来源|David 小咸鱼/新智元约翰·冯·诺依曼是20世纪最具影响力的人物之一。从原子弹到计算机，再到量子力学和气候变化，你可能很难找到对我们今天的世界和生活有更大影响的科学家。
在20世纪的天才中，有几个杰出的人物：爱因斯坦、图灵和霍金。毫无疑问，冯·尽管很多人不知道他是谁，但诺依曼也属于其中之一。
约翰·冯·诺依曼是20世纪最具影响力的人物之一。他可能比过去150年的任何伟大想法都更直接地影响你的生活，他的研究涉及到从量子力学到气候科学的一切。
冯·诺依曼最大的贡献是现代计算机。他采用了图灵奠定的优秀理论框架，并实际提出了几乎所有数字计算机的动力架构：冯·诺依曼结构。
更有争议的是，冯·诺依曼在第二次世界大战期间为曼哈顿计划做出了重大贡献，包括改进原子弹本身的设计和对其功能至关重要的机制。
与曼哈顿计划的其他一些老兵不同，冯·诺依曼从未对自己在计划中的角色表示遗憾，甚至在冷战期间推动了他「同归于尽」的政策。
至少，约翰·冯·诺依曼是一个复杂的人物，但他在20世纪几乎无与伦比。可以说，他对现代世界的责任比同时代的任何人都大。
神童降世
约翰·冯·1903年12月28日，诺依曼出生在匈牙利首都布达佩斯。·诺依曼的父亲是银行家，母亲是奥匈贵族的女儿，父母富有而受人尊敬。
1913年，奥匈帝国皇帝弗朗茨·约瑟夫授予冯·诺依曼父亲的贵族地位给了这个家庭一个世袭的头衔「马吉塔」，现在是罗马尼亚马吉塔。
这个头衔纯粹是尊称，因为这个家庭和这个地方没有联系，但这是冯·诺依曼一生都会坚持。
年轻的冯·诺依曼被认为是同龄人中真正的神童，尤其是数学。人们认为他有摄影记忆，这帮助他从很小的时候就吸收了很多知识。
冯·11岁时，诺伊曼与表妹在一起 Katalin Alcsuti在一起
六岁时，他开始在脑海中除去两个八位数，八岁时，他已经掌握了微积分。
他的父亲认为，他所有的孩子都需要说除母语匈牙利语以外的欧洲主要语言，所以冯·诺依曼学习英语、法语、意大利语和德语。
小时候，他对历史也很感兴趣，读过德国历史学家威廉·《通史》是昂肯的46卷。
威廉，德国历史学家·昂肯
在老师的鼓励下，冯·诺依曼在学习上取得了优异的成绩，但他的父亲不相信数学家的职业会带来经济效益。
相反，冯·诺依曼与父亲达成共识，同意冯·17岁时，诺依曼去柏林学习，后来在苏黎世学习。
化学似乎是冯·诺依曼的几个不感兴趣的领域之一，尽管他确实获得了苏黎世化学工程文凭和数学博士学位。
早期的职业生涯
约翰·冯·诺依曼很早就发表了一篇论文。自20岁以来，他写了一篇定义序数的论文，这仍然是我们今天使用的定义。他写了一篇关于集合论的博士论文，并在生活中为该领域做出了一些贡献。
到1927年，冯·诺依曼发表了12篇著名的数学论文。到1929年，他出版了32部作品，以每月一篇学术论文的速度写了许多重要的作品。
1928年，他成为柏林大学的一名私人教师，也是柏林大学历史上获得该职位最年轻的人。这个职位使他能够在大学里讲课，直到1929年他成为汉堡大学的一名私人教师。
冯·1929年父亲去世后，诺依曼皈依了天主教。1930年元旦，约翰·冯·玛丽埃塔·1935年，科维西结婚并生下了他唯一的孩子玛丽娜。
虽然冯·诺依曼似乎注定要在德国科学院从事一个有前途的职业，但1929年10月，他在新泽西州普林斯顿大学获得了一个职位，最终接受了这个职位，并于1930年和妻子一起去了美国。
移民美国
到1933年，约翰·冯·诺依曼成为普林斯顿高等研究所新成立的前六名数学教授之一，他将在这个职位上度过余生。
当他搬到新泽西时，冯就像他以前的许多美国移民一样·诺依曼英语化了他的匈牙利名字(玛吉塔伊·诺依曼·亚诺斯变成了约翰·冯·使用德国世袭尊称的诺依曼)。
1937年，他与妻子离婚，第二年冯·诺依曼再婚，这次是和克拉拉拉·在第二次世界大战前最后一次访问匈牙利时，丹在布达佩斯第一次见到克拉拉·丹。
1937年，冯·诺依曼成为美国公民，1939年，他的母亲、兄弟姐妹和姻亲也移民到美国(父亲早些时候去世)。
战争年代与「曼哈顿计划」
约翰·冯·诺依曼对历史最重要的贡献之一是他在第二次世界大战期间对曼哈顿计划的研究。
一如既往，冯·如何模拟爆炸的影响是诺依曼无法解决数学挑战的难题之一。
冯·诺依曼在20世纪30年代致力于这些问题的研究，并成为该领域的专家。如果他有专业知识，他应该研究聚能装药（Shaped Charges，聚能装药是用来控制和引导爆炸能量的数学问题。
这使他与美国军方进行了相当多的定期磋商，尤其是美国海军。当曼哈顿计划在20世纪40年代初开始工作时，冯·诺依曼因其专业知识而被招募。
1943年，冯·诺依曼对曼哈顿的计划产生了最大、最持久的影响。
曼哈顿计划成员
当时，设计原子弹的洛斯阿拉莫斯实验室发现，工作炸弹设计与工作炸弹设计不兼容。
塞斯实验室的物理学家·尼德迈尔一直在研究一种有希望的独立内爆炸弹设计，但许多人认为它是不可行的。
动画核弹内爆机制
要引爆核爆炸，需要在炸弹的反应中引起失控的裂变链反应。链反应的速度是指数级的，因此控制爆炸的时间足够长，使足够的裂变材料进行所需的反应是一个重大挑战。
内爆炸弹需要更复杂的控制来反应，但它不需要像洛斯阿拉莫斯开发的枪炸弹设计那样花费那么多材料。
内爆装置使用一系列受控的常规爆炸来压缩其核心裂变反应物。
在这种压力下，裂变材料通过内部爆炸力迅速开始核裂变链反应，并允许更多的裂变材料释放能量。
控制这些爆炸以产生准确的内爆力来产生预期反应是一个巨大的挑战，冯·诺依曼以极大的热情接受了它。
他认为，使用较少的球形材料和适当的内爆压缩可以产生更有效的爆炸，并尽可能多地使用现有的裂变材料。
他通常是少数提倡内爆方法的人之一，最终计算出一个数学公式，表明如果内爆能以至少95%的精度保持球形几何形状，就可以实现这种方法。
冯·诺依曼还计算出，如果爆炸在目标上方引爆，而不是在击中地面时引爆，爆炸的有效性提高。
这大大增加了原子弹的杀伤力，减少了爆炸产生的粉尘量。
之后，冯·诺依曼被选为科学顾问团队的一员，他们就炸弹的可能目标咨询军队。
冯·诺依曼建议将目标定为日本京都，因为京都作为文化之都，其破坏可能足以迫使战争迅速结束。
他不是唯一一个提出这个建议的人，但战争部长亨利·由于有许多历史建筑和重要的宗教圣地，史汀生否决了将目标对准京都的提议，因此最终选择了广岛和长崎。
在1945年7月16日的三位一体试验中，冯·诺依曼在场，当时第一枚原子武器被引爆。广岛和长崎被炸后，日本投降，第二次世界大战结束。
三位一体试验
与曼哈顿计划中同时代的一些人不同，冯·诺依曼似乎没有任何反思的痛苦、遗憾，甚至对他在原子弹方面的工作也没有一丝怀疑。
事实上，冯·诺依曼是核武器的发展和相互保障（MAD）理论上最有力的支持者之一是防止另一场灾难性世界大战的唯一途径。
核武器的「轻量化」思想
和战后早期的许多美国人一样，冯·诺依曼担心美国在核武器发展方面落后于苏联。到上世纪40年代 年代末到50 20世纪初，用战略轰炸机向敌人投掷更多原子弹的概念逐渐被新的火箭技术所取代。
冯·诺依曼认为，导弹是核武器的未来因为他接触过参与苏联武器开发的德国科学家，他知道苏联对这个问题的看法和他一样。
军备竞赛开始了。美国和苏联使氢弹越来越小，可以装入洲际弹道导弹的弹头。·诺依曼积极为美国效力，努力缩小与苏联的联系「导弹差距」。
战后，冯·诺依曼在原子能委员会工作，为政府和军队提供核技术开发和战略建议，被广泛认为是「确保相互毁灭」理论（MAD）设计师，和 MAD 在冷战期间，它确实被政府采纳，成为美国国策。
建造第一台真正的计算机
冯·诺依曼在20世纪30年代初遇到了艾伦·图灵当时在普林斯顿攻读博士学位。1937年，图灵发表了一篇里程碑论文《论可计算》，为现代计算奠定了理论基础。
冯·诺依曼很快认识到了图灵这一发现的重要性，并在30年代推动了计算机科学的发展。在普林斯顿大学，他和图灵围绕人工智能的思想曾进行了长时间的讨论。
冯作为数学家·诺依曼从更抽象的角度研究计算机科学，另一个原因是20世纪30年代没有真正能工作的计算机。
在二战结束后，这种情况很快就改变了。
冯·诺依曼深入参与了第一台可编程电子计算机「ENIAC」的开发，这台计算机能够识别和决定其他数据操作规则集，而不是最初使用的规则集。是冯诺依曼将 ENIAC 修改为作为存储程序机器运行。
后者让使我们今天理解的现代程序成为可能。冯·诺依曼本人编写了几个在 ENIAC 上运行的首批程序，并用这些程序模拟原子能委员会的部分核武器研究。
毫无疑问，冯·诺依曼对计算机科学领域最持久的贡献是在当今运行的每台计算机中使用的两个基本概念：冯·诺依曼体系架构和存储程序概念。
冯·诺依曼架构涉及构成计算机的物理电子电路的组织方式。按照这种方式构建的计算机被称为「冯·诺依曼机」。该架构由算术和逻辑单元 (ALU)、控制单元和临时存储器寄存器组成，它们共同构成了中央处理器 (CPU)。
CPU 连接到内存单元，该内存单元包含将要由CPU处理和操作的所有数据。CPU还连接到输入和输出设备，以根据需要更改数据，并检索运行程序的结果。
自 1945 年冯诺依曼提出这一架构以来，直到今天，它基本上仍是当今大多数通用计算机的运行方式，几乎没有改变。
另一项重大创新与冯·诺依曼架构有关，即存储程序概念，也就是说，被操作或处理的数据，以及描述如何操纵和处理该数据的程序，都存储在计算机的内存中。
这两项相互交织的创新实现了图灵机的理论框架，实际上将它们变成了可以用来计算工资、火炮轨迹、游戏、互联网等几乎所有一切数据的机器。
对其他领域的杰出贡献
除了数学和计算机科学之外，冯·诺依曼一生都对其他几个领域也做出了重大贡献。
在早期的职业生涯中，冯·诺依曼为新兴的量子力学领域做出了重大贡献。
1932年，他和保罗·狄拉克在《量子力学的数学基础》一书中发表了狄拉克-冯·诺依曼公理，这是该领域的第一个完整的数学框架。在这本书中，他还提出了量子逻辑的形式系统，也是同类体系中的首创。
冯·诺依曼还将博弈论确立为一门严谨的数学学科，这无疑影响了他后来关于MAD理论的地缘政治战略工作。
冯·诺依曼的博弈论中包含这样一个观点，即在广泛的博弈类别中，总是有可能找到一个平衡，任何参与者都不应单方面偏离这个平衡。
在生命科学领域，冯·诺依曼对元胞自动机的自我复制进行了彻底的数学分析，主要是构造函数、正在构建的事物以及构造函数构建所讨论事物所遵循的蓝图之间的关系。该分析描述了一种自我复制的机器，它是在40年代设计的，没有使用计算机。
冯·诺依曼的数学造诣也惠及气候科学。1950年，他编写了第一个气候建模程序，并使用 ENIAC 使用数值数据进行了世界上第一个气象预测。
冯·诺依曼预计，全球变暖是人类活动的结果，他在1955年写道：
「工业燃烧煤和石油释放到大气中的二氧化碳，可能已经充分改变了大气的成分，导致全球普遍变暖约1华氏度。」
冯·诺依曼也被认为是第一个描述「技术奇点」的人。冯·诺依曼的朋友斯坦·乌拉姆 (Stan Ulam) 后来描述了与他的一次对话，这次对话在今天听起来非常有先见之明。
斯坦·乌拉姆、理查德·费曼和冯·诺依曼在一起
乌拉姆回忆说：「有一次谈话集中在不断加速的技术进步和人类生活方式的变化上，这让我们看到了人类历史上一些本质上的奇点。一旦超越了这些奇点，我们所熟知的人类事务就将无法继续下去了。」
冯·诺依曼的去世，和他的光辉遗产
1955 年，冯·诺依曼在看医生时发现他的锁骨上长了一块肉，他被诊断患有癌症，但他并没有充分接受这个事实。
众所周知，冯·诺依曼对即将到来的结局感到恐惧。他的一生好友尤金·维格纳 (Eugene Wigner) 写道：
「当冯·诺依曼意识到自己病入膏肓时，他的逻辑迫使他意识到，自己即将不复存在，因此也不再有思想……亲眼目睹这一过程是令人心碎的，所有的希望都消失了，即将到来的命运尽管难以接受，但已经不可避免。」
冯·诺依曼的病情在1956年持续恶化，最终被送进了华盛顿特区的沃尔特里德陆军医疗中心。为防止泄密，军方对他实施了特殊的安全措施。
冯·诺依曼邀请一位天主教神父在他临终前商量，并接受了他的临终仪式安排。不过这位神父本人表示，冯诺依曼看上去似乎并没有从仪式中得到安慰。
1957年2月8日，冯·诺依曼因癌症逝世，享年53岁，他被安葬在新泽西州的普林斯顿公墓。
关于冯·诺依曼的癌症是否与他在「曼哈顿计划」期间遭受辐射有关，人们一直存在争议，但毫无争议的是，人类过早地失去了当代最伟大的科学巨人之一。
冯·诺依曼的助手 P.R. Halmos 在1973年写道：
「人类的英雄有两种：一种和我们所有人一样，但更加相似，另一种显然具有一些「超人」的特质。
我们都可以跑步，我们中的一些人可以在不到4分钟的时间内跑完一英里。但有些事，我们大多数人一辈子都无法做到。冯·诺依曼的伟大贡献是惠及全人类的。在某些时候，我们或多或少都能清晰地思考，但冯·诺依曼的清晰思维始终比我们大多数人高出好几个数量级。」
冯·诺依曼的才华是毋庸置疑的，尽管他留下的遗产，尤其是核武器方面的贡献，比他的朋友和崇拜者愿意承认的要复杂得多。
无论我们最终如何看待冯·诺依曼和他的成就，我们都可以肯定地说，在未来一代人甚至几代人的时间里，都不太可能出现像他一样，对人类历史产生如此重大影响的人了。
原文链接：
https://interestingengineering.com/john-von-neumann-human-the-computer-behind-project-manhattan
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