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第14章 战争中的思考

战争的阴云笼罩着世界,亚洲、欧洲迅速燃起的战火,使得还未参战的美国人人人自危。人们爱好和平,人们又不畏强暴,这促使一切有正义感的善良人去思考、去行动:我该为结束这场战争做些什么?我能为爱好和平的人们做些什么?

维纳离开中国的直接动机是去参加挪威的奥斯陆国际会议,他原来打算在短时期内重新访问中国,然而卢沟桥的枪声击碎了他的梦想,使他再没有机会重访中国。这时的维纳已是国际上知名的数学家,早在1933年,他就获得了美国数学会颁发的博克(B-cher)奖,他还被选进国家科学院,并担任了美国数学学会的副主席,只是由于他不喜欢行政事务,才没有被选为主席。在国际上他的名气比在国内大,他的许多早期工作都是首先在欧洲得到承认的。

面对战争气氛日益浓郁的国际形势,维纳觉得心乱如麻。他刚从中国和欧洲归来,刚刚领略了那里的锦绣江山和伟大的文化,刚刚离开那些可敬的朋友,可是……

“李不知现在怎么样了,听说卢沟桥事件爆发时,李正与夫人在上海访友,结果一夜之间就失去了家园和工作,只能靠自己的业余爱好画画勉强糊口。我该怎样与他联系,怎样将他救出?”维纳坐在桌旁沉思着。

天渐渐地黑了,维纳仍坐在那里没动,也不去开灯,他觉得烦闷。科学家的良知让他不能坐视异国朋友所遭遇的灾难,不能容忍法西斯们的胡作非为!他头脑中不断盘旋着一个声音:“一定要为朋友,为早日结束战争做点儿什么!”但做什么呢?参军入伍显然是不行的,自己的高度近视,在年轻力壮时军队都不要,更何况现在已经四十多岁,笨手笨脚的。对了,在二十几年前的第一次世界大战期间,我不是在阿伯丁弹道实验室工作过吗,那时的工作虽然只是通过计算为大炮和轻武器制定射击表,给出武器的射程和在枪炮射角、火药量和弹头重量等方面的有关常数。但由此得到的锻炼远远超过了单纯的弹道问题。还有,自己和李在北平的工作不就是将计算技术应用于电气工程上吗?这次的战争一定还会碰到计算速度上的问题,我何不从战争的需要出发进行科学研究,以此来支持正义之师,为早日打败法西斯、恢复世界的和平尽一份微薄之力呢。想到这里,维纳觉得豁然开朗,他站起身来,深深地吸了一口气,喃喃自语道:“啊,感觉好多了,就这么办!”

为了解决快速数值计算问题,维纳把注意力部分地转移到利用微分分析机处理偏微分方程上。他的好朋友布什博士设计的微分分析机能够很好地处理常微分方程,他希望能与布什合作改进这台计算机,使它的运算速度更快。受贝尔电话公司制造的一种数字计算机的启发,维纳认识到:阿拉伯记数法给予数字10以一种人为的地位,它仅仅为习惯上证明是合理的,并不是算术真正基础的重要部分。不用把一个数写成那么多的一、那么多的十、那么多的百……照样可容易地把一个整数写成二、四、六、八等等的和。在这种情况下,用不着习惯计数法0~9这十个数,而只需要0和1这两个数。显然,二进位制比十进位制更适合算术的机械化。

维纳将自己的想法告诉了布什,并建议他采用电子线路执行计算操作。遗憾的是布什并没有采纳这些建议。他认为维纳的某些想法虽然有可取之处,但那是遥远的事情,与眼前的第二次世界大战毫无关系,况且他不敢对维纳设想的装置评价太高,谁都知道维纳不是工程师,从未将任何两个部件装在一起,也从未达到实际制造机器的水平。这种仅靠着发达的大脑思考出来的东西,他不愿去尝试。

没有布什的合作,维纳只好放弃这一选题,令他欣慰的是十年之后,他的这一设想实现了,这无疑证明他的思想是正确的。

一项新的较前一个任务更紧迫的问题摆在科学家们的面前。二战初期,德军的空中优势与英国的防御地位,使科学家们不得不把注意力转移到改进防空武器上来。飞机的速度越来越快,所有古老的火力瞄准方法都变得陈旧无用。飞机和从前遇到的所有射击目标都不一样,它的飞行速度几乎与要击落它的炮弹的速度一样快,因此在利用大炮射击飞机时,射手不是去瞄准目标,而是要使炮弹与飞机在未来的某个时刻同时达到空间的某处。因此必须寻找到某种预测飞机未来位置的方法。

通过认真的分析,维纳认为这个问题值得研究,这实际上只是个飞行曲线的预测问题。

解决这个问题的最简单的方法就是把飞机当时的航线沿着一条直线外推。有许多理由可以证明这种方法的可行性,如飞机在飞行中拐弯越多,它的有效速度就越小,它完成飞行任务的时间就越少,它留在危险区域里的时间就越长。因此,在其他条件都相同的情况下,飞机要尽可能地沿直线飞行。但当高射炮打响了第一颗炮弹后,条件变化了,飞行员要做回避动作。如果飞行员的动作是完全随意的,他就有足够多的机会在炮弹到达之前来掩饰他所希望到达的位置,这样,除非运用密集的防御高射炮,否则很难预测到飞机的位置,进而击中它。幸好飞行员的动作不是完全随意的,在高速飞行的飞机中,任何过急地偏离原来航线的动作都会产生极大的加速度,这种加速度不仅会使飞行员失去知觉,而且可能造成飞机解体的惨剧。再有飞行员只能用转动飞机的操纵面的方法来操纵飞机。转变到新的飞行状态需要一段时间,即使操纵面转到新位置,也只能改变飞机的加速度,这种加速度的最终效果还必须通过先改变速度,再改变位置的方式来实现。另外,一个飞行员在紧张的战斗中,很难进行十分复杂和自如的随意活动,一般总是习惯于按照平时训练的防御要领操作,这就使得飞行曲线的预测工作有可能完成。预测一条曲线的未来就是对曲线的过去进行某种运算。有些预测算符可以运用某些装置来对它进行模拟,维纳想制造的就是这种装置。

维纳的选题——研制高射炮自动控制设置很快得到了政府的支持,被列入战时政府项目,并且还给他派来一位合作者朱利安·比奇洛。

朱利安·比奇洛是一位年轻有为的工程师,他性格温和、聪明能干,是个非常好的助手,从这时候起他与维纳进行了长期愉快的合作。他的唯一恶癖是过分讲究科学的纯洁,过分追求至善至美,这使他对自己所得到的研究结果从未满意过。

比奇洛有一种知难而上的精神,他喜欢在克服困难的过程中得到的乐趣,为此他不惜为自己设置困难——驾驶了许多又旧又破的汽车。作为一名优秀的工程师,他永远不会满足一辆运行正常的汽车,要么尝试着制造一辆特优汽车,要么将一辆以驾驶者的标准早该在几年前报废的汽车安全开动起来,他总是寻找各种机会施展自己的才能。

与这样的人合作维纳感到如虎添翼,研究工作进展得很顺利。

维纳已经是第二次从事研究一种用来代替人类特殊功能的机械电学系统了。第一次是在北平与李郁荣博士的合作,目的是实现复杂的计算;第二次的目的是预测未来。现在维纳再也无法回避讨论怎样来执行某些人类功能的问题。在任何火力控制系统中,都要有人的随意活动,如炮手的瞄准、射击动作与飞机驾驶员的回避动作。随意活动是生理学中经常使用的名词,它指经过大脑皮层反射的、有意识的活动。这显然已经超出了工程学或数学研究的范围。

通过认真的研究后,维纳与比奇洛一致认为:随意活动中的一个极端重要的因素就是控制工程师们所谓的反馈作用。反馈有两种形式,正反馈与负反馈。正反馈是朝增大目标差的方向发展的(如无线电中的信号放大);负反馈则朝减少目标差的方向发展。高射炮控制系统中的反馈就是负反馈控制。

接下来他们又考虑了在没有精确数据的情况下进行预测的问题。他们发现控制工程与通信工程的问题是不能区分开的,这里的关键不在于表面的电工技术,而在于更为基本的消息概念……

问题一个接一个地出现,涉及的领域越来越多,这些问题有些解决了,有些遗留下来了,最后他们根据高射炮控制实际是一种反馈环的原理,设计出一种装置。由于无法找出辅反馈环的特征,所以这台设备实质上是很粗糙的,甚至无法投入使用。但是,在研制这台设备中产生的思想是极为有用的,许多其他领域的人都热切地汲取他们的思想,尤其在消除实验观察误差方面,他们给出了行之有效的方法。因此在项目完成之后,他们没有被要求去继续完善他们的设备,而是被要求写一本关于时间序列、外推和内插的书,这是一本计算方法方面的教科书,由于它采用黄色的书皮,所以人称“黄祸”。“黄祸”是一本相当著名的教科书,它不仅在战时为高射炮设计师广为使用,而且也为电气通信工程师广泛使用。战后还被要求增补了修订版。

比奇洛在科学研究方面过分追求至善至美的特点,使他对自己的工作十分不满,但维纳却以他科学家的洞察力敏感地意识到,在科学的版图上,一块处女地就要被开垦了……

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