学系三年级的课程;18岁发表了第一篇数学论文,他起先有所创建,崭露头角。 18岁那年,冯诺伊曼考进了布达佩斯高校学习数学。但父亲希望他学习化学,认为那将来能赚钱,犹太人的选择特别务实。尽管酷爱数学,冯诺伊曼
6、不情愿违拗父亲,又考进了瑞士苏黎世的联邦工业高校攻读化学专业。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高校的数学博士学位。其实他并没有在布达佩斯高校上课听讲,只是在每个学期期末赶回学校,通过了全部课程的考试而已。之后,冯诺依曼到德国哥廷根高校给大数学家希尔伯特当助手,以后又在汉堡高校和柏林高校任兼职讲师。 上个世纪20年头中期,欧洲的很多大数学家起先关注“数学基础”的探讨,“公理化”成为数学探讨中最引人注目的进展。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。他快速超越同
7、侪,把“数学基础”的探讨推向新的高峰,一鸣惊人,发表了关于“集合论”的划时代的探讨论文。这位年方弱冠的数学奇才的出现引起了世界轰动。 冯诺伊曼在他30岁以前,就呈现了非凡的才华,成就卓著,发表了有关“集合论”、“代数”和“量子理论”很有重量的探讨论文,成为当时最年轻的闻名数学家。 冯诺伊曼别出心裁之处在于,他喜爱并且习惯于同时绽开几个完全不同领域的探讨工作。正值他在“数学基础”方面的探讨得心应手之时,又留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
8、力学”。他的贡献远远超越了学科本身,不仅为物理学供应了新的计算模型,也给予纯粹数学的发展以强大动力。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。 1930年,冯诺伊曼来到美国,成为普林斯顿高校的客座讲师。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殊仔细。 三年后,恰逢普林斯顿高等探讨院成立,冯诺伊曼应聘担当了探讨院的教授。当时那个探讨院仅聘有六名教授,其中就包括创建相对论的大物理学家爱因斯坦,前辈天才大数学家外尔等。冯诺依曼那年30岁,而立之年,是普林斯顿最年轻的教授。普
9、林斯顿高等探讨院因着这些天才们的聚集而飞速发展,其探讨水平之高,令世人瞩目。普林斯顿很快就成为世界数学的中心,是全世界数学家们的憧憬之地,闻名的华裔数学家陈省身、樊畿与华罗庚都先后在这所探讨院工作过。 樊畿教授这样描述:听冯诺依曼讲演必需有足够聪慧,极度用心,否则肯定跟不上他。每次演讲,只有极少数的数学家能够牵强听得懂,奉陪究竟。演讲的时候,冯诺依曼的思维灵敏,内容充溢丰富,边讲边写,板书飞速,一会儿功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:依据擦过三次之前,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
10、,就可以得到以下结论。听惯了他演讲的数学家们笑称:冯诺依曼是“用板擦来证明定理的人”。因为他常常是依据早已擦掉的步骤,进行推理证明。 打不赢扑克牌, 却开创了“博弈论” 事业有成,婚姻却不胜利。冯诺依曼时常过分地专注令他发生爱好的问题,冷落了妻子。玛丽艾特时有埋怨,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,玛丽艾特离开了冯诺依曼。单身独居的冯诺依曼起先约会有夫之妇克莱拉丹,她是诺伊曼的“发小”,两人青梅竹马,志同道合。克莱拉很快确定改嫁冯诺依曼。她不仅是个“贤内助”,后来还成了冯诺依曼在研制计算机和发展计算机科
11、学方面的助手。 冯诺依曼夫妇热忱好客,一到周末家里必定宾朋满座。他家几乎每个星期都开“派对”,款待同事和挚友。冯诺依曼恒久是沙龙的中心,他记性好、笑话多,他用讲笑话的方法活跃气氛,还喜爱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。他仍旧时时常地“卖弄”他那超人的记忆力,当众表演他那速记电话簿的本领。 冯诺依曼在扑克牌嬉戏中获得灵感、产生深刻的思索, 成为“博弈论” 或者称 “对策论”的奠基人。他并不常常玩扑克牌,打牌时也不很走运,常常是输家。这位天才的数学家猛然醒悟:扑克牌嬉戏里面不仅仅是数学“概率论”的问题,他之所以输牌就是由于他总是仅靠运用“概率论”来指挥自己出牌。其实,取胜
12、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,须要虚张声势。冯诺依曼起先探讨“取胜的策略”,一个重要的数学分支“博弈论” 就这样诞生了。 冯诺依曼才华横溢,总是开创新的学科,不论做纯粹数学的探讨,还是探讨应用数学,其贡献都是奠基性的。冯诺依曼的天才还在于他的开创性探讨工作具有广泛的应用性,加之他本身学问渊博,能跨学科地与人合作,游刃有余。在他建立起完整的“博弈论”理论的同时,就意识到他的数学探讨工作将对“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奥地利经济学家莫根斯坦因,共同探讨“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
13、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”,可其影响却波及到了“心理学”、“社会学”、“政治学”和“斗争军事学”等等学科,奠定了“博弈论”在这些领域中极其重要的地位。 冯诺依曼开创的都是具有强大生命力的科学理论,一经问世,就马上获得广泛应用,获得来自很多科学领域的科学家的响应。他写书绝非一般书生的著书立说。 冯诺依曼最得意的,是他的数学理论能在“政治学”和“斗争军事学”中获得应用。哈尔默斯对我说:这或许来自于这位天才未泯的童心。冯诺依曼小时候最宠爱的嬉戏叫做“克锐思匹尔”,一种类似军棋的嬉戏。他那潜意识中的爱好驱使他运用
14、他的“博弈论”中“二人博弈零和对策”的原理,建立了模拟美国与前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、剧烈竞争的对策,适合冷战时期的美苏状态。据说冯诺依曼的推演结论是美苏在将来将不分输赢。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,也不能推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既表达了冯诺依曼的愿望,也显示了他的超脱。 其次次世界大战一起先,冯诺依曼就坚信盟军必胜。他运用他的“博弈论”,建立了同盟国与协约国之间的斗争冲突模型,然后进行推演
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