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“控制論之父”是誰?

與普通人毫無共同之處的機器、生物、社會,都被維納與他創立的控制論聯系在壹起。20世紀中期,科學和社會的發展出現了這種聯系的需要,並為這種需要的實現提供了可能。機器人、自動化、經濟和社會控制都由此產生,控制論的建立開辟了科學史上的新紀元。

“控制論之父”諾伯特?維納1894出生於美國哥倫比亞市。他的父親是哈佛大學的斯拉夫語教授。小韋納是壹個遠近聞名的神童。11歲上大學,18歲獲得哈佛博士學位。他熟悉10語言,當過教授、工程師、記者。他是壹位才華橫溢、碩果累累的科學大師。

在經歷了世紀之交危機、革命、復興的痛苦而激動人心的過程後,科學在20世紀中期呈現出全面發展的趨勢。此時,科學各個領域的獨立發展已經到了碩果累累、相對穩定的階段,是時候利用相鄰學科來彌補它們在把握世界整體性方面的不足,為它們在相鄰領域的學術成果尋找意義了。正如維納所說,到那時,“在科學發展的歷史上,最能收獲的領域是各個既定部門之間被忽視的無人區。”正是維納等人開始的科學荒原發展,催生了20世紀中後期新興的跨學科科學群。

由於領域和成就的廣泛性,對維納壹生的科學思想和職業選擇起到作用的人很多,但其中有四個是重要的:他的父親利奧?維納;羅素,英國偉大的數學家和哲學家;20世紀數學巨人、德國偉大數學家希爾伯特和維納的好朋友、科學夥伴羅森布魯特。

韋納在上大學之前的所有學習都是在父親的監督和教育下在家裏完成的。父親廣博的知識和嚴謹的作風,幫助韋納奠定了學業進壹步發展和才華進壹步展示的基礎。這位哈佛教授從他兒子出生的那天起就承擔起教育他的責任。早期的發展使得維納的智力進步非常迅速。他3歲開始讀書,進了就什麽都忘了。只要能拿到書,他什麽都看,甚至神學書,語文詞典,出土文物報告。廣泛的閱讀奠定了維納廣博的知識結構,開闊了他的視野,也為他日後發展多樣的興趣和多學科的綜合能力奠定了基礎。

從這個角度來說,獅子座是壹個寬容的父親。他使韋納擺脫了學校舊式教學模式對人的想象力、創造力等才能的束縛,使他在最容易接受新事物、養成良好思維習慣的時候,得到了壹個輕松、和諧、富有感染力的環境。

但是,從另壹個角度來說,獅子座是壹個嚴厲的父親。他很有秩序,對維納很嚴格。他經常為小事大發雷霆,隨口罵出“驢”、“白癡”、“畜生”之類的粗話。時隔40年,韋納回憶起當時的情景仍心有余悸。但是,獅子座對維納的控制絕不是沒有道理的。他知道如何培養兒子的優秀品質。

寬嚴相濟的監督原則,最大限度地發揮了維納的聰明才智。不到7歲的時候,他已經學完了從初等數學到解析幾何的所有中學數學課本。我學了物理、化學、法語、德語和拉丁語。我讀過的書從達爾文的進化論到精神病學,從凡爾納的科幻小說到18,19世紀世界文學名著等等,很多人壹輩子都讀不完。這是他成年後非凡智慧的來源。

除了早期教育,利奧影響維納壹生的決定是讓他兒子的大學就讀塔夫茨學院。這是哈佛附近的壹個小型理工學院。妳為什麽選擇這麽小的學院而不去哈佛讀書?利奧不希望哈佛緊張的考試破壞兒子健康的心態,也不希望壹個11歲才進大學的孩子在哈佛引起轟動。他希望他的兒子專註於他的數學。但是數學綁不住小韋納的心。他的興趣不斷變化。雖然這違背了Leo的初衷,但確實是父親安排的這個氛圍相對寬松自由的小學院,成為了維納原本豐富多彩的知識結構和思維優勢進壹步成長的沃土。

進入大學後,韋納的興趣從未穩定過。第壹年,他對物理和化學有著強烈的熱情。他經常溜進實驗室做化學實驗或進行電學課外冒險,也經常自己構思壹個實驗並試圖實施。此時,還未自謙的小韋納,同學們誇他從數學神童變成了工程神童,他很得意。當然,因為他的數學起點高,這個專業課根本不是問題。

第二年,維納的興趣從工程轉向了哲學。他著迷於斯賓諾莎對倫理的精確觀點和萊布尼茨的多面性。他貪婪地閱讀大量哲學書籍,並從中汲取智慧。哲學,人類精神的精華,讓他的小腦袋更豐富,更深邃,更夢幻。正是這種深厚的哲學基礎,使他能夠深刻理解羅素的思想背景,並對人生有所啟迪。

第三年,他的興趣轉向了生物學。這壹次,看來他真的考上了。他決定成為壹名生物學家。他經常偷偷跟著生物學生出去采集標本,取得了生物實驗室看門老頭的好感和信任,這樣他就可以經常溜進去看別人做實驗。如果不是他後來闖了禍,他的小火爐可能壹直開到了畢業。

有壹次,他試圖自己做壹個解剖實驗。我請了兩個同學,從好心的看門人那裏弄了壹只豚鼠,偷偷溜進實驗室解剖。但是,因為他們跑得沒有想象中快,所以看起來很著急。結果,他們不僅忘記了使用麻醉劑,而且在結紮動脈時沒有正確地將動脈與相連的靜脈和神經分開。結果,可憐的豚鼠在手術完成前就痛苦地死去了。這是壹場大災難。生物系的詹金斯教授怒氣沖沖地闖進來,勃然大怒。因為在那裏,這樣不人道的活體解剖是違法的,很可能會剝奪實驗室解剖的權利。

這件事發生後,維納受到多方打擊,不得不收回自己在數學上躁動的心。直到18歲,他以壹篇數理邏輯的論文獲得了哈佛大學的博士學位。

獲得博士學位後,韋納前往英國劍橋深造。在這裏,他師從於他的啟蒙老師,偉大的哲學家和偉大的數學家羅素。擺脫父親的直接控制,加上劍橋清新的學術氛圍,讓維納精神煥發,容光煥發。羅素非凡的氣度、聰慧的頭腦、出眾的思想、優雅流暢的語言表述,這些充滿英國貴族氣息的東西讓韋納著迷。與壹流學者的第壹次討論和交流,讓他感到莊嚴和神聖。但沒過多久,具有敏銳洞察力的羅素就發現,維納並不是那種壹心撲在數學上的人。所以羅素因材施教,在哲學上開導他。在羅素的啟發下,維納把零散的哲學知識變成了思維工具,理解了建立跨學科關系的意義。這裏的經驗教訓,是維納最終選擇跨學科作為自己研究方向的最早種子。

壹年後,因為羅素外出講學,韋納轉到了德國哥廷根大學希爾伯特的學校。希爾伯特是人類歷史上出現過的最偉大的數學天才,他幾乎是世界上唯壹真正了解現代數學所有領域的數學家。來到哥廷根大學後,維納被希爾伯特深邃的思想、開闊的視野和淵博的知識所震撼。把數學作為解決自然奧秘的工具和技術,這不同於當時把數學作為純粹的形式系統,影響了維納,使他最終把物理、工程、神經生理學等領域與數學統壹起來。只有在這裏,他才真正理解了數學,並愛上了數學。原來數學和他萬花筒般的幻想世界是壹致的。

控制論的建立需要廣博的知識、敏銳的洞察力和堅實的科學、哲學和技術基礎。韋納這樣的人做不到。幸運的是,就在社會需要這個人物的時候,利奧、羅素、希爾伯特、塔夫茨等人出現了。這是維納的幸運,也是歷史的幸運。

兩次世界大戰直接刺激了維納的工作。

壹戰爆發後,維納出兵報效國家。作為數學家,他參與了阿伯丁武器實驗廠高射炮射程表的編制工作。因為此時飛機速度很快,所以航程表的編程比較復雜。維納運用他的數學理論做了大量出色的工作。在這裏他第壹次接觸到了防空火炮系統,第壹次感受到了高速計算的重要性,也第壹次用數學理論解決了物理問題。

戰後,他選擇了數學與物理相結合的工作,這才真正發揮了他長久以來的優勢。他從四面出擊,幾乎處處成功。他拋棄了從純形式系統研究數學的理論傲慢,認為“壹個有用的數學家壹定是改變現實的有力因素”。在數學與物理結合取得初步成功後,他開辟了數學與工程技術及其他學科結合的新途徑,至今仍是喜訊。因此,1933年,39歲的韋納當選美國科學院院士。

幾年後,壹場新的世界大戰再次席卷歐洲。作為盟國,美國也參與了戰爭。維納參與了防空火炮裝置的設計。因為德國有空中優勢,盟軍處於守勢,防守成了大問題。

這時飛機飛得更快了,和追它的炮彈速度差不多。機關炮不能直接瞄準飛機,所以必須給出提前量——下壹刻擊中飛機的可能位置——這樣炮彈和飛機才能同時到達空間的某壹點。這時候人的視力、心臟、體力都跟不上飛機速度方向的變化,提高命中率的出路只能在機器裏。但在空中的三維空間,飛機在加速、減速、高度、俯沖、轉向、翻滾等方面都有很大的自由度。機器如何判斷飛機下壹刻的動作?

維納苦苦思索。自動槍瞄準飛機,就像獵人瞄準鳥壹樣。自動槍和獵人有什麽相似之處?最後,維納終於找到了兩個關鍵因素:信息和反饋。人和機器的控制,是根據信息調整動作,發出指令指揮動作的有目的的過程。有目的的實驗依賴於根據信息的行為負反饋。

帶著這個想法,他去咨詢了自己的老朋友羅森布拉特,這位生理學家恰好抓住了維納的意圖,為他提供了壹個案例,說明人的有目的行為也是通過負反饋來完成的。於是,他們開始合作討論如何模擬人的生理機能來實現火炮自動化。

這是壹個復雜的問題,不是壹兩個人或者壹兩個知識領域可以解決的,需要工程學、心理學、物理學、神經生物學、計算機科學等多學科的合作。維納召集並主持了這次合作。由此,又壹場國際跨學科研討會再次匯聚了不同學科科學家的心,再次爆出令人振奮的合作成果——壹個全新的科學領域就這樣被開辟了。

1948年,維納將這樣的研究成果提煉升華為控制論。控制論的英文原詞來自希臘語,願為“掌舵”。這是壹門可以移植和應用的科學,從機器、生物、社會的各種有組織、有目的的系統來指導、設計和完成各種有目的的行為。控制論壹經問世,立即在美國科學界引起轟動,並迅速傳遍全球。它引起了人們思維的飛躍,推動了現代社會自動化的進程。

晚年,維納除了對自己創立的學科進行不懈的探索,還和其他科學家壹起參加了呼籲停止戰爭、反對濫用科學成果等多項社會活動。

1963年3月,他的智能大腦因心臟不好而停止供血——疾病奪走了維納的生命。我不知道人類還需要多少青少年有另壹個像他壹樣的大腦。