控制论之父:诺伯特·维纳的故事(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者:管学成,赵骥民

出版社:吉林科学技术出版社

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控制论之父:诺伯特·维纳的故事

控制论之父:诺伯特·维纳的故事试读:

序言

十一届全国人大副委员长、中国科学院前院长、两院院士

放眼21世纪,科学技术将以无法想象的速度迅猛发展,知识经济将全面崛起,国际竞争与合作将出现前所未有的激烈和广泛局面。在严峻的挑战面前,中华民族靠什么屹立于世界民族之林?靠人才,靠德、智、体、能、美全面发展的一代新人。今天的中小学生届时将要肩负起民族强盛的历史使命。为此,我们的知识界、出版界都应责无旁贷地多为他们提供丰富的精神养料。现在,一套大型的向广大青少年传播世界科学技术史知识的科普读物《世界五千年科技故事丛书》出版面世了。

由中国科学院自然科学研究所、清华大学科技史暨古文献研究所、中国中医研究院医史文献研究所和温州师范学院、吉林省科普作家协会的同志们共同撰写的这套丛书,以世界五千年科学技术史为经,以各时代杰出的科技精英的科技创新活动作纬,勾画了世界科技发展的生动图景。作者着力于科学性与可读性相结合,思想性与趣味性相结合,历史性与时代性相结合,通过故事来讲述科学发现的真实历史条件和科学工作的艰苦性。本书中介绍了科学家们独立思考、敢于怀疑、勇于创新、百折不挠、求真务实的科学精神和他们在工作生活中宝贵的协作、友爱、宽容的人文精神。使青少年读者从科学家的故事中感受科学大师们的智慧、科学的思维方法和实验方法,受到有益的思想启迪。从有关人类重大科技活动的故事中,引起对人类社会发展重大问题的密切关注,全面地理解科学,树立正确的科学观,在知识经济时代理智地对待科学、对待社会、对待人生。阅读这套丛书是对课本的很好补充,是进行素质教育的理想读物。

读史使人明智。在历史的长河中,中华民族曾经创造了灿烂的科技文明,明代以前我国的科技一直处于世界领先地位,涌现出张衡、张仲景、祖冲之、僧一行、沈括、郭守敬、李时珍、徐光启、宋应星这样一批具有世界影响的科学家,而在近现代,中国具有世界级影响的科学家并不多,与我们这个有着13亿人口的泱泱大国并不相称,与世界先进科技水平相比较,在总体上我国的科技水平还存在着较大差距。当今世界各国都把科学技术视为推动社会发展的巨大动力,把培养科技创新人才当做提高创新能力的战略方针。我国也不失时机地确立了科技兴国战略,确立了全面实施素质教育,提高全民素质,培养适应21世纪需要的创新人才的战略决策。党的十六大又提出要形成全民学习、终身学习的学习型社会,形成比较完善的科技和文化创新体系。要全面建设小康社会,加快推进社会主义现代化建设,我们需要一代具有创新精神的人才,需要更多更伟大的科学家和工程技术人才。我真诚地希望这套丛书能激发青少年爱祖国、爱科学的热情,树立起献身科技事业的信念,努力拼搏,勇攀高峰,争当新世纪的优秀科技创新人才。

引子

1987年12月11日,纽约联合国总部会议大厅。

第42届联合国大会正在进行,各国代表神情严肃、默默地沉思着。

是啊!人类正面临着空前的危机,这怎能不令人焦虑。根据科学家的观测报告,地球生态圈已进入新的活跃期,太阳黑子开始强烈地活动,世界范围内的地震活动高潮即将到来;1982年和1986年,海水突然升温的厄尔尼诺(El Nino)现象,相继出现在赤道太平洋东部、拉丁美洲西岸附近,引起了世界性的气候灾难;全球二氧化碳剧增造成的“温室效应”,有可能引起海水吞蚀大陆的灾难性现象;人口激增造成了环境的严重破坏;臭氧层变薄和南极上空出现的臭氧层空洞,这将会导致地球上物种的灭绝。

20世纪70年代以来,全世界的各种灾害明显增多,严重地威胁到人类的生存。为此,美国科学院院长普雷斯(F.Press)博士,在1984年第8届世界地震工程会议上提出了“国际减轻自然灾害10年”(英文缩写IDNDR)的设想:第42届联合国大会就以此设想为议题,展开了广泛的讨论。

发言结束,表决的时刻到了。刹那间,铃声大作,所有的表决器都亮起了绿灯,到会代表以169号决议的形式,一致通过了从1990年起开展IDNDR在国际上步调一致的活动,希望通过10年的努力,将自然灾害降低30%。

然而就在这个决议通过后的第二年,被称为“吉尔伯特”的飓风以20千米/时的速度席卷了加勒比七国,牙买加几乎被夷为平地。这一年共发生了74起特大洪水、5次旋风、11次飓风、34起巨大风暴、17次滑坡、17次地震、18起旱灾以及162次重大事故,噩耗频传。以后的几年里灾情也没有得到控制:1989年,美国旧金山发生(里氏)6.9级地震;1990年,伊朗地震,4万多人死于非命;1991年,菲律宾火山爆发、孟加拉发生风暴潮灾、中国发生大面积特大洪涝……面对这些接二连三的灾难,人们不禁要问:大自然怎么了?人类只能束手待毙吗?

不能,当然不能!依靠人类的聪明才智和高速发展的科学技术,人类一定能找到有效的办法抑制灾难,渡过危机。人类现在已经有了一件抵御灾害的法宝——控制论。根据现代控制论,利用诸如电子计算机、遥感卫星等高新技术,人类完全有可能避免灾害的发生;或对灾害进行预测和预报。提前做好治理和防御工作,使损失减少到最低水平。今天,控制论早已不局限于工程自动化控制理论,而是发展成为包含生态控制论、环境控制论、能源控制论、人口控制论、社会控制论、经济控制论等多学科的理论,这些理论可以从不同的方面入手,为IDNDR活动提供理论依据。

其中,生态控制论的研究已经表明:生态系统内部的资源总是有限的,并不像太阳供给的能量那样“取之不尽,用之不竭”。如果采取“竭泽而渔,焚林而猎”这种杀鸡取卵式的野蛮方法掠夺生态资源,大自然必定会施以“报复”,后果将不堪设想。人类正面临着严峻的抉择:在资源问题上是遵守自然的法则,保持生态平衡;还是一意孤行,追求物质享受和人丁兴旺,最后遭到大自然无情的“惩罚”。

利用系统和信息观点及方法分析、设计、规划和控制人工生态系统的结构要素、工艺流程和反馈机制,使之最大限度地符合人类的整体利益和长远利益,是生态控制论的基本任务之一。资源的合理利用与再循环,环境的综合治理和优化,人在新的生态平衡格局下如何适应和协调,是生态控制论研究的重点。发展系统组分间的共生和再生关系,加强物质循环能力,提高生态效益……都是生态控制论研究的目的。

显然,这样的理论为IDNDR活动提供了有力的支持,今天我们看到的“保护我们的生态环境”、“只有一个地球!”“节约每一滴水!”等口号,都是根据这一理论提出的具体措施。

控制论的英文原文为Cybernetics,这是一个在英文字典里查不到的词汇,但却可以在希腊文中找到一个与它发音相似的词χγβεργαω,它的原意为“舵手”。1948年,一位美国人在法国巴黎出版了一本名为《Cybernetics》的书,书中提出了他创立的一门新的科学理论——控制论。这位美国人名叫诺伯特·维纳(Nobert Wiener),他除了借用χγβεργαω的原意外又赋予了它新的意义:关于在动物和机器中控制和通讯的科学。所以中文将它翻译为控制论。控制论一经问世就引起了轰动,因为它打破了自然科学和社会科学之间,以及自然科学各学科之间的某些不可逾越的界限,找到了把各门分支学科统一起来的新的途径、新的综合概念和方法。控制论把充满不定性和关联性的不完备的客观世界,用统一的、综合的科学观点和必要的数学语言进行诠释,揭示诸如信息、通信、系统、控制、反馈、平衡、稳定、因果、有序、有组织等一系列重要概念的内在联系和普遍意义,以整体的观点研究物质世界和非物质世界,即机器或机构和生物或活体以及社会经济现象中发生的动态(运动和变化)过程及其相互关系。控制论的思想方法是唯物的,分析方法是辩证的,它认为信息过程是认识客体的前提,控制过程是改造客体的途径。

正是因为有了控制论,人类实现了工业生产的自动化,完成了拜访月球的“阿波罗登月计划”,并尝试了在太空行走的新感觉……

姹紫嫣红的科学百花园中又盛开了一朵极具生命力的奇葩,它不断地生根、分蘖、开花,呈现出勃勃生机。这株奇葩的培育者,美国著名的数学家、马萨诸塞理工学院(也称麻省理工学院)的教授诺伯特·维纳(Norbert Wiener),也因此被世人赞誉为“控制论之父”。

神童

1894年11月26日,美国哥伦比亚市,密苏里大学的一所公寓里,年轻的现代语言学教授利奥·维纳(Leo Wiener)的家中诞生了一个新的生命。望着襁褓中男婴的粉红色面容,初为人父的利奥·维纳兴奋得有些不能自持,他拥抱着妻子喃喃地说道:“亲爱的,我们该为儿子起个名字了。叫什么好呢?我一定要为他起个不平凡的名字……噢!对了,就叫他诺伯特吧,这是著名诗篇《在阳台上》的一个人物的名字。”

妻子温柔地答道:“好的,这个名字不错,我们就叫他诺伯特·维纳吧!”

利奥·维纳是一位俄裔爱尔兰人,他也是犹太名人阿奎巴·伊戈(Aquiba Eger)的后代。他身材矮小消瘦、动作灵活、思维敏捷,深度近视眼镜遮掩不住他敏锐而聪颖的目光。他从13岁起就自食其力,当时沙皇制定反对犹太法,东正教也对犹太人实行歧视政策,利奥顶着压力艰难地读完中学。中学毕业后,他考进了华沙医学院,不久又转到柏林的工学院,但是由于个人的兴趣和一些社会原因,他放弃了大学课程,中途退学了,并且以后再也没有上过任何大学。

18岁那年,利奥·维纳孤身一人移居美国,到达新奥尔良时,口袋里仅剩下5角钱。在美国,他当过工人、农民、小贩、乡村小学教师和中学教师,他依靠坚韧不拔的毅力刻苦攻读,不断地拓展自己的知识面。最后,他当上了美国最负盛名的哈佛大学的斯拉夫语教授,并成为一名国际知名的语言学家。

像父母期望的那样,小维纳健康地成长起来了。

两岁的时候,母亲成为他最亲密的伙伴和启蒙老师。他们经常坐在房前那散发着清香气息的松软草地上读书。最初时,母亲用温柔的声音为他读吉卜森的《森林之书》,讲《利吉·狄吉·泰维》等故事,后来母亲逐渐教他识字,在母亲的帮助下,他们开始一起读书。3岁半的时候,小维纳已经可以独自阅读了。

书中的世界太有趣、太神奇了,小维纳如饥似渴地读着。他不仅读《格林童话》、《天方夜谭》等儿童们喜爱的故事书,而且还读一些在他那个年龄无法理解的科学读物。但那时,他只是为了读而读,根本没去在意书中说了什么。

一晃儿,小维纳已经4岁了。在过生日的那一天,他收到令他终生难忘的两份礼物——两本书。一本是博物学家伍德写的《博物史》中有关哺乳动物的那一卷。书的印刷质量很差,油墨不均、插图模糊不清,而且内容也不大适合4岁的儿童阅读,但小维纳很喜欢,虽然生字太多,读起来很吃力,可图片很吸引人,小维纳反复翻阅这些图片,直到长大成人,他还经常阅读这本书。另一本书是儿童初级科学读物,书中介绍了行星系统、光的性质等自然科学知识。读着有关行星、卫星、恒星,光的折射、反射,光的合成与分解的内容,小维纳觉得这本书就像魔术师的箱子,里面藏着解谜的钥匙,他真希望自己也能有这样的知识,可以揭开大自然那神秘的面纱。

一年初夏,9岁的表姐奥尔加随祖母来家里做客,看见有一个能和自己一同玩耍的伙伴,小维纳可高兴呢。奥尔加大维纳4岁,是一位口齿非常伶俐的小姑娘。

一日,奥尔加与维纳玩时发生了激烈的争执。“不!维纳,你不能这样做。这样做上帝会惩罚你的。”“什么上帝,我看是你不高兴我这么做。”

奥尔加生气了,她涨红了脸,大声嚷嚷起来:“上帝是无所不在、无所不知的,他绝不会赞成你这种行为,快住手!”

也许是小维纳较常人更早地接触到自然科学的缘故,他早已不再相信那种“靠神、靠上帝能解决一切事情”的说法。所以他立即声明:“我不相信上帝!根本没有上帝,那不过是人们编出来骗你这样的傻瓜的谎话。”

奥尔加听到这些话脸都吓白了,她顾不上再与维纳吵架,赶紧跑开了。她害怕上帝会因维纳不敬的言语而用霹雳击他们。

小维纳抬头看着天空,那里还是老样子,蓝蓝的天、白白的云,没有闪电和霹雳,什么都没有发生。这下,他更怀疑上帝的存在和作用了。晚饭后,他将自己的想法试探着告诉了父亲,结果发现父亲非但没有责怪他,而且还说了一些赞扬的话。这以后小维纳更不相信神灵了。

维纳夫妇很快发现了儿子具有超常的智力,这使他们在惊喜之余还有一丝忧虑。神童的教育问题历来都有争议,方法不当甚至会弄巧成拙,使其一生都有挫折感而毁了孩子。因此维纳夫妇决定根据儿子的智力发展情况进行超前教育。他们多方努力去寻找一所适合儿子就读的学校,但终因孩子年龄太小而告吹。最后维纳教授决定自己承担起教师的责任,主要教授语言和数学。

这样,父亲成了小维纳第一位正规教师,书房成了他的第一个课堂。

父亲的书房

由于父亲的工作调动,维纳一家在他将近7周岁的时候搬到了美国东部的坎布里奇市。

20世纪初的坎布里奇还是一个具有乡村气息的城镇。这里没有现代化的摩天大厦,没有冒着浓浓黑烟的大工厂。城中的大部分街道都还是土路,一到雨季就会肮脏泥泞,难于行走……

但是,这里却有着大城市绝对没有的广阔原野,它不仅为孩子们提供了嬉戏的场地,同时也为成年人提供了休闲度假的理想场所。每到春天,茸茸的细草地上开满了黄色的蒲公英花,与远方的蓝天、白云遥相呼应;夏天,一团团、一簇簇的金凤花在阳光下向人们露出灿烂的笑脸;秋天,浅蓝色的菊苣花铺天盖地,仿佛要与秋天的金色一争高低;冬天,雪花纷飞,大地银装素裹,一片洁白,给人圣洁神奇的感觉……

然而这一切都不是最重要的,最重要的是这里有着世界上最著名的大学之一——哈佛大学。维纳的父亲就要在此任职。

维纳的新家是在阿冯大街上的一幢略微陈旧、但很舒适的二层小楼。

像以往的家一样,维纳最喜欢的房间仍是父亲的书房。父亲当时在学术界已经小有名气,公开出版了几本书。由于他兴趣广泛、知识渊博,再加上他那从未减弱过的好奇心和求知欲,使得他的藏书五花八门、包罗万象。在书房及藏书室里,一排排大书架上分门别类地摆满了小说、诗歌、语言学著作、汉语词典、不常见的外来语法书、特洛伊和蒂恩斯的出土文物报告、科普丛书、博物学史、精神病学、电气实验论文……甚至还有欺骗人的神学书籍。维纳就像一条刚刚孵化出来的小鱼,在这片神秘的知识海洋中好奇地游弋着、吸吮着。

已有几年读书经历的维纳,几乎达到无所不读的程度。他早就不满足读梅恩·里德写的那些故事性较强的书籍,而是贪婪地阅读着他所能拿到的任何一本书,不论它是哪个专业、哪个方面的。对他来说,那些博物学家写的有关在阴暗的雨季森林里发现新奇的鸟、兽、植物的观察报告,远比任何一本童话故事有趣得多。

书真是神奇的东西,每读一本书后都会使维纳张开想象的翅膀,在科学世界里翱翔!

当他读过博物学家的探险报告后,他渴望长大后能当一名博物学家,就像与他同龄的男孩想当警察一样。虽然他当时已经模糊地知道了博物学家和探险家的黄金时代正在消失,留给下一代的只是些拾遗补缺的工作。但是,在很长一段时间里,他仍不肯放弃为这一领域献身的梦想。

读过几本关于动物学和植物学方面的书后,书中那结构复杂的有关生长及组织分布的图解,以及书中叙述的有关发现的过程,又激起了他莫大的兴趣。他开始注意周围一切与此有关的资料。他还经常到离家不远的阿加西斯博物馆考察。甚至对有关展品的介绍说明到了倒背如流的地步。一篇由专业生理学家写的,描述神经脉冲沿着神经纤维传递过程的文章,又激起了他设计类似有生命力的机器人的愿望,这种愿望萦绕在他脑海中几十年,也许这就是他后来创立控制论学说的最初动力。

初冬的一天,父亲从哈佛图书馆借回一本专门研究光学和电学的专业书。这本书里有一条电视原理深深地吸引了维纳,尽管这一原理由于磁光电管的不完善,在电视诞生之前就被淘汰掉了,但它还是激起了维纳的好奇心,这种好奇心促使他进一步阅读物理和化学方面的专业书籍,并开始自己动手做一些简单的实验。父亲不动声色地支持着他,还找来一位大学生在幼儿室里建一个小小的实验室,有烧杯、试管、酒精灯、镁、钠、硫黄……虽然设备简陋、化学药品极少,但是维纳在这里掌握了利用金属碎片和硫黄加热后制成硫化物,然后让硫化物受到醋一类物质的酸性作用,生成硫化氢的方法。维纳在那浓烈刺鼻的气味中得到了极大的满足。

在读书方面维纳表现得太“贪婪”,父亲大量的藏书似乎还不够他读,他又把目光转向了邻居。在离维纳家不远的地方,住着博歇教授,他是一位著名的数学家。博歇教授有两个与维纳年龄相仿的孩子,经常与维纳一起玩,所以维纳可以自由地出入他们的家,经常阅读他们家的藏书。再稍远的地方住着生理化学家奥托·福林教授,他的妻子是维纳母亲的朋友,这样,维纳便很容易地把奥托先生的书籍也归入到父亲书房的流动部分。

然而,随着维纳知识的增加,烦恼也悄悄地向他袭来,他的视力出现了持续衰退的现象。“诺伯特,把头抬得高一些,离书太近了!”妈妈在旁边不时地提醒着。“是的,妈妈。可是这样才看得清楚。”维纳小声嘀咕着。

作为8岁的孩子,维纳还不可能意识到自己的视力问题,像所有的孩子那样,他以自己的视觉情况作为视觉的准则,认为自己看不清的东西,别人也一样看不清楚,反倒觉得妈妈太多事,总打扰他读书。

父母很快就发现了问题,他们带维纳去医院看病,并配了一副近视眼镜,可这无济于事,维纳的视力还在迅速地减退。最后,医生不得不严格规定维纳在6个月内不许看书,6个月后看看视力情况,再考虑能否恢复读书的问题。“噢!妈妈,我怎么办?我既不想放弃读书,也不想失去光明……”维纳哭叫起来。“宝贝,安静些!情况会好的。在这期间我们可以做些别的事情,爸爸、妈妈也会读书给你听的……”妈妈抚摸着他的头,安慰着他。

在父母严密的监视下,维纳在这段时间内没有看过一页书,但这并没有影响他汲取知识的愿望,父母经常给他读他想读的书,父亲还与他在一起不用纸和笔,仅凭记忆推导数学公式,这种训练使他得到了良好的记忆力,并受益终身。

漫长的6个月终于过去了,维纳的视力也稳定下来,经医生允许,他又可以尽情地读书了,只是又重又厚的眼镜从此成了他生活的一部分。

严师慈父

父亲给人的感觉总是忙忙碌碌的。为了能使家里过上较富裕的日子,他除了在哈佛大学教书、搞学术研究外,还在哈佛图书馆谋得一份工作。回到家里还得为履行与出版商的合约做大量的文字工作。似乎他在家的标志就是打字机的“嗒嗒”声。然而,即便是在这种情况下,他还是决定自己承担起儿子的教育任务。

早在维纳四五岁的时候,他就发现了儿子的超常智力,他为儿子每一次取得的进步感到惊奇、兴奋,同时还隐约地感到担心。通常人们对神童的成就总持有怀疑态度,觉得他们终有一天会江郎才尽,会变成普通人,甚至还不如普通人……他决不允许儿子的超常智力被浪费掉,他必须尽快地行动起来。

起初他只是试探性地教维纳一些德语和数学知识,但很快他就发现儿子接受这些知识并不困难,这样,原本是试探性的临时做法成为了一项固定的教育计划。在这项计划中,数学和语言(特别是拉丁语和德语)是核心。他的目的十分明确,那就是因材施教,而不是强迫孩子前进。

维纳到了接近上学的年龄,可是他的那种不寻常的读书经历,使得他在学校里很难被安排到合适的班级里。维纳也像所有的神童一样,各方面的能力发展并不平衡。他的阅读能力远远地超出了理解能力和书写能力,许多知识读过之后懵懵懂懂并不太懂,字也写得又笨又难看。他的算术合格,但所用的计算方法不正规,他喜欢走捷径,经常用加十减一的方法来计算加九。他还喜欢掰着手指头算算术,直到老师强迫他改掉为止。经过了父母的一番努力,维纳终于被阿冯大街皮博迪小学三年级接收。

学校的生活令维纳感到新奇。宽大的操场,整齐的桌椅,都给维纳留下了极好的印象,只是望着那些比自己高出一头的同班同学,他有些不知所措。好在老师是位和蔼、博学的人,他喜欢维纳这个幼小聪明的孩子,并能容忍他那由于年龄太小而产生的诸如破坏课堂纪律等行为。

父亲很快就感觉到,三年级的课程内容还是浪费了儿子的智力,所以他多次恳求校方,最终把维纳转到了四年级。

不到7岁的维纳上了小学四年级,他的弱点暴露得比在三年级时更加明显,而四年级的老师又是一位严厉、不肯宽容别人的人,维纳一点儿都不喜欢他。现在维纳的主要问题倒是他过去的强项:算术。他对算术的理解超过了对算术的具体运算,他十分厌烦做运算练习。父亲及时地发现了这一点,并迅速做出了让维纳退学的决定,他调整教学计划,将算术改为代数,以便让维纳的想象力受到更大的挑战和刺激。

从此,每天晚饭过后,在古朴、典雅、不太宽敞的书房里,维纳和父亲面对面地坐在写字台旁,上着代数课。代数对维纳来说并不困难,但父亲的教学方法经常能触动维纳敏感、易激动的神经。通常的代数课是以父子间的讨论形式进行的。父亲用温和、谈话般的语气诱导着维纳跟着自己的思路走,他对儿子所取得的成绩从不给予明确的语言鼓励,对错误却不留情面.决不允许它存在。他的这种做法经常使得原本平和地进行着的讨论戛然停顿。

有时维纳的演算中出现了错误,但他完全没有意识到。“什么?”一声尖锐而响亮的断喝震荡在小小的书房中,刚才还和蔼可亲的父亲一下子变得像有仇的冤家。

敏感易激动的孩子开始慌乱起来,赶紧复查自己的演算结果,用铅笔不断地涂改着……

如果改对了,讨论还会继续下去,但气氛远不如刚才那样平和。

如果仍没有改对,父亲那严厉的声音将再次震颤孩子的心灵。“你怎么不动脑子想想,这个地方是怎么回事?逻辑上一片混乱!看你那心不在焉的样子,又想什么呢?是玩,对吧……重做一遍!”

维纳既恐慌又委屈,一边低声哭泣着,一边重新做着代数演算。在这种情况下,他几乎不可避免地又会做错,更糟的是有时还会把对的式子改得大错特错。

父亲的脾气再也按捺不住了。他会开始喊叫并使用一些十分粗暴的词汇,而这些词汇对孩子来讲,显然太重了。“你这个白痴!没有头脑的蠢牛!你怎么可以自以为是,不合逻辑地乱涂一气……真是个十足的傻瓜!”

这时维纳忍不住放声大哭……

幼小的维纳很快就习惯了这些责骂。好在每次上课的时间不长,这种责骂虽然常使他感到情绪紧张,但很快便能控制下来。

除了在“课堂”上发脾气,父亲在维纳心目中一直都是和蔼可亲的人,他经常带着维纳爬山、郊游,欣赏大自然的景色。他们讨论着哲学、伦理学、自然科学等基础知识,辨识着各种蘑菇和草本植物。维纳真的很难将“课堂”上那位目光严峻、发着怒吼的父亲与平时慈祥可爱、谈笑风生的父亲重合在一起。但是不管怎样,父亲的教学计划还是在这种时而平和讨论,时而急风暴雨式的争吵中,快速而平稳地进行着。

老磨坊农场

在马萨诸塞州的哈佛镇有一座老磨坊农场。它位于铁路沿线,在哈佛村与艾尔两站之间。农场约有20公顷土地。1903年维纳的父亲买下了这个地方。他准备在这里过一段将农夫和大学教授融为一体的安静的生活,并希望在这里妥善地解决儿子的中级教育问题。

这里的房子是南北战争前10年的建筑,看上去既破旧又荒凉。房子对面是一片水塘,虽然它宽不过200米,但水塘中间有个沼泽岛屿,所以看上去倒像一个小小的湖泊。水塘的右侧还有一片小树林,左侧是农场的土地,远方还有两条蜿蜒曲折的小河流过了农场的尽头。

这里除了缺少同龄的朋友,一切都令维纳感到满意。

父亲这时更忙了,他除了在哈佛大学教书和经营农场以外,又承担了在两年内将托尔斯泰的24卷著作译成英文的任务。他现在必须每天赶着马车到艾尔车站,从那儿乘去坎布里奇的火车到哈佛大学上班,一直到晚上才能回家。他能腾出教育儿子的时间变少了,只够复习功课用,他必须为儿子找到一所学校。

附近的艾尔中学愿意接受维纳,他们同意父亲的要求:让维纳自己去寻找合适的年级。其实这正是父亲决定住在老磨坊农场的动机之一——城里那些严格的公立学校和费用昂贵的私立学校,都不肯做这种实验。

1903年秋天,9岁的维纳作为一名特殊的学生,走进了艾尔中学。校方原打算让他在初中各年级“游荡”一段,再解决编级问题,可是他们很快就发现,这个孩子已经学过了初中三年级的大部分课程,所以在这一年结束后,维纳转入了高中一年级。

艾尔中学的校长是劳拉·莱维特小姐,她后来在教育界很有些名气,一直从事教育工作50年,但当时她很年轻,是一位既温和又坚定的优秀学者。她的拉丁语造诣很深,她对学生的要求也远远高出一般中学的要求。

维纳跟着劳拉·莱维特小姐学拉丁语的原著,他能像比他大7岁的学生一样背诵课文,他的拉丁语即席翻译也很好。他还学习代数和几何,这些课程对他来说只是复习,轻松极了。使他感到困难的是社交,但这一点劳拉小姐早就帮他想到了,她做了许多工作让那些大孩子接受、帮助他,绝不允许他们哄笑和嘲弄他。

初冬的一个下午,艾尔中学活动室里,各年级的同学围坐在一起,用挑剔和不解的眼光注视着讲台上的发言者——维纳。

这是每隔两个星期,学校举行的一次辩论会和演讲比赛。在这一天,孩子们会背诵一些范文汇编中的片段。早在半年前,维纳就准备参加一次这样的比赛,但他不喜欢背诵别人的文章,所以他决定自己写一篇。他的文章的题目是《愚昧论》,维纳用哲学的观点来论证一切知识都是不完全的。显然,这个题目不适合此次比赛,更与维纳的年龄不相称。关于这一点维纳已从同学们懵懂的目光中明白了。是啊,这样的题目对于中学生来说是太深奥些。

可是维纳的父亲特别喜欢这篇文章,他从这里看到了儿子的未来。这次他一反常态,当面表扬了维纳,并给予了奖励——带维纳乘长途电车,到缅因州的格里纳克,在那里度过一个美好的假期。

暑假到了,维纳经常邀请好朋友弗兰克·布朗和邻近农场的两个男孩到老磨坊农场玩。弗兰克·布朗是劳拉·莱维特小姐的侄子,与维纳同岁,他的父亲是位药房老板,因此他常可以带些化学药品供维纳做实验。

一日,弗兰克又从父亲的药房偷来了化学药品,这次维纳他们决定自己制作一只爆竹。当他们按着书上写的程序一步一步地进行的时候,不知谁违反了操作程序,药品撒在了弗兰克的手背上,将弗兰克烧伤了。

十几岁男孩的想象力特别丰富,尤其是在几个人聚到一块,将智慧、知识、勇气、无知混合在一起的时候,家长们就会遭殃了。

孩子们曾经试图用一只铁皮灭蝇喷雾器制造一辆内燃机车,可是在点火的时候发生了爆炸,差点儿炸伤了自己。

他们还用维纳父亲买来的无线电器材,在维纳的指导下,做业余无线电试验,可是在这位理论与实践脱离的指导者的指导下,所有实验者都尝到了触电的滋味。

……

维纳非常想把他从书上看到的知识赋予实践中,但他后来发现,他的动手能力很差。

一晃3年过去了,维纳从艾尔中学毕业了。他非常感激中学时代的朋友们给他一个富有同情和谅解的良好环境,为他下一步进入成人社会打好了基础。

中学毕业后,维纳与家人离开了“老磨坊”。虽然他们只在那里生活了几年,但每当维纳重访“老磨坊”时都会有一种回家的感觉。在那个缺乏读书风气的时代,小镇上的人们却好学博览,他们崇尚知识、追求文明,他们互敬互爱、温和谦让,他们遵守法律但不趋炎附势……这一切都令维纳终生难忘。

少年大学生

1906年9月的一个上午,波士顿市塔夫茨学院的一个办公室里,一场特殊的考试正在进行。

四五位担任考官的教授面对着一个男孩。“你叫什么名字,多大了?”一位教授和蔼地问道。“我叫诺伯特·维纳,今年11岁。”男孩儿急急地答道,看上去有些紧张。“喂!放松些,小伙子,我们只是随便聊聊。”“好的,先生。”“你都学过什么课程?”“我学过代数、几何、德语、拉丁文……”“很好!你知道恺撒是谁吗?”“是的,先生。恺撒是生活在公元前100年至公元前44年的人,他是古罗马的将军,也是政治家和历史学家。”“你了解欧几里得的第五公设吗?它的平行公理是怎样的?”“欧几里得第五公设是这样表述的:两条直线被第三条直线所截,在截角之和小于180°的一端相交。它的平行公理为:过直线外一点能做且只能做一条平行线。”

教授们相互看看,似乎非常满意。“你会做矩阵运算吗,维纳。”“会一点儿,先生。”

教授在纸上写一道题递给维纳,维纳很快就算好了,交回了卷子。“好极了,完全正确!”

教授们又问了一些哲学概念和著作,维纳对此一一作了回答,现在他已经完全放松了,一点儿不觉得紧张。

最后,教授们略作商议得出了结论。“祝贺你!维纳先生,你被塔夫茨学院录取了。”

这场考试是专为维纳设置的,虽然维纳的中学成绩和入学考试都很好,但11岁的孩子上大学,这太叫人难以置信了。这在塔夫茨学院从无先例,教授们必须亲眼看看这个孩子,考查一下他各方面的能力,才能作出决定。

塔夫茨学院是一所非常好的大学,由于它离哈佛大学很近,所以很多人都误以为它是哈佛大学的一部分。

新学期开始了,这是与以往完全不同的生活。虽然在艾尔中学维纳也比同班同学小很多,但由于劳拉小姐的特殊照顾,以及有初中班的孩子一起玩,维纳并不特别惹眼。如今与整天穿着西装的人在一起,维纳显得特别与众不同,满校园里只有他还能穿着短裤跑来跑去。在同学眼里,他多少有些像“怪物”,他在社交结伴方面还是十足的孩子气,而在学习方面几乎就是个成人。尽管同学们也欢迎维纳参加他们的自由讨论,但前提是维纳不能像孩子那样大声喧哗或固执己见。维纳在校园里找不到玩伴,他感到有些孤独,他特别想念那些以往的朋友。

新的学习任务也开始了,那些教授的威严仪表与年龄,给维纳留下了深刻的印象。他还没有达到步入社会的成熟阶段,他不知应如何与下巴上长着胡子、手里拿着文明棍的教授相处,也不适合学习一些必修的英语课程。他缺少耐心,所以书写的机械动作是他的一个严重障碍,他的书写动作笨拙,省略了许多不该省略的笔画,字写得难以辨认。

但这些并不妨碍他的学习热情与兴趣。第一学期,他选修了著名希腊语教授韦德先生的课程。韦德教授是个博学多才的人。无论是一座雕像还是一种地方传说,无论在直布罗陀海峡,还是到美索不达米亚平原,他似乎对什么历史遗迹都知道。他对希腊古典文学有一种真正诗人般的共鸣,并且还有将这种共鸣传送给别人的才能,维纳在他的关于希腊艺术的讲学中,深深地体验到了这一点。韦德教授博古通今的讲演令维纳十分着迷。

物理课与化学课都是维纳喜欢的课程。他花费了许多时间做了大量的物理习题,以保证自己能正确地建立起物理学观念。在化学课程中,维纳最喜欢的是化学实验,但是,由于他手脚笨拙,眼睛又高度近视,所以他经常打碎器皿。在最后一个学年里,维纳在化学实验室里学习有机化学,每当实验室中传出打碎东西的声响时,守在门口的实验室看门人都会带着夸张的表情,伸着双臂喊道:“上帝啊,那个穿短裤的大学生又在砸我的家什了!”

是啊!在塔夫茨学院的历届学生中,维纳在实验仪器方面所造成的损坏,恐怕是最多的。

还是在第二学年开始的时候,维纳发现生物学博物馆和实验室特别有趣,这激发了他的热情,儿时的梦想又复苏了。他与动物饲养室的管理员、看门人成了好朋友。

起初,维纳只是作为旁听生,和其他学生一起随着生物学教授兰伯特先生,到米德塞克斯瀑布等地方采集生物标本,观察教授是如何收集蛙卵、海藻和其他对生物学有用的东西。

维纳的父亲很想弄清儿子在生物学方面是否真的有前途,为此,他带着儿子拜访了自己在哈佛大学的同事、生物系的帕克教授。帕克教授试着教维纳解剖小鲛鱼,并允许他在工作台上练习。维纳满腔热情地一条一条地解剖着,但是,他的解剖做得并不特别出色,几天之后,他在工作台上发现一张便条,上面写着:“此处禁止解剖鱼!”帕克教授下逐客令了。

在大学的最后一年,维纳决定做一次认真的尝试,他选修了金斯利教授讲授的“脊椎动物比较解剖学”课程。

金斯利教授是一位非常善于启发人的科学家。维纳在8岁时就读过他写的《博物史》,并被其中的内容深深地吸引了。

金斯利教授很快就发现,班上的那位少年大学生头脑灵活,善于领悟,善于将事物分门别类,对课程中的理论知识理解很快。但他的解剖工作做得太快、太草率,必须额外增加些训练。针对这种情况,金斯利教授给维纳许多爬行动物、两栖动物的头骨,看他是否能发现它们之间异体同构的秘密,可是,对这样的工作维纳还是做得太快、太毛糙,他宁愿把大部分时间用在实验室的图书馆,在那里阅读贝特森的《研究生物变种的资料》等一类的书籍,而不愿自己动手去做解剖或去分类。

然而,也有例外的时候。在上人体解剖学课的时候,书本上有一段关于如何结扎动脉和作新的缝合,以便使血液重新循环的实验记载。维纳和他的两个同学对此很感兴趣,他们背着教师跑到实验室,经维纳跟他的好朋友——看门人交涉,他们终于得到一只做试验用的豚鼠。

实验开始了。“噢!得先给它麻醉一下,有麻药吗?对了,给它嗅一点儿乙醚吧!”维纳慌乱地说。“从这儿切开吧!这有许多血管。”一位同学说。“行吗?”“问题不大!”“好!切开,结扎上,再缝合。”“糟了!这只动物死了。”

由于他们没能正确地将动脉与连在一起的静脉和神经分开,实验失败了。

消息传到金斯利教授那里,他大为震怒,因为这种毫无准备的活体解剖,无疑是一种屠杀,如果传到社会上一定会引起反感,从而导致实验室的这种特权被取消。他狠狠地批评了他们一顿,但由于牵头的是维纳,他还是个不谙事理的孩子,所以除此之外,他们没有受到别的惩罚。

大学时期的维纳求知欲极强,兴趣也极广。他还选学了哲学、心理学、工程学……但学得最多的还是数学。他先跟兰塞姆教授学习方程式理论,后来则主要在迪安·雷恩的指导下学习其他数学理论,迪安·雷恩的观点比兰塞姆教授更接近工程学的观点,这对后来维纳的研究工作很有帮助。

父亲仍扮演着双重角色,他对一般大学数学非常熟悉,在数学和语言等文化课方面,他依然对维纳进行着全方位的考查和辅导,他的一连串的骂人话也丝毫没有减少。

1906—1909年春天,维纳用了三年时间读完了大学课程,以优异的成绩从塔夫茨学院数学系毕业了。

成长中的烦恼

1909年春季的一天,塔夫茨学院的大礼堂里布满了鲜花和彩带,欢快的人们聚集在一起。这是又一届学生的毕业典礼。维纳和他的同学们身穿长袍头戴学士帽,端坐在前排座位上。

典礼开始了,校长缓步走上讲台,热情洋溢地做了简短的发言,他肯定了毕业生在校几年的学习成绩,赞扬了他们勤奋好学的精神,并预祝他们在今后的事业上取得成功。“现在颁发毕业证书。”随着司仪的宣布,毕业生们的心跳加快了。“威廉·怀特。”“南希·格林。”

……“诺伯特·维纳,你以优异的成绩从塔夫茨学院毕业了,祝贺你!”

维纳兴奋得满脸通红,他跑上讲台,从校长手里接过毕业证书,高高举过头顶……

毕业典礼上的喜悦是短暂的,接下去经常萦绕在维纳心头的是两大问题:我将来要做什么?我有成功的希望吗?维纳这么想并非自寻烦恼,现在这两大问题就摆在他面前。他虽然毕业了,但他只有14岁,这种年龄显然不适合他想干的工作,出路看来只有一个,那就是继续求学。可求学选什么专业呢?按着维纳的意愿应该选生物学,这

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