Кто такой Норберт Винер и чем он знаменит История создателя кибернетики

Фамилия Винер – Wiener – означает в обыденной американской жизни «венская сосиска»: экономные на язык американцы просто не говорят второго слова. Великого ученого всю жизнь дразнили «Сосиской». Он и правда был толст, неуклюж, близорук и забывчив. А еще его биография насыщена ленивыми журналистскими клише, например: «Норберт Винер родился в еврейской семье». Этнос указан правильно, однако у читателя сразу возникает совершенно неправильный образ.

Кто такой Норберт Винер

«Как я отмечу позже, традиционно принято считать, что мы происходим от Моисея Маймонида (Моше бен Маймон), еврейского философа из Кордовы и личного врача визиря египетского царя Саладина. …я предпочел бы иметь в качестве предка Маймонида, философа, кодификатора талмудического закона, врача, делового человека, нежели кого-либо другого из большинства его современников» - писал Норберт Винер в своей биографической книге «Бывший вундеркинд. Детство и юность».

Знаменитостью был и отец Норберта, родившийся в Российской империи в городе Белосток, получивший при рождении имя Лейб Зелманович Винер. Достаточно сказать, что обучение на кафедрах славистики в США начинается с его “Антологии русской литературы”. Лео Винер перевел и собрал в нее шедевры от стихов Михаила Ломоносова до романов Толстого, Достоевского и пьес Чехова. Он перевел на английский язык полное собрание сочинений Толстого за два года, и сам был толстовцем по убеждениям, неудивительно, что он, как пишет Норберт Винер, «решил до конца дней своих отказаться от алкоголя, табака и мяса”. Однако Норберта “не заставляли следовать по стопам отца в том, что касалось данных вопросов” - пишет Норберт Винер в той же книге. Отец был человеком строгим. Когда его друг, профессор Смит, увлекся расистскими теориями и начал оскорбительно вести себя по отношению к чернокожим, Лео без жалости разорвал многолетнюю дружбу.

Иудейской религии в доме никто не придерживался, хотя в семье помнили о своем происхождении (ХХ век не давал возможности забыть о нем), но никто не стремился в патриархальный местечковый мир.

Любопытная деталь: когда в период войн с Наполеоном русский император Александр I приезжал в Белосток, то останавливался в доме предков Норберта Винера по отцу – самом чистом и светлом в городе.

Биография Норберта Винера

Вундеркинд

«Именно трагедия, порождаемая неудачей многообещающего юноши, делает его жизнь интересной для читателя; и всем нам знакомо очарование истории, повествующей об успехе. И напротив, история о скромном успехе человека, детство которого было сенсационно многообещающим, не вызывает подъема чувств и не заслуживает всеобщего внимания. Такое диаметрально противоположное отношение к ребенку-вундеркинду я рассматриваю как ошибочное и неоправданное». Писал Норберт Винер все в той же книге в книге «Бывший вундеркинд. Детство и юность».

В полтора года мальчик уже знал алфавит, в три года умел читать, школу пробежал к одиннадцати, и его знания по ряду предметов выходили за пределы университетских. О Норберте писали в газетах, заголовки были лестными, вроде «Самый выдающийся ребенок в мире».

Система воспитания Винера-старшего

Отец воспитывал гениального ученого, как в музыкальных семьях воспитывают будущих гениев фортепиано или скрипачей-виртуозов. Тренеры по боксу и борьбе, глядя на таких детей, с неподдельным состраданием и  дрожью в голосе восклицают: «И это нас вы называете жестокими?» «Необузданность моей любознательности могла сравниться только с упорным стремлением отца упорядочить мое образование. Сам я занимался тем, что доставляло мне удовольствие, отец же учил меня языкам – древним и современным – и математике. Его суровая педантичность причиняла мне много страданий, и только убеждение, что он человек глубоко честный и по-настоящему незаурядный, делало меня терпеливым». (Норберт Винер, «Я – математик»). В 4 года ему было позволено читать в отцовской библиотеке любые книги, в 7 лет он стал автором научной статьи по теории естественного отбора. К 12 годам маленький Норберт знал 5 языков, с годами нарастив их число до 12, включая китайский. Отец же знал 36 языков, включая африканские и языки коренных американцев.

Потом ученый писал: «из меня получился нелюдимый и неуклюжий подросток с весьма неустойчивой психикой. Я то преисполнялся невероятным самомнением и страшно гордился своими талантами, то под влиянием резких замечаний отца проникался сознанием собственного ничтожества и впадал в мрачное уныние» (Норберт Винер, «Я – математик»).

Не будем доверяться энциклопедиям, читаем самого Винера: «После окончания школы я поступил в Тафтс-колледж (в 11 лет), недалеко от Бостона, потом занимался в Гарвардском и Корнельском университетах; в 14 лет в Тафтс-колледже я получил степень бакалавра, в 18 лет в Гарварде – степень доктора философии». Нужно сделать два уточнения. Степень бакалавра искусств он получил не как искусствовед или художник, а за знание языков и математики. Степень доктора философии он тоже получил за успехи в математике, эта степень в российском варианте звучала бы как «Кандидат физико-математических наук». То, что у нас называют «докторской степенью», в Америке зовется postdoc. Кстати, таковую степень присвоили ему в двух университетах – Корнеллском и Гарвардском.

В 1913 году Норберт едет учиться в Европу. Насколько легко давалась ему наука в домашних условиях, можно понять хотя бы по тому, что главу об отъезде из дома он назвал «Освобождение».

Норберт Винер в Европе

Уехав от родителей, Норберт не пустился во все тяжкие и не стал буянить по пивным. Он слушал курс лекций великого Бертрана Рассела. Высоту требований к юному ученому можно понять из такой цитаты: «Рассел убедил меня, что нельзя заниматься философией математики, не познакомившись более серьезно с самой математикой». Это Рассел сказал человеку с математической ученой степенью. Мало того: «Рассел не только показал мне настоящее значение математики, но и убедил в необходимости связи математики с физикой». из книги Норберта Винера «Я – математик»).

Его учителями становятся не только Рассел, но и Годфри Харди, математик и генетик, а также в свое время признанный лидер мировой математической науки Давид Гилберт.

Но юному библиотечному кабинетному уму требовался жизненный опыт. Не вообразить, какое мужество нужно одинокому и закомплексованному, близорукому и толстому юноше по кличке «сосиска», чтобы покинуть привычные университетские аудитории и стать… журналистом, инженером на заводе, а в 1915 году и вовсе попытаться уйти добровольцем на фронт! К счастью в призывной комиссии работали люди разумные – они не пустили его даже в тыловые части. В 1919 году Норберт Винер, вдоволь насладившись свободой, вернулся в академические стены, на кафедру математики в Массачусетский Технологический Институт.

Почему Норберт Винер стал первооткрывателем

Вундеркинд остался далеко позади, перед нами уже ученый не просто мирового уровня, а первого ряда. Нильс Бор, Макс Борн, Жак Адамар – это его хорошие знакомые. Часто говорят: «такие люди видят мир по-другому». Но как это «по-другому»?

«В конце 20-х и в 30-х годах я благодаря своей службе в Массачусетсском технологическом институте приобрел изрядный вкус к инженерным задачам и не раз консультировал коллег по вопросу приведения неортодоксального математического метода Хевисайда к строгому математическому основанию. Мой интерес к операционному исчислению получил сильный толчок от занятий гармоническим анализом и, в свою очередь, способствовал расширению моего кругозора в этой области. Так это исчисление стало органической частью того умственного аппарата, который позже был мною применен к исследованию случайных процессов». (Норберт Винер, «Мое отношение к кибернетике, ее прошлое и будущее»).

Как работает такой аппарат? Одного из кумиров и вдохновителей Винера, Карла Гаусса, учитель в гимназии решил наказать за невнимание и приказал сложить числа от единицы до ста. Учитель ожидал, что этот Гаусс просидит часа три после урока. Гаусс выдал ответ через несколько секунд: 5050. Учитель спросил, где тот подсмотрел результат, и оторопел, когда гимназист ответил: числа от 1 до 100 образуют 50 пар, каждая из которых в сумме дает 101: 1+100, 99+ 2 и так далее. 101 умножаем на 50, получаем 5050.

А то, что сделал со своим умом и взглядом на жизнь Винер, было гораздо сложнее.

Личная жизнь Норберта Винера

«Девушку, столь сильно меня заинтересовавшую, звали Маргарет Энгеман. В Маргарет меня прежде всего привлекали унаследованные от матери прямота, искренность и сердечность. Эти ее качества заставили меня сначала предположить, а потом поверить в то, что она – та самая девушка, которая мне нужна». Девушку выбрала мать Норберта – сам он о браке даже и не задумывался. Двум женщинам пришлось еще и объяснить ему, что семья – это не так уж и плохо для ученого.

«Маргарет пришлось нелегко. Оказалось, что она вышла замуж за неврастеника, и как раз в тот момент, когда он находился в состоянии тяжелейшей депрессии. А тут еще мои родители вместо того, чтобы помочь ей осознать всю сложность стоящей перед ней задачи, всячески скрывали мою внутреннюю неустойчивость».

Скажем сразу – Маргарет выдержит все, и создаст Норберту дом, в котором он сможет и работать, и общаться с коллегами, и отдыхать. А это и для обычной семьи не такая простая задача.

Норберт Винер и кибернетика

Нужно сказать, что Норберт Винер никогда не утверждал, что именно он создал кибернетику, хотя именно он сформулировал большинство ее первых постулатов.

«…группа ученых уже понимала принципиальное единство ряда задач, в центре которых находились вопросы связи, управления и статистической механики, и притом как в машине, так и в живой ткани. Но наша работа затруднялась отсутствием единства в литературе, где эти задачи трактовались, и отсутствием общей терминологии или хотя бы единого названия для этой области. Нам пришлось придумать хотя бы одно искусственное неогреческое выражение для устранения пробела. Было решено назвать всю теорию управления и связи в машинах и живых организмах кибернетикой, от греческого χυβερνητησ – “кормчий”» - писал Винер в своей главной книге – «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине».

Кстати, от греческого χυβερνητησ происходят и слова «губернатор», «гувернер», и даже английское government.

Норберт Винер в своих трудах соединил основные принципы управления и связи, сформулировав несколько жестких принципов. Первый из них – гомеостазис, или принцип саморегуляции. Мы не поддерживаем осознанно нужную температуру тела, не напрягаем по очереди нужные мышцы при ходьбе – все это организм делает сам. Мы об этом не думаем до тех пор, пока механизм саморегуляции по какой-то причине не дает сбой.

Системы такого рода должны действовать с самой большой скоростью – иначе они окажутся нежизнеспособными. Он писал о необходимости обратной связи: иначе бы человек уверенно маршировал в пропасть, грелся на углях костра и съедал тарелку вместе с едой.

Обрабатывать данные машине легче, если записать их в виде цифр. А задачи следует формулировать так, чтобы ответы были просты – «да» или «нет», то есть нужна двоичная система счисления.

Также Винер обратил внимание на свойства памяти. Одно дело – на автоматическом уровне помнить отлаженную последовательность нужных действий и промежуточных результатов, другое – оперировать огромным массивом данных, которые хранятся где-то неподалёку, и к которым нужно обращаться время от времени.

Таким образом, проанализировав, как живые организмы работают с информацией, Винер сформулировал принципиальные требования и к вычислительной машине:

«Необходимо также повысить точность выполнения элементарных процессов настолько, чтобы их частое повторение не приводило к накоплению слишком большой ошибки. …

1) Центральные суммирующие и множительные устройства должны быть цифровыми, как в обычном арифмометре…

2) Эти устройства, являющиеся по существу переключателями, должны состоять из электронных ламп, а не из зубчатых передач или электромеханических реле. Это необходимо, чтобы обеспечить достаточное быстродействие.

3) …должна использоваться более экономичная двоичная, а не десятичная система счисления.

4) Последовательность действия должна планироваться самой машиной так, чтобы человек не вмешивался в процесс решения задачи с момента введения исходных данных до снятия окончательных результатов. Все логические операции, необходимые для этого, должна выполнять сама машина.

5) Машина должна содержать устройство для запасания данных. Это устройство должно быстро их записывать, надежно хранить до стирания, быстро считывать, быстро стирать их и немедленно подготавливаться к запасанию нового материала».

Выше приведена цитата из книги: Норберт Винер, «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине».

Сейчас, когда множество школьников (далеко не старшеклассников) знают, в каком случае машине нужно добавить «оперативки», прикупить новый или дополнительный винчестер, зачем периодически обновлять материнскую плату» – рядом с ними многие бабушки и дедушки еще живут в до-винеровскую эпоху и слушают их слова с почтением, но в глубине души считают какой-то опасной, хотя и умной ересью.

А Винер уже в середине сороковых на всю планету смотрел, как на живой организм – и как на информационную систему.

Другие научные работы и достижения Норберта Винера

Среди работ Норберта Винера есть и множество других блестящих успехов.

Математическая модель броуновского движения (или Винеровский процесс)

Еще в 1828 г. ботаник Р. Броун описал движение частиц в жидкости. Первое строгое математическое доказательство существования случайных, или стохастических процессов в рамках физической модели Норберт Винер получил в 1922-23 гг. Его описание и доказательство были очень сложными, позднее более изящные формулировки удалось дать, опираясь на теорему Колмогорова о построении меры по конечномерным распределениям и его же теореме о существовании непрерывной модификации процесса.

Абстрактный интеграл лебеговского типа по множествам бесконечномерного функционального пространства от функционалов, определенных на этих множествах Винер ввел в 20-е годы прошлого столетия работая над процессами броуновского движения

Теорема Винера –Хинчина (Колмогорова-Винера)

«Спектральная плотность мощности и корреляционная функция случайного процесса связаны интегральным преобразованием Фурье». Следствием теоремы Винера-Хинчина является свойство положительной определенности корреляционной функции случайного процесса. Положительная определенность означает, что корреляционной функцией может быть лишь такая четная функция аргумента, преобразование Фурье от которой неотрицательно на всех частотах.

Винеровская теория нелинейных систем

— подход к решению задач анализа и синтеза нелинейных систем с постоянными параметрами, при котором в качестве математической модели нелинейной системы рассматривается функционал, который ставит в соответствие каждой функции (Входному сигналу системы за рассматриваемое время) число (мгновенный выходной сигнал системы).

Увы, математики поймут, а простым смертным остается только поверить. А молодых и даже не молодых, но любознательных людей попытки Винера постичь законы случайных процессов, возможно, склонят к изучению математики?

Интересные факты о Норберте Винере

Вот уже скоро сто лет, как о Норберте Винере собирают и публикуют истории, которые кажутся читателю анекдотами. Но если собрать о его жизни побольше материалов – то вдруг окажется, что никаких анекдотов нет. Перед нами абсолютно логичный, работающий, как швейцарские часы, ум.

Профессор поставил машину на стоянку перед лекциями. И забыл, какая у него машина. Если вдуматься – они все очень похожи, а тогда их и красили всего в два-три цвета. Профессор принимает самое простое решение – подождать конца последней пары, все разъедутся, и последний автомобиль окажется нужным.

Случай с переездом действительно курьезнее. Профессор собирается ехать домой, и вдруг вспоминает, что накануне он и его семья переехали в новый дом. Новый адрес жена записала ему на бумажке, которую он потерял. Он едет по старому адресу, надеясь узнать у новых хозяев своего прежнего дома, куда ему теперь ехать. Перед домом гуляет девочка, и вежливый профессор спрашивает:

- Добрый вечер, мисс, я профессор Винер! Не могли бы вы мне помочь, дело в том… - и объясняет ей суть проблемы. Девочка отвечает несколько неожиданно:

- Все верно, папа, мама велела мне подождать тебя здесь и показать дорогу домой!

Это, скорее всего, выдуманная история. Мама послала бы дочку встретить папу на профессорской парковке. Но о некоторых особенностях Норберта Винера история, согласимся, говорит много.

На почте Винер долго сидел, не понимая, как ему заполнить бланк. Вошел его студент поздоровался:

- Здравствуйте, профессор Винер!

- Ну конечно! Винер! – вскричал профессор с явным облегчением и написал “Винер” в графе “Фамилия”..

Насколько Норберт Винер был блистателен в своих научных изысканиях, настолько же неуверенным в себе был он в реальной практической жизни. С детства ему казалось, что другие могут больше него, что над ним смеются (и смеялись), он мог измучиться сам и измучить других даже во время игры в карты («А верно ли я сходил?»).

Но дважды в жизни Норберт Винер пытался уйти добровольцем на фронт – в Первую и во Вторую Мировую войны. Он был кем угодно – но только не трусом. Этот человек смело смотрел в глаза будущему. Он первым высказал вслух идею трансгуманизма. В то время как малообразованные архаисты пугали наивных «бунтом машин», он мечтал о слиянии человека и машины. Пожалуй, лаконичнее и доступнее Винера суть проблемы описал только Гилберт Кийт Честертон: «Машина не может солгать – но она ведь и правды сказать не может!» Винер верил в то, что машина и человек смогут взаимно обогатить друг друга своими возможностями.

Немного дополнительных сведений о Норберте Винере:

Ростом он был 5 футов 2 дюйма – то есть 157 см.

В детстве страдал клаустрофобией, боялся закрывать двери.

В пять лет открыто заявил, что не верит в бога, и с тех самых пор до самой смерти был атеистом.

Получал низкие оценки за ведение тетради и конспектирование – обладая прекрасной памятью, он попросту не вел ни тетрадей, ни конспектов.

Вредная привычка - курение сигар.

Любимое животное – кот. Любимый зверек удостоился великого научного афоризма: «Наиболее совершенной физической моделью кота является такой же кот, а лучше всего - он сам».

Под его руководством группа инженеров и ученых разработала компьютер, к которому впервые в истории подключили клавиатуру.

В 60 лет он внезапно начал писать воспоминания.

И последняя на сегодня история про Норберта Винера.

“- Мистер Винер, разумно ли используются сегодня вычислительные машины?

- В 10% случаев – да.

- Поразительно низкая цифра. Почему Вы так говорите?

- Потому что нужен разум, чтобы знать, что давать машине. Во многих случаях машина используется в расчете на разум, а его-то и нет”.

“Мы слышали речи, что нам нужно создать машинные системы, которые скажут нам, когда нажать кнопку. Но нам нужны системы, которые скажут нам, что случится, если мы будем нажимать кнопку в самых разных обстоятельствах, и – главное – скажут нам, когда не трогать кнопки!”

Это было одно из последних интервью Норберта Винера, он дал его журналу U.S. News and World Report 24 февраля 1964 года. В марте он уехал в Швецию. Там он и умер в возрасте 69 лет, в Стокгольме, куда приехал читать лекции. В Массачусетском Технологическом Институте был объявлен траур, флаги были приспущены на три дня.

Читайте также историю жизни изобретателя телефона: