六、战争年代

第二次世界大战爆发后，美国学术界和技术界都预感到，大战终将会席卷美国。因此，科学家们开始寻求能够发挥自己作用的工作。

维纳在第一次世界大战中曾受过计算弹道的训练，使他在计算工作上有丰富的经验。此后，他还用了很多时间同电气工程师一起工作，所以他预料，在战争中自己注定要从事的职业是一种把计算技术应用于电气工程问题的工作。

1940 年 8 月，美国数学学会夏季会议在达特默里举行。会上，维纳强烈支持跨学科的合作，并希望科学家们保持有高度的首创精神和个人责任感。他建议组织由各方面的科学家组成的小型机动队，协同攻克他们的问题。

在开完会回家途中，维纳就开始思考计算机的问题。他认为，一种电视扫描技术将成为偏微分方程问题机械化的合适基础，而二进制的电子计算机正是求解偏微分方程问题要求的高速计算所需要的那种装置。

维纳知道，为使一台机器正确地解偏微分方程，它必须在非常短的时间里完成几乎令人难以置信的大量工作。这使他联想到，用于特定目的的高速计算机的未来可能并不是布什机器用电学量或力学量来表示物理量的模型，而在于极大地发展按二进制工作的普通台式计算机。

在计算方法上，维纳指出数字计算机在理论上能绝对精确地读出所引入的数，它具有高速度和高精度的优点。用电子方法选择数字更具优势，因为同机械零件系列相比，电子流的惯性大大减小，而且通过放大来消除电阻损失在技术上大为便易。维纳相信，未来的高速计算机将是电子数字计算机。为了用二进制记数法工作，维纳应用只有两种选择的择一机器。但他发

现，那种按二进制写一个数的特殊方法并不适合于非常高速的计算机。于是，经过思考、试验，维纳决定使用钢带作为计算器材。为了避免钢带内部伸展的磁场的破坏作用，维纳想出让钢带具有磁化作用，即在一种非磁性材料上涂上一层薄薄的磁性层，例如带有磁性的铁氧化物薄层的纸带。10 年后，维纳的这些设想被证实是正确的。

不久，维纳参加了防空火力控制装置的设计工作。当时飞机飞得越来越高，越来越快，因此，防空问题显得十分重要。高射炮要瞄准目标很困难，肉眼跟不上，必须使用自动控制装置。但是炮手是人，不会像钟表一样精确到分毫不差。怎样减少人造成的误差呢？维纳苦苦思索着这个问题。后来他从猎人用枪打鸟的动作中得到启发，认识到高炮射击同猎人打鸟的方法一样，当发现目标偏左时，就向左作一些校正；当发现目标偏右时，就向右边作一些校正。所以机器的自动控制与人的神经系统有很多相似之处，它们都是通过从外界获取目标差距的信息，并传出减少目标差距的信息，引导动作同外界有效地联系起来。在所有的控制系统中，都要先知道控制对象的情况才能发布命令，命令的执行情况也要收集起来，才能继续控制，控制的过程

实质上就是通讯的过程。所以，要想减少误差，必须以准确的信息传递为前提，并在此基础上向减少目标差距的方向校正，也就是用“负反馈”来调节。维纳的这些思考有了实质性的突破，他突破了控制和通讯的界限，突破了生命体和非生命体的界限，找到了一切控制系统（无论是人和动物的神经系统还是机器的控制系统）的共同点。到此，维纳跨出了重要的一步，接触到了一个有待开发的新领域。

在具体实施过程中，首先要解决预测飞机未来位置的问题。也就是必须给高射炮的射击控制系统配备一种相当于射程表的机械装置，它将自动地使高射炮获得对飞机的必要的提前量，以便飞机和炮弹同时到达同一地点。在某种程度上，这是个纯粹几何问题，但当进一步加以发展时，就涉及对飞机本身的未来位置的估算。这必须根据过去的位置来估算。

维纳用彼此相交成一个角度的两根直线所构成的图形来试验他对活动目标的预测器。预测器是由两部分组成的，一部分用作跟随一给定的曲线，另一部分根据一些过去的数据预测这条曲线往前一点的位置，即跟随器。试验结果是有趣的，那些为了最佳地跟踪平滑曲线而设计的设备都极其灵敏，一拐弯就会发生强迫振动。

随后，维纳制作了一个能把在一给定基线以上的一个点的高度转换成一个电压的装置。这个随时间变化的电压通过一个由电阻丝、电容器和磁线圈组成的电气组合。在此系统的另一点上取下这个电压，再用一个电压表连续地测量它。而这个输出电压则起着预测在未来某一段时间里的电压的作用。维纳必须着手解决的下一个问题是，在赖以进行预测的数据没有精确给

出的情况下，如何进行预测？这就要求必须确定提供给预测者的那些数据的统计数字，同时确定误差的统计数字。维纳通宵达旦地计算。以后，他做了一个实验装置，用以发生飞机预测问题中出现的那种不规则函数。

有关控制高射炮火的想法有双重意义。在这种控制中必须考虑人的两种因素：一方面，当飞行员在飞行并采取各种规避动作时，他的飞行方式不仅同他飞机的局限性有关，而且还同他神经系统的制约有密切的关系，因此，他的动作同研究者设计的假想动作差别不大；另一方面，高射炮手所使用的技术无法分毫不差地跟踪目标，因为他受到感官和肌肉的限制。人的这两种有关因素结合在一起就成为高射炮手赖以击落目标的半机械过程的组成部分。

在战争初期，用高射炮来跟踪飞机的唯一方法是由炮手通过一种人工调节过程来盯住它。后来随着战争的进行，雷达完善起来，这个过程就机械化了。于是就能够把对飞机定位的雷达设备直接装接于高射炮，从而也就消除了高射炮瞄准中的人的因素。

维纳关于高射炮控制的统计处理工作产生了通讯工程、气象学、社会学和经济学等领域中的统计观点。

以气象学为例。气象学是数值科学的一个典型。当时人们有关大气动力学的知识实际上只是从一天中至多三四次的对 10 万立方英里大气的观察中得到的抽样。人们把天气预报问题作为类似高度复杂的天文轨道的问题来处理，并提出把所有初始数据都送入一台高级计算机中，再运用运动定律和流体动力学方程计算出未来相当长一段时间内的天气情况。但是气象局的一切观察仅仅给出很少的，并有极大间隔的点上的有限信息。要补充这些间隔，只能借助某种统计推理的方法。因此，一个有效的气象学上的方法必定具有

动力学和统计学两种性质。

此外，在经济学中，所谓的计量经济科学即经济动力学遇到的根本性困难是纳入此动力学中的那些数值量没有确切的定义，于是，必须把它们看作是粗略的统计估计量。维纳强调经济计量学要想获得大的发展，必须对其所处理的各个量——需求、存贷以及诸如此类的量的观察和把它们组合起来的动力学一样，必须符合精确和严密的标准；而且还应认识到这些量是统计性质的。

此时的维纳研制计算机的兴趣非常浓厚，他得出一个结论——大脑和神经系统具有计算机的主要特征。因为与一个继电器的接通和断开相似，一个神经纤维也处于两种状态：携带信息的状态和不携带信息的状态。

神经纤维不仅是开关器件，而且还是通向别的开关器件的机关。在神经纤维中，一个信息是否在一条传出纤维中建立起来的问题正是取决于从各条纤维收到的传入消息的确切集合。

维纳指出日常生活中也存在反馈现象，只不过人们已经习以为常了。例如人直立时，并不像塑像矗立一般，因为即使是最稳固的塑像也需要固定在一个垫座上面，否则就会倒下来。而人所以直立着，是因为他不断地抵抗向前或者向后倒下的倾向，并设法收缩朝相反方向拉的肌肉来平衡这种倾向。即人体的平衡不是静态的，而是积极地抵抗任何导致破坏平衡的倾向过程的不断相互作用的结果。

然而，维纳清楚自己所从事的研究领域涉及到神经生理学、心理学、计算机科学等多种学科，单凭他一个人显然是无力解决的。

怎么办呢？维纳想起曾在哈佛大学举办过的科学方法论聚餐会。那是他和一位著名生理学家一起组织的私人讨论会，每月举行一次。参加者有数学家、物理学家、医学家、心理学家等多种学科的研究人员。会上，大家从自己的专业思想出发，各抒己见，互通有无，使每一位与会者都受到莫大的启发。在这些讨论中，科学家们建立了一个坚定的信念：“在科学发展史上，可以得到最大收获的是各种已经建立起来的部门之间的被人忽视的无人区。”

于是，维纳决定组织类似的讨论会来研究控制和通讯问题。1943 年底，在美国普林斯顿，召开了一次具有历史意义的讨论会，这是一个由多种学科的学者共同研究同一问题的科学盛会。科学家们以本学科的思想方法论，对信息、反馈、控制等问题提出意见和认识，越谈越觉得有共同点，越觉得这类问题不但有趣，而且对各自的专业有着重要意义。从这以后，每隔半年，就由维纳主持，召开一次类似的讨论会。于是，一个崭新的学科领域——控制论，即机器和活有机体中的通讯和控制的理论，被逐步开辟出来了。

但是，自从 1941 年 12 月 7 日，日本偷袭美国在太平洋上的主要海军基地珍珠港，挑起了美日战争后，维纳便不能更进一步地埋头于研究了，因为战争打破了他打算为了国际友好的利益去南美工作的计划。尤其令维纳感到失望的是，他的好友李郁荣赴美与他共同致力于通讯工程研究的计划又因美日交战不得不往后拖。

1944 年春，维纳被邀请参加在瓜达拉哈举行的墨西哥数学会。一进入墨西哥国境，维纳马上被拉美的风情深深吸引住了：粉红色和蓝色砖砌成的房屋，空旷原野上爽朗、沁人心脾的空气，新奇的花草，表现出比北美人更加热情奔放的新型生活方式。墨西哥城高爽寒冷的气候，兰花、楹花和紫茉莉

的绚丽多彩，地中海地区风格的建筑，这一切使维纳感到将接触到新奇而又激动人心的事物。

当维纳刚刚适应了当地的水土，克服了海拔高度引起的极度疲乏之后，他就马上开始研究那种称为活体痉挛的肌肉震颤：许多人在两膝一上一下地盘腿而坐时所感到的那种常见的痉挛性颤动。因为维纳认为这是研究神经与肌肉系统中的反馈震颤的极好例子。

维纳结识了一位名叫阿图罗的墨西哥医学家。阿图罗工作勤勉，对自己要求很严格。维纳与他合作得很愉快。

回到美国后，维纳发现，他和阿图罗一起做的那些工作，即运用现代数学方法把神经系统作为一个通信问题的研究，已经引起科学界的强烈兴趣，并由一个基金会就这个专题组织了一系列会议。在这些会议上，一群精神病学家、社会学家、人类学家以及类似的专家同精神生理学家、数学家、通讯专家和计算机设计师聚集在一起，探讨他们能不能找到一个共同的思想基础。科学家们在一起合作得很成功，这一系列会议前后历时好几年。

在维纳所做的有关生理学的工作中，最有意义的就是关于将时间序列的统计理论应用于脑波研究。这项工作是维纳早年有关广义调和分析和布朗运动的工作的延长，也是他和阿图罗一起圆满地完成研究工作的标志。

关于脑波研究的工作，最初人们认为通过头皮所观察到的脑中的杂散电流能表示出脑的生理和相伴的神经现象。但是，直到 30 年代这种设想尚未实现。这是因为，脑波是一些杂乱现象的混合，它们有自己的语言，人们无法用肉眼注视脑电图的墨写记录来观察到这种语言。40 年代，干涉仪的发明使设想变成了现实。它的应用原理可以运用于研究脑波和其他类似的振荡，故它被称为自相关器。当用它来转换脑波的粗糙的原始记录时，可获得极为清晰的图像。

此外，维纳进一步发现在机器的反馈和人的反馈之间的相似。例如神经维就像一种根据以前判定的许多结果来作出后来判定的逻辑机，其工作方式，实质上与计算机的元件的工作方式相似。这是因为神经系统是传导脉冲的神经元所组成的复杂网络。如果一个脉冲强到足以能从一根神经纤维的末稍到达另一个末稍，则它基本上就作为一个整体达到其较远的末稍，而又不受较近末稍的脉冲强度的影响。

1944 年秋天，发生了一些错综复杂的事件，对维纳后来的事业和思想产生了很大的影响。当时维纳正在思考高速计算机和自动化工厂之间的关系，他得出结论：计算机的精髓在于它的速度和编制程序，即使用磁带或穿孔卡片来确定需要执行的一系列运算。因此，自动化工厂不久就可问世。

但是，维纳担心自动化工厂会引起有关就业的新的社会问题。因为它将会造成劳力在不同水平上大规模地重新分布，它将以机械完全取代人，而且会要求有高度技能的专业人员来编制操作顺序，以便最佳地用于某一特定功能。而这些对劳力需求的变化如果无计划地、缺乏组织地降临，则会导致严重的失业。

尤其令维纳吃惊的是美国对日本使用了原子弹。他预见到世界将被无限制破坏力威胁的阴影所笼罩。后来，维纳在自传中写道：

“我认为，关于原子弹，最重要的事情并不是一场特定的战争在我方无严重伤亡的情况下结束，而是我们现在面临着一个新的世界和我们今后的生活要遇到的新可能性。就以往的战争而言，我感到最重要的事实是，虽然对

参战各方造成了毁灭性的破坏，但它们基本上是局部战争。一个国家和一种文明可能灭绝了，但是那种邪恶的破坏过程迄今为止一直是局部的，新的种族和民族仍可以接过别的种族和民族放下的火炬。

我丝毫也不低估战争要造成破坏的目的，无论用石斧进行的战争和用弓箭进行的战争，还是用滑膛枪和机关枪进行的战争，都同样以此为主要目标。在以前的战争中，破坏力比不上破坏的意愿。因此，虽然就伤亡的人员而论，用习见的炮弹炮击或空袭和使用原子弹差别很小，但我认为，最重要的实际差别在于对幸存的人类所产生的影响。”

维纳指出，卖弄现代战争的锐利武器，则不仅要冒由于偶然事故和麻痹大意而受伤害的危险，而且还会被效法，也将暴露在同样的危险之下。

还有一件事使维纳产生深深的疑虑。因为核计划本身是一项耗资巨大的事业。这会对政府财政收支造成压力。事实证明，维纳的担忧是必要的。在战后美苏军事对抗时期，双方展开无休止的核竞赛，以致美国不得不将国家军费的大部分投入到核计划当中去。

维纳尖刻地指出：“我知道科学界的高级官员中不止一人同其他国家的科学家和持有其他观点的科学家的接触不及我的 1/10，他们远不能很好地评价世界对原子弹的反应。我已经习惯于在一定程度上从哲学观点来考察科学史和发明史，我不相信那些作出这些判定的人会比我做得更好些。⋯⋯我自己许多年来一直坚持孤寂地进行科学工作，而最后证明我是正确的。”

“我最担心的事之一是原子弹对于科学和公众对待科学家的态度所产生的影响。⋯⋯我们原以为战争以后，会像以前一样，恢复国内和国际自由交流学术成果的风气，而这才是真正的科学生活。但是，科学工作者发现，不管愿意与否，自己仍是整个国家存亡所系的机密的看管人。在可以预见的将来，自己不可能重新作为自由人来从事研究。”

“公众同样不喜欢原子弹，很多人预见到未来危险的征兆，并感到深沉的内疚。这种内疚感在寻找一个替罪羊。还有谁比科学家本身更适合于充当替罪羊呢？科学家们促成了制造原子弹的可能性。但一般的公众对科学家不甚了解，认为科学家是些怪僻而又沉默寡言的人，他们很快就谴责科学家追求原子弹所表现出来的破坏力。”

虽然维纳没有参与原子弹研制工作，但他仍然作了深刻的自我反省。他预见自动化工厂虽不如原子弹那样具有革命性，然而它给社会带来利益和祸害的可能性是非常大的。

维纳试图隐藏他的思想，可这是不可能的。因为任何人所拥有的思想都是属于特定时代的，不是属于个人的。他担心如果自己隐瞒所做出的每件成果，那么它们必定会重新出现在其他人的工作中，而且会以不强调哲学意义和社会危险的形式出现。因此，维纳无法从这匹“烈马”的背上下来，他只有骑着它，朝着正确的方向前进。

经过思虑，维纳公开了他关于自动化工厂的那些设想。此后，为了使人们正确理解自动化，维纳大力强调劳资双方合作共同制定适合自动化工厂的工业生活方式。