电子商务网站的建站流程,句容住房和城乡建设局网站,惠州网站建设行业,wordpress 4.8中文版来源|David 小咸鱼/新智元约翰冯诺依曼是20世纪最有影响力的人物之一。从原子弹#xff0c;到计算机、再到量子力学、气候变化#xff0c;你可能很难再找出像这样对我们今天的世界和生活影响更大的科学家了。在20世纪的天才中#xff0c;有几个杰出的人物#xff1a;爱因斯… 来源|David 小咸鱼/新智元约翰·冯·诺依曼是20世纪最有影响力的人物之一。从原子弹到计算机、再到量子力学、气候变化你可能很难再找出像这样对我们今天的世界和生活影响更大的科学家了。在20世纪的天才中有几个杰出的人物爱因斯坦、图灵、霍金毫无疑问冯·诺依曼也属于他们中的一个尽管许多人不知道他是谁。约翰·冯·诺依曼是20世纪最有影响力的人物之一。他可能比过去150年中任何一位伟大的思想更直接地影响了你的生活他的研究涉及从量子力学到气候科学的一切。冯·诺依曼最大的贡献是现代计算机他采用了图灵奠定的卓越理论框架并实际提出了为几乎所有数字计算机提供动力的架构冯·诺依曼架构。更有争议的是冯·诺依曼在二战期间对曼哈顿计划做出了重大贡献包括完善原子弹本身的设计和对其功能至关重要的机制。与曼哈顿计划的其他一些老兵不同冯·诺依曼从未对自己在该计划中的角色表示遗憾甚至在冷战期间推动了「同归于尽」的政策。至少可以说约翰·冯·诺依曼是一个复杂的人物但他在20世纪几乎无人能及可以说他对现代世界的责任比他同时代的任何人都大。神童降世约翰·冯·诺依曼于1903年12月28日出生在匈牙利首都布达佩斯。冯·诺依曼的父亲是银行家母亲是奥匈贵族的女儿他的父母富有且受人尊敬。1913年奥匈帝国皇帝弗朗茨·约瑟夫授予冯·诺依曼的父亲贵族地位并给了这个家族一个世袭的头衔「马吉塔」即现在的罗马尼亚马吉塔。这个头衔纯粹是尊称因为这个家庭与这个地方没有任何联系但这是冯·诺依曼一生都会坚持的。年轻的冯·诺依曼在同龄人中被认为是真正的神童尤其是在数学方面。人们认为他有摄影一般的记忆力这帮助他从很小的时候就吸收了大量的知识。冯·诺伊曼11岁时与表妹 Katalin Alcsuti在一起六岁时他就开始在头脑中进行两个八位数的除法八岁时他已经掌握了微积分。他的父亲认为他所有的孩子都需要说除母语匈牙利语以外的欧洲主要语言所以冯·诺依曼学习了英语、法语、意大利语和德语。小时候他对历史也有很深的兴趣并阅读了德国历史学家威廉·昂肯的整部46卷专著《通史》。德国历史学家威廉·昂肯在老师的鼓励下冯·诺依曼在学习上取得了优异的成绩但他的父亲不相信数学家的职业会带来经济上的利益。相反冯·诺依曼和他的父亲达成共识同意冯·诺依曼从事化学工程他17岁去柏林学习后来在苏黎世学习。化学似乎是冯·诺依曼少数几个不感兴趣的领域之一尽管他确实获得了苏黎世化学工程文凭同时还获得了数学博士学位。职业生涯早期约翰·冯·诺依曼很早就发表了论文从20岁开始他写了一篇定义序数的论文这仍然是我们今天使用的定义。他写了关于集合论的博士论文并在一生中对该领域做出了若干贡献。到1927年冯·诺依曼已经发表了12篇著名的数学论文。到1929年他已经出版了32部作品以大约一个月一篇学术论文的速度写出了很多重要的工作。1928年他成为柏林大学的一名私人教师也是柏林大学历史上获得该职位最年轻的人。这个职位使他能够在大学里讲课直到1929年他成为汉堡大学的一名私人教师。冯·诺依曼在父亲于1929年去世后皈依了天主教。1930年元旦约翰·冯·诺依曼与布达佩斯大学经济学学生玛丽埃塔·科维西结婚并于1935年与她生下了他唯一的孩子玛丽娜。虽然冯·诺依曼似乎注定要在德国科学院从事一个有前途的职业但在1929年10月他获得了新泽西州普林斯顿大学的一个职位他最终接受了这个职位并于1930年与妻子一起前往美国。移民美国到1933年约翰·冯·诺依曼成为新成立的普林斯顿高等研究院最初的六名数学教授之一他也将在这个岗位上度过余生。当他搬到新泽西时像他之前的许多美国移民一样冯·诺依曼将他的匈牙利名字英语化了由玛吉塔伊·诺依曼·亚诺斯变成约翰·冯·诺依曼使用德国式的世袭尊称。1937年他和妻子离婚第二年冯·诺依曼再婚这次是和克拉拉·丹他在第二次世界大战前最后一次访问匈牙利时在布达佩斯第一次见到了克拉拉·丹。1937年冯·诺依曼成为美国公民1939年他的母亲、兄弟姐妹和姻亲也都移民到了美国他的父亲早些时候去世了。战争年代与「曼哈顿计划」约翰·冯·诺依曼对历史最重要的贡献之一是他在第二次世界大战期间对曼哈顿计划的研究。一如既往冯·诺依曼不能让数学挑战得不到解决更困难的问题之一是如何模拟爆炸的影响。冯·诺依曼在20世纪30年代投身于这些问题的研究并成为该领域的专家。如果他有特长的话那应该是研究聚能装药Shaped Charges用于爆破领域的数学问题聚能装药是用来控制和引导爆炸能量的。这使他与美国军方特别是美国海军进行了相当多的定期磋商。当曼哈顿计划在20世纪40年代初开始工作时冯·诺依曼因其专业知识而被招募。1943年冯·诺依曼对曼哈顿计划产生了最重大、最持久的影响。曼哈顿计划成员当时设计原子弹的洛斯阿拉莫斯实验室发现钚-239该项目使用的裂变材料之一与实验室的工作炸弹设计不兼容。实验室的物理学家塞斯·尼德迈尔一直在研究一种独立的内爆型炸弹设计这种设计很有希望但许多人认为它不可行。核弹内爆机制的动画要引爆核爆炸需要在炸弹的反应物中引发失控的裂变链式反应。链式反应的速度是指数级的因此控制爆炸足够长的时间使足够的裂变材料进行所需的反应是一项重大挑战。内爆型炸弹需要更复杂的控制来产生反应但它也不需要像洛斯阿拉莫斯开发的枪型炸弹设计那样耗费那么多的材料。内爆型装置使用一系列受控的常规爆炸来压缩其核心中的裂变反应物。在这种压力下裂变材料迅速开始核裂变链式反应通过内爆的力量保持在原位并允许更多的裂变材料释放其能量。控制这些爆炸以产生精确的内爆力来产生期望的反应是一项很大的挑战而冯·诺依曼以极大的热情接受了它。他认为使用较少的球形材料并通过内爆力适当压缩可以产生更有效的爆炸尽可能多地使用现有的裂变材料。他经常是少数几个主张内爆方法的人之一并最终计算出了一个数学公式表明如果内爆能以至少95%的精度保持球形的几何形状该方法就是可以实现的。冯·诺依曼还计算出如果爆炸在目标上方一定距离引爆而不是在击中地面时引爆爆炸的有效性将会提高。这大大增加了原子弹的杀伤力也减少了爆炸产生的尘埃量。之后冯·诺依曼被选为科学顾问团队的一员他们就炸弹的可能目标咨询军方。冯·诺依曼建议将目标定为日本京都因为京都作为文化之都其毁灭可能足以迫使战争迅速结束。提出这一建议的不止他一个人但战争部长亨利·史汀生否决了将目标对准京都这个提议因为那里有许多历史建筑和重要的宗教圣地所以最后选择了广岛和长崎。1945年7月16日的三位一体试验中冯·诺依曼在场当时第一枚原子武器被引爆。广岛和长崎被炸后日本投降第二次世界大战结束。三位一体试验与曼哈顿计划中同时代的一些人不同冯·诺依曼似乎没有任何反思的痛苦、遗憾甚至对他在原子弹方面的工作也没有一丝怀疑。事实上冯·诺依曼是核武器发展和相互保证毁灭MAD理论的最有力支持者之一认为这是防止另一场灾难性世界大战的唯一方法。核武器的「轻量化」思想像战后初期的许多美国人一样冯·诺依曼担心美国在核武器发展方面落后于苏联。到上世纪40 年代末到50 年代初用战略轰炸机向敌人投掷更多原子弹的理念逐渐被新的火箭技术所取代。冯·诺依曼认为导弹是核武器的未来由于他与参与苏联武器研制的德国科学家有过接触他知道苏联对此问题的看法与他是一样的。军备竞赛开始了美苏两国把氢弹越做越小可以装入洲际弹道导弹的弹头冯·诺依曼积极为美国效力努力缩小与苏联的「导弹差距」。战后冯·诺依曼在原子能委员会任职为政府和军方提供核技术开发和战略方面的建议并被广泛认为是「确保相互毁灭」理论MAD的设计者而 MAD 在冷战期间确实被政府采纳成为事实上的美国国策。建造第一台真正的计算机 冯·诺依曼在上世纪30年代初遇到了艾伦·图灵当时图灵正在普林斯顿攻读博士学位。1937年图灵发表了具有里程碑意义的论文《论可计算数》奠定了现代计算的理论基础。冯·诺依曼很快认识到了图灵这一发现的重要性并在30年代推动了计算机科学的发展。在普林斯顿大学他和图灵围绕人工智能的思想曾进行了长时间的讨论。作为一名数学家冯·诺依曼从更抽象的角度研究计算机科学另一个原因也是因为在30年代时并没有真正可以工作的计算机。在二战结束后这种情况很快就改变了。 冯·诺依曼深入参与了第一台可编程电子计算机「ENIAC」的开发这台计算机能够识别和决定其他数据操作规则集而不是最初使用的规则集。是冯诺依曼将 ENIAC 修改为作为存储程序机器运行。后者让使我们今天理解的现代程序成为可能。冯·诺依曼本人编写了几个在 ENIAC 上运行的首批程序并用这些程序模拟原子能委员会的部分核武器研究。毫无疑问冯·诺依曼对计算机科学领域最持久的贡献是在当今运行的每台计算机中使用的两个基本概念冯·诺依曼体系架构和存储程序概念。 冯·诺依曼架构涉及构成计算机的物理电子电路的组织方式。按照这种方式构建的计算机被称为「冯·诺依曼机」。该架构由算术和逻辑单元 (ALU)、控制单元和临时存储器寄存器组成它们共同构成了中央处理器 (CPU)。CPU 连接到内存单元该内存单元包含将要由CPU处理和操作的所有数据。CPU还连接到输入和输出设备以根据需要更改数据并检索运行程序的结果。自 1945 年冯诺依曼提出这一架构以来直到今天它基本上仍是当今大多数通用计算机的运行方式几乎没有改变。另一项重大创新与冯·诺依曼架构有关即存储程序概念也就是说被操作或处理的数据以及描述如何操纵和处理该数据的程序都存储在计算机的内存中。这两项相互交织的创新实现了图灵机的理论框架实际上将它们变成了可以用来计算工资、火炮轨迹、游戏、互联网等几乎所有一切数据的机器。对其他领域的杰出贡献除了数学和计算机科学之外冯·诺依曼一生都对其他几个领域也做出了重大贡献。在早期的职业生涯中冯·诺依曼为新兴的量子力学领域做出了重大贡献。1932年他和保罗·狄拉克在《量子力学的数学基础》一书中发表了狄拉克-冯·诺依曼公理这是该领域的第一个完整的数学框架。在这本书中他还提出了量子逻辑的形式系统也是同类体系中的首创。冯·诺依曼还将博弈论确立为一门严谨的数学学科这无疑影响了他后来关于MAD理论的地缘政治战略工作。冯·诺依曼的博弈论中包含这样一个观点即在广泛的博弈类别中总是有可能找到一个平衡任何参与者都不应单方面偏离这个平衡。在生命科学领域冯·诺依曼对元胞自动机的自我复制进行了彻底的数学分析主要是构造函数、正在构建的事物以及构造函数构建所讨论事物所遵循的蓝图之间的关系。该分析描述了一种自我复制的机器它是在40年代设计的没有使用计算机。冯·诺依曼的数学造诣也惠及气候科学。1950年他编写了第一个气候建模程序并使用 ENIAC 使用数值数据进行了世界上第一个气象预测。冯·诺依曼预计全球变暖是人类活动的结果他在1955年写道「工业燃烧煤和石油释放到大气中的二氧化碳可能已经充分改变了大气的成分导致全球普遍变暖约1华氏度。」冯·诺依曼也被认为是第一个描述「技术奇点」的人。冯·诺依曼的朋友斯坦·乌拉姆 (Stan Ulam) 后来描述了与他的一次对话这次对话在今天听起来非常有先见之明。 斯坦·乌拉姆、理查德·费曼和冯·诺依曼在一起乌拉姆回忆说「有一次谈话集中在不断加速的技术进步和人类生活方式的变化上这让我们看到了人类历史上一些本质上的奇点。一旦超越了这些奇点我们所熟知的人类事务就将无法继续下去了。」冯·诺依曼的去世和他的光辉遗产1955 年冯·诺依曼在看医生时发现他的锁骨上长了一块肉他被诊断患有癌症但他并没有充分接受这个事实。众所周知冯·诺依曼对即将到来的结局感到恐惧。他的一生好友尤金·维格纳 (Eugene Wigner) 写道 「当冯·诺依曼意识到自己病入膏肓时他的逻辑迫使他意识到自己即将不复存在因此也不再有思想……亲眼目睹这一过程是令人心碎的所有的希望都消失了即将到来的命运尽管难以接受但已经不可避免。」冯·诺依曼的病情在1956年持续恶化最终被送进了华盛顿特区的沃尔特里德陆军医疗中心。为防止泄密军方对他实施了特殊的安全措施。冯·诺依曼邀请一位天主教神父在他临终前商量并接受了他的临终仪式安排。不过这位神父本人表示冯诺依曼看上去似乎并没有从仪式中得到安慰。1957年2月8日冯·诺依曼因癌症逝世享年53岁他被安葬在新泽西州的普林斯顿公墓。关于冯·诺依曼的癌症是否与他在「曼哈顿计划」期间遭受辐射有关人们一直存在争议但毫无争议的是人类过早地失去了当代最伟大的科学巨人之一。 冯·诺依曼的助手 P.R. Halmos 在1973年写道「人类的英雄有两种一种和我们所有人一样但更加相似另一种显然具有一些「超人」的特质。我们都可以跑步我们中的一些人可以在不到4分钟的时间内跑完一英里。但有些事我们大多数人一辈子都无法做到。冯·诺依曼的伟大贡献是惠及全人类的。在某些时候我们或多或少都能清晰地思考但冯·诺依曼的清晰思维始终比我们大多数人高出好几个数量级。」冯·诺依曼的才华是毋庸置疑的尽管他留下的遗产尤其是核武器方面的贡献比他的朋友和崇拜者愿意承认的要复杂得多。无论我们最终如何看待冯·诺依曼和他的成就我们都可以肯定地说在未来一代人甚至几代人的时间里都不太可能出现像他一样对人类历史产生如此重大影响的人了。原文链接https://interestingengineering.com/john-von-neumann-human-the-computer-behind-project-manhattan推荐阅读专辑|Linux文章汇总专辑|程序人生专辑|C语言我的知识小密圈关注公众号后台回复「1024」获取学习资料网盘链接。欢迎点赞关注转发在看您的每一次鼓励我都将铭记于心~
