Джон Фон Нейман – выдающийся представитель науки, чей вклад в математику, физику и педагогику является неоценимым. Его работа охватывает различные области знания, включая квантовую физику и логику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и многие другие. Однако, наиболее известен он как создатель архитектуры современных компьютеров, которая известна под именем архитектуры фон Неймана. Его научные интересы также включают применение теории операторов в квантовой механике, алгебру фон Неймана, участие в Манхэттенском проекте, а также исследования в области теории игр и концепции клеточных автоматов.
Детство
В Будапеште родился Янош Лайош Нейман в состоятельной семье евреев, когда город был второй столицей Австро-Венгерской империи. Он был самым старшим сыном в семье, а затем появились два его брата — Михай и Миклош. Их отец, Макс Нейман, приехал в Будапешт из небольшого города Печ в конце 1880-х годов, получил докторскую степень по праву и работал адвокатом в одном из банков; его предки уходили в город Серенч.
Мать Яноша, Маргарет Канн, была дочерью успешного предпринимателя Якоба Канна, который владел компанией «Kann—Heller», занимавшейся продажей мельничных жерновов и другого аграрного оборудования. Её мать, Каталина Майзельс, родом из Мункача.
С детства Янош, известный также как Янчи, обладал удивительными способностями. В возрасте шести лет он мог делить двухместные числа в уме и разговаривать с отцом на древнегреческом языке. Его глубокий интерес к математике, числовым системам и логике проявился с самых ранних лет, и уже к восьми годам он обладал знаниями в области математического анализа. В 1911 году он поступил в лютеранскую гимназию.
В 1913 году отец Яноша был присвоен дворянским титулом, из-за этого Янош начал использовать австрийскую приставку фон (von) и венгерский титул Маргиттаи (Margittai), и теперь его звали Янош фон Нейман или Нейман Маргиттаи Янош Лайош. Пока он преподавал в Берлине и Гамбурге, его называли Иоганн фон Нейман. Когда он переехал в США в 1930-х, его имя было изменено на Джон. Интересно, что его братья, которые также переехали в США, взяли себе новые фамилии: Vonneumann и Newman, что можно рассматривать как игру слов с их исходной фамилией и немецкой приставкой.
Свой докторскую по математике Фон Нейман защитил в Будапештском университете в возрасте 23 лет, включая элементы экспериментальной физики и химии. Помимо этого, он изучал химические технологии в Цюрихе, Швейцария, так как считал, что только профессия математика может быть недостаточна для обеспечения уверенного будущего, как считал его отец Макс. С 1926 по 1930 год Джон фон Нейман преподавал в Берлинском университете в качестве приват-доцент.
В 1930 году Джон фон Нейман принял приглашение на должность преподавателя в Принстонском университете, расположенном в Соединенных Штатах Америки. В том же году он стал одним из первых членов недавно созданного Института перспективных исследований, который также находился в Принстоне. С 1933 года и до конца своей жизни он занимал там должность профессора.
В период с 1936 по 1938 годы Алан Тьюринг проводил свои исследования в Принстонском университете под руководством ученого Алонзо Чёрча, где он также защитил свою докторскую диссертацию. Тьюринг опубликовал свою известную работу о вычислимых числах в 1936 году, в которой были заложены основы для создания универсальной машины. Хотя неизвестно точно, использовал ли фон Нейман идеи Тьюринга при разработке IAS-машины через десять лет, их знакомство и обмен идеями могли оказать влияние на его работу.
В 1937 году фон Нейман приобрел гражданство Соединенных Штатов, а в 1938 году ему была вручена престижная премия М. Бохера за выдающиеся достижения в области математического анализа.
К 1946 году фон Нейман доказал теорему о плотности записи чисел в сдвоенных комбинированных показательных позиционных системах счисления. Первый успешный численный прогноз погоды был осуществлен в 1950 году при помощи компьютера ENIAC, где он внес значительный вклад вместе с командой американских метеорологов.
В октябре 1954 года он получил назначение в Комиссию по атомной энергии США, чьей основной целью было развитие и производство ядерного вооружения. Его кандидатура была одобрена Сенатом 15 марта 1955 года. В мае того же года фон Нейман и его жена переехали в Вашингтон, в пригород Джорджтауна, где он занимался вопросами атомной энергетики, ядерного и межконтинентального баллистического вооружения до самого конца. Статья в журнале с названием «Лайф», опубликованная вскоре после его смерти 25 февраля 1957 года, представила фон Неймана как сторонника предупредительной войны против Советского Союза, возможно, в связи с его происхождением или воспоминаниями о времени в Венгрии, где он формировал свои убеждения.
Квантовая механика и информатика
Действие Джона фон Неймана на развитие квантовой механики оказало значительное влияние благодаря созданию математически строгого аппарата для её описания. В своем труде «Математические основы квантовой механики» он предложил аксиоматический подход к этой науке.
При работе над аксиоматизацией теории множеств фон Нейман также применил свой опыт к квантовой механике, предлагая рассматривать состояния квантовых систем как точки в гильбертовом пространстве. Это позволило аналогично классической механике сравнивать состояния с точками в 6N-мерном фазовом пространстве. Такой подход дал возможность представить физические величины, такие как положение и импульс, в виде линейных операторов на гильбертовом пространстве, что существенно упростило изучение квантовой механики через алгебру линейных эрмитовых операторов.
Фон Нейман занимался разработкой теории алгебр операторов, включая алгебры фон Неймана, которая представляет собой *-алгебру ограниченных операторов на гильбертовом пространстве, замкнутую в слабой операторной топологии и содержащую единичный оператор. Его теорема о бикоммутанте показала, что аналитическое и алгебраическое определения алгебры фон Неймана эквивалентны.
В 1949 году фон Нейман разработал концепцию прямого интеграла, что способствовало углублению классификации алгебр фон Неймана на сепарабельных гильбертовых пространствах через классификацию факторов.
В 1940-х годах он занимался разработкой гипотетической самовоспроизводящейся машины, создав сложную математическую модель с 29 возможными состояниями каждой ячейки. Позднее, эти идеи были упрощены Джоном Конвеем в создании клеточного автомата «Жизнь», где клетки имеют только два состояния согласно двум правилам, и стали основой для множества научных исследований в различных областях современной науки.
Манхэттенский проект
Во время Второй мировой войны Джон фон Нейман оказывал консультационную поддержку Лаборатории баллистических исследований (Army Ballistics Research Laboratory) Управления боеприпасов Армии США, используя свои знания в области математики ударных волн и взрывов. По просьбе Оппенгеймера с осени 1943 года он также участвовал в Манхэттенском проекте в Лос-Аламосе, где занимался вычислениями для достижения критической массы плутониевого заряда методом имплозии.
Изначально сложные расчёты выполнялись в Лос-Аламосе с применением ручных калькуляторов, а затем — на механических табуляторах IBM 601 с использованием перфокарт. Фон Нейман активно путешествовал по стране, собирая информацию о различных проектах по созданию как электромеханических, так и полностью электронных компьютеров. Он изучал Bell Telephone Relay-Computer и компьютер Mark I Говарда Айкена в Гарвардском университете, который использовался в Манхэттенском проекте весной 1944 года. Также он изучал ENIAC, который был применён в декабре 1945 года для расчётов, связанных с термоядерной бомбой.
После окончания войны фон Нейман продолжил работу в этой области, разрабатывая высокоскоростной исследовательский компьютер IAS-машину в Принстонском университете, который использовался для ускорения вычислений в области ядерной энергетики.
В его честь был назван компьютер JOHNNIAC, созданный в 1953 году в Корпорации RAND, в знак признания его вклада в развитие вычислительной техники.
Личная жизнь
В 1930 году Джон фон Нейман изменил свою жизнь: он принял католицизм и вступил в брак с Мариэттой Кёвеши, студенткой экономического факультета Будапештского университета. Эти изменения повлияли на их семейное счастье: в 1935 году у них появилась дочь Марина, которая в будущем станет профессором по деловому администрированию и государственной политике в Мичигане.
После переезда в США, фон Нейман встретил Клару Дан во время визита на родину и они поженились в 1938 году. Семья поселилась в Принстоне, где их дом стал центром академической жизни университетского городка, расположившись рядом с начальной школой Community Park.
Джон фон Нейман был известен своим эксцентричным характером и уклоном в гурманство. Он всегда следил за своим внешним видом, любил дорогие напитки и уют в доме. Работая дома, он предпочитал включать телевизор на максимальную громкость, что из-за громкой немецкой музыки вызывало недовольство у его соседей, включая самого Альберта Эйнштейна.
Фон Нейман также славился своим опасным стилем вождения: он читал книги за рулем, что часто приводило к авариям и конфликтам с полицией. Эти и другие удивительные привычки стали легендарной частью биографии Фон Неймана.
Смерть
В 1954 году у Джона фон Неймана возникли проблемы со здоровьем, связанные с диагнозом костного рака. Причины этого страшного заболевания так и не были однозначно установлены, но многие биографы предполагают, что облучение во время работы над атомным проектом в годы Второй мировой войны могло спровоцировать его появление.
Последние лета жизни великого венгерского математика были испорчены болезнью и связанными с ней страданиями. В холодные 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.
