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第44章 艰苦卓绝的科学大家(3)

“曼哈顿工程”的规模和难度是空前的。前后共耗资20亿美元,有15万人参加工作,仅在洛斯阿拉莫斯就有4000名研究人员,设有理论物理、化学及冶金、军事研究、实验核物理、炸药、炸药物理、规划等7个研究所。面对如此浩大的工程,管理、协调和统筹方面的工作是极为重要和艰辛的。在1943年到1945年之间,奥本海默出色地完成了洛斯阿拉莫斯实验的组建和管理工作,充分展示了自己在科研和科研管理方面的杰出才能。他的中心工作是集中全部专家的智慧,协调各部门的关系,集思广益,协同攻关。在技术方面他的突出贡献是解决核弹“临界质量”问题。1945年7月16日,第一枚原子弹试爆成功。人们也赠与他“原子弹之父”的殊荣。

原子弹问世时,二战大局已定,然而美国从其利益出发仍决定在日本投放原子弹。在轰炸日本前,美国政府向奥本海默等4名科学家组成的咨询委员会征求意见。考虑到使用原子弹可以减少美国的损失,提前结束战争,奥本海默、费米、劳伦斯、康普顿4人委员会做出了支持轰炸日本的决定。这是奥本海默第一次参与政治决策,也是他为自己一生带来遗憾的一个决定。起初他估计袭击广岛将杀死2万人,实际上却有将近13万人丧生。另一枚威力更大的原子弹在长崎杀死了6~7万人!

后来,奥本海默为自己的决定痛苦地忏悔。不过,二战结束后,他作为原子弹的主要设计者也拥有了极高的声望。1946年,美国政府设立原子能顾问委员会,任命奥本海默为主席。这个委员会的职责是为原子能发展计划提供科学、技术指导,然而奥本海默本人最关心的是原子能的国际控制问题。在原子能顾问委员会成立之前,他就提出了原子能的和平利用及国际控制问题,但这一思想受到了政府要员们的压制。后来,原子能国际控制的思想日趋成熟,才终于得到政府内外的广泛支持。

1946年3月,由奥本海默策划并参与起草的《艾奇逊——利连撒尔报告》问世,这一文件充分体现了奥本海默的主张,其核心是:主张和平利用原子能,在任何情况下原子武器不被用于战争;关于原子能的研究应置于联合国的绝对控制之下。当然,原子能控制问题远非奥本海默力所能及,甚至在原子能和平利用思想深入人心的今天,核武器的控制仍使各界人士力不从心。

奥本海默利用其政治地位和社会影响展开了广泛的政治活动,在政府和科学界推行他的核控制思想。1949年末至1950年初,他强烈反对美国发展氢弹计划,但这一思想没有得到政府的采纳。1952年,艾森豪威尔任美国总统,奥本海默受到新政府的重用,他的思想极大地影响了美国的核战略。他认识到,在核战争中没有胜利者,“我们唯一的敌人就是核弹本身”;两个军事集团将在相互威慑中达成恐怖的、极不稳定的平衡,保证原子武器不被使用。由于保密措施的限制,美国和其他国家的人民甚至没有真正了解到原子武器的可怕。艾森豪威尔接受了奥本海默的思想,在核控制问题上采取主动,并且支持了他的“光明行动”,即让大众了解核武器的可怕威力。

在此期间,奥本海默并没有中断科研活动。1945年底他回到加利福尼亚,1947年10月调任新泽西州的普林斯顿高级研究院的负责人。在他的影响下,普林斯顿的物理学部得到迅速发展。他从事了一些小规模的科研,还通过撰文和演讲做了大量的科普工作。

1953年12月,突然有人控告他是苏联间谍。这就是著名的“奥本海默案”。奥本海默曾在30年代卷入左翼思潮,并与“危险人物”有过长期交往,但这些早已经过安全审查并且证明了奥本海默的清白。之所以会有人控告他,是因为他锋芒毕露的性格得罪了许多人,引起了一些重要人物的敌视。所谓控告,只是诽谤。美国政府设立专门的委员会对奥本海默进行调查和审讯。当时正值苏美冷战的高峰,又值麦卡锡主义盛行时期。另外,奥本海默反对发展核弹的思想已成为核战略的障碍,最终在调查中原告占了上风。委员会裁定奥本海默不是间谍,但由于他“性格上的缺陷”,决定不允许他接触机密。这是一个荒唐的结论,也是一个令人遗憾的错误。他的遭遇在民间赢得了广泛同情。但这起案件也标志了他政治生涯的结束。多年以后,“奥本海默案”仍是人们攻击美国民主体制的一柄利剑,成为美国政治史上的一个污点。事隔10年之后的1963年,美国原子能委员会授予他恩里科·费米奖,约翰逊总统亲自授奖给他。

1967年2月18日,奥本海默因喉癌难治而病逝于美国。但他光辉的思想和丰硕的学术成果,以及为国际社会在核控制研究方面的巨大影响已永载人类科学发展史册。

约翰·冯·诺伊曼——计算机时代的先行者

约翰·冯·诺伊曼,1903年12月28日出生于匈牙利布达佩斯,美国籍犹太人数学家,世所公认的电子计算机之父。

约翰·冯·诺伊曼成长在一个大家庭里,他的父亲马克斯·诺伊曼是个大银行家。诺伊曼从小就显露出数学才能,早年在柏林大学和苏黎世联邦工业大学学习化学。他的家在布达佩斯。童年时,他的家庭教师教他德语和法语。

冯·诺伊曼小孩时候就表现出了惊人的记忆力,在一本书中有记载:冯·诺伊曼六岁时就能与他的父亲用古希腊语讲笑话。有时,诺伊曼一家招待客人,就让小诺伊曼在客人面前表演背电话簿。一位客人随意地从簿中选一页上的一栏,小诺伊曼看上两遍之后就把电话簿还给了客人。他可以回答客人提出的任何问题(例如谁谁的电话是多少?)或者就直接按顺序背出名字、地址、电话。

1911年冯·诺伊曼进入了路德教派高级学府求学。这所学校有很浓厚的学术传统。这点在冯·诺伊曼眼里看来比宗教更重要。他的数学老师很快就发现了他的天分。

第一次世界大战几乎没有影响到冯·诺伊曼的学习。但是一战结束后,1919年匈牙利由共产党领导人库恩·贝拉掌管期间,诺伊曼一家逃往了奥地利。但是,一个月之后,他们又不得不回来面对布达佩斯所发生的一切。因库恩·贝拉的政府中大多数是犹太人,当贝拉倒台后犹太人成为被攻击的对象。尽管诺伊曼一家是反对贝拉政府的,可这一点并不能使他们免遭迫害。

1921年冯·诺伊曼完成了在路德教派高级学府的学业。1922年他的第一篇数学论文发表了。不过,他的父亲马克斯·诺伊曼并不想让儿子学习一门不赚钱的学科,因此他让冯·卡门去劝说冯·诺伊曼从商。也许冯·诺伊曼并不适合去完成这个任务。不过最后大家都同意了一个折衷的方案,让冯·诺伊曼在大学修读化学。从很多方面讲匈牙利对于犹太人来说不是个合适的国家,想进入布达佩斯大学学习的犹太学生名额极为有限。但他因优异的数学成绩还是进入了该校的数学系。

后来,他转入柏林大学学习化学。1923年又去了苏黎世。1926年他获得苏黎世的工业学院化学工程的毕业证书。尽管在苏黎世学习化学,他仍对数学热情不减。

1926年冯·诺伊曼取得化学工程师的资格。在此期间他自学数学,受到希尔伯特和外尔等数学家的影响。1926年获得博士学位,并先后在柏林大学和汉堡大学任职。

同年,冯·诺伊曼还以一篇关于集合论的毕业论文获得了布达佩斯大学的数学博士学位。当他20岁时,他就发表了今天仍在使用的序数的定义。

1926~1929年冯·诺伊曼在柏林讲学,1929~1930年又去了汉堡讲学。那时他还拥有一份洛克菲勒研究员薪金,这笔钱使得它可以在哥廷根大学继续他的数学博士后的学习。25岁时,冯·诺伊曼已经为国际数学界所知。在学术大会上,他被看作是一位天才。

1930~1933年,冯·诺伊曼在普林斯顿大学讲课。他那不定的思维方式让那些天份稍逊的学生很难跟上。1933年,在刚成立的普林斯顿的高等数学研究所,他成为最初的六位数学教授之一。

在美国的前几年里,每到暑假冯·诺伊曼都回欧洲。直到1933年他在国内还担当了一些学术上的职务,不过纳粹一上台,他就统统辞掉了。与很多人不同,冯·诺伊曼到美国不是为了政治避难,而只是考虑到在美国的职位比在德国更利于学术发展。这一年,冯·诺伊曼成为数学学会年刊的编辑。

冯·诺伊曼和妻子玛丽达在1936年有了一个女儿,但他们在1937年就离婚了。次年,他便跟另一个女子相识并结了婚,在美国普林斯顿安定了下来。在普林斯顿,他过上了一种对于顶尖数学家来说很不寻常的生活。他很喜欢各种聚会。还在德国讲课时,他就成为了那个时代柏林夜生活圈子的常客。他也经常在家里举办各种聚会。

冯·诺伊曼有一段时间也曾对博弈论产生过浓厚的兴趣。他认识到由其他数学家取得的研究结果和这些结果深入发展的可能性。在最初的研究中,一篇关于极小极大性的文章给了他提示,使他将已有的想法发展成一个原创的观点,即“博弈论”。在博弈论中,冯·诺伊曼证明了极小极大定理。他逐步扩大在这一领域内的研究,并和另一个合作者奥斯卡尔完成了论文《博弈论与经济行为》(1944)。同时,库普曼提出的用“函数空间算子”处理经典力学的可能性的想法也激发了冯·诺伊曼,使他给出了第一个关于遍历定理的严格数学证明。

1938年,美国数学委员会向冯·诺伊曼颁奖,以表彰他的杰出贡献,尤其是在周期函数和周期群方面的优异成绩。美国数学协会的公报分两次在1934年和1935年刊登了冯·诺伊曼研究成果。

第二次世界大战开始后,冯·诺伊曼因战事需要研究可压缩气体运动,建立冲击波理论和湍流理论,对非线性双曲型(无粘流体方程)引入人工粘性项的差分方法已成为现代流体计算的主导方法。这些工作发展了流体力学。他为原子弹的设计方案提出许多重要建议,在研制原子弹的过程中,他与波兰数学家乌拉姆提出蒙特卡罗法,开创统计模拟方法。

1940年,他转向应用数学,在力学、经济学、数值分析和电子计算机方面都有重要贡献。一项重大成果是他创立了对策论(GameTheory),并应用于经济领域,1944年与莫根施特恩(Morgenstern)合著的《对策论与经济行为》已成为经济学界的经典著作。但整个40年代,他主要的研究还是集中在纯粹数学方面,在集合论、测度论、群论及算子理论等方面也做出了贡献。

战后,冯·诺伊曼一直担任军事顾问。在此期间,他提出了以内爆方式引爆核燃料的建议,并参与了氢弹的研究。从1940年起,他就是马里兰州试验场的弹道学研究实验室的科学顾问委员会的成员。1941至1955年,他是海军军械署的成员。1950到1955年,他还参与了华盛顿特区军方特别武器研究计划。由于他杰出的研究成果与奉献精神,1955年艾森豪威尔总统任命他为原子能委员会委员。

1956年,他荣获恩里科·费米奖,但这时的他已身患癌症。尤金·魏格纳这样写道:“当冯·诺伊曼意识到自己患了不治之症而无法继续进行研究工作时,他强烈地感到绝望——这意味着他思想的终结。他的思维严谨的头脑,那时已不再可靠了,接着他在精神上彻底崩溃。他难以忍受来自身体与精神上的双重折磨。”

1957年2月8日,冯·诺伊曼与世长辞。作为20世纪最杰出的数学家之一,冯·诺伊曼在纯粹数学和应用数学方面有着卓越的贡献。他建立的算子环理论为量子力学奠定了数学基础,其代表作是《量子力学的数学基础》。

冯·诺伊曼生命最后几年的大部分时间都在致力于研究自动控制论。这项理论的研究综合了他早期对于逻辑和论证理论的兴趣,既包含了纯数学和应用数学,又涉及了其他学科。他提出了很多新的见解,并且为自动控制理论研究开创了多个方向。但最重要的贡献还是他在计算机科学方面的探索。1944年他参与了世界上第一台电子计算机的设计,后来又参与了对大规模电子计算机的研究开发。采用比特(bit)作为计算机记忆的度量单位便是他首先提出的。他还解决了如何从不稳定的计算机工作中得到可靠结果的方法。冯·诺伊曼被后人赠以“计算机之父”的称号,以纪念他身前对计算机开发所做出的开拓性贡献。