第八章

諾伯特·維納

機器、生物、社會,這些在常人看來毫無共同之處的東西,都被維納以他所創立的控製論聯係到了一起。20世紀中葉,科學和社會的發展出現了對這種聯係的需要並為這種需要的實現提供了可能。機器人、自動化、經濟及社會控製均由此而出,控製論的創立開辟了科學史上的新時代。

“控製論之父”諾伯特·維納,1894年生於美國哥倫比亞城,父親是哈佛大學斯拉夫語教授。小維納是遠近聞名的神童。他11歲上大學,18歲獲哈佛博士學位。他通曉10國語言,曾先後做過教授、工程師和新聞記者,是個才華橫溢、豐產多收的科學大師。

科學經過世紀之交危機、革命、振興的痛苦而又亢奮的過程之後,到20世紀中葉便出現了綜合發展的趨勢。這時,科學各領域的獨立發展均已達到碩果累累的相對穩定的階段,到了利用相鄰學科彌補自己在對世界整體性把握上的不足並在相鄰領域為自己學科成果尋找意義的階段。正如維納所說,屆時,“科學的發展史上,可以得到最大收獲的領域是各種已經建立起來的部門之間被人忽視的無人區”。正是維納等人所開始的對從前人類不曾涉足過的科學荒地的開發,才催生出20世紀中後期新興交叉科學群。

由於涉足領域的寬泛和成果範圍的廣博,對維納一生科學思想和事業選擇起過作用的人很多,但其中重要的有4人:他的父親裏奧·維納;英國大數學家、大哲學家羅素;20世紀數學巨人、德國大數學家希爾伯特,以及維納的好朋友、科學夥伴羅森勃呂特。

維納上大學前的所有學業都是在家中在其父親的督導和教育下完成的。父親的廣博學識和嚴謹作風,幫維納為以後學業的進一步發展和才能的進一步施展打下了基礎。這位哈佛教授從兒子一出生的那天起,就承擔起了對兒子的教育職責。早期開發的得法,使維納智力的進步非常迅速。他3歲就開始看書,而且鑽進去就忘記一切。隻要能拿到手的書,他就會無所不讀,連神學書、漢語詞典、出土文物報告他都興趣盎然地翻閱。廣泛地閱讀奠定了維納寬廣的知識結構,開闊了視野,也為他以後多樣性興趣發展及多學科的綜合能力打下了基礎。

從這個角度看,裏奧是個寬容的父親,他使維納逃脫了學校古板教學模式對人的想像力、創造性等天賦的束縛,使他在最易廣泛接受新事物,最能養成良好思維習慣的時候得到了輕鬆、和諧而又極富感染力的環境。

然而,從另一個角度來說,裏奧又是個嚴厲的父親,他對維納管束和引導極有條理,要求也極嚴格,常常為一點兒小事兒就大發雷霆,隨口罵出“蠢驢”、笨蛋”、“畜生”之類的粗話。致使40年後維納回憶當時的情景仍然心有餘悸。但是,裏奧對維納的管束絕不是毫無道理的,他懂得如何為兒子培養出出類拔萃的素質。

寬容和嚴厲並重的督導原則最大限度地開發了維納的智力。他不滿7歲的時候就已經學完了初等數學到解析幾何的全部中學數學教材。學了物理、化學,學了法文、德文、拉丁文。閱讀了從達爾文進化論到精神病學,從凡爾納科學幻想小說到18、19世紀世界文學名著等等許多人一生都讀不完的書。這是他成年後超群智慧之泉的源頭。

除了早期教育之外,裏奧所做的影響維納一生的決斷是讓兒子的大學就讀於塔夫茨學院。這是哈佛附近的一所小型理工學院。為什麼放著堂堂哈佛不讀卻選擇了這樣一所小型學院呢?裏奧不想讓哈佛緊張的考試摧毀了兒子的健康心態,也不想讓一個11歲入大學的孩子引起哈佛的轟動。他要讓兒子專心學習數學。可是數學卻拴不住小維納的心。他的興趣一轉再轉,飄浮不定。這雖然違背了裏奧的初衷,但也確實是父親為他安排的這個氣氛相對寬鬆、自由的小學院成了維納原本豐富多彩的知識結構和思維優勢得以進一步生長的肥沃土壤。

進入大學之後,維納的興趣就沒穩定過。第一年,他對物理和化學產生了旺盛的熱情,常常自己偷偷溜進實驗室去做化學實驗或去進行電學的課外冒險,且常常自己構思出一個實驗,再想辦法去實施。這時,還不知自謙的小維納對同學們稱讚他從數學神童變成了工程學神童很得意。當然,由於他數學起點高,本專業課程也根本不在話下。

第二年,維納的興趣又從工程學轉向了哲學。他為斯賓諾莎對倫理學的精確見解和萊布尼茲的多才多藝所傾倒。他貪婪地閱讀大部頭的哲學書籍,從中吸收智慧的營養。哲學,這些人類精神的精華,使他的小腦袋更豐富,更深刻,也更想入非非了。正是這種深厚的哲學基礎,使他後來能深刻領會羅素思想底蘊,受到獲益終生的啟蒙。

第三年,他的興趣又轉向了生物學。這一次他似乎真的鑽進去了,他認定自己應該成為一個生物學家。他常常偷偷跟著生物係的學生外出采集標本,自己博取生物係實驗室看門老頭的好感和信任,以便經常溜進去看人家做實驗,要不是後來闖了一次禍,他這種小灶也許一直可以開到畢業。

一次,他企圖自己做一次解剖實驗。便約了兩個同學,從那位善良的看門人手中要來了一隻豚鼠,溜到實驗室中解剖起來。但由於他們行動遠沒有思想跑得快,顯得手忙腳亂,結果不但忘了用麻藥,結紮動脈時也沒有正確地將動脈與連在一起的靜脈及神經分開,致使手術還沒有做完,那頭可憐的豚鼠就活活疼死了。這下闖了大禍,生物係的教授金斯氣衝衝地闖了進來,大發雷霆。因為在那裏,如此不人道的活體解剖是犯法的,很可能使實驗室被取消解剖權。

這件事情發生後,維納受到了多方的衝擊,不得不把神蕩不已的心再重新收回數學上來。直至18歲那年以一篇有關數理邏輯的論文在哈佛大學取得博士學位。

拿到博士學位後,維納來到英國的劍橋深造。在這裏,他所師從的是他的第一個啟蒙導師、大哲學家、大數學家羅素。脫離父親的直接管束及劍橋清新的學術氛圍,使維納感到心清氣爽,神采飛揚。富有英國貴族氣派的羅素的非凡氣度、聰慧頭腦、傑出思想,以及優雅流暢的語言陳述,都使維納如癡如醉地歎服。第一次與第一流學者探討交流,又使他倍感莊嚴和神聖。可是沒多久,羅素便憑他敏銳的洞察力,發現了維納不是那種專心於數學而不渝的人。於是,羅素因材施教,對他進行哲學啟蒙。在羅素的啟發下,維納把以前零散的哲學知識變成了思維工具,懂得了建立學科間關係的意義。這裏所得的教益,是維納最終選擇交叉學科作為研究方向的最早萌芽。

一年後,由於羅素外出講學,維納轉投到德國哥廷根大學希爾伯特門下。希爾伯特是人類有史以來所出現過的最偉大的數學神才,幾乎可以說是世界上惟一一個真正通曉一切現代數學領域的數學家。來到哥廷根大學後,希爾伯特思想之深刻,視野之廣闊,知識之淵博,簡直使維納為之震驚。把數學作為一種打開自然之謎的工具和技術,這與當時把數學作為純粹形式係統不同的深邃見解影響了維納,使他能最後以數學統一物理、工程、神經生理等領域。隻有在這裏,他才真正讀懂了數學,愛上了數學。原來,數學與他那萬花筒般的幻想世界是一致的。

創立控製論,這是一項需要有廣博知識、敏銳洞察力,並且在科學、哲學、技術各部門有濃厚功底的工作。非維納這類人才所不能為。所幸的是恰好在社會需要這個人物之前,出現了裏奧、羅素、希爾伯特、塔夫茨等人。這是維納的幸運,也是曆史的幸運。

對維納的工作起直接刺激作用的是兩次世界大戰。

一戰爆發後,維納充軍報國。作為數學家他在阿伯丁兵器實驗廠參加編製高炮射程表的工作。由於這時飛機速度已很快,射程表編製程序繁難冗雜。維納應用其數學理論出色地完成了很多工作。這裏他第一次接觸防空火炮係統,第一次感到高速計算的重要性,也是他第一次出色地以數學理論解決物理學問題。

戰後,他選擇了把數學和物理學結合在一起的工作,這是真正能發揮其蓄存已久的優勢的工作。他四麵出擊,幾乎到處成功。他拋棄了那種從純形式體係研究數學的理論傲慢,認為“一個有用的數學家必須是改變現實的有力因素”。在數學和物理結合的道路上取得初步成功後,他開拓了數學與工程技術及其他學科結合的新路子並且依然是捷報頻傳。為此,1933年,39歲的維納被選為美國科學院院士。

幾年後,新的世界大戰又一次席卷了歐洲。作為盟國,美國也參與了戰爭。維納參加了防空火炮裝置的設計工作。由於德國占有空中優勢,盟軍處於守勢,防禦成了大問題。

這時的飛機飛得更快了,已經與追打它的炮彈的速度相差無幾。火炮不能直瞄飛機,必須給出提前量——打飛機下一時刻可能到的位置——讓炮彈與飛機同時到達空間的某一點。這時,人的眼力、心力和體力已跟不上飛機速度方向的變換,提高命中率的出路隻能在機器了。然而,飛機在空中三維空間,加速、減速、拔高、俯衝、轉向、翻滾自由度很大,機器如何判斷飛機下一時刻的動作呢?

維納苦思冥索。自動火炮瞄準飛機,就像獵手瞄準飛鳥一樣,自動火炮與獵手的共同之處是什麼呢?最後維納終於找到了信息和反饋這兩個關鍵因素。人和機器的控製都是根據信息調整動作,發布命令指揮動作的目的性過程。目的性的實驗全仰仗於根據信息對行為的負反饋。

有了這個想法,他便去請教他的老朋友羅森勃呂特,這個生理學家恰到好處地領會了維納的意圖,並為他提供了可以說明人的目的性行為也是靠負反饋來完成的病例。於是,他們便開始合作探討如何模擬人的生理功能以實現火炮自動化的問題了。

這是一個靠一兩個人、一兩個領域的知識所無力解決的複雜問題,需要諸如工程學、心理學、物理學、神經生物學、計算機科學等多學科的合作。維納召集和主持了這種合作。於是,一次再次的國際性跨學科學術討論會,一次再次地聚攏著不同學科科學家的心,一次再次地爆出令人振奮的合作成果——一個嶄新的科學領域就這樣開辟出來了。