走神的怪人教授

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  在麻省理工学院的研究所,诺伯特·维纳教授在控制理论和信号处理方面做出了开创性的工作。
  
  早在1933年,他就赢得了声誉卓著的为数学领域设立的博谢奖(Bocher Prize),1963年,他赢得了美国国家科学奖章,他就是诺伯特·维纳(Norbert Wiener),麻省理工学院最为引人注目的教授之一。这位之前的天才儿童在11岁进了塔夫茨大学之后就一直制造着头条新闻,而他在1948年出版的《控制论》更是引起一场公众的狂热。单就字面意思而言,他也是够“引人注目”的,因为他每天花几个小时漫步,穿过学院的走廊,出现在他同事门口,倍有精神地叫一声:“有什么新东西吗?”并且只要哪个专题研究触动了他的奇想神经,就突然投入进去,还把他标志性的雪茄的烟灰弹入离他最近黑板的粉笔槽内。
  维纳1894年在美国密苏里州出生,他在家中接受教育,直到7岁。当他以类似低龄四年级生的身份进入剑桥的皮博迪学校的时候,在算术上表现出惊人的笨拙,所以他在哈佛大学教授斯拉夫语的父亲再次把他拽出了校门,确信他会发现代数的抽象概念更为轻松。然而,他父亲的教育方法正好不像是教育。无论何时,年轻的诺伯特犯了一个错误,“儒雅慈爱的父亲立刻换成了报血仇的人。”维纳事后在一部揭示了他与忧郁症搏斗终其一生的自传中这样写道。但是如果说他父亲的方法近乎虐待,这些方法也算是取得了效果:当维纳在9岁返回学校的时候,已经相当于一个高中二年级生。
  “从这一点上说,仅仅就是偷懒。”维纳在1948年告诉一个采访记者,“因为我知道专研数学比专研其他的科目省事。”的确,正是在数学科目上,他在塔夫茨拿到学士学位并从哈佛获得哲学博士学位,这两个学位是他先后在14岁和18岁取得的。之后的几年是游历的日子,在这期间他教书,在企业工作,甚至为《波士顿先驱报》撰写特写。1919年,他来到了麻省理工学院,接下来的45年他都呆在这里(最后4年是作为学院的一个荣誉退休教授)。
  20世纪20年代早期,维纳对布朗运动产生了兴趣。布朗运动是悬浮在流体表面的一个小颗粒在周围分子振动的撞击下散乱游动的倾向。布朗运动是所谓的随机过程——其后果完全无迹可循——的范式。维纳设计了第一个数学描述使得它可以被概率性地量化:你不能预测一粒在培养皿中四处转悠的粒子最终会出现在何处,但是你可以计算出在一段给定的时间之后,它最终处于培养皿某个区域的可能性。
  维纳的概率性描述,以维纳测度为人所知,可以应用到比培养皿中的微粒和灰尘更多的地方。它一直被用来描述干扰无线电信号的电磁噪音的特性、量子微粒的行为、股票市场的涨落。“它是随机模型和随机控制的一块根本的基石。”桑乔伊·米特尔(sanjoy Mitter)说,他是麻省理工学院信息与决策系统实验室的一位教授。就拿用于评估股票期权的布莱克一斯科尔斯公式(Black-Scholes equation)来说吧。“没有维纳测度,就没有布莱克一斯科尔斯。”米特尔说,“这可能有点轻微的夸张,但也八九不离十了。”
  在第二次世界大战期间,维纳收到一个政府的项目,帮助建立一个通过预测空中目标的位置以改善高射炮的精准度的系统。他把一个目标的飞行路径想象成一系列的离散化测算,每个与紧接在它前面的那个相关联,并且,在较轻一点的程度上,与在它更前面的那个相关联,以此类推。这样一来,先前的测算就给未来的测算提供了线索;这个窍门决定了在计算接下来的一个位置上要给每个位置多大的权重。与两个离散时间的测算之间的关联同样类型的关联也可以被用于从一个信号中滤去噪音,并且,维纳在战时的工作与安德雷·柯尔莫哥洛夫(Andrey Kolmogorov)同一时间进行,但是相互独立,这确确实实地开启了统计过滤的领域。今天,统计过滤在无线传输、计算机视觉和车载导航方面发挥着作用,而这只是它各种应用中的几种。辨认出同样的统计技术适用于控制的问题(预测—个系统怎样对控制信号做出反应)和通信技术(从环境的噪音中抽取一个信号)正是控制论最基本的洞察力。“不过老实说,我不觉得维纳真的已经搞出了这个。”米尔特说,他补充说,自己近10~15年中大量的研究就集中在把维纳勾画出的联系变得更加严密。
  控制论试图统一生物学和机电系统方面的研究——从电话网一直到神经系统的每件事物——借助反馈、通信和控制的共同原则。虽然维纳的书在出版的时候引起了一阵轰动,控制论从来没有在美国真正地风行过(不过,控制论的学科院系在几个东欧国家真的出现了,其中的一些坚持到了现在)。
  尽管维纳的书并未包含着什么在重要性上可以与他早期的工作相抗衡的新的数学,它确实做到了给出一个宏大的、融会贯通的视野,而这一点最终启发了很多年轻的科学家。他的新词——“控制论”来自希腊语,原来的意思是“舵手”——随着大量出现的以“cyber”(电脑的,网络的)为前缀的词留存至今。实际上,维纳积极参与了开发第一个电力控制的假肢,而这给科幻小说留下了“电子人”的观念。
  “控制论一个重要的贡献是将工程学原则介绍给了生命科学领域的人们。”41届的罗伯特·法诺(RobertFano)说,他是47届的理学博士,同时也是电子工程学与计算机科学的一位荣誉退休教授。法诺说,正是在控制论工作小组的庇护下,维纳说服了杰罗姆·威斯纳(Jerome Wiesner)——71届的理学院的校长,电子学研究实验室的主任,把沃伦·斯特吉斯(WarrenSturgis)、沃尔特·皮茨(Walter Pitb),和47届的杰罗姆’列特文(Jerome Lettvin)(于今年4月去世)带到了麻省理工学院,这三人对我们今天所称的认知科学全都贡献重大。
  法诺认为关于维纳的心不在焉的著名逸事中有一些是真实的:他向警方报告说自己的轿车被盗,结果发现他把车开去了普罗维登斯,跟人做了一次对话,之后是搭火车回来的。在麻省理工学院门口他问和他交谈的人,在他停下来聊天时他是冲着哪边去的,对方告诉他,他回答说,“好极了!这说明我已经吃过午饭了。”
  麻省理工学院博物馆的学院成立150周年庆典的网站也引发了大一批关于维纳的回忆。56届的杰。鲍尔(JayBall),同时也是61届的理科硕士,回忆了和一个中国朋友坐在一家剑桥的咖啡店,邀请维纳加入他们一桌的情形。维纳用流利的普通话和那个朋友交谈,然而那个朋友碰巧只会广东话。鉴于此,维纳仅仅是切换成了方言。“我父亲可以流利地说17种语言。”他告诉他们,“但是我是个傻瓜,我只能说12种。”
  与此同时,几个校友回忆起在漫游于走廊之际,维纳总是非常特别地让一只手保持着与墙面的接触。可能的解释有很多,但是至少有一回,维纳引用了这个数学定理来解释——个开放的迷宫总能走通,只要沿着一面墙或者另一面。只要他把他的手贴在墙壁上,他知道他总会找到回到2号楼的路。
  1964年,维纳和麻省理工学院16届的万尼瓦尔·布什(vannevar Bush)去白宫,接受了有史以来第一次颁发的美国国家科学奖章,两个月后,维纳去世。在麻省理工学院的今天的学区内,像法诺这样在他巅峰之时与维纳一起工作过的人屈指可数,但是只要这个学院依旧是那些教授的家园,那些无法在学生面前藏匿其古怪行径,那些漫步于无尽回廊时看起来有些邋遢,那些甚至于如此沉迷于其理论沉思中以至忘了擦拭他们的眼镜的诺伯特·维纳们就依然是这里的守护神。
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