控制論的創(chuàng)始人——維納

維納,美國(guó)數(shù)學(xué)家。1894年11月26日生于密蘇里州的哥倫比亞,1964年3月18日卒于斯德哥爾摩。維納的父親列奧.維納是語(yǔ)言學(xué)家,又有很高的數(shù)學(xué)天賦。他出生于俄國(guó),智力早熟,13歲就會(huì)好幾種語(yǔ)言;他朝氣蓬勃,富于冒險(xiǎn)精神,18歲那年單獨(dú)一個(gè)漂洋過(guò)海,移居美國(guó);他刻苦自學(xué),憑掌握40多種語(yǔ)言的才能,成為哈佛大學(xué)斯拉夫語(yǔ)教授。

這位才氣橫溢、不畏艱難而又性情急躁的人決心要使兒子在學(xué)術(shù)上超人一等。 維納認(rèn)為他父親是天生的學(xué)者,集德國(guó)人的思想、猶太人的智慧和美國(guó)人的精神于一身。從童年到青年,維納一直在他的熏陶下生活,并逐步成長(zhǎng)為一個(gè)學(xué)者。

       

昔日的神童如何學(xué)習(xí)?

維納是一個(gè)名符其實(shí)的神童。維納的父親列奧很早就發(fā)現(xiàn)了兒子的天賦,并堅(jiān)信借助于環(huán)境進(jìn)行教育的重要性。從一開始就按照他的教育計(jì)劃,用一種有點(diǎn)無(wú)情的方式推進(jìn)他兒子的學(xué)習(xí)。

維納三歲半開始讀書,生物學(xué)和天文學(xué)的初級(jí)科學(xué)讀物就成了他在科學(xué)方面的啟蒙書籍。從此,他興致勃勃,愛不釋卷的埋首于五花八門的科學(xué)讀物中。

七歲時(shí),開始深入物理學(xué)和生物學(xué)的領(lǐng)域,甚至超出了他父親的知識(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,從儒勒·凡爾納的科學(xué)幻想小說(shuō)到18、19世紀(jì)的文學(xué)名著等等,幾乎無(wú)所不讀。維納懷有強(qiáng)烈的好奇心,而他父親卻以系統(tǒng)教育為座右銘,兩者正好相得益彰。維納自己學(xué)習(xí)科學(xué),而他父親則用嚴(yán)厲的態(tài)度堅(jiān)持以數(shù)學(xué)和語(yǔ)言學(xué)為核心的教學(xué)計(jì)劃。維納極好地經(jīng)受了這種嚴(yán)格的訓(xùn)練,他的數(shù)學(xué)長(zhǎng)進(jìn)顯著。

六歲那年,維納有一次被A乘B等于B乘A之類的運(yùn)算法則迷住了。為了弄清楚這個(gè)事,他畫了一個(gè)矩形,然后移轉(zhuǎn)90°,長(zhǎng)變寬、寬變長(zhǎng),面積并沒變。維納懂多種語(yǔ)言,拉丁語(yǔ)、希臘語(yǔ)、德語(yǔ)和英語(yǔ),不論在何時(shí)何處,他都可以隨手拿出來(lái)就用。當(dāng)其他的男孩想當(dāng)警察和火車司機(jī)的時(shí)候,維納就渴望當(dāng)一名博物學(xué)家,立志獻(xiàn)身于科學(xué)了。父母幾次設(shè)法送他到學(xué)校去受教育,但由于他的不尋常的智力和訓(xùn)練,使得學(xué)校很難安排維納這樣的孩子的學(xué)習(xí)。

他的閱讀遠(yuǎn)遠(yuǎn)地走在書寫的前面,他刻苦地學(xué)習(xí)并掌握了初等數(shù)學(xué),但仍需要扳著手指做算術(shù)。直到9歲時(shí),才作為一名特殊的學(xué)生,進(jìn)了艾爾中學(xué),不滿12歲就畢業(yè)了。列奧很明智,決定送維納進(jìn)塔夫茨學(xué)院數(shù)學(xué)系就讀,而不讓他冒參加哈佛大學(xué)緊張的入學(xué)考試的風(fēng)險(xiǎn),并避免由于把一個(gè)神童送進(jìn)哈佛,而過(guò)分惹起人們的注意。

在數(shù)學(xué)方面,維納已超過(guò)大學(xué)一年級(jí)學(xué)生的水平,沒有什么課程能確切地適合他的要求。于是他一開始就直接攻讀伽羅瓦的方程論。列奧仍常和兒子討論高等數(shù)學(xué)問(wèn)題。就數(shù)學(xué)和語(yǔ)言學(xué)來(lái)說(shuō),維納跨學(xué)科學(xué)習(xí)的慣例沒有變。在這兩方面,列奧依然是他的嚴(yán)師。

維納興趣廣泛,大學(xué)第一年,物理和化學(xué)給他的印象遠(yuǎn)比數(shù)學(xué)深。他對(duì)實(shí)驗(yàn)尤其興致勃勃,與鄰友—道做過(guò)許多電機(jī)工程的實(shí)驗(yàn)。他曾試圖動(dòng)手證實(shí)兩個(gè)物理學(xué)方面的想法。一是供無(wú)線電通訊用的電磁粉末檢波器,另一個(gè)設(shè)想是試制一種靜電變壓器。維納的這兩個(gè)想法都很出色。

第二年,維納又為哲學(xué)和心理學(xué)所吸引。他讀過(guò)的哲學(xué)著作大大超出了該課程的要求。斯賓諾莎和菜布尼茨是對(duì)他影響最大的兩位哲學(xué)家,前者崇高的倫理道德和后者的多才多藝,都使維納傾倒。他還貪婪地閱讀了詹姆士的哲學(xué)巨著,并通過(guò)父親的關(guān)系,認(rèn)識(shí)了這位實(shí)用主義大師。

在同一年,維納又把興趣集中到生物學(xué)方面。生物學(xué)博物館和實(shí)驗(yàn)室成了最吸引他的地方,動(dòng)物飼養(yǎng)室的管理員成了他特別親密的朋友。維納不僅樂(lè)于采集生物標(biāo)本,而且經(jīng)常把大部分時(shí)間用在實(shí)驗(yàn)室的圖書館,在那里閱讀著名的生物學(xué)家貝特森等人的著作。維納用三年時(shí)間讀完了大學(xué)課程,于1909年春畢業(yè)。之后便開始攻讀哈佛大學(xué)研究院生物學(xué)博士學(xué)位。維納改學(xué)生物,并不是因?yàn)樗雷约耗軌蚋蛇@一行,而是因?yàn)樗敫蛇@一行。從童年開始,他就渴望成為一名生物學(xué)家。

但是,維納的實(shí)驗(yàn)工作不幸失敗了。他動(dòng)手能力差,缺乏從事細(xì)致工作所必需的技巧和耐心,深度近視更增添了麻煩。在父親的安排下,他轉(zhuǎn)到康奈爾大學(xué)去學(xué)哲學(xué),第二年又回到哈佛,研讀數(shù)理邏輯,于18歲獲哈佛大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。維納在大學(xué)接受的跨學(xué)科教育,促使他的才能橫向發(fā)展,為將來(lái)在眾多領(lǐng)域之間,在各種交界面上進(jìn)行大量的開發(fā)和移植,奠定了基礎(chǔ)。

從數(shù)學(xué)到生物學(xué)再到哲學(xué),實(shí)際上就是維納整個(gè)科學(xué)生涯所經(jīng)歷的道路。在哈佛的最后一年,維納向?qū)W校申請(qǐng)了旅行獎(jiǎng)學(xué)金并獲得了批準(zhǔn)。他先后留學(xué)于英國(guó)劍橋大學(xué)和德國(guó)哥丁根大學(xué),在羅素、哈代、希爾伯特等著名數(shù)學(xué)家指導(dǎo)下研究邏輯和數(shù)學(xué)。

羅素是維納的主要良師益友,維納跟他學(xué)習(xí)數(shù)理邏輯和科學(xué)與數(shù)學(xué)哲學(xué),從這位大師身上得到許多深摯的教益。他的哲學(xué)課程和數(shù)學(xué)原理課,維納感到很新鮮,富有啟發(fā)性。羅素的講授清晰曉暢,猶如無(wú)與倫比的杰作,給了他深刻的印象。

羅素建議維納閱讀愛因斯坦1905年發(fā)表的三篇論文,學(xué)習(xí)盧瑟福的電子理論和波爾的學(xué)說(shuō)。羅素對(duì)物理學(xué)中的重要發(fā)現(xiàn)有著敏銳的嗅覺,他的教導(dǎo)使維納牢牢記住,不僅數(shù)學(xué)是重要的。而且還需要有物理概念。盡管維納當(dāng)時(shí)的物理學(xué)基礎(chǔ)對(duì)于學(xué)習(xí)最新的電子理論有困難,但羅素還是鼓勵(lì)他去鉆研。維納以后選擇了把數(shù)學(xué)和物理、工程學(xué)結(jié)合起來(lái)的研究方向,與羅素的啟迪是分不開的。

愛因斯坦的論文中有一篇是論述布朗運(yùn)動(dòng)的,正是在這個(gè)課題上,維納在隨后的10年內(nèi)做出了重要的數(shù)學(xué)成果。對(duì)于維納未來(lái)的數(shù)學(xué)家生涯,羅素的另一個(gè)重要影響是,他向維納提出,一個(gè)專攻數(shù)理邏輯和數(shù)學(xué)哲學(xué)的人最好能懂一些數(shù)學(xué)。因此,維納選讀了許多數(shù)學(xué)課程,接受了哈代等人的指導(dǎo)。哈代清晰、有趣和發(fā)人深思的講演,涉及了包括勒貝格積分在內(nèi)的實(shí)變函數(shù)基礎(chǔ)和復(fù)變函數(shù)引論,給了維納深刻的啟示,并直接導(dǎo)致他早期生涯中的主要成就。維納稱哈代是他理想的導(dǎo)師和榜樣。

維納原計(jì)劃在劍橋讀完這一年,但第二學(xué)期羅素要去哈佛講學(xué),他勸告維納去哥丁根大學(xué),攻讀希爾伯特和蘭道等人的課程。維納上了蘭道教授的一門群論課,并在希爾伯特的指導(dǎo)下研究了微分方程。

希爾伯特代表著本世紀(jì)初期數(shù)學(xué)的偉大傳統(tǒng),是維納所遇到的唯一真正樣樣精通的天才數(shù)學(xué)家。他視野廣闊,善于把非凡的抽象能力和對(duì)物理現(xiàn)實(shí)的實(shí)事求是的認(rèn)識(shí)很好地結(jié)合起來(lái)。他成了維納所向往的數(shù)學(xué)家。在哥丁根所受的教育使維納終生受益。從數(shù)學(xué)名師身上,他認(rèn)識(shí)到科學(xué)力量和知識(shí)深度,第一次取得了集中和熱情地干工作的經(jīng)驗(yàn),劍橋和哥丁根標(biāo)志著維納開始由一個(gè)神童而成長(zhǎng)為青年數(shù)學(xué)家。

重要的研究方向的選擇

1913年,19歲的維納在《劍橋哲學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊》上發(fā)表了一篇關(guān)于集合論的論文。這是一篇將關(guān)系的理論簡(jiǎn)化為類的理論的論文,在數(shù)理邏輯的發(fā)展中占據(jù)有一席之地。維納從此步入學(xué)術(shù)生涯。同年,他以一篇有些懷疑論味道的哲學(xué)論文《至善》,獲得哈佛大學(xué)授予的鮑多因獎(jiǎng)。在轉(zhuǎn)向函數(shù)分析領(lǐng)域之前,維納在邏輯和哲學(xué)方面共發(fā)表了15篇論文。  

1918年,通過(guò)研讀一位病逝的數(shù)學(xué)博士格林遺留的數(shù)學(xué)著作,維納對(duì)現(xiàn)代數(shù)學(xué)有了進(jìn)一步理解。他開始在數(shù)學(xué)領(lǐng)域?qū)ふ抑档脤P闹铝Φ膯?wèn)題。維納雖是神童,但是作為一個(gè)數(shù)學(xué)家,他卻姍姍來(lái)遲。維納開始為函數(shù)分析所吸引,決心把自己的一生貢獻(xiàn)給它。1919年,辛辛那提大學(xué)的年輕數(shù)學(xué)家巴納特對(duì)他作了一次拜訪。維納請(qǐng)他推薦一個(gè)合適的研究課題。他叫維納注意函數(shù)空間中的積分問(wèn)題。這一建議對(duì)維納以后的數(shù)學(xué)研究產(chǎn)生了重大影響。同年夏天,由于哈佛大學(xué)數(shù)學(xué)系主任奧斯古德的推薦,維納到麻省理工學(xué)院數(shù)學(xué)系任教,并一直在該學(xué)院工作到退休。

1920年,維納首次參加國(guó)際數(shù)學(xué)家會(huì)議。大會(huì)前,應(yīng)弗雷歇邀請(qǐng),他倆共同工作了一段時(shí)間。維納試圖推廣弗雷歇的工作,提出了巴拿赫一維納空間理論。他意識(shí)到自己關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)所做的工作是一個(gè)很有希望的開端,因而精神更加振奮,胸襟更加開闊了。1924年維納升任助理教授,1929年為副教授。由于在廣義調(diào)和分析和關(guān)于陶伯定理方面的杰出成就,1932年晉升為正教授。

  1933年,維納由于有關(guān)陶伯定理的工作與莫爾斯分享了美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)五年一次的博赫爾獎(jiǎng)。差不多同時(shí),他當(dāng)選為美國(guó)科學(xué)院院士。在他了解了這個(gè)高級(jí)科學(xué)官員組織的性質(zhì)之后,感到十分厭煩,不久便辭去了自己的位置。通常給予取得成功的美國(guó)數(shù)學(xué)家的榮譽(yù)之一,就是要求他為美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)《討論會(huì)叢書》寫一本書。

1934年夏,維納應(yīng)邀撰寫了《復(fù)域上的傅立葉變換》。不久,他當(dāng)選為美國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)。只是因?yàn)樗幌矚g擔(dān)任行政職務(wù),才免于被選作會(huì)長(zhǎng)。30年代開始,維納關(guān)注布什研究的模擬計(jì)算機(jī)。

1935~1936年,他應(yīng)邀到中國(guó)作訪問(wèn)教授。在清華大學(xué)與李郁榮合作,研究并設(shè)計(jì)出很好的電子濾波器,獲得了該項(xiàng)發(fā)明的專利權(quán)。維納把他在中國(guó)的這一年作為自己學(xué)術(shù)生涯中的一個(gè)特定的里程碑,即作為科學(xué)的一個(gè)剛滿師的工匠和在某種程度上成為這一行的一個(gè)獨(dú)當(dāng)一面的師傅的分界點(diǎn)。在第二次世界大戰(zhàn)期間,維納接受了一項(xiàng)與火力控制有關(guān)的研究工作。這問(wèn)題促使他深入探索了用機(jī)器來(lái)模擬人腦的計(jì)算功能,建立預(yù)測(cè)理論并應(yīng)用于防空火力控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)裝置。

1948年,維納發(fā)表《控制論》,宣告了這門新興學(xué)科的誕生。這是他長(zhǎng)期艱苦努力并與生理學(xué)家羅森勃呂特等人多方面合作的偉大科學(xué)成果。維納立即從聲譽(yù)有限的數(shù)學(xué)家一躍成為一個(gè)國(guó)際知名人士,此時(shí)他早已年過(guò)半百。此后,維納繼續(xù)為控制論的發(fā)展和運(yùn)用作出了杰出的貢獻(xiàn)。1959年,維納從麻省理工學(xué)院退休。1964年1月,他由于“在純粹數(shù)學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)方面并且勇于深入到工程和生物科學(xué)中去的多種令人驚異的貢獻(xiàn)及在這些領(lǐng)域中具有深遠(yuǎn)意義的開創(chuàng)性工作榮獲美國(guó)總統(tǒng)授予的“國(guó)家科學(xué)勛章”。