Джон Фон Нейман — биография
Джон Фон Нейман — выдающийся математик, физик и педагог еврейского происхождения, оставил неизгладимый след в различных областях науки. Его вклад в квантовую физику, квантовую логику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и другие отрасли неоценим. Но наиболее известен он как великий ум, стоящий за архитектурой современных компьютеров, известной как архитектура фон Неймана. Его научные достижения охватывают широкий спектр областей, включая применение теории операторов к квантовой механике, алгебру фон Неймана, участие в Манхэттенском проекте, а также создание теории игр и концепции клеточных автоматов.
Детство
Янош Лайош Нейман пришёл в этот мир в обеспеченной еврейской семье в Будапеште, который в то время служил второй столицей Австро-Венгерской империи. Он был старшим сыном в семействе, после него на свет появились два брата — Михай и Миклош. Их отец, Макс Нейман, перебрался в Будапешт из маленького города Печ в конце 1880-х годов, защитил докторскую по праву и занимал должность адвоката в одном из банков; его корни уходили в Серенч.
Мать Яноша, Маргарет Канн, была дочерью успешного предпринимателя Якоба Канна, который был совладельцем компании «Kann—Heller», занимающейся продажей мельничных жерновов и другого аграрного оборудования. Её мать, Каталина Майзельс, происходила из Мункача.
Янош, или как его ласково называли дома, Янчи, обладал исключительными способностями с детства. Уже в шестилетнем возрасте он умел в уме разделить два восьмизначных числа и общаться с отцом на древнегреческом языке. Янош с ранних лет проявлял глубокий интерес к математике, числовым системам и логике окружающего мира, а в восемь лет он уже владел знаниями в области математического анализа. В 1911 году он стал учеником лютеранской гимназии.
В 1913 году его отец был удостоен дворянского титула, благодаря чему Янош начал носить австрийскую приставку фон (von) и венгерский титул Маргиттаи (Margittai), именуясь теперь Янош фон Нейман или Нейман Маргиттаи Янош Лайош. В период преподавательской деятельности в Берлине и Гамбурге его именовали Иоганн фон Нейман. После переезда в США в 1930-х его имя было англицизировано в Джон. Интересно отметить, что его братья, перебравшиеся в США, приняли новые фамилии: Vonneumann и Newman, что можно трактовать как игру слов, отражающую элементы их исходной фамилии и немецкой приставки.
Фон Нейман защитил докторскую по математике, включая элементы экспериментальной физики и химии, в Будапештском университете в возрасте 23 лет. Он также изучал химические технологии в Цюрихе, Швейцария, считая, что профессия математика может быть недостаточна для обеспечения уверенного будущего, по мнению его отца Макса. С 1926 по 1930 год Джон фон Нейман преподавал в Берлинском университете как приват-доцент.
Научная деятельность
В 1930 году Джон фон Нейман был приглашён для преподавания в Принстонский университет, США. Того же года он стал одним из первых членов новооснованного Института перспективных исследований, также базирующегося в Принстоне. С 1933 года и до конца жизни он занимал там профессорскую должность.
Между 1936 и 1938 годами Алан Тьюринг проводил исследования в Принстонском университете под научным руководством Алонзо Чёрча, где и защитил свою докторскую диссертацию. Тьюринг опубликовал свою знаменитую работу о вычислимых числах в 1936 году, в которой были заложены основы для создания универсальной машины. Хотя точно не известно, использовал ли фон Нейман идеи Тьюринга при разработке IAS-машины через десять лет, их знакомство и обмен идеями могли повлиять на его работы.
В 1937 году фон Нейман стал гражданином Соединённых Штатов, а в 1938 году ему была вручена престижная премия имени М. Бохера за выдающиеся достижения в области математического анализа.
К 1946 году фон Нейман установил теорему о плотности записи чисел в сдвоенных комбинированных показательных позиционных системах счисления. Первый успешный численный прогноз погоды был осуществлён в 1950 году при помощи компьютера ENIAC, где фон Нейман вносил значительный вклад вместе с командой американских метеорологов.
В октябре 1954 года он был назначен членом Комиссии по атомной энергии США, основной задачей которой было развитие и накопление ядерного вооружения. Его кандидатуру утвердил Сенат 15 марта 1955 года. В мае того же года фон Нейман и его супруга переехали в Вашингтон, пригород Джорджтаун, где он до последних дней занимался вопросами атомной энергетики, ядерного и межконтинентального баллистического вооружения. В статье журнала «Лайф», опубликованной вскоре после его смерти 25 февраля 1957 года, фон Нейман был представлен как сторонник предупредительной войны против Советского Союза, что, возможно, было связано с его происхождением или воспоминаниями о времени в Венгрии, где он формировал свои убеждения.
Квантовая механика и информатика
Джон фон Нейман оказал значительное влияние на развитие квантовой механики, создав математически строгий аппарат для её описания. В своём труде «Математические основы квантовой механики» он предложил аксиоматический подход к этой науке.
Занимаясь аксиоматизацией теории множеств, фон Нейман также перенёс свой опыт на квантовую механику, предложив рассматривать состояния квантовых систем как точки в гильбертовом пространстве. Это позволило аналогично классической механике сопоставлять состояниям точки в 6N-мерном фазовом пространстве. Такой подход дал возможность представить физические величины, такие как положение и импульс, в виде линейных операторов на гильбертовом пространстве, существенно упростив тем самым изучение квантовой механики через алгебру линейных эрмитовых операторов.
Фон Нейман ввёл в научный оборот принцип неопределённости, согласно которому одновременное точное определение положения и импульса частицы невозможно из-за некоммутативности соответствующих операторов. Эта концепция, как и его обобщение идей Гейзенберга и Шрёдингера, была интегрирована в новую математическую формулировку квантовой механики.
Одной из важных работ фон Неймана стала разработка теории алгебр операторов, в частности, алгебры фон Неймана — это *-алгебра ограниченных операторов на гильбертовом пространстве, замкнутая в слабой операторной топологии и содержащая единичный оператор. Его теорема о бикоммутанте установила эквивалентность аналитического и алгебраического определений алгебры фон Неймана.
В 1949 году фон Нейман внёс понятие прямого интеграла, способствуя тем самым углублению классификации алгебр фон Неймана на сепарабельных гильбертовых пространствах через классификацию факторов.
В 1940-е годы он также занимался разработкой гипотетической самовоспроизводящейся машины, создав сложную математическую модель с 29 возможными состояниями каждой ячейки. Эти идеи впоследствии были упрощены Джоном Конвеем в создании клеточного автомата «Жизнь», где клетки имеют всего два состояния по двум правилам, и стали основой для множества научных исследований в различных областях современной науки.
Манхэттенский проект
Во время Второй мировой войны Джон фон Нейман выступал в качестве консультанта Лаборатории баллистических исследований (Army Ballistics Research Laboratory) Управления боеприпасов Армии США, благодаря своим знаниям в области математики ударных волн и взрывов. По просьбе Оппенгеймера с осени 1943 года он также принял участие в Манхэттенском проекте в Лос-Аламосе, где занимался расчётами для достижения критической массы плутониевого заряда методом имплозии.
Изначально эти сложные расчёты выполнялись в Лос-Аламосе с использованием ручных калькуляторов, а затем — на механических табуляторах IBM 601 с применением перфокарт. Фон Нейман активно путешествовал по стране, собирая информацию о различных проектах по созданию как электромеханических, так и полностью электронных компьютеров, включая Bell Telephone Relay-Computer и компьютер Mark I Говарда Айкена в Гарвардском университете, использовавшийся в Манхэттенском проекте весной 1944 года, а также ENIAC, применённый в декабре 1945 года для расчётов, связанных с термоядерной бомбой.
Фон Нейман также внёс значительный вклад в развитие компьютерной техники, помогая в разработке ENIAC и EDVAC. В его работе «Первый проект отчёта о EDVAC» была представлена революционная идея компьютера с программой, хранимой в памяти, которая положила начало архитектуре фон Неймана, широко применяющейся в компьютерах и микропроцессорах на протяжении многих лет.
После войны фон Нейман продолжил свою работу в этой сфере, разрабатывая высокоскоростной исследовательский компьютер IAS-машину в Принстонском университете, который предназначался для ускорения вычислений в области термоядерного оружия.
В честь его вклада в развитие вычислительной техники был назван компьютер JOHNNIAC, созданный в 1953 году в Корпорации RAND.
Личная жизнь
В 1930 году жизнь Джона фон Неймана претерпела значительные изменения: он принял католицизм и женился на Мариэтте Кёвеши, студентке экономического факультета Будапештского университета. Перемены в личной жизни отразились и в семейном счастье: в 1935 году у пары родилась дочь Марина, которая в будущем займет место профессора делового администрирования и государственной политики в Мичигане.
Вскоре после переезда в США, во время одного из визитов на родину, фон Нейман встретил Клару Дан, которая вскоре стала его второй женой. После свадьбы в 1938 году пара переехала в Принстон, где они обосновались в роскошном поместье рядом с начальной школой Community Park. Дом фон Нейманов стал одним из центров академической жизни университетского городка.
Джон фон Нейман известен своим бурным характером и эксцентричностью. Он тщательно следил за своим внешним видом и домашним уютом, увлекался гурманством и выбором дорогих напитков. Работая дома, он любил включать телевизор на максимальную громкость, что вызывало недовольство соседей, в том числе Альберта Эйнштейна, который жаловался на громкую немецкую музыку из дома математика.
Фон Нейман также был известен как рискованный водитель: он читал книги за рулем, что неоднократно приводило к авариям и конфликтам с дорожной полицией. Эти и многие другие курьезы и привычки фон Неймана стали легендарной частью его биографии.
Смерть
Проблемы со здоровьем у Джона фон Неймана начались в 1954 году, когда был диагностирован костный рак. Истинные причины возникновения этой страшной болезни так и остались неустановленными, однако среди биографов существует предположение, что заболевание могло быть вызвано облучением, которому фон Нейман подвергался во время работы над атомным проектом в годы Второй мировой войны.
Последние годы жизни этого выдающегося венгерского математика были омрачены болезнью и связанными с ней мучениями. В зимние месяцы 1957 года его состояние ухудшилось настолько, что потребовалась срочная госпитализация. Несмотря на все усилия врачей, лечение не принесло облегчения, и 8 февраля фон Нейман умер в медицинском центре имени Уолтера Рида. Причиной его смерти стала злокачественная опухоль костной ткани, положившая конец жизни одного из самых ярких умов XX века.
Ссылки
If you have found a spelling error, please, notify us by selecting that text and tap on selected text.
