جان فون نویمان؛ یک ذهن زیبای ترسناک

جان فون نویمان یکی از معدود کسانی است که نوشتن مقاله ای کوتاه درباره زندگی و دستاوردهایش کار ساده ای نیست. رد پای این نابغه مجاری در اغلب کشفیات و اختراعات مهم قرن گذشته از توسعه کامپیوتر، نظریه کوانتومی و ماشین های خود همانندساز گرفته تا تولید بمب اتم و اولین ویروس کامپیوتری دیده می شود. در نتیجه نویسنده برای کاهش حجم مقاله باید بر خلاف میلش روی بخش هایی از زندگی و دستاوردهای درخشان او خط بکشد.

این ریاضیدان، مخترع، متخصص کامپیوتر و فیزیکدان یهودی زمانی که در دانشگاه مشهور پرینستون درس می داد آنقدر مطالب را سریع و در سطح بالا بیان می کرد که حتی نابغه های این دانشگاه هم نمی توانستند پا به پای او پیش بروند.

جان فون نویمان کارش را به عنوان ریاضیدان محض شروع کرد اما بعدا استعداد ناب خود را در حوزه های بسیاری به رخ کشید. البته او در طول جنگ جهانی زوایای تاریک ذهنش را هم به نمایش گذاشت و نفرتش از هیتلر و نازی ها باعث شد که در توسعه بمب اتم با آمریکایی ها وارد همکاری شود.

«ادوارد تلر»، از فیزیکدان های برجسته آمریکایی درباره او به موضوع جالبی اشاره کرده است:

جان طوری با کودک سه ساله من صحبت می کرد که انگار سطح درکشان یکی است. گاهی اوقات فکر می کنم حین صحبت با ما هم از همین اصل پیروی می کند.

«یوجین ویگنر»، برنده نوبل فیزیک هم درباره سطح هوش جان می گوید:

من آدم های باهوش زیادی را می شناسم. پلانک، فون لائو و هایزنبرگ [سه برنده نوبل] از رفقای نزدیک من هستند و آلبرت اینشتین هم دوست خوب من است اما مغز هیچکدام از  آنها به اندازه فون نویمان سریع و دقیق نبود. من اغلب این موضوع را در حضور خودشان هم می گفتم و آنها هم مخالفتی با من نداشتند.

کودکی و تحصیلات

جان فون نویمان با نام اصلی یانوش در ۲۸ دسامبر ۱۹۰۳ از خانواده ای یهودی در مجارستان به دنیا آمد. نویمان ها اصالتا روسی های مهاجر ساکن مجارستان بودند اما در این کشور چندان مورد استقبال قرار نمی گرفتند؛ دلیل آن هم احتمالا به ثروت و دارایی های این گروه برمی گشت.

جان از همان کودکی از نبوغ بالایی برخوردار بود و در زمینه های زبان، حفظ مطالب و ریاضیات استعداد بالایی از خود بروز داد. او در شش سالگی حاصل ضرب اعداد چند رقمی و تقسیم دو عدد ۸ رقمی را ذهنی محاسبه می کرد و با زبان یونانی باستانی هم آشنایی پیدا کرده بود. دو سال بعد به حساب دیفرانسیل و انتگرال مسلط شد و در کنار آن زبان های انگلیسی، فرانسوی، آلمانی و ایتالیایی را هم مطالعه می کرد.

در سال ١٩١١ به دبیرستان «فَساری گِمناتسیم» بوداپست رفت. نبوغ او در آموزشگاه سریعا توجه معلمان را جلب کرد و قرار بود مدارج را به صورت جهشی طی کند اما پدرش اصرار داشت که تنها در رده مناسب سنش تحصیل کند، از این رو خودآموزهایی برای یادگیری بیشتر مطالب علمی در اختیارش قرار گرفت.

نویمان رشته ریاضی محض را برای تحصیلات دانشگاهی انتخاب کرده بود اما پدرش او را قانع کرد که مهندسی شیمی را به خاطر آینده بهتر در صنعت انتخاب کند. هرچند او به اصرار پدر در دانشگاه برلین شیمی می خواند اما همزمان و بدون حضور در کلاس به تحصیل ریاضی  در دانشگاه بوداپست هم ادامه می داد.

جان فون نویمان در ۲۰ سالگی مقاله ای را در مورد تعریف اعداد ترتیبی ارائه کرد که بازخورد قابل توجهی دریافت کرد و هنوز هم در ریاضیات کاربرد دارد. او تحصیلاتش در هر دو دانشگاه را با نمرات ممتاز تمام کرده و برای ادامه مطالعات به زوریخ رفت که نهایتا به اخذ مدرک دکترای ریاضی در ۲۲ سالگی انجامید. «جرج پولیا»، ریاضیدان برجسته مجاری درباره او می گوید:

تنها دانش آموزشی است که همیشه از او هراس داشتم. یکبار مساله ای حل نشده را برای دانش آموزان شرح ادم و جان در پایان همان جلسه راه حل آن را ارائه کرد.

تدریس در معتبرترین مراکز آموزشی

جان که دوستان هموطنش او را یانشی صدا می زدند در حالی که تازه ۲۲ ساله شده بود، به عنوان استادیار دانشگاه برلین استخدام شد. او جوانترین شخصی بوده که تا  آن زمان این کرسی را اشغال می کرد اما تصمیم گرفت در کنار تدریس، ریاضیات حاکم بر نظریه کوانتومی را نیز کشف کند که قوانین دنیای زیر اتمی را بیان می‌کرد.

آنچه که شهرت فون نویمان را از مرزهای آلمان و مجارستان فراتر برد انتشار مقاله ای درباره «نظریه بازی ها» بود که در  آن سود یک شرکت ‌کننده در بازی ورق، دقیقاً متعادل با زیان سایر شرکت کنندگان است. این نظریه احتمال پیش بینی رویدادهای به ظاهر تصادفی با دقت بالایی را ممکن می کند.

کاربردهای این نظریه بر خلاف نام آن بسیار فراتر از پوکر و قمار است چرا که زندگی عادی را هم به بازی میان افرادی تشبیه کرد که نگران منافع خود هستند و به رقبای خود چندان اعتماد ندارند. همین امر سبب شد که در اقتصاد، زیست‌شناسی، مهندسی، علوم سیاسی، روابط بین‌الملل، علوم رایانه، بازاریابی، فلسفه و حتی پیدا کردن روش بهینه برای برد در بازی های تصادفی مورد استفاده قرار بگیرد.علاوه بر این او سطح ریاضیات را در علم اقتصاد تا حد قابل توجهی تقویت کرده و در زمینه آمار ریاضی و دینامیک سیالات نیز تئوری های شاخصی را مطرح کرد. ساختار خود جایگزینی آنالیز ریاضی فون نویمان، مقدمه‌ای بر کشف ساختار DNA شد.

به لطف دستاوردهای گسترده در ریاضیات جان فون نویمان در ۲۹ سالگی شهرتی فراگیر برای خود دست و پا کرده بود. او پس از دریافت چندین دعوتنامه از آمریکا همراه مادر و برادرش راهی ینگه دنیا شد.

وی در ۱۹۳۳ به سمت استادی دانشگاه پرینستون رسید اما سرعت بالای تدریس و سطح بالایی مفاهیمی که سعی می کرد به دانشجویان منتقل کند باعث نارضایتی دانشجویان میشد و به همین خاطر تصمیم گرفت راهی موسسه مطالعات پیشرفته پرینستون شود.

توسعه بمب اتم و کشتار جمعی ژاپنی‌ها

جان فون نویمان در اواخر دهه ۱۹۳۰ و همزمان با بالا گرفتن آتش جنگ در اروپا جان در زمینه انفجار و محاسبات «خرج زره شکاف» ابزارهای جنگی شهرت زیادی پیدا کرده بود. به خاطر نفرت از هیتلر و بلاهایی که در اروپا بر سر یهودیان می آمد تصمیم گرفت به ارتش آمریکا ملحق شود اما به خطر سن بالا درخواستش رد شد.

با این حال ارتش نمی توانست به سادگی از کنار چنین نابغه ای بگذرد و به همین خاطر از او دعوت شد که از توانایی فوق العاده اش برای حل مسائل پیچیده در طرح های نظامی از جمله پروژه معروف منهتن استفاده کند.

پروژه منهتن به طرحی مربوط می شد که متفقین برای ساخت اولین بمب اتمی جهان در نظر داشتند. متخصصان قبل از او مفاهیم اولیه را آماده کرده بودند اما سوال اصلی که به چینش دقیق مواد منفجره برای ایجاد موج عظیم مربوط می شد بی پاسخ مانده بود. حل این مساله بزرگترین متخصصان را درمانده کرده بود اما فون نویمان پاسخش را پیدا و ارائه کرد. 

جان فون نویمان نه تنها در توسعه لنزهای انفجاری و طراحی کامل بمب اتم نقش عمده ای داشت بلکه محاسبات مربوط به انفجار این بمب در ژاپن را نیز صورت داد که شامل ارتفاع مناسب پرتاب برای ایجاد حداکثر تخریب، حوزه انفجار و تعداد کشته های احتمالی می شد.

نبوغ او در این پروژه به حدی بود که در  آن زمان آمریکایی ها به شوخی می گفتند که فون نویمان و چند دانشمند مجارستانی دیگر در واقع مریخی هایی هستند که برای مخفی کردن هویتشان به زبان مجاری حرف می زنند.

علی رغم کشتار عظیمی که در اثر انفجار این بمب ها رخ داده بود، فرماندهان ژاپنی از تسلیم شدن خودداری می کردند و به همین خاطر آمریکایی ها تولید بمب ویرانگر هیدروژنی را در دستور کار قرار دادند که قرار بود توسط فون نویمان توسعه یابد. این بمب حداقل هزار برابر بمب های اتمی قبلی انرژی داشت و می توانست مسیر تاریخ را عوض کند. خوشبختانه امپراتور ژاپن برای جلوگیری از قتل عام گسترده تر حاضر به تسلیم شد تا پروژه بمباران هیدروژنی سرزمین آفتاب تابان بایگانی شود.

با این حال دولتمردان آمریکا که حالا در قامت یک ابر قدرت خود را تثبیت کرده بودند، شدیدا به دنبال یافتن پاسخ این سوال بودند که آیا بمب هیدروژنی عملا منفجر می شود یا خیر؟ نویمان با استفاده از رایانه ای اولیه و محاسبات پیچیده پاسخ این سوال را پیدا کرد: بله.

در نخستین آزمایش بمب هیدروژنی درستی محاسبات فون نویمان ثابت شد. این بمب خانمان برانداز در جزیره مرجانی «انوتاک» در اقیانوس آرام منفجر شد و آنگونه که شاهدان می گویند این جزیره زیبا و بهشت گونه تنها در چند ثانیه تا شعاع ۸۰ کیلومتری به جهنم تبدیل شد. پس از ظاهر شدن شعله ای خیره کننده همه ساختمان ها از زمین محو شدند، آب دریا به جوش آمده و شن ها ذوب شدند.

موفقیت های حیاتی باعث عضویت او در کمیسیون انرژی اتمی آمریکا شد. وی همچنین به عنوان مشاور بسیاری از رده های بلندپایه ارتش نیز خدمت می کرد اما برای محدود کردن رقابت تسلیحاتی با شوروی نظریه ای به عنوان «نابودی حتمی» را مطرح کرد که به عدم درگیری اتمی طرفین منجر شد. بر اساس این نظریه قدرت تخریب سلاح اتمی آنقدر بالا است که در صورت حمله هر یک از طرفین، آغاز کننده حمله نیز از تلفات جنگ اتمی جان سالم به در نخواهد برد.

توسعه کامپیوترها

جان فون نویمان نه تنها در بهینه سازی انیاک، اولین کامپیوتر دنیا نقش مهمی ایفا کرد بلکه برنامه مرتب سازی ۲۳ صفحه ای را به صورت دستنویس برای کامپیوتر «ادواک» نوشت که در صفحه اول آن عبارت «فوق محرمانه» با مداد نوشته شده بود. او همچنین در زمینه فلسفه هوش مصنوعی نیز با آلن تورینگ، پدر علم کامپیوتر همکاری هایی داشته است.

نویمان به تعریف نوعی خاصی از معماری کامپیوتر پرداخت که در آن هم داده و هم برنامه در یک آدرس مشابه حافظه ذخیره می شوند. وی هفتاد و چهار سال قبل و زمانی که در حال نوشتن گزارشی برای انیاک بود ایده واحد محاسبه و منطق (ALU) را مطرح کرد. این معماری بعدا به پایه ای برای طراحی کامپیوترهای مدرن تبدیل شد.

او در سال ۱۹۵۳ ایده محاسبات تصادفی را معرفی کرد اما نظریه‌اش آنقدر پیچیده بود که تا دهه ۱۹۶۰ و توسعه کامپیوترهای پیشرفته تر امکان پیاده سازی  آن وجود نداشت.

از دیگر دستاوردهای جان فون نویمان باید به توسعه اولین نرم افزار مدل سازی آب و هوا با همکاری «گریگوری چارنی» و اجرای نخستین پیش بینی جوی عددی در کامپیوتر انیاک اشاره کرد.

نظریه مشهور «تکینگی فناوری» نیز نخستین بار توسط او مطرح شد. بر پایه این تئوری شتاب در فناوری در نهایت باعث می شود که هوش مصنوعی از هوش بشر پیشی گرفته و منجر به تغییرات شگرف یا حتی پایان تمدن بشری شود.

ماشین های خود همانند ساز

یکی دیگر از نظریات جالب فون نویمان اتوماتای سلولی یا ماشین های خود همانند ساز بود که به تشریح سیستمی غیر بیولوژیکی اما با قابلیت تولید مثل یا خود همانندسازی می پرداخت. او برای اثبات این ایده در ۱۹۴۹ یک برنامه کامپیوتری خود تکرار شونده را طراحی کرد که به عنوان نخستین ویروس کامپیوتری شناخته می شود؛ در واقع فون نویمان را در کنار پدر بمب اتم باید پدر ویروس های رایانه ای نیز بدانیم.

او در ۱۹۵۲ یک اتوماتای سلولی دو بعدی را طراحی کرد که به صورت خودکار پیکربندی اولیه سلول هایش را کپی می کرد. جان فون نویمان ربات هایی از این دست را قادر به حرکت، تکرار و تکامل می پنداشت که در طول نیم میلیون سال قادر به همانندسازی جهان هستند.

در دهه ۸۰ میلادی تعدادی از متخصصان با تکیه بر این ایده به دنبال توسعه فضاپیماهایی با قابلیت حرکت در فضا، تهیه مواد خام مورد نیاز برای ساخت نسخه های جدید از خودشان و توسعه ایستگاه های تامین انرژی بودند.

درگذشت جان فون نویمان

در سال ۱۹۵۷ این نابغه در میانه های یک زندگی پر فراز و نشیب و در سن ۵۳ سالگی بر اثر ابتلا به سرطان استخوان درگذشت.در آخرین روزهای زندگی او ارتش آمریکا که از افشای اطلاعات نظامی توسط فون نویمان به خاطر مصرف داروهای قوی واهمه داشت، وی را تحت تدابیر امنیتی شدید قرار داده بود.

برای اثبات عظمت علمی جان فون نویمان نیازی به ذکر جوایز متعدد او نیست و کافی است بدانیم یکی از دهانه های سمت پنهان ماه به افتخار وی فون نویمان نامگذاری شده است.