决定了我对计算机的兴趣的灵感
1937年1月8日，冯·诺依曼获得美国国籍，之后应聘军队的职务。尽管他取得了完美的笔试成绩，但因为年龄过大没能被录用。奥斯瓦尔德·维布伦安排军队征募冯·诺依曼为顾问。第一次世界大战结束后，美国陆军军械部的阿伯丁试验场就处于休眠状态，600万美元的年度预算一直维持到1937年，之后拨款翻了近3倍增至1700万美元，第二次世界大战前夕跃升至1.77亿美元。在接下来的20年里，冯·诺依曼与军方的来往愈加密切。“他似乎对将军们仰慕不已，跟他们相处融洽，”乌拉姆解释说，接着，他又补充道，“对军人的痴迷……更准确地说，起因于他对权力人士的崇拜。他钦佩那些可以影响事件发展的人。此外，他性情温和，我觉得他对作风强硬的人或组织暗自钦佩。”
所有3个军种都将冯·诺依曼视为自己人。“我认为我们大可以做一些既有利于军队又有助于数学界的工作，”冯·诺依曼在回答数学家桑德斯·麦克莱恩（Saunders Mac Lane）的问题时说道（后者质疑研究学术的数学家是否应该承担军事工作），“如果有关当局觉得大有可为，我们就可以在相应的部门开展工作。我认为我们不应该因为其他部门的不足而受到太多影响。”据乌拉姆称，“冯·诺依曼对担任委员会主席一职特别享受，这种独特的当代活动对于在美国完成任何事务都必不可少。他强调技术观点，而将个人或组织事宜轻易推迟”。据海军少将刘易斯·斯特劳斯所说，“冯·诺依曼能够抓住最困难的问题，条分缕析，于是一切都显得简单明了，而我们所有人都惊讶于自己为什么不能像他那样层次分明、洞悉答案”。
如果说第一次世界大战是枪支的较量，那么第二次世界大战和之后的冷战就是炮弹的比试。1937年，战争在不断酝酿，又到了动员科学家的时候了，维布伦再度被任命为阿伯丁试验场的军队首席数学家。冯·诺依曼也接连获得了弹道研究实验室科学顾问委员会（Scientific Advisory Committee）、美国数学学会和美国数学协会战备委员会（ War Preparedness Committee of the American Mathematical Society）以及美国国防研究委员会（National Defense Research Committee）的聘任。“所有这些集合和附属集合的函数尚未得到明确定义，但是我想当‘那一天’到来时，它们就能各得其所了，”1940年，他在给乌拉姆的信中说道，“到目前为止，我主要担心的是各个函数的球形和高斯测度。”这是对计算高爆炸药行为的简略描述——大爆炸让人惊讶之处并非释放的能量有多大，而是所造成的破坏结果是难以预料的。
冯·诺依曼认为，当数学从“世界的斗争和问题保持的一定联系”中受到滋养时，它的发展就达到了最佳水平。于是，他成了核武器专家们的好友。“物理学家，尤其是实验物理学家，正是国防建设所需要的，”他向一位数学家同事解释说，“一旦战争打响，我们就必须为我们的服务创造出需求来。”只要有新的武器装备问世，就会出现冯·诺依曼的身影，或者他会第一时间到场。高爆炸药的爆炸和超音速弹丸的行为都取决于激波效应，这一效应的行为是非线性的且人们知之甚少。如果间断面
（discontinuity）的传播比扰动（disturbance）前信息的局部速度（对应于压力波，即音速）更快，会发生什么呢？
当两个或更多激波相碰撞时，又会发生什么呢？
激波在可压缩介质中传播，介质通常为空气。冯·诺依曼指出：“在适当的条件下，爆炸内部和周边的所有已知物质必须被视为可压缩的。”凭借在化学工程以及数理物理学方面所受的训练，他对武器设计有着开阔的视野：先从高爆炸药释放的化学能入手，再分析传播爆炸的爆轰波（detonation wave），直至造成破坏性影响的爆炸波（blast wave）。由此得出对激波（尤其是反射激波）的深刻见解，不仅推动了反坦克武器、鱼雷和穿甲弹所运用的锥形装药技术的发展，也为更有效地追击潜艇的深水炸弹和常规炸弹的定位做出了贡献。他发明了处理冲击波的新型数学技术，引领了启动核爆炸的内爆法（implosion method）走向成功，他的爆炸波理论也对确定引爆生成武器的最佳高度有所帮助。他是少数同时出席原子弹构思和交付过程的科学家之一。
支持自持链式反应（self-sustaining chain reaction）所需裂变材料数量的不仅是一个密度函数，也是一个质量函数。将亚临界质量（subcritical mass）的钚压缩至足够高的密度，这一步非常关键，如果其间受限于周围高密度的中子反射层（“篡改者”），它就会发生猛烈爆炸。冯·诺依曼提出了如何将必要的高爆炸药加工成内爆的晶体，即把炸药按照足球上的皮块那样布置，再在精确的时间内同步引爆，由此产生向球心会聚的爆轰波。这样，即使是数量较少的可裂变材料也可以被引爆。
冯·诺依曼的反射激波理论可以用于最大限度地提高炸弹的威力。“如果在略高于地面的空中产生一次爆炸，你想知道原始波如何轰击地面，形成一个反射波，然后在附近的地面和原始波结合，并产生一个特殊的强爆炸波。这个问题涉及高度非线性流体力学，”马丁·史瓦西回忆说，“那时，这一概念刚刚得到描述性解读。我认为冯·诺依曼会对这个问题非常感兴趣。他希望出现真正需要计算员的问题。”
结果令人惊讶。1943年，在美国海军军械局（Navy Bureau of Ovdnance）的一份报告中，连一贯在数学作品中仅用感叹号表示阶乘符号（4！=1×2×3×4=24）的冯·诺依曼，也在一行中用了两个感叹号作为标点。“即使是一个弱激波，其反射激波也可以达到正面传来的激波的两倍，前提是入射角选取正确！”他在报告中表示，“几乎呈掠射角时也会发生这种情况，而原本的反射激波较弱似乎才合理！”
到美国参战时（1941年12月8日对日本宣战，12月11日对德国宣战），“约翰尼已经开始出差，”克拉拉在报告中说，“几乎是连续不断：从普林斯顿到波士顿，从波士顿到华盛顿，从华盛顿到纽约，在普林斯顿短暂停留，然后到马里兰阿伯丁的陆军试验场，再回到华盛顿。也许在家里待一晚，然后就开始再次巡回走动，虽然每次不一定是以相同的顺序，但无非是在美国东海岸来回往返，偶尔会深入内陆地区，但那时他还未去西部，后来才去的。”
1943年2月，经过一系列失败的启动后，冯·诺依曼接到命令让他代表海军向英国汇报，官方任务是运用统计方法协助解决水雷、潜艇以及相关对抗措施与反对抗措施的问题。舰船的惨重损失给同盟国造成了极大的威胁，足以扭转第二次世界大战的局势。在英国逗留期间，冯·诺依曼实际做了些什么依然是个谜，尤其是他和英国的团队商议深入到了什么程度，而英国的团队当时正秘密地进行密码破译和原子弹可行性方面的工作。我们确切地知道，他在1943年4月下旬，与约翰·托德（John Todd）一同拜访了女王的航海天文历编制局（Nautical Almanac Office），它是当时最大的非机密计算行动之一。为了避免遭受德国空袭，编制局已经从格林威治（Greenwich）撤退到巴斯（Bath）。乘坐火车回伦敦前，冯·诺依曼目睹了一台拥有6个账户的国家现金出纳机的种种功能后，自主开发了短插值程序（short interpolation routine）。后来，他写信给托德说：“在那段时期，我获得了决定性的灵感，它决定了我对计算机的兴趣。”
加入“曼哈顿计划”，创造改写历史的“怪物”1943年7月，冯·诺依曼刚从英国回来，就被征集加入了“Project Y”，这就是“曼哈顿计划”的代号。作为该项目的数学顾问，他被允许到洛斯阿拉莫斯国家实验室以外的地方走动。这项特权是大多数参与者所未能享有的，他们都被要求在战争期间带上家人并与外界保持隔离。“冯·诺依曼将其他地方有关计算方面的进展传入洛斯阿拉莫斯，”尼古拉斯·梅特罗波利斯说，“他为多个政府项目担当顾问，行动也非常迅速，以至于他似乎能够同时分身多地。”
1943年9月21日，冯·诺依曼和伊西多·拉比（Isidor Rabi）从芝加哥来到洛斯阿拉莫斯，他们所搭乘的是艾奇逊-托皮卡-圣塔菲铁路公司（Atchison, Topeka and Santa Fe Railway）一流的柴油电动流线型火车“超级老大号”（Super Chief）。从新墨西哥州拉米（Lamy）的火车站，他们乘坐列车经过了“许多风景优美的峡谷和台地”后到达新实验室。在第二天写给克拉拉的信中，冯·诺依曼将这些描述为“一个奇怪的军邮（Army Post）组合，一个西部的国家公园，加上山林小屋和一些杂七杂八的东西”。他总结说：“这个项目值得仔细考虑，虽然人们可能不应该出卖自己的灵魂”，并在附言中补充道：“如你所怀疑的，这里也非常需要计算员。”两天后，他又补充说：“整个地方都透着古怪，非我所能描述。而且……相信我，如果我开始变得渴望正常和现实，那就非常糟糕了。”
冯·诺依曼使用“computers”一词指代人类计算员，即第一次世界大战期间，奥斯瓦尔德·维布伦为试验场招集的那种计算员。冯·诺依曼抵达洛斯阿拉莫斯国家实验室的时候，马钱特（Marchant）10 位机电台式计算器（electromechanical desk calculator）配备了大约20位人类计算员（最初从物理学家的妻子中招募，不久获得了美军特种工程支队[Special Engineering Detachment]的支援）。
马钱特的Silent Speed建造于加利福尼亚州奥克兰（Oakland）的圣巴勃罗大道（San Pablo），被征作战争用途，它重达近18千克，包含4000个移动部件，转速为1300rpm。
正如尼古拉斯·梅特罗波利斯所说：“实验室的目标是原子弹，其本质是减少大量的实地测试。”计算员当时甚至一度对激波理解不足，更何况预测内爆武器的行为，其精确度需要为第一次制造尝试提供一定保证，这是小型计算团队所不能做到的。从头到尾遵循整个流程需要借助高爆炸药为爆轰波的最初传播建模，随之产生的激波穿过反射层传递到裂变材料（包括激波到达中心后的反射），随着核心的爆炸，另一激波传播开来，该激波（然后是同样猛烈的稀疏波）通过之前爆炸的残余并进入大气，如果炸弹处于或接近地面，最后就会产生爆炸波的反射。冯·诺依曼的到来正是时候。
当时，从IBM公司征用了一组穿孔卡片会计机械设备，但没人知道这些机器将向何处发展，也没人能解释明白。这些机器包括3台601乘法器（multiplier），402制表机（tabulator）、再生机（reproducer）、验证机（verifier）、分类机（sorter）、校对机（collator）各一台。它们被送达时，都放在巨大的木箱里，既没有说明资料也没有安装人员。于是，军方立即向IBM公司了解最优秀的技术人员的姓名，然后对他们进行安全检查，并将他们重新分配到洛斯阿拉莫斯，但是这需要时间。在此期间，负责手工计算团队的斯坦利·弗兰克尔和乐于接受任何未授权挑战的理查德·费曼成功地将机器从箱子中取出、安装并使之正常运作。这两人前者是奥本海默门下加利福尼亚大学伯克利分校的研究生；后者是普林斯顿大学的研究生，同时也是破解保险箱的爱好者。
费曼和弗兰克尔都为之着迷。“弗兰克尔先生启动这个项目后，开始患上现在使用计算机工作的人都知道的计算机病，”费曼后来解释说，“计算机所带来的麻烦是，你要和它一起玩。”费曼、弗兰克尔和后来加入的尼古拉斯通过改装IBM的机器，推动了手工计算团队的工作。“如果一个房间里有足够多的这类机器，我们就可以调整卡片，让它们组合为一个周期，”费曼解释说，“现在，从事数值计算的人们都非常清楚我在说什么，但是在当时这是一个比较新颖的东西——利用机器进行大规模运作。”
其方案就是：从规定的初始状态开始，按照空间中的每个点和时间上的每一步模拟爆炸的进程。相对空间中的每个点都建立了单一的初始穿孔卡片，这样的一套卡片就表示爆炸在特定时刻的状态。“通过一个周期的计算有效处理一套卡片，整合时间维度上前一时间段的微分方程，”梅特罗波利斯解释说，“这一周期需要借助大约12台单独的机器处理，每台机器的每张卡片要花费1～5秒。”因此，下一时间段的输入又需要使用一套新的卡片。这个过程烦琐且不断重复，不容许出错，否则会立刻停滞。
“真正的问题在于，从来没有人告诉这些小伙子任何相关的情况，”费曼解释说，“军队将他们从全美各地挑选出来，组建了一支特种工程支队。他们都是具有工程能力并且聪明的高中男孩。他们被送到洛斯阿拉莫斯并投入军营。没有人告诉他们任何事情。”费曼从奥本海默那里获得许可，给这些新兵开了个讲座。“他们全都为之激动：‘我们正在打仗！我们知道了它是怎么回事！’他们清楚这些数字的含义。发泄出来的压力越大，就意味着释放出的能量越多。这是彻底的转变！他们发现更好的方法，改进方案，并且在夜间工作。”生产力由此提升了10倍。
冯·诺依曼发现自己重新置身于穿孔卡片堆里，他还记得当年父亲下班回家时带回了提花机控制系统的零部件。“1944年3月或4月，”梅特罗波利斯说，“冯·诺依曼花了两个星期的时间了解了穿孔卡片机的运作原理。他通过各种机器推动卡片，学习如何给插接板接线和设计卡片图版，最后完全熟悉了这些机器的操作方式。”
距第一次试探性的理论模型问世不到两年，1945年7月16日，在位于阿拉莫戈多（Alamogordo）的白沙导弹试验靶场（Bombing Range）北端，代号为“三一试爆”（Trinity Test）的核武器测试成功了。尽管物理学家们为完成这项工作承受了压力，但他们也会找时间去放松。“我们以前经常在星期日散步，”费曼回忆说，“我们会去峡谷，通常是和贝特（Bethe）、冯·诺依曼、巴彻（Bacher）相约同行。这是一大乐事。冯·诺依曼告诉我一个有趣的想法：你不必为你所处的这个世界负责。在他的影响下，我形成了一种非常强大的无社会责任意识。从那以后，这种意识让我成为一个非常快乐的人。”
冯·诺依曼很少提起那层神秘面纱。“1945年年初，有一次，他从洛斯阿拉莫斯回来，继续表现出最不寻常的‘约翰尼式’风格，”克拉拉叙述道，“上午10时左右，他回到家就马上睡觉了，一睡就是12个小时。从前他从未让我这样担心过：连两顿饭都顾不上吃，更不用说一觉睡这么久。当天夜里晚些时候，他醒了，开始说话，语速异常快，与他平常不慢的语速相比也显得快了不少。”
“我们现在创造的是一个怪物，其影响力将改写历史，前提是有历史留存下来，”克拉拉的记述中说，“但是它不可能得到顺利的推进，不仅是由于军事原因，而且从科学家的角度来看，明知可为而不为就是不道德的，无论由此引发的结果多么恶劣。而这仅仅是开始！”
冯·诺依曼当晚谈论更多的是机器日益强大的能力，关于核武器的成分谈论的要少一些。“正当他推测未来科技潜力的细节时，”克拉拉继续写道，“他开始浑身发抖，我提出让他吃几粒安眠药。之后的烈酒让他回到了现实，也让他从自己灭顶之灾的预言中稍稍缓和过来。”
“此后，约翰尼对未来互联网的迷恋和专注从未停止过，”克拉拉的记述中总结道，“在接下来的7年里，他忽略掉数学，投身到推动各种形式的技术进步中。好像他已经知道自己时日无多。”
我们只能从冯·诺依曼的最后想法中得到启示。“当他愈发强烈地认识到，他和同事掌握的、对自然物理力量的控制可以为善也可以为恶时，他就觉得人类最伟大的现代科学胜利所带来的道德问题越发迫切。”安赛尔姆·斯特里特马特（Anselm Strittmatter）神父说。他是本笃会（Benedictine）的牧师，在冯·诺依曼人生最后的几个月，他在病床前陪伴了很长时间，并帮助诺依曼行临终前的最后圣礼，“至于他自己在这种复杂环境下的角色，尽管他设想到惨淡的可能性，但他毫不犹豫、无怨无悔。”
“万事万物背后都有一股凝聚力。对此，我们未能完全领悟，但是我们可以尝试用自己的方式加以解释，”尼古拉斯说，他也总结了哥哥的一生，“正是怀着这一精神，约翰试图通过量子力学理解原子和亚原子粒子的奥秘，通过流体力学和统计学理解天气的奥秘，通过人造计算机理解中枢神经系统的奥秘，通过他的自复制自动机理论（theory of self-reproducing automata）理解遗传的奥秘。”
即使克拉拉与冯·诺依曼比任何人都要更亲近，但她也未能完全理解这个“奇怪、矛盾、富有争议的人；幼稚又好脾气，世故又野蛮，绝顶聪明又几乎缺乏基本的情绪控制能力——他的性格是一个令人难以理解的谜”。
“无论你从哪种角度看，他似乎总属于异类，”克拉拉解释说，“纯数学家声称，他是一名理论物理学家；理论物理学家将他看作应用数学方面的顾问，认为他在这方面提供了很大的帮助；应用数学家惊叹于这样一位纯净和象牙塔式的数学家会对应用问题如此感兴趣；我怀疑，某些政界人士可能一直都把他看作实验物理学家，甚至是工程师。”
1945年8月6日，美国在广岛投下一颗威力为1.3万吨级当量的铀弹。紧接着，8月9日又在长崎投下一颗两万吨级当量的钚弹。8月15日，日本投降。“难道战争就此结束不是很好吗？”8月28日，玛丽娜给克拉拉写信说，“现在战争已经结束，爸爸还会频繁地出差吗？我希望不会。”冯·诺依曼在普林斯顿、阿伯丁、洛斯阿拉莫斯国家实验室、圣莫尼卡（Santa Monica）、芝加哥、橡树岭和华盛顿特区之间的奔走还在继续。
虽然第二次世界大战过去了，但冷战已经开始。
本书评论