书城自然科学新编科技知识全书:科学发现与传奇故事
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第81章 创建控制论的先驱

美国数学家和哲学家维纳是二十世纪下半叶兴起的科学技术革命的主要先驱者之一。他除了在数学上有卓越成就外,还创建了控制论。

维纳是本世纪少数几个“探索型”科学家之一,具有敏锐的哲学头脑,总是不满足于已有成就,不断把探索的目光投向新的荒无人烟的原野。他从二十年代开始自己的科学生涯起,就迈向“函数空间积分”的崭新领域。由于不满足于一般积分理论,他要寻求其物理验证,这就把他引导到布朗运动,并首先在这里运用了勒贝格积分。布朗运动是分子的偶然的随机运动,维纳由此而开始了对随机过程的统计问题的研究。这个研究,实在是他毕生事业中具有决定意义的一步。正如他后来所见,二十世纪的物理学革命并不只是相对论和量子力学,而是统计物理;后者所表现的偶然性世界取代了牛顿的机械必然性世界,从而使人们眼里的世界图景发生了根本性的变化。他的这一远见卓识,直到他身后才由于科学技术革命的开展而为更多人所理解。

从统计问题出发,三十年代他又转向对与此有密切联系的通讯理论的研究,第一个把通讯作为统计过程处理,从而使通讯工程成为一门统计科学。这就是说,在通讯中,传递消息的过程由于各种偶然性因素的作用,必然引起组织程度降低,使意义变得模糊不清,因此,通讯的过程也就是同这种自发趋势进行斗争以保持一定组织程度(信息量)的过程。在这一思想指导下,他同中国科学家李郁荣合作建立了“维纳滤波”。以最优方式把噪声同信号分离开来。这是控制论的理论准备之一。

四十年代初,第二次世界大战促使他把他的研究领域从一般通讯过程扩大到防空火力控制这样的实际问题。这是一个如何通过有效的通讯而达到控制的问题。为了对付德军优势,迫切要求改进防空武器。飞机速度和灵活性的迅速提高,高射炮如果还是用传统的瞄准方式,机械地按照既定目标发射,命中率必将日益下降。新的情况要求火力装置必须考虑外界情况的变化来修改原来的命令,即根据炮火执行命令的误差而加以调节。这就是给火力装置以反馈调节功能。这样,防空火力不是一台孤立的装置,发射操作必须把这一装置及其炮手连同敌机及其驾驶员看作一个整体,使之成为一个统一的通讯和控制系统。这里特别重要的是,人也成了这个系统的一个组成部分,参加到整个通讯、控制、反馈的过程中去。这正像一艘船舶,掌舵者也成为整个机构的一部分一样。这又导致另一个更深刻的思想:动物机体和人体也同样可以看作是这样的控制系统。人的活动可以从控制和通讯的角度进行研究。这就涉及神经生理这个更广阔的领域。维纳敏锐地意识到,在数学、物理学、工程学、神经生理学等学科的“边区”,存在着一大片有待开发的科学上的处女地。要开发这片土地,要有这些学科之间的“密切交往”。要有某种随机的探索过程。维纳参加在哈佛大学一个定期举行的科学方法讨论会。大家在这里各抒己见,畅所欲言,无所顾忌,不受拘束。在这个聚会上,维纳及其合作者计算机科学家毕格罗,神经生理学教授罗森布鲁特一经接触,思路渐趋统一,目标渐趋明确,通过几年的探索,他们关于控制论的论文诞生了——《行为、目的和目的论》。他们认为:一切控制行为,都是一个从原因到目的之间的随机试探、反复调节的曲折过程。这篇文章提出了控制论的基本概念。

二十世纪下半叶所兴起的现代科学技术革命,使科学作为一个社会组织系统的特点日益鲜明。越来越多的研究工作需要在统一思想指导下有组织、有计划地进行。控制论不但为这一特殊系统提供了理论基础,而且它本身的诞生也成为一个有力的证据,它说明:现代科学的发展已不能靠个人冲锋,而要求社会集体工作。同时它也说明:科学作为人类精神的探索,永远离不开维纳这样敢于冲出旧疆域,深入无人区的科学上的探险家。