1944年夏天,美国阿伯丁火车站的站台上,一位身穿军装的中尉正在等车。
他叫赫尔曼·戈德斯坦,当时正在参与美军的弹道计算项目。
两人闲聊了几句,戈德斯坦提到他们正在研制一台叫ENIAC的电子计算机,用来计算火炮弹道。
那个男人听完眼睛一亮,当场就问能不能去看看这台机器。
戈德斯坦后来回忆说,他当时并不知道对方是谁,只觉得这个人问的问题特别专业,每一句都问到点子上。
等他后来搞清楚对方身份的时候,整个人都惊呆了。
这个在火车站偶遇的男人,就是约翰·冯·诺依曼。
今天几乎所有人都在用他设计的计算机架构,手机、电脑、服务器,没有一个例外。
1903年12月28日,冯·诺依曼出生在匈牙利布达佩斯一个富裕的犹太家庭。
他的父亲是当地有名的银行家,家里条件很好,给他请了各个学科的私人教师。
这个孩子从小就展现出吓人的天赋。
6岁那年,他就能心算八位数的除法,还能用古希腊语和父亲开玩笑。
8岁的时候,他已经自学完了微积分。
家里来客人的时候,大人们经常拿电话簿考他,随便翻一页让他看几秒钟,他就能把那一页的人名、电话号码全背下来,一字不差。
10岁那年,他通读了48卷的世界通史,还能跟大人分析各个历史战役的军事策略。
他读中学的时候,数学老师发现按正常进度教他完全是浪费时间,就给布达佩斯大学的教授写信,让专业数学家来给他单独上课。
15岁那年,他跟着当时匈牙利最有名的数学家赛格学高等微积分,第一次见面结束后,赛格回到家跟妻子说,这个孩子的天赋让他震惊。
那个年代的布达佩斯教育系统出了一大批天才,后来拿诺贝尔奖的物理学家维格纳,就是冯·诺依曼的中学同学,比他高一年级。
1921年,18岁的冯·诺依曼进入布达佩斯大学读数学。
但他没有老老实实待在学校上课,而是同时在三所顶尖大学注册。
他在布达佩斯大学挂着数学的学籍,大部分时间却跑到柏林大学听课,假期还去苏黎世联邦理工学化学工程。
他父亲觉得纯数学不赚钱,坚持让他学个实用的专业,他就两边都不耽误。
别人花四五年才能拿到一个学位,他用同样的时间拿了三个。
1925年,他拿到苏黎世联邦理工的化学工程学位。1926年,22岁的他拿到了布达佩斯大学的数学博士学位。
毕业之后他去了德国哥廷根大学,跟着当时数学界的泰斗希尔伯特做研究。
在那里,他把量子力学整个用数学语言重新写了一遍,29岁那年出版了《量子力学的数学基础》,这本书到今天还是物理专业的经典教材。
1930年,普林斯顿大学向他发出邀请,他收拾行李去了美国。
三年后,普林斯顿高等研究院成立,他成为最初的六位终身教授之一,当时他还不到30岁,是院里最年轻的教授。
另外五位教授里,就包括爱因斯坦。
第二次世界大战爆发之后,冯·诺依曼的人生轨迹彻底转向了应用科学。
他先是帮英国军方研究炮弹冲击波和炸药的问题,后来被奥本海默邀请,加入了曼哈顿计划,去了洛斯阿拉莫斯实验室。
那个实验室里聚集了全世界最聪明的一批物理学家,个个心高气傲,谁也不服谁,项目推进得很费劲。
冯·诺依曼去了之后,不参与争论,也不站队,只做一件事,就是把那些看起来根本算不出来的难题,拆成一个一个能解的小方程,再分给合适的人去做。
原子弹研制最关键的难题是内爆设计,怎么让炸药均匀地压缩核材料,触发链式反应。
这个问题涉及极其复杂的流体动力学计算,当时的机械计算器算得特别慢,根本赶不上进度。
冯·诺依曼心算的速度比机器还快,经常是计算器还在嗡嗡转,他已经把答案报出来了。
实验室的人给他起了个外号,叫人肉超级计算机。
也是在这个时期,他和数学家乌拉姆一起发明了蒙特卡洛方法,用随机抽样的方式来计算中子扩散的问题。这个方法后来成了核物理、金融工程、天气预报等无数领域的基础工具。
就是在算弹道的过程中,冯·诺依曼意识到,当时的计算机效率太低了,每换一个任务就要重新接线,太麻烦。
1944年那次火车站偶遇之后,他正式加入了ENIAC项目的后续研发。
1945年,他一个人写了一份101页的报告,叫《关于离散变量自动电子计算机的草案》,后人简称EDVAC报告。
这份报告里提出了一个革命性的想法,就是把程序和数据存在同一个存储器里,机器自己读取指令来运行,不用每次都手动改线路。
他还把计算机拆成了五个部分,运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备,并且建议用二进制而不是十进制来做运算。
这就是后来大名鼎鼎的冯·诺依曼架构。从那以后,所有的通用计算机都是按照这个框架造的。
七十多年过去了,电脑更新了一代又一代,手机性能翻了上万倍,但底层的基本架构还是他当年画的那张图。
后来他在普林斯顿高等研究院主导造了一台叫IAS的计算机,1952年完工,这台机器成了后来IBM第一代商用计算机的原型。
此外,他还是人工智能领域最早的开拓者之一。
早在1948年,计算机还没几个人见过的时候,他就在加州理工的一个研讨会上做了一场演讲,题目叫《自动机的一般和逻辑理论》。
他在里面提出了自我复制自动机的概念,还讨论了元胞自动机怎么从简单规则演化出复杂系统。
这些想法,比后来的人工智能研究早了好几十年。
他晚年一直在写一本书,叫《计算机与人脑》,想把生物的神经系统和计算机的运算系统放在一起比较。
他甚至估算出了人脑每秒的信息处理速度,大概是10的16次方次运算,这个数字到今天还被神经科学领域引用。
可惜这本书没写完,他就病倒了。
1957年2月8日,冯·诺依曼在沃尔特·里德医院去世,年仅53岁。
他去世之后,未完成的手稿在1958年出版,书的最后部分讨论的是神经网络的自主学习问题,正是今天大语言模型研究的核心方向。
冯·诺依曼去世已经快70年了,但我们今天的生活依然处处都是他留下的痕迹。
你手里刷视频的手机,公司里跑数据的服务器,经济学家用的博弈模型,甚至现在火遍全球的人工智能,追根溯源,都能回到这个匈牙利神童当年写下的那些公式和草图。
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