维纳的理论真的会影响战争吗
第一次世界大战结束时,维纳离开阿伯丁试验场奥斯瓦尔德·维布伦的研究小组,在《波士顿先驱报》(Boston Herald)获得了一份工作。在那里,他度过了短暂的记者和专栏作者的职业生活。正如他所描述的,问题是“我还没有学会如何为了我不相信的事业而满怀激情地进行创作”。被《波士顿先驱报》解雇之后,他被聘为麻省理工学院讲师。接下来的45年,他都待在这里。“维纳胆大、粗心,逻辑推理时经常靠直觉,完全不适应如走楼梯般,需要一步步推进、一丝不苟地分析实验的过程,”1946年,毕格罗向冯·诺依曼这样报告,“他有过心酸的经历,曾试图与大团队合作,比如那些预计会实施可靠的实验方案的团队;现在,他发现自己只能和少数热心的个人支持者合作,以获得少量的经费。”1940-1943年,毕格罗曾担任维纳的助手。
维纳因为近视的原因未能在第一次世界大战中当上步兵。于是,他决定研究防空火控的问题,这也是第二次世界大战中关于瞄准方面最棘手的挑战。1940年,德国轰炸机曾向英国投下大量烈性炸药,而美国可能是下一个目标。美国国防研究委员会下属新成立的科学研究与开发办公室(Office of Scientific Research and Development)向人们广泛征集建议,其中,维纳-毕格罗的合作方案就是最具风险的几个之一。维纳依据数学的基本原理探讨这个问题,而毕格罗则试图将维纳的数学思想体现在自动防空射击指挥仪上。它又被称为“轰天雷”(debomber),但实际上却从未投入建造。
1940年9月,维纳向范内瓦·布什提出的第一个建议是:“将装满液化乙烯、丙烷或乙炔气体的燃气罐引爆,这样大片区域就会填充上爆炸性混合物并且封锁敌机,从而规避精度的需要。”这种违反成规的提议没有得到范内瓦·布什的回应。
于是,维纳转而与沃伦·韦弗接洽,后者负责美国的防空工作。维纳提议研究引导或预测设备的设计,这些设备能预计一定时间后,飞机所在的位置。如韦弗自己所说,他作为洛克菲勒基金会的首席“理事”,正好丢开工作,趁战争时期休息一下。1940年12月,他按照要求发放了2325美元的奖金,并启动了国防研究委员会的D.I.C.(检测、仪器、控制)5980项目。1940年,一名防空射手在发现高空轰炸机后,大约有10秒钟的时间观察一个靠近的目标,然后估计其范围、设定定时引信并发射90毫米的炮弹,炮弹最多需要飞行20秒。射手的任务是猜测飞机在指定时刻的位置,而飞行员的工作是猜测该时刻炮弹出现的位置,从而躲避到别处。
维纳和毕格罗认为,观察者、炮弹、飞机和飞行员是一个综合的概率系统。不过,好运明显向飞行员这边倾斜:1940年,每发射约2500枚防空炮弹,仅有一枚击中目标。在初步报告中,他们说明了自己打算如何“基于纯粹的统计理论来分析和预测问题,具体方法就是基于已知的事实和历史,确定目标的运动之可预见和不可预见的程度”。
可预见的因素将指示目标最有可能出现的位置;不可预见的因素则确定最佳“扩散”,即由于目标的确切位置不可知,将由射手决定炮弹散射的程度。这种区别与通信理论中信号和噪声之间的区别等效。大约同一时间,克劳德·香农(为维纳提供咨询服务)和安德雷·柯尔莫哥洛夫(Andrey Kolmogorov,在苏联从事独立工作)正式形成了类似的思想。“单一、固定的信息项的传输没有交际价值,”1942年,维纳在他的报告中向韦弗解释道,“我们必须拥有可能的信息存储系统,这个存储系统应该具备一项措施来确定这些信息实现的概率。”
维纳曾提出一个与布朗运动相关的理论,由此开启了他的数学生涯。他的这个理论描述的是在热力学噪声的驱动下,微观粒子运动的随机轨迹。因此,他为最坏的可能情况(即飞机随时都会改变飞行线路)做好了准备。维纳的理论通过借鉴毕格罗的飞行经验得到了加强,他认为可能的飞行轨迹的区域(相当于通信理论中可能的信息的空间)受限于飞机的性能范围和人类飞行员的生理限制。根据毕格罗的观察,几乎所有的战斗飞行轨迹都由曲线组成。飞行路线的直线外推法的可靠之处,只体现在可以排除未来任何特定时间飞机出现的位置。
维纳是严格意义上的理论家。毕格罗在家里经常鼓捣机器,维纳对他的评价是:“一个安静的、彻底的新英格兰人,其科学素质上的唯一缺点是过于追求科学美德。”“多年来,毕格罗为许多老旧汽车提供养护服务,”维纳解释说,“而就一般驾驶者的各项标准来说,这些汽车早就应该丢进垃圾堆里了。”艾丽丝·毕格罗是朱利安的女儿,她记得自己大约9岁时开始驾车,从懂事起就开始学习如何跳跃式启动汽车,因为那些车子总是出问题。爸爸会一边推,一边说:“车子是好的,没有问题。只要轻轻一推,它就会启动了。”而在普林斯顿,这简直是不可想象的。
同样不可想象的是,除了传统的房子外,这里几乎什么样的住所都有。不过,毕格罗在位于普林斯顿中心的克雷街(Clay Street)购买了以前的一个铁匠铺面。1952年,又把它搬到了莫瑟尔街(Mercer Street)的一块空地上,介于石溪的贵格会礼拜堂和当年的战场之间。在和普林斯顿镇以及自治区就“移开高架电线,让他的房子可以通过”的协商破裂之后,朱尔·查尼(Jule Charney)记得,“毕格罗把房子截为两半,像分层蛋糕一样,然后再拼接起来”。查尼是高等研究院的气象组组长。
毕格罗维修了许多小飞机,包括他购买的一架塞斯纳(Cessna)飞机,这架飞机在怀俄明州受损,他将它修复到能够飞行,然后驾驶着它回家。一个拆卸下来的飞机发动机一度占据着毕格罗家的客厅,有客人的时候就用一块桌布遮住。“维纳一直无法在马上坐直身子,他也害怕坐飞机,但是他愿意借此机会和我一起飞行,”毕格罗回忆说,“我们从弗雷明汉州(Framingham)飞到普罗维登斯(Providence),然后再返回。飞机里面有一些支撑挡风玻璃的钢管,他用双手握着它们,在上面留下了自己的指纹。”
当被问及维纳为什么不自己制造计算机时(他当时掌握着高等研究院的资源,并先于冯·诺依曼对电子计算产生了兴趣),毕格罗回答:“他不是做实际事情的人,而计算机是需要运作的。”高射炮射击指挥仪也是如此。1941年10月28日,沃伦·韦弗给维纳和毕格罗发来了一个问题清单,所有问题都围绕一个疑问:维纳的理论真的可能影响战争的结局吗?
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