“神童”得與失

1894年11月26日，諾伯特·維納出生在美國(guó)密蘇里州密蘇里大學(xué)的一個(gè)教授家庭里。他的父親是位俄裔猶太人，在語(yǔ)言和數(shù)學(xué)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(duì)他進(jìn)行了天才式的教育。3歲時(shí)，生物學(xué)和天文學(xué)的科學(xué)讀物就成了維納在科學(xué)方面的啟蒙書籍。7歲時(shí)，開始深入物理學(xué)和生物學(xué)的領(lǐng)域，甚至超過(guò)了他父親的知識(shí)范圍。從達(dá)爾文的進(jìn)化論、金斯利的《自然史》到夏爾科、雅內(nèi)的精神病學(xué)著作，從凡爾納的科幻小說(shuō)到雨果、大仲馬等人的文學(xué)名著，幾乎無(wú)所不讀。8歲時(shí)，維納學(xué)完了正規(guī)學(xué)校里初級(jí)和中級(jí)的全部課程，懂得英、俄、德、西班牙等10多種語(yǔ)言。1906年，12歲的維納連跨幾級(jí)完成中學(xué)的學(xué)業(yè)，考入波士頓的塔夫茨學(xué)院，接受哲學(xué)、心理學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的通才教育，最后于1909年以優(yōu)異的成績(jī)?cè)跀?shù)學(xué)系畢業(yè)。同年，他進(jìn)入哈佛大學(xué)，攻讀醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位。1912年，18歲的維納獲得哈佛大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位，得到學(xué)校資助，前往英國(guó)劍橋大學(xué)、德國(guó)哥廷根大學(xué)等著名學(xué)府深造。

維納很小的時(shí)候，他在公眾中的“神童”形象就已逐漸顯露。不僅身邊的人對(duì)他刮目相看，而且還有一大幫記者時(shí)常圍繞在他的周圍。這些對(duì)維納的成長(zhǎng)影響很大，他在晚年回顧道：“一個(gè)處在周圍都是成年人的世界中，茫然不知所措的兒童……遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(méi)有取得人們期望中的輝煌成就。1913～1918年期間，他成績(jī)平平，沒(méi)有什么大作發(fā)表。當(dāng)他從歐洲深造歸來(lái)時(shí)，竟然找不到一所承認(rèn)目錄用他的大學(xué)。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(guò)臨時(shí)工，甚至還干過(guò)書報(bào)的臨時(shí)編輯工作。人們對(duì)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。”晚年時(shí)的維納曾這樣回憶自己早年的歲月。然而，他始終相信，“從長(zhǎng)遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看來(lái)，這些都是有益的懲戒和真正的鍛煉?！?/p>

系統(tǒng)攻讀數(shù)學(xué)

在工作失意的時(shí)期，維納進(jìn)行了深刻地反省，開始改變以往那種興趣分散、對(duì)知識(shí)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(zhǎng)——數(shù)學(xué)，系統(tǒng)地研讀了有關(guān)積分、函數(shù)等方面的書籍，開始對(duì)現(xiàn)代數(shù)學(xué)有了真正的理解，并最終側(cè)重于由法國(guó)數(shù)學(xué)家勒貝格開創(chuàng)的“勒貝格積分”的概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)，由此在數(shù)學(xué)和物理學(xué)交會(huì)的中間地帶取得了一番令人滿意的成就。

牛頓認(rèn)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(gè)運(yùn)動(dòng)的確定態(tài)勢(shì)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(wú)序性的自然界中，這個(gè)定律無(wú)法得到完全的證明。譬如河流，時(shí)而浪花翻騰，時(shí)而波瀾平靜，又怎么能對(duì)它做出必然的定量描述呢?因此，這類問(wèn)題顯然是也只能是個(gè)求平均值和統(tǒng)計(jì)的問(wèn)題。

維納認(rèn)為，宇宙萬(wàn)物并不是單一的、固定的，而是復(fù)雜的、流變的，每一個(gè)事物都存在著預(yù)先指定的概率。研究者無(wú)法說(shuō)出它們什么時(shí)候才能發(fā)生，而只能說(shuō)在給定的條件下，在給定的時(shí)刻內(nèi)，它們才可能發(fā)生。就在這一認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，維納開始關(guān)注將數(shù)學(xué)理論應(yīng)用于物理學(xué)中。

通過(guò)研究，維納發(fā)現(xiàn)，如果以單個(gè)微粒子的無(wú)序性來(lái)表述布朗運(yùn)動(dòng)，則以往關(guān)于一切布朗運(yùn)動(dòng)都是連續(xù)的、不可微分的曲線的猜測(cè)，都是有根據(jù)和不證自明的。經(jīng)過(guò)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(cè)度”“維納積分”等概念，在物理和數(shù)學(xué)史上第一次給布朗運(yùn)動(dòng)以嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定義，證明了布朗運(yùn)動(dòng)的軌跡的連續(xù)性，從而為這種典型的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)建立了科學(xué)的理論模型。

通過(guò)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(xué)分支”，開始進(jìn)行應(yīng)用數(shù)學(xué)的研究，“從這個(gè)時(shí)候起，我的工作就不再是隨意的、無(wú)條理的了，而是有一個(gè)確定的方向，我能夠自然而然地沿著這個(gè)方向前進(jìn)?！?/p>

創(chuàng)立控制論

隨著在概率論和統(tǒng)計(jì)學(xué)方面研究的深入，維納從20世紀(jì)30年代開始，就逐漸傾心于利用現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，對(duì)未來(lái)可能出現(xiàn)的現(xiàn)象做出正確的預(yù)測(cè)，這就是“預(yù)測(cè)理論”。而這時(shí)，由于即將來(lái)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(shí)且最緊迫的領(lǐng)域中，開始了探索性的努力。

當(dāng)時(shí)，由于軍事裝備的發(fā)展，飛機(jī)的高速度使得所有古老的手動(dòng)瞄準(zhǔn)方法都變得無(wú)用了。高射炮要擊中目標(biāo)，就必須及時(shí)、準(zhǔn)確地尋找到預(yù)測(cè)飛機(jī)未來(lái)位置的辦法。然而，由于飛機(jī)、飛行員、火炮和火炮手各自存在復(fù)雜而隨機(jī)的因素，使得這種預(yù)測(cè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)難于一般的概率和統(tǒng)計(jì)計(jì)算，這令當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)這一項(xiàng)目的維納頓感棘手。經(jīng)過(guò)數(shù)次碰壁，維納意識(shí)到，在這一過(guò)程中，他們碰到了與“海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理”一樣的問(wèn)題，因此，只能選擇使預(yù)測(cè)的各方誤差達(dá)到最小的方案。這樣，他開始引入“負(fù)反饋”這種當(dāng)某種行為模式出現(xiàn)誤差時(shí)能自動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)行動(dòng)的機(jī)制，并綜合了當(dāng)時(shí)神經(jīng)生理學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、語(yǔ)言學(xué)和邏輯學(xué)等學(xué)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(cè)的過(guò)程中去，形成一套復(fù)雜而又是實(shí)用的“數(shù)理模型”，最終使對(duì)高射炮的控制和預(yù)測(cè)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(jī)器的自動(dòng)控制系統(tǒng)所執(zhí)行的原理與人和動(dòng)物的行為具有相似性，它需要從外界獲得目標(biāo)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(dòng)作，在過(guò)程中不斷消減誤差，最后達(dá)到目標(biāo)。這就是維納后來(lái)總結(jié)概括的“控制論”的基本觀點(diǎn)。

維納的控制論思想一經(jīng)面世，立即受到重視和廣泛運(yùn)用。它的產(chǎn)生，是20世紀(jì)繼相對(duì)論、量子力學(xué)之后的又一重大科學(xué)成就。它改變了過(guò)去以單因素來(lái)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(xué)科的研究找到一個(gè)共同的角度，從而在很大程度上促進(jìn)并實(shí)現(xiàn)了不同學(xué)科之間的互相滲透與交流，引發(fā)了人們對(duì)“機(jī)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(xué)問(wèn)題的論爭(zhēng)和思考，極大地深化了人們對(duì)自身與外部世界的關(guān)系的認(rèn)識(shí)。

1964年3月18日，維納因突發(fā)心臟病，在遠(yuǎn)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(shí)說(shuō)：“在散漫的年代里，自己連一年也沒(méi)有浪費(fèi)。相反，將這些個(gè)人所得匯集在一起，成為一種高度組織起來(lái)的原則，去建立后期的專業(yè)——‘控制論’?！?/p>

這就是維納所走過(guò)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(fù)了家族、世人的無(wú)限期望，中間雖然屢經(jīng)波折，但終于不負(fù)重托，以自己卓越的數(shù)學(xué)思想和在控制論方面的領(lǐng)先探索，為自己的人生和社會(huì)的發(fā)展做了最好的詮釋，成為20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家之一。