☉[美]威廉·龐德斯通 著 李春梅 譯
生活就是一場賭博,充滿變數(shù),對于競爭激烈的學術界競聘尤為如此。而克勞德·香農(nóng)則是身處其中的定數(shù),總能立于不敗之地。這正是麻省理工學院準備竭盡所能把香農(nóng)從AT&T的貝爾實驗室爭取過來的原因,也正因此,香農(nóng)于1956年成為其客座教授,令該大學倍感欣喜。
香農(nóng)取得的成就自文藝復興以來無人企及。他獨力開創(chuàng)了一門重要的新科學。香農(nóng)的信息論是一門抽象的通信科學,是計算機、互聯(lián)網(wǎng)和其他一切數(shù)字媒體的理論依據(jù)。
在貝爾實驗室和麻省理工學院,很多人認為香農(nóng)的洞察力可以與愛因斯坦相媲美。也有一些人認為如此對比是不公平的,因為香農(nóng)更勝一籌!愛因斯坦所做的研究對普通人的生活并無實際影響。而早在20世紀50年代,人們就已經(jīng)切實感受到香農(nóng)的研究成果所帶來的好處。在我們當今的數(shù)字時代,人們也往往無法用語言來描述香農(nóng)的成就。南加州大學的索羅門·戈洛姆(Solomon W.Colomb)曾明確表明:“這就像描述字母表的發(fā)明者對文學的影響力一樣困難。”
計算機應該使用我們現(xiàn)在所熟知的二進制數(shù)字,即“0”和“1”,來進行運算,這種想法正是香農(nóng)提出來的。他描述了二進制數(shù)字在電路中的表達方式。帶有電脈沖的線路代表“1”,無電脈沖的線路代表“0”。這種最小單位編碼可以傳達文字、圖片、音頻、視頻,或者任何其他信息。香農(nóng)可以說是數(shù)字電子計算機的兩三個主要發(fā)明人之一,但這并不是他最偉大的成就。
香農(nóng)最偉大的作品,即信息論,與其他同樣包羅萬象的理論一樣,為我們掃清了歷史道路上的一切障礙。20世紀60~80年代,幾乎每一年都伴隨著數(shù)字化“大潮”,這使得克勞德·香農(nóng)與人們的生活越來越息息相關。晶體管、集成電路、大型計算機、衛(wèi)星通信、個人電腦、光纖電纜、高清電視、移動電話、虛擬實境、DNA測序,以上所有這一切,從狹義的角度來看,都和香農(nóng)關系甚微,或者說毫無關系。但從廣義的角度來看,整個有線以及無線數(shù)字世界都是香農(nóng)的遺贈。
廣大記者和專家們也正是采納了香農(nóng)創(chuàng)建的龐大的信息論來解釋數(shù)字大潮的意義。香農(nóng)因此聲名鵲起。這也主要憑借他在1948年發(fā)表的關于信息論的突破性論文。香農(nóng)在后續(xù)的人生中獲得了各種榮譽學位。他在家里親手制作安裝了一個干洗店用來掛衣服的旋轉(zhuǎn)式衣架,將所有學位服掛在上面。香農(nóng)是太空時代和網(wǎng)絡時代的英雄。數(shù)字革命讓香農(nóng)那曾經(jīng)神秘莫測的二進制數(shù)位和字節(jié)變得像瓦特和卡路里一樣被每個家庭所熟知。
但如果記者或者訪客詢問香農(nóng)最近在做什么,卻常常很難找到答案。他的老朋友,麻省理工學院的羅伯特·法諾(Robert Fano)解釋說:“他有能力撰寫優(yōu)美的文章,也有能力做精彩的演講,但他討厭那么做?!?/p>
1958年,香農(nóng)接受麻省理工學院的永久聘任,成為通信科學及數(shù)學系教授。幾乎從他到任開始,“香農(nóng)變得更少露面,也更難聽到他公布新的研究成果?!甭槭±砉ぶ?jīng)濟學家保羅·薩繆爾森(Paul Samuelson)如此回憶道。實際上,香農(nóng)只在麻省理工教授了幾個學期的課程。麻省理工信息理論學家彼得·伊萊亞斯(Peter Elias)解釋說:“克勞德的教學方法就是針對鮮為人知的研究領域進行一系列講解。但是,這樣的節(jié)奏是常人很難企及的;實際上,他每周都能完成一篇研究論文。”
因此,在教授了幾個學期課程之后,香農(nóng)告知大學方面他不想再繼續(xù)從事教學工作。麻省理工學院對此也并無異議。畢竟這所大學是世界上最好的科研機構(gòu)之一。
然而,香農(nóng)公開發(fā)表的研究成果并不多。如果說他在貝爾實驗室的同事約翰·納什(John Nash)擁有美麗的心靈,那么根據(jù)大衛(wèi)·斯萊皮恩(David Slepian)所說,香農(nóng)則“擁有另類的心靈”。香農(nóng)的天賦和達·芬奇很相似,他總是穿梭在一個又一個項目當中,而最終完美收官的卻寥寥無幾。香農(nóng)是一個完美主義者,在論文的問題全部解決之前他絕不會公開發(fā)表,即使是措辭也要求完美無瑕。
作為20世紀最有頭腦的人之一,香農(nóng)幾乎停止了一切科研活動,反而開始玩起了玩具,這在麻省理工已經(jīng)成為公開的秘密。保羅·薩繆爾森說:“有些人懷疑他得了抑郁癥。”其他人則認為他的性格有些自閉,可能是一種病。
香農(nóng)是個害羞而謙恭的人,似乎并不懂得什么是嫉妒、怨恨或者野心。幾乎所有認識香農(nóng)的人都很喜歡他。他身高約1.78米,略瘦,面容姣好,衣著整潔。中年時代后期,他蓄起了整潔的胡須,這讓他看起來更加與眾不同。
香農(nóng)喜歡迪克西蘭爵士樂。他能同時拋接4個球。他的手比一般人稍小一些,否則他能同時拋接5個球,對此他深感遺憾。香農(nóng)說自己是無神論者,顯然也不關心政治。除了他自己辯稱關心政治外,在他的論文里我發(fā)現(xiàn)唯一能顯示他政治情感的一點證據(jù)就是他針對水門事件所寫的一首打油詩。
大多時候香農(nóng)手里都拿著一根鉛筆。他在一摞摞白紙上寫滿了數(shù)學公式、線路圖、演講稿以及不打算發(fā)表的論文,還有些像是打油詩的韻律,以及一些只有他自己能看懂的古怪的內(nèi)容。其中一頁上記錄的是他一系列的“一時興起”。內(nèi)容包括象棋、獨輪車、雜耍、股票市場、宗譜、跑步、樂器、爵士樂以及“墮落至花街柳巷”。至于后者的確切含義,沒有進一步解釋,讓人遐想無限。在一次采訪中,香農(nóng)曾深情地談起他年輕時在滑稽戲劇院看到的舞者表演。
在貝爾實驗室工作時,香農(nóng)曾因在走廊里騎獨輪車而出名。按照克勞德·香農(nóng)的個性,他并不只滿足于騎獨輪車。他必須要同時運用大腦和小腦掌握騎車技巧并發(fā)掘一套騎獨輪車的理論。他想知道在可騎的范圍內(nèi)獨輪車最小能達到什么尺寸。為了找出答案,他制作了一系列獨輪車,尺寸越來越小。最小的僅18英寸高。沒人能騎。他還把一輛獨輪車的車輪故意設計成了不規(guī)則形狀,增加了騎行難度。香農(nóng)最津津樂道的一項成就是他在貝爾實驗室的走廊里邊騎獨輪車邊拋接球。
香農(nóng)于1916年4月30日在密歇根州佩托斯基市(Petoskey)出生。他在附近的蓋洛德(Gaylord)長大,當時是一個僅有3000人的小鎮(zhèn),臨近密歇根州最北部。鎮(zhèn)子非常小,你只需要走幾個街區(qū)就能走出小鎮(zhèn)到達鄉(xiāng)下地區(qū)。香農(nóng)的父親也叫克勞德·香農(nóng),克勞德·埃爾伍德·香農(nóng)(Claude EIwood Shannon),在成為遺囑檢驗法官之前曾做過旅行推銷員、家具經(jīng)銷商和殯儀員。其對房地產(chǎn)行業(yè)也有所涉獵,在蓋洛德大街上建造了名為“香農(nóng)街區(qū)”的辦公建筑群。1909年,老香農(nóng)與鎮(zhèn)高中的校長梅布爾·沃爾夫(Mabel Wolf)結(jié)婚。他的兒子出生時他已經(jīng)54歲。他是個疏遠的父親,只是略盡父親之責給自己的兒子買些建筑拼裝玩具和收音機等物品。
在這個家族的血液中流淌著發(fā)明創(chuàng)造的基因。托馬斯·愛迪生(Thomas Edison)是他家的遠房親戚。香農(nóng)的祖父是一位農(nóng)民發(fā)明家,曾設計了一臺自動洗滌機??藙诘驴偸乔椴蛔越赜米约旱碾p手親自制作各種東西,從青年到老年,始終如此。
有一次他制造了一臺電報機,用來給他兒時的伙伴發(fā)信息,而他朋友的家在半英里外。香農(nóng)買不起那么長的電線。后來有一天他發(fā)現(xiàn)在標記建筑紅線的地方有柵欄,這些柵欄是用帶刺的鐵絲網(wǎng)制成的。
香農(nóng)把發(fā)報電鍵連接在每根鐵絲網(wǎng)柵欄的末端。結(jié)果真的成功了。這種在遇到復雜問題時能夠敏銳洞察到簡潔的解決方式的能力成就了香農(nóng)一生的與眾不同。
香農(nóng)靠為西聯(lián)公司當通訊員來賺錢。1936年,他在密歇根大學完成學業(yè)并獲得科學學士學位。當時他還沒有想好接下來要做什么。一次偶然的機會,他看到墻上張貼的海報寫著麻省理工學院正在招聘負責維護新購進的微分分析機的人。香農(nóng)申請了這份工作。
他與這臺機器的設計者范內(nèi)瓦·布什(Vannevar Bush)見了面。布什是麻省理工學院工程系主任,戴著眼鏡,總是拿著煙斗,像個空想家。布什向校董們闡明科學技術的光輝未來。他最喜歡掛在嘴邊的一句話是,“這比我們想象的簡單得多。”
布什設計的微分分析機是當時最著名的計算機,大小與能停放兩輛車的車庫差不多。雖然依靠電力運行,但它實際上是機械的組合,包含錯綜復雜的齒輪、發(fā)動機、傳送帶和軸。齒輪和軸的位置代表了各類數(shù)字。每當有新問題需要解決時,都不得不手動將機械聯(lián)動裝置拆開后再重新組裝。齒輪也必須重新潤滑,齒輪比例必須要調(diào)整到精確值。這都是香農(nóng)要完成的工作。
香農(nóng)了解到這臺微分分析機其實是兩臺機器的結(jié)合體,由一臺電子計算機控制一臺機械計算機。對這臺機器的思考讓香農(nóng)確信電路可以比機械傳動裝置計算更加高效。香農(nóng)構(gòu)想了一臺理想化計算機,在這臺計算機中,數(shù)字可以通過電路的狀態(tài)表達出來。這樣就不用潤滑任何部件,拆裝工作也減少了很多。
上大學時,香農(nóng)已經(jīng)學習過布爾代數(shù),這并不是工程師們學習的常見課程。布爾代數(shù)處理的是簡單的概念,比如“對”或“錯”以及邏輯關系,比如“和”“或”“否”以及“如果”。任何一種邏輯關系都可以由上述元素組合而成。香農(nóng)給自己出了個難題:他要把這些邏輯思維中的每一項都譯成編碼,呈現(xiàn)在電路中。令他欣喜的是,他成功了。實際上,他證明電子計算機可以計算一切。
1937年,香農(nóng)迅速將他的這一思想公開發(fā)表(后來,他再也沒有如此迅速發(fā)表過任何文章)。一直以來這篇文章都被認為是有史以來最重要的碩士論文。范內(nèi)瓦·布什深受震動,他堅持讓數(shù)學系接納香農(nóng)攻讀博士學位。這項成果意義太過重大,不僅僅造福了電子工程領域。
布什有個脾氣善變的同事,名叫諾伯特·維納。在這兩位著名科學家的支持下,21歲的香農(nóng)開始嶄露頭角。
布什在1939年寫道:“很顯然,香農(nóng)是個天才?!钡际餐瑫r也很擔心香農(nóng)。他曾提醒一位同事說,“克勞德很明顯不是一個因循守舊的年輕人,他非常害羞,不善交際,而且極度謙遜,很容易迷失方向”。
布什堅信香農(nóng)幾乎是一個全能天才,他的才華可以朝著任何方向發(fā)展。布什親自擔任香農(nóng)的導師。他為香農(nóng)做的第一個也是僅有的一個重大職業(yè)決策令人匪夷所思。他建議香農(nóng)撰寫遺傳學方面的博士論文。
在“DNA就是信息”理念已成為陳詞濫調(diào)的今天,這或許顯得不那么奇怪。但當時沒有人有這種思想。DNA的結(jié)構(gòu)是一個謎。更確切地說,香農(nóng)對遺傳學一無所知。
香農(nóng)讀了一些資料,獨立工作了一段時間,很快就完成了論文的草稿。在香農(nóng)不知情的情況下,布什將論文草稿交給了幾位遺傳學家。他們都認為這是一項重大進步。
這就解決了所有問題。布什安排香農(nóng)跟著芭芭拉·伯克斯(Barbara Burks)做夏季研習活動,芭芭拉管理著位于長島冷泉港的優(yōu)生學檔案局。這里是垂死掙扎的優(yōu)生運動最后的基地之一。對香農(nóng)來說,最大的意義在于這里擁有有關遺傳屬性的最全面的記錄。舉例來說,很多年來,優(yōu)生學組織派遣研究人員到馬戲團采訪侏儒癥患者并在表演者的名片后面繪制系譜圖。優(yōu)生學檔案局的記錄里主要描述的是頭發(fā)顏色、血友病、智力低下以及個人喜好等屬性的傳遞。
在冷泉港期間,香農(nóng)發(fā)現(xiàn)在孟德爾氏遺傳與愛因斯坦的相對論之間竟然存在某種數(shù)學聯(lián)系!這項驚人的發(fā)現(xiàn)成為他題為“理論遺傳學的代數(shù)學研究”(Algebre for Theoretical Genetics)的論文的基礎。幾乎所有閱讀這篇論文的人都認為論文非常精妙,然而真正認真閱讀的人卻少之又少。在完成了博士學位后,香農(nóng)像丟棄不良習慣一樣丟棄了遺傳學。他的研究成果從未在雜志上發(fā)表,盡管當初他和布什曾有此打算。香農(nóng)最重要的研究成果在5-10年后才被遺傳學家們再次發(fā)現(xiàn)。
1939年10月,香農(nóng)在麻省理工學院的一次聚會上遇見了拉德克利夫(Radcliffe)學校(一所男女同校的學校)的女生諾爾瑪·勒沃(Norma Levor)。勒沃記憶中的香農(nóng)是“一個非??蓯鄣募一铩?,站在門口,怪異而冷漠。她朝香農(nóng)扔爆米花以引起他的注意。他們交談后很快就開始約會。諾爾瑪當時19歲,很漂亮,是紐約一個富有而又被高度同化的猶太家庭的女兒。拉德克利夫?qū)W校的女生不允許帶男孩兒進入她們的房間。因此,諾爾瑪和克勞德不可思議地選擇了微分分析室作為幽會地點。1940年1月10日,克勞德和諾爾瑪在地方執(zhí)法官的見證下在波士頓完婚。他們開車去新罕布什爾度蜜月。當香農(nóng)到酒店登記入住的時候被告知:“你們這樣的人在這里不會感到開心的?!睋?jù)諾爾瑪回憶,當時克勞德的形象有點像“耶穌基督”,一定是這個原因讓酒店老板以為他是猶太人。于是,他們開車去了別的地方。
3月份的時候,香農(nóng)才給布什寫信告訴他自己結(jié)婚的消息。他說他們已經(jīng)搬進了位于坎布里奇(Cambridge)的一棟住宅,而且他的生活還沒有安定下來。在這封信中,香農(nóng)還提到自己正在致力于一個新想法的研究:設計鏡片的更好方法。他問布什:“您認為嘗試解決這個問題是否值得呢?”他還提到貝爾實驗室的桑頓·弗里(Thornton Fry)給他提供了一個在貝爾實驗室工作的機會。
AT&T公司正在將大部分科研項目從曼哈頓搬到新澤西州默里山(Murray Hill)郊區(qū)一處開闊地。香農(nóng)整個夏天都在貝爾實驗室的格林威治村場地工作。在諾爾瑪?shù)挠洃浿?,這是他們短暫婚姻中最快樂的時光。她和克勞德經(jīng)常光顧爵士樂俱樂部。他們接下來要去普林斯頓高等研究院。那里是愛因斯坦、哥德爾和馮·諾依曼的家。香農(nóng)開始在數(shù)學家及物理學家赫爾曼·外爾(Hermann Weyl)麾下做博士后(一年的時間),致力于拓撲學研究。
此工作最后無疾而終。香農(nóng)很快離開這里到美國科學研究與發(fā)展局(U.S.Office of Scientific Research)與數(shù)學家瓦倫·韋弗(Warren Weaver)共事。香農(nóng)幫助軍隊計算炮火軌跡。韋弗對他的工作大加贊賞,但由于香農(nóng)婚姻破裂,因此這項工作也被迫中斷。
當他們搬到普林斯頓時,諾爾瑪發(fā)現(xiàn)克勞德身上發(fā)生了令人不安的變化。他變得更加害羞,甚至幾乎到了一種病態(tài)的自閉狀態(tài)。學院的學者們可以自行安排工作時間和地點。于是,香農(nóng)選擇在家里工作。諾爾瑪說:“他這么做是因為他不想再看到任何人?!敝Z爾瑪勸克勞德去看精神醫(yī)生,但他拒絕了。在一次激烈爭論后,諾爾瑪一路跑到普林斯頓樞紐站乘火車去了曼哈頓。她再也沒有回到克勞德身邊,也再沒回到普林斯頓。
克勞德深受打擊,他似乎精神上和情感上都處于崩潰狀態(tài)。
在香農(nóng)處于個人危機期間,桑頓·弗里再次邀請他來貝爾實驗室工作。這一次,香農(nóng)接受了邀請。香農(nóng)再次將他那多形態(tài)的天賦展現(xiàn)在全新的研究領域。
1948年對于香農(nóng)的個人生活來說也是一個轉(zhuǎn)折點。香農(nóng)經(jīng)常去約翰·皮爾斯(John Pierce)的辦公室聊天。皮爾斯正在鉆研雷達,而且是狂熱的科幻小說迷。在多次拜訪的過程中,香農(nóng)結(jié)識了皮爾斯的助理,瑪麗·伊麗莎白·摩爾(Mary Elizabeth Moore)?!柏惖佟蹦栆恢痹跀?shù)學組的計算池工作,負責在老式臺式計算機上進行計算。摩爾性格明朗,又有著鉚釘女工羅西般的手藝。她能夠在實驗室的機械車間制作出車床和鉆床。她長相迷人,而且那里僅有三位女性雇員。1948年12月,她和克勞德開始了第一次約會。第二年3月27日,他們結(jié)為夫婦。
1956年春季學期,香農(nóng)開始執(zhí)教于麻省理工學院。起初這只是一項臨時任務,但他在貝爾實驗室的一個朋友(約翰·賴爾登)認為這項執(zhí)教任務別有用心。這能夠讓香農(nóng)有時間撰寫人們期待已久的、有關信息論的那本書。
香農(nóng)在寫給他在貝爾實驗室的老板亨德里克·波德(Hendrik Bode)的信中提道:“我在麻省理工學院過得很愉快。研討班進展順利,但工作量很大。我起初希望能帶一個8~10個研究生的小組,但第一天就來了40個人,其中包括麻省理工的教職員,還有一些來自哈佛大學……”
在麻省理工學院工作了幾個月后,香農(nóng)寫信給波德提出辭去在貝爾實驗室的工作。他接受了麻省理工學院的教授職位。他發(fā)現(xiàn)他和貝蒂都很喜歡坎布里奇這種充滿知識與文化氛圍的生活方式,同時又離新澤西郊區(qū)如此之近。香農(nóng)向波德解釋說:“外國來訪者通常在貝爾實驗室待一天,但會在麻省理工學院度過6個月。這為真正的思想交流提供了機會。綜合所有利弊來看,對于我來說在貝爾實驗室的生活似乎與現(xiàn)在的學術生活差不多,但在貝爾實驗室度過了15年后,我感覺自己的思想變得有些陳腐,而且也沒取得什么成果。變換一下工作環(huán)境和同事或許能激發(fā)我的思想?!?/p>
香農(nóng)主動與麻省理工學院接洽尋求一份固定工作。這并不是錢的問題。貝爾實驗室提出給香農(nóng)加薪,數(shù)額“十分誘人”。香農(nóng)拒絕了(他與貝爾實驗室的從屬關系一直保持到1972年結(jié)束),他在麻省理工學院最初的年薪是17 000美元。
香農(nóng)很享受麻省理工學院對他的一些鼓勵政策。他獨立完成了自己最好的作品。
香農(nóng)帶了幾個博士生。他們需要征求建議時通常要到香農(nóng)家里去。其中一名學生叫威廉·薩瑟蘭(William Sutherland),據(jù)他回憶,他不止一次趕上香農(nóng)在家演奏雙簧管。貝蒂說:“他想睡覺的時候就會去睡覺?!庇袝r候能在廚房的餐桌旁思考好幾個小時。
香農(nóng)圖書出版的這一職業(yè)生涯即將結(jié)束。他從未完成他所說的那本書。國會圖書館里收藏的香農(nóng)所撰寫的論文中或許只有一些手寫的注釋是和這個項目相關的。
人工智能的先驅(qū)人物馬文·明斯基推測香農(nóng)之所以停止了對信息的研究是因為他感覺他已經(jīng)證明了一切值得證明的東西。香農(nóng)早期作品那種獨立的完美性是無法超越的。法諾曾提到過一個離奇的現(xiàn)象。似乎每當有信息理論學家向香農(nóng)提及研究存在的問題時,幾乎毫無例外地只會出現(xiàn)兩種結(jié)果:一是香農(nóng)已經(jīng)了解這個問題;二是香農(nóng)已經(jīng)解決了這個問題,但還沒有抽出時間發(fā)表。
香農(nóng)提及自己幾乎拋棄了親手開創(chuàng)的研究領域時說道:“我只是又發(fā)展了別的興趣。隨著生命的推移,我們都會改變自己的方向?!?/p>
香農(nóng)所說的“別的興趣”之一便是人工智能。1956年,香農(nóng)在達特茅斯(Dartmouth)組織召開了關于這個課題的第一次重要學術會議。香農(nóng)在學術界的威望及影響力使這個研究領域格外受重視。香農(nóng)制造的一些機器,包括一臺早期的弈棋機和所謂的“猜拳智勝機”(outguessingmachine),在機器學習領域的早期歷史中都占有非凡而顯著的地位。香農(nóng)積極倡導人工智能研究,他眼力非凡,能夠預見未來發(fā)展的可能性,也足夠現(xiàn)實,能夠清楚地認識到在自己有生之年無法實現(xiàn)所有目標。他總是能夠巧妙地避開那些拙劣問題。
問:您認為將來機器人能發(fā)展到足以和人類交朋友的程度嗎?
答:我認為會的。但是要達到這種程度還要很久。
問:您認為機器人能當美國總統(tǒng)嗎?
答:可能。但到那個時候你也許再也不會提到“美國”這個詞了。因為到時候可能會變成一個完全不同的國家組織。
香農(nóng)提前非正式退休時才四十多歲。此后,香農(nóng)便成了麻省理工的“巴特比”,只為自己做信件書記員,對別人的要求最典型的回答就是:“我不愿意……”