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十四岁大学毕业的神童数学家维纳

xiawuyouke 趣味数学故事 2022-01-05 17:51:06 74 0 数学家

十四岁大学毕业的神童数学家维纳

数学家维纳

维纳的全名是诺伯特·维纳(Norbert Wiener,1894-1964)是美国数学家,控制论的创始人。维纳1894年11月26日生于密苏里州的哥伦比亚,1964年3月18日卒于斯德哥尔摩。维纳在其70年的科学生涯中,先后涉足哲学、数学、物理学和工程学,最后转向生物学,在各个领域中都取得了丰硕成果,称得上是恩格斯颂扬过的、本世纪多才多艺和学识渊博的科学巨人。他一生发表论文240多篇,著作14本。他的主要著作有《控制论》(1948)、《维纳选集》(1964)和《维纳数学论文集》(1980)。维纳还有两本自传《昔日神童》和《我是一个数学家》。

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维纳的父亲列奥·维纳是语言学家,又有很高的数学天赋,出生于俄国,智力早熟,13岁就会好几种语言;他朝气蓬勃,富于冒险精神,18岁那年单独一个漂洋过海,移居美国;他刻苦自学,凭掌握40多种语言的才能,成为哈佛大学斯拉夫语教授。这位才气横溢、不畏艰难而又性情急躁的人决心要使儿子在学术上超人一等。维纳认为他父亲是天生的学者,集德国人的思想、犹太人的智慧和美国人的精神于一身。从童年到青年,维纳一直在他的熏陶下生活,并逐步成长为一个学者。

维纳是一个名符其实的神童。维纳的父亲列奥很早就发现了儿子的天赋,并坚信借助于环境进行教育的重要性,他从一开始学习就实施的教育计划,用一种多少无情的方式驱使他不寻常的儿子。

维纳三岁半开始读书,生物学和天文学的初级科学读物就成了他在科学方面的启蒙书籍。从此,他兴致勃勃,爱不释卷的埋首于五花八门的科学读本。七岁时,开始深入物理学和生物学的领域,甚至超出了他父亲的知识范围。从达尔文的进化论、金斯利的《自然史》到夏尔科、雅内的精神病学著作,从儒勒·凡尔纳的科学幻想小说到18、19世纪的文学名著等等,几乎无所不读。维纳怀有强烈的好奇心,而他父亲却以系统教育为座右铭,两者正好相得益彰。维纳自己学习科学,而他父亲则用严厉的态度坚持以数学和语言学为核心的教学计划。维纳极好地经受了这种严格的训练,他的数学长进显著。

1913年,19岁的维纳在《剑桥哲学学会会刊》上发表了一篇关于集合论的论文。这是一篇将关系的理论简化为类的理论的论文,在数理逻辑的发展中占据有一席之地。维纳从此步入学术生涯。同年,他以一篇有些怀疑论味道的哲学论文《至善》,获得哈佛大学授予的鲍多因奖。在转向函数分析领域之前,维纳在逻辑和哲学方面共发表了15篇论文。

1918年,通过研读一位病逝的数学博士格林遗留的数学著作,维纳对现代数学有了进一步理解。他开始在数学领域寻找值得专心致力的问题。维纳虽是神童,但是作为一个数学家,他却姗姗来迟。

维纳开始为函数分析所吸引,决心把自己的一生贡献给它。1919年,辛辛那提大学的年轻数学家巴纳特对他作了一次拜访。维纳请他推荐一个合适的研究课题。他叫维纳注意函数空间中的积分问题。这一建议对维纳以后的数学研究产生了重大影响。同年夏天,由于哈佛大学数学系主任奥斯古德的推荐,维纳到麻省理工学院数学系任教,并一直在该学院工作到退休。

1920年,维纳首次参加国际数学家会议。大会前,应弗雷歇邀请,他俩共同工作了一段时间。维纳试图推广弗雷歇的工作,提出了巴拿赫一维纳空间理论。他意识到自己关于布朗运动所做的工作是一个很有希望的开端,因而精神更加振奋,胸襟更加开阔了。

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1924年维纳升任助理教授,1929年为副教授。由于在广义调和分析和关于陶伯定理方面的杰出成就,1932年晋升为正教授。

1933年,维纳由于有关陶伯定理的工作与莫尔斯分享了美国数学会五年一次的博赫尔奖。差不多同时,他当选为美国科学院院士。在他了解了这个高级科学官员组织的性质之后,感到十分厌烦,不久便辞去了自己的位置。

通常给予取得成功的美国数学家的荣誉之一,就是要求他为美国数学会《讨论会丛书》写一本书。1934年夏,维纳应邀撰写了《复域上的傅立叶变换》。不久,他当选为美国数学会副会长。只是因为他不喜欢担任行政职务,才免于被选作会长。

30年代开始,维纳关注布什研究的模拟计算机。1935~1936年,他应邀到中国作访问教授。在清华大学与李郁荣合作,研究并设计出很好的电子滤波器,获得了该项发明的专利权。维纳把他在中国的这一年作为自己学术生涯中的一个特定的里程碑,即作为科学的一个刚满师的工匠和在某种程度上成为这一行的一个独当一面的师傅的分界点。

在第二次世界大战期间,维纳接受了一项与火力控制有关的研究工作。这问题促使他深入探索了用机器来模拟人脑的计算功能,建立预测理论并应用于防空火力控制系统的预测装置。1948年,维纳发表《控制论》,宣告了这门新兴学科的诞生。这是他长期艰苦努力并与生理学家罗森勃吕特等人多方面合作的伟大科学成果。维纳立即从声誉有限的数学家一跃成为一个国际知名人士,此时他早已年过半百。此后,维纳继续为控制论的发展和运用作出了杰出的贡献。

1959年,维纳从麻省理工学院退休。1964年1月,他由于“在纯粹数学和应用数学方面并且勇于深入到工程和生物科学中去的多种令人惊异的贡献及在这些领域中具有深远意义的开创性工作”荣获美国总统授予的国家科学勋章。

维纳是伽金汉基金会旅欧研究员,富布赖特研究员,英、德、法等国的数学会会员,但任过中国、印度、荷兰等国的访问教授。

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维纳的主要成果有如下八个方面:建立维纳测度、引进巴拿赫—维纳空间、阐述位势理论、发展调和分析、发现维纳—霍普夫方法、提出维纳滤波理论、开创维纳信息论、创立控制论。维纳对科学发展所作出的最大贡献,是创立控制论。这是一门以数学为纽带,把研究自动调节、通信工程、计算机和计算技术以及生物科学中的神经生理学和病理学等学科共同关心的共性问题联系起来而形成的边缘学科。

1947年10月,维纳写出划时代的著作《控制论》,1948年出版后,立即风行世界。维纳的深刻思想引起了人们的极大重视。它揭示了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律;为现代科学技术研究提供了崭新的科学方法;它从多方面突破了传统思想的束缚,有力地促进了现代科学思维方式和当代哲学观念的一系列变革。

现在,控制论已有了许多重大发展,但维纳用吉布斯统计力学处理某些数学模型的思想仍处于中心地位。他定义控制论为:“设有两个状态变量,其中一个是能由我们进行调节的,而另一个则不能控制。这时我们面临的问题是如何根据那个不可控制变量从过去到现在的信息来适当地确定可以调节的变量的最优值,以实现对于我们最为合适、最有利的状态。”


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