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.
![Джон фон Нейман в возрасте семи лет Джон фон Нейман в возрасте семи лет](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/caf/b33/d8a/cafb33d8aabb9b37a0df1fb4d675b9fa.jpeg)
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.
![Два портрета Джона фон Неймана в 1920-е годы Два портрета Джона фон Неймана в 1920-е годы](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/e09/b56/00f/e09b5600f760d7204c588e0bbd272870.png)
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.
![Профессорский состав Института передовых исследований. В центре — Альберт Эйнштейн, на заднем плане — Джон фон Нейман Профессорский состав Института передовых исследований. В центре — Альберт Эйнштейн, на заднем плане — Джон фон Нейман](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/efa/5c2/632/efa5c26322b2912f69dfb1bb5b30d0a1.png)
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.
![Джулиан Бигелоу, Герман Голдстайн, Дж. Роберт Оппенгеймер и Янош Нейман перед компьютером MANIAC в Институте перспективных исследований Джулиан Бигелоу, Герман Голдстайн, Дж. Роберт Оппенгеймер и Янош Нейман перед компьютером MANIAC в Институте перспективных исследований](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/7a6/e9b/460/7a6e9b460d9bce83275da661f920a28c.png)
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».
![Первое издание книги «Теория игр и экономического поведения» Оскара Моргенштерна и Джона фон Нейманан (1944) Первое издание книги «Теория игр и экономического поведения» Оскара Моргенштерна и Джона фон Нейманан (1944)](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/b47/694/622/b47694622f3008fb1752810cc88994f0.png)
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.
![Все работы Неймана в области квантовой механики объединили в книгу в 1932 году Все работы Неймана в области квантовой механики объединили в книгу в 1932 году](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/682/060/5f5/6820605f56381fa73e789be5838590a2.png)
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.
![Джон фон Нейман возле машины IAS, которую называют «машиной фон Неймана». Аппарат хранился в подвале здания Фулд-холл с 1942 по 1951 год Джон фон Нейман возле машины IAS, которую называют «машиной фон Неймана». Аппарат хранился в подвале здания Фулд-холл с 1942 по 1951 год](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/0a7/497/9e7/0a74979e7ae4657e7f28109349c62a96.png)
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