Фон Нейман — один из величайших умов в истории человечества. Несмотря на то, что ученый ушел из жизни в возрасте 53 лет, он успел поучаствовать в создании атомной бомбы, разработке ядерной энергетики и формировании основ цифровых вычислений. В этом материале рассказали про его жизнь и научную деятельность.

Чудо-ребенок из обеспеченной семьи

Янош Лайош Нейман, известный в англоязычном мире как Джон фон Нейман, родился 28 декабря 1903 года в Будапеште, Венгрия. Он был выходцем из семьи обеспеченных и не особо религиозных еврейских банкиров, так что мальчик с ранних лет пользовался всеми привилегиями, которые позволяло благосостояние семьи.

Его отец, Макс Нейман, доктор права, не соответствовал стереотипам о родителях того времени. Он активно вовлекал детей в обсуждение банковских решений, интересовался их мнением по поводу инвестиционных стратегий и рисков.

Маленький Янош, или «Джонни», был чудо-ребенком. По слухам, в шести лет он умел в уме делить восьмизначные числа и свободно владел древнегреческим языком, а к восьми годам — виртуозно оперировал математическими вычислениями.

Выдающиеся способности и «Четверка из Будапешта»

К моменту поступления в университет в 1921 году юный Нейман уже сотрудничал с одним из своих наставников Михаилом Фекете над статьей «Обобщение теоремы Фейера о расположении корней полинома определенного вида». Фекете вместе с Ласло Рацем заметили выдающиеся способности Неймана и начали обучать его математике на уровне, который соответствовал университетскому курсу. К 18 годам молодого человека уже признали полноценным членом математического сообщества.

Фон Нейман был частью группы венгерских ученых — математиков и физиков, в число которых входили Лео Силард, Эдвард Теллер и Юджин Вигнер. Впоследствии они эмигрировали в США, где многие из них принимали участие в Манхэттенском проекте. Большинство были выходцами из еврейских семей и шутливо называли себя «марсианами», подчеркивая свою уникальность, выдающийся интеллект, непонятный родной язык и происхождение из малоизвестной страны.

«”Четверка из Будапешта” была удивительно разнообразной группой. Их объединяли мощь интеллекта и характер карьеры. Вигнер был скромен и застенчив, Теллер — эмоционален и общителен, Силард — страстен и неуловим. А Джонни (фон Нейман) был не похож на никого из них. Его мотивацией было стремление к максимальной продуктивности в решении любой интеллектуальной задачи», — отрывок из книги Нормана Макрея «Джон фон Нейман» (1992).

Знакомство с Альбертом Эйнштейном

Когда Джон фон Нейман переехал в Принстон, он познакомился с Альбертом Эйнштейном, который был старше его на 24 года. Оба ученых обосновались в Институте передовых исследований, основанном в 1930 году, и проработали там до конца своих дней. Однако их отношение к институту и к Америке в целом существенно различалось.

Это различие подчеркивается характерной привычкой фон Неймана включать немецкие маршевые мелодии на полную громкость в своем офисе, что вызывало раздражение у соседей, включая самого Эйнштейна. По словам близкого друга фон Неймана, Юджина Вигнера, Джон с самого начала чувствовал себя в Америке как дома. 

«Это был человек, излучавший жизнерадостность и оптимизм, ценивший финансовое благополучие и твердо веривший в прогресс человечества. Такие личности встречались в США гораздо чаще, чем в еврейских общинах Центральной Европы», — отмечал Вигнер.

«Проект Манхэттен» и теория игр

В 1930 году Джона фон Неймана подключили к работе над «Проектом Манхэттен», целью которого было создание атомной бомбы. Нейман стал ведущим специалистом в области математики кумулятивных зарядов — зарядов взрывчатого вещества, форма которых позволяет фокусировать эффект энергии взрыва.

К 1937 году Нейман осознал неизбежность приближающейся войны. Несмотря на свою пригодность для стратегической и оперативной работы на передовой, он предпочел подать заявление на должность лейтенанта в запасе артиллерийского управления армии США. В качестве члена офицерского резерва он мог бы получить неограниченный доступ к различным видам статистики взрывов, что представлялось ему крайне интересным.

Будучи участником Манхэттенского проекта в Лос-Аламосе (штат Нью-Мексико), в 1944 году Нейман обнаружил, что увеличение давления от отражений ударной волны взрыва от твердых объектов превышает прежние оценки и зависит от угла падения волны. Это открытие послужило основанием для решения взорвать атомные бомбы на высоте в несколько километров над целью, а не при непосредственном столкновении с ней. Нейман присутствовал на «Тринити» — первом успешном испытании атомной бомбы 16 июля 1945 года в пустыне Невада.

Примерно в то же время Нейман в соавторстве с экономистом Оскаром Моргенштерном опубликовал труд «Теория игр и экономическое поведение».

Ученые ввели понятие «игры с нулевой суммой». Трактат кардинально изменил экономическую теорию, а теория игр нашла применение в политологии, военной стратегии, психологии и эволюционной биологии.

Ключевые работы по квантовой механике

В период 1927-1931 годы Нейман опубликовал пять ключевых статей по квантовой механике. Как отметил Пауль Халмош, уникальный вклад ученого, который отличал его от Гейзенберга, Бора и Шрёдингера, заключался в идее: «Геометрия векторов в гильбертовом пространстве имеет те же формальные свойства, что и структура состояний квантово-механической системы». Нейман понимал, что состояние квантовой системы можно представить как точку в комплексном гильбертовом пространстве, которое может быть бесконечномерным даже для одной частицы.

Нейман предложил математическую основу квантовой теории. В его подходе состояния физической системы представлены векторами гильбертового пространства, а измеряемые величины (такие как, положение, импульс и энергия) — неограниченными эрмитовыми операторами, воздействующими на эти векторы.

Помимо этого он выдвинул статистические аспекты квантовой теории. В процессе формулировки квантовой механики с использованием векторов и операторов в гильбертовых пространствах, Нейман сформулировал основное правило статистического понимания теории: распределение вероятностей результата измерения физической величины в системе, находящейся в определенном квантовом состоянии, должно быть выражено через вектор, представляющий состояние, и спектральное разрешение оператора, представляющего физическую величину.

Создание концепции архитектуры компьютера

После завершения военных действий фон Нейман сосредоточил свое внимание на разработке первого в мире программируемого электронного цифрового компьютера. Устройство задействовали для расчетов, связанных с водородной бомбой. Опыт, полученный в ходе участия в Манхэттенском проекте, позволил ему активно включиться в проект ENIAC в Инженерной школе Мура при Университете Пенсильвании в летний период 1944 года.

Ученый наблюдал за массивом вычислений, необходимых для прогнозирования радиусов взрыва, планирования траекторий бомб и дешифровки шифров. Благодаря этому он рано осознал неотложную потребность в существенном увеличении вычислительной мощности.

В 1945 году Нейман предложил концепцию архитектуры компьютера, которая в настоящее время известна как архитектура фон Неймана. Она заложила фундамент для современных электронных цифровых компьютеров и включает в себя следующие ключевые элементы:

• блок обработки данных, в том числе арифметико-логический блок и регистры процессора;

• блок управления с регистром команд и счетчиком программ;

• блок памяти для хранения данных и инструкций;

• внешние устройства хранения данных;

• механизмы ввода и вывода информации.

В 1948 году фон ученый предложил теорию автоматов, согласно которой машины, которые обрабатывают информацию, могут самовоспроизводиться, развиваться и совершенствоваться. В 1950-х он раздумывал о функционировании мозга и компьютеров, что в дальнейшем повлияло на развитие искусственного интеллекта.

Ранняя смерть от страшного диагноза

В 1955 году у фон Неймана врачи диагностировали рак — вероятно, костей, поджелудочной железы или простаты. Точный диагноз, поставленный первым, остается неизвестным. Болезнь приковала его к инвалидному креслу и после двух лет борьбы с болезнью, он скончался 8 февраля 1957 года на 53-м году жизни.

Эта статья поддерживается командой ITGLOBAL.COM

Мы — первый облачный провайдер в России, а также интегратор, поставщик ИТ-услуг, продуктов, сервисов и разработчик собственного ПО.  

•  Наш сайт
•  Наш блог про виртуализацию и Enterprise IT
•  Наш YouTube канал
•  Истории успеха наших клиентов