Im Pantheon des Genies des 20. Jahrhunderts gibt es einige herausragende Figuren: Albert Einstein, Alan Turing, Steven Hawking, und ohne Frage John von Neumann gehört in ihre Firma, auch wenn viele keine Ahnung haben, wer er ist.
John von Neumann war eine der einflussreichsten Persönlichkeiten des 20. Jahrhunderts. Er ist jemand, der Ihr Leben wahrscheinlich direkter beeinflusst hat als jeder der großen Köpfe der letzten 150 Jahre, von der Quantenmechanik bis zum Klima alles berührtWissenschaft.
Von Neumanns größter Beitrag ist der moderne Computer, der den brillanten theoretischen Rahmen von Turing verwendet und tatsächlich die Architektur konstruiert, die schließlich fast jeden jemals hergestellten Digitalcomputer antreiben würde.
Umstrittener war, dass von Neumann während des Zweiten Weltkriegs bedeutende Beiträge zum Manhattan-Projekt leistete, einschließlich der Verfeinerung des Designs der Atombombe selbst und des für ihre Funktion entscheidenden Mechanismus.
Im Gegensatz zu einigen anderen Veteranen des Manhattan-Projekts drückte von Neumann nie sein Bedauern über seine Rolle im Projekt aus und förderte sogar die Politik von Gegenseitig versicherte Zerstörung während des Kalten Krieges.
John von Neumann ist – gelinde gesagt – eine komplizierte Figur, aber er hat im 20. Jahrhundert nur wenige seinesgleichen, und er ist wohl mehr verantwortlich für die moderne Welt als jeder seiner Zeitgenossen.
Ein Wunderkind
John von Neumann wurde am 28. Dezember 1903 als Neumann János Lajos in Budapest, Königreich Ungarn, geboren. Als Sohn wohlhabender und angesehener Eltern war von Neumanns Vater Bankier und seine Mutter die Tochter österreichisch-ungarischer Aristokraten.
1913 ernannte der österreichisch-ungarische Kaiser Franz Joseph von Neumanns Vater zum Adeligen und verlieh der Familie den erblichen Titel Margittai, oder "von Margitta", jetzt Marghita, Rumänien. Der Titel war rein ehrenhaft, da die Familie keine Verbindung zu dem Ort hatte, aber von Neumann sollte ihn sein ganzes Leben lang behalten.
Der junge von Neumann wurde sofort unter seinesgleichen als ein wahres Wunderkind, besonders in Mathematik. Er soll ein fotografisches Gedächtnis gehabt haben, das ihm schon in jungen Jahren geholfen hat, beträchtliches Wissen aufzunehmen. Mit sechs teilte er zwei achtstellige Zahlen in seinem Kopf und mit acht Jahrener hatte die Infinitesimalrechnung gemeistert.
Sein Vater glaubte, dass alle seine Kinder neben ihrer Muttersprache Ungarisch die wichtigsten Sprachen Europas beherrschen müssten, also lernte von Neumann Englisch, Französisch, Italienisch und Deutsch.
Als Junge hatte er auch ein großes Interesse an Geschichte und lesen Sie den gesamten 46-BandAllgemeine Geschichte in Monographien vom deutschen Historiker Wilhelm Oncken.
Von Neumann ermutigt durch sein Studium, aber sein Vater glaubte nicht, dass eine Karriere als Mathematiker finanziell lukrativ sein würde. Stattdessen vereinbarten von Neumann und sein Vater, dass er Chemieingenieurwesen studieren würde, und er gingmit 17 in Berlin zu studieren, später in Zürich.
Chemie war eines der wenigen Fachgebiete, die für von Neumann kein Interesse zu haben schienen, obwohl er ein Zürcher Diplom in Chemieingenieurwesen machte und gleichzeitig in Mathematik promovierte.
Anfang Karriere
John von Neumann veröffentlichte früh, im Alter von 20 Jahren, als er eine Arbeit schrieb, die die Ordnungszahlen definierte, die immer noch die Definition ist, die wir heute verwenden. Er schrieb seine Doktorarbeit über Mengenlehre und leistete mehrere Beiträge zumFeld im Laufe seines Lebens.
Bis 1927 hatte von Neumann bereits 12 bemerkenswerte Aufsätze in Mathematik veröffentlicht. Bis 1929 hatte er bis zu 32 veröffentlichte Werke und mahlte wichtige Beiträge mit einer Rate von ungefähr einer wissenschaftlichen Arbeit pro Monat.
1928 wurde er Privatdozent an der Universität Berlin und war damit die jüngste Person, die jemals eine Stelle in einem Fach in der Geschichte der Universität erhielt. Die Position erlaubte ihm, an der Universität zu lehren, was er bis 1929 als Privatdozent ausübtean der Universität Hamburg.
auch von Neumann im selben Jahr zum Katholizismus konvertiertnach dem Tod seines Vaters im Jahr 1929. Am Neujahrstag 1930 heiratete John von Neumann Marietta Kövesi, eine Wirtschaftsstudentin an der Universität Budapest, mit der er 1935 sein einziges Kind, Marina, bekam.
Während von Neumann für eine vielversprechende Karriere an der deutschen Akademie bestimmt zu sein schien, wurde ihm im Oktober 1929 eine Stelle an der Princeton University in New Jersey angeboten, die er schicksalhaft annahm und 1930 mit seiner Frau in die USA reiste.
Auswanderung in die USA
Bis 1933, John von Neumann wurde einer der ursprünglichen sechs Mathematikprofessorenam neu gegründeten Institute for Advanced Study in Princeton, eine Stelle, die er für den Rest seines Lebens bekleiden sollte.
Als er nach New Jersey zog, hat von Neumann, wie viele amerikanische Einwanderer vor ihm, seinen ungarischen Namen M anglisiert.argittai Neumann János wurde zu John von Neumann, im deutschen Stil des erblichen Ehrentitels.
1937 ließ er sich von seiner Frau scheiden, und im folgenden Jahr heiratete von Neumann erneut, diesmal mit Klara Dan, die er in Budapest bei seinen letzten Besuchen in Ungarn im Vorfeld des Zweiten Weltkriegs zum ersten Mal traf.
1937 wurde von Neumann eingebürgerter US-Bürger und 1939 wanderten auch seine Mutter, Geschwister und Schwiegereltern in die USA aus sein Vater war zuvor gestorben.
Die Kriegsjahre
Einer der bedeutendsten Beiträge von John von Neumann zur Geschichte war sein Arbeiten am Manhattan-Projekt während des Zweiten Weltkriegs.
Der Form nach konnte von Neumann eine mathematische Herausforderung nicht ungelöst lassen, und eines der schwierigeren Probleme war die Modellierung der Auswirkungen von Explosionen.
Von Neumann stürzte sich in den 1930er Jahren auf diese Probleme und wurde so etwas wie ein Experte auf diesem Gebiet. Wenn er ein Spezialgebiet hätte, wäre es auf der Mathematik der Hohlladungen gewesen, die verwendet werden, um ihre Kraft zu kontrollieren und zu lenkenexplosive Energie.
Dies führte dazu, dass er ziemlich regelmäßig mit dem US-Militär, insbesondere der US Navy, konsultiert wurde. Als das Manhattan-Projekt Anfang der 1940er Jahre seine Arbeit aufnahm, wurde von Neumann für seine Expertise rekrutiert.
Im Jahr 1943 hatte von Neumann seinen bedeutendsten und nachhaltigsten Einfluss auf das Manhattan-Projekt. Das Los Alamos Laboratory, in dem die Atombombe entworfen wurde, entdeckte, dass das Plutonium-239 – eines der vom Projekt verwendeten spaltbaren Materialien – inkompatibel warmit dem funktionierenden Bombendesign des Labors.
Ein Physiker im Labor, Seth Neddermeyer, hatte an einem separaten Bombendesign vom Implosionstyp gearbeitet, das vielversprechend war, aber viele hielten es für nicht praktikabel.
Um eine nukleare Explosion zu zünden, müssen Sie im Reaktanten der Bombe eine außer Kontrolle geratene Spaltungskettenreaktion auslösen. Die Geschwindigkeit der Kettenreaktion ist exponentiell, daher ist es eine große Herausforderung, die Explosion so lange zu kontrollieren, dass ausreichend spaltbares Material die erforderliche Reaktion eingehen kann.
Die Bombe vom Implosionstyp erforderte noch ausgeklügeltere Steuerungen, um die Reaktion zu erzeugen, aber sie würde auch nicht annähernd so viel Material benötigen wie das vorherrschende Bombendesign, das in Los Alamos entwickelt wird.
Ein Gerät vom Implosionstyp verwendet eine Reihe kontrollierter konventioneller Explosionen, um den spaltbaren Reaktanten in seinem Kern zu komprimieren. Unter diesem Druck startet das spaltbare Material schnell eine Kernspaltungskettenreaktion, die durch die Kraft der Implosion an Ort und Stelle gehalten wird.mehr spaltbares Material, um seine Energie freizusetzen.
Diese Explosionen zu kontrollieren, um genau die richtige implosive Kraft zu erzeugen, um die gewünschte Reaktion zu erzeugen, war eine Herausforderung, die von Neumann mit großer Leidenschaft annahm. Er glaubte, dass die Verwendung von weniger Material, das zu einer Kugel geformt und durch eine implosive Kraft richtig komprimiert wird, mehr erzeugen könnteeffiziente und effektive Explosion, die so viel wie möglich des verfügbaren spaltbaren Materials verwendet.
Er war oft eine der wenigen Stimmen, die für die implosive Methode plädierten und schließlich die Mathematik ausarbeitete, die zeigte, wie es möglich war, wenn die Implosion es schaffte, eine sphärische Geometrie mit mindestens 95%iger Genauigkeit beizubehalten.
Von Neumann hat auch herausgefunden, dass die Wirksamkeit der Explosion erhöht würde, wenn sie in beträchtlicher Entfernung über dem Ziel detoniert würde, anstatt sie beim Auftreffen auf den Boden detonieren zu lassen.
Dies erhöhte die Letalität der Atombombe erheblich und reduzierte auch die Menge an Fallout, die durch die Explosion erzeugt wurde.
Von Neumann wurde als Teil des wissenschaftlichen Beraterteams ausgewählt, das das Militär zu möglichen Zielen für die Bomben befragen würde. Von Neumann schlug die Kulturhauptstadt Kyoto in Japan vor, deren Zerstörung ausreichen könnte, um ein schnelles Ende des Krieges zu erzwingenEr war mit diesem Vorschlag nicht allein, aber Kriegsminister Henry Stimson legte sein Veto gegen Kyoto mit seinen vielen historischen Gebäuden und wichtigen religiösen Schreinen ein, und stattdessen wurden Hiroshima und Nagasaki ausgewählt.
Von Neumann war während des Trinity-Tests am 16. Juli 1945 anwesend, bei dem die erste Atomwaffe gezündet wurde. Nach der Bombardierung von Hiroshima und Nagasaki kapitulierte Japan und der Zweite Weltkrieg ging zu Ende.
Im Gegensatz zu einigen seiner Zeitgenossen im Manhattan-Projekt schien von Neumann nicht die nachdenkliche Angst, das Bedauern oder auch nur einen vorübergehenden Zweifel an seiner Arbeit an der Atombombe zu haben. Tatsächlich wurde von Neumann einer der stärkstenlautstarke Befürworter der Entwicklung von Atomwaffen und der Doktrin der Mutually Assured Destruction MAD als einzige Möglichkeit, einen weiteren katastrophalen Weltkrieg zu verhindern.
Nachkriegsarbeit an Atomwaffen
Wie viele Amerikaner in der frühen Nachkriegszeit war John von Neumann besorgt, dass Amerika bei der Entwicklung von Atomwaffen hinter die Sowjetunion zurückfällt. In den späten 1940er bis frühen 1950er Jahren wurde klar, dass die Idee der strategischen Bombermehr Fat Men auf den Feind fallen zu lassen, fiel auf die neue Raketentechnologie zurück.
Raketen, glaubte von Neumann, seien die Zukunft der Atomwaffen, und durch seinen Kontakt mit deutschen Wissenschaftlern, die am sowjetischen Waffenprogramm arbeiteten, wusste er, dass die UdSSR dies genauso sah wie er.
Das Rennen begann, H-Bomben zu bauen, die klein genug waren, um in einen Sprengkopf auf einer Interkontinentalrakete zu passen, und von Neumann drängte aggressiv darauf, die "Raketenlücke" mit den Sowjets zu schließen.
Von Neumann diente nach dem Krieg in der Atomenergiekommission, beriet Regierungs- und Militärführer in Bezug auf technologische Entwicklung und Strategie und wird weithin als der Architekt von MAD anerkannt, das während der Kälte de facto als US-Politik übernommen wurdeKrieg.
Die ersten echten Computer bauen
John von Neumann traf Alan Turing in den frühen 1930er Jahren während Turing an seiner Doktorarbeit in Princeton arbeitete, aber er kannte ihn schon vorher. 1937 hatte Turing seine wegweisende Arbeit "On Computable Numbers" veröffentlicht, die beiläufig die theoretische Grundlage für moderne Computer legte.
Von Neumann erkannte die Bedeutung von Turings Entdeckung und förderte die Entwicklung der Informatik in den 1930er Jahren, einschließlich langer Diskussionen mit Turing in Princeton um die Idee der künstlichen Intelligenz.
Als Mathematiker näherte sich von Neumann der Informatik aus einer abstrakteren Perspektive, zumal es in den 1930er Jahren noch keine wirklich funktionierenden Computer gab, aber das sollte sich bald nach dem Zweiten Weltkrieg ändern.
Von Neuman war maßgeblich an der Entwicklung des ENIAC beteiligt, des ersten programmierbaren, elektronischen Computers, der "Turing-komplett" war, was bedeutet, dass er andere Regelsätze zur Datenmanipulation als den, mit dem er begann, erkennen und entscheiden konnte. Es war vüber Neumann, der ENIAC so modifiziert hat, dass es als speicherprogrammierbare Maschine läuft.
Diese letztere Tatsache machte moderne Programme, wie wir sie heute verstehen, möglich. Von Neumann selbst schrieb mehrere der ersten Programme, die auf der ENIAC liefen, und nutzte sie ausgiebig, um Simulationen seiner Kernwaffenforschung als Teil der Atomenergiekommission durchzuführen.
Ohne Frage sind von Neumanns nachhaltigste Beiträge zur Informatik zwei grundlegende Konzepte, die in jedem heute laufenden Computer verwendet werden: von Neumann-Architektur und das Stored-Program-Konzept.
Die Von Neumann-Architektur beinhaltet die Art und Weise, wie die physikalischen elektronischen Schaltungen, aus denen ein Computer besteht, organisiert sind. Sein Entwurf für den Computer besteht aus einer Arithmetik- und Logikeinheit ALU, einer Steuereinheit und temporären Speicherregistern, die zusammen eine Zentrale bildenVerarbeitungseinheit CPU.
Diese CPU ist mit einer Speichereinheit verbunden, die alle Daten enthält, die von der CPU verarbeitet und manipuliert werden. Die CPU ist auch mit Eingabe- und Ausgabegeräten verbunden, um Daten nach Bedarf zu ändern und die Ergebnisse eines Laufs abzurufenProgramm.
So arbeiten die meisten heute existierenden Allzweckcomputer, und seit von Neumanns Einführung im Jahr 1945 hat sich nur sehr wenig geändert.
Die andere große Neuerung bezieht sich auf die von Neumann-Architektur, und beide werden normalerweise als Ganzes zusammengenommen. Dies ist das Konzept der gespeicherten Programme, was bedeutet, dass sowohl die Daten, die manipuliert oder verarbeitet werden, als auch das Programm, das beschreibt, wie es gehtum diese Daten zu manipulieren und zu verarbeiten, die beide im Speicher des Computers gespeichert sind.
Diese beiden miteinander verflochtenen Innovationen nahmen den theoretischen Rahmen von Turing-Maschinen und verwandelten sie tatsächlich in Maschinen, mit denen wir alles berechnen konnten, von Gehaltsdaten und Artillerieflugbahnen bis hin zu modernen Computerspielen und dem Internet.
Beiträge zu Feldern, die so vielfältig sind wie die Quantenmechanik zur Klimawissenschaft
John von Neumann hat sein ganzes Leben lang zu mehreren anderen Gebieten jenseits der Mathematik und Informatik beigetragen, obwohl viele von ihnen in irgendeiner Weise verwandt oder ähnlich sind.
In seiner frühen Karriere leistete von Neumann wichtige Beiträge zum aufkeimenden Gebiet der Quantenmechanik. 1932 er und Paul Diracveröffentlichte die Dirac-von-Neumann-Axiome, der erste gründliche mathematische Rahmen für das Gebiet in seinem BuchMathematische Grundlagen der Quantenmechanik. In diesem Buch schlug er auch ein formales System der Quantenlogik vor, das erste seiner Art.
auch von Neumannbewährte Spieltheorie als strenge mathematische Disziplin, etwas, das zweifellos seine späteren geopolitischen strategischen Arbeiten zu MAD beeinflusst hat. Seine Spieltheorie beinhaltete die Idee, dass in einer breiten Kategorie von Spielen, es ist immer möglich, ein Gleichgewicht zu finden von denen kein Spieler einseitig abweichen sollte.
In den Lebenswissenschaften führte von Neumann eine gründliche mathematische Analyse der Selbstreplikation zellulärer Automaten, hauptsächlich die Beziehungen zwischen einem Konstruktor, dem Ding, das gebaut wird, und der Blaupause, die der Konstruktor verfolgt, um das fragliche Ding zu konstruieren. Diese Analyse beschrieb a selbstreplizierende Maschine und wurde in den 1940er Jahren ohne Verwendung eines Computers entwickelt.
Von Neumann bewarb seine mathematischer Scharfsinn in der Klimawissenschaft auch. Er schrieb das erste Klimamodellierungsprogramm und nutzte den ENIAC, um 1950 die weltweit erste Vorhersage mit numerischen Daten auf einem elektronischen Computer zu erstellen.
Von Neumann erwartete die globale Erwärmung als Folge menschlicher Aktivitäten, Schreibe das 1955 "Das Kohlendioxid, das durch die Verbrennung von Kohle und Öl durch die Industrie in die Atmosphäre freigesetzt wird - mehr als die Hälfte davon während der letzten Generation - könnte die Zusammensetzung der Atmosphäre ausreichend verändert haben, um eine allgemeine Erwärmung der Welt um etwa ein Grad Fahrenheit zu erklären."
Von Neumann wird auch zugeschrieben, der Erste zu sein, der die Technologische Singularität. Von Neumanns Freund Stan Ulam beschrieb später Gespräche, die er mit von Neumann führte, die heute unheimlich vorausschauend klingen.
"Ein Gespräch drehte sich um den immer schneller werdenden technologischen Fortschritt und die Veränderungen in der Lebensweise des Menschen.Ulam sagte, "was den Anschein erweckt, dass man sich einer wesentlichen Singularität in der Geschichte der Rasse nähert, über die die menschlichen Angelegenheiten, wie wir sie kennen, nicht weitergehen könnten."
Es gibt viel zu viele Beispiele für von Neumanns Beiträge auf so vielen verschiedenen Gebieten, dass man ihnen wirklich nicht gerecht werden kann.
Der Tod und das Vermächtnis von John von Neumann
1955 wurde bei John von Neumann Krebs diagnostiziert, nachdem bei einem Arztbesuch eine Wucherung an seinem Schlüsselbein festgestellt wurde, und er nahm die Offenbarung nicht gut auf.
Allen Berichten zufolge hatte von Neumann Angst vor dem bevorstehenden Ende. Eugene Wigner, ein lebenslanger Freund von Neumann, schreibt aus dieser Zeit:
Als von Neumann erkannte, dass er unheilbar krank war, zwang ihn seine Logik zu erkennen, dass er aufhören würde zu existieren und somit keine Gedanken mehr zu haben...in seinem Kampf mit dem Schicksal, das ihm unvermeidlich, aber unannehmbar erschien.
Seine Krankheit schritt 1956 fort und er wurde schließlich in das Walter Reed Army Medical Center in Washington, DC aufgenommen. Er hatte eine ständige Sicherheitsabteilung, um sich vor der Preisgabe von Verschlusssachen aufgrund seines Zustands zu schützen.
Von Neumann lud einen katholischen Priester ein, sich mit ihm am Sterbebett zu beraten, und erhielt seine letzten Riten, obwohl der Priester, Anselm Strittmatter, sagte, dass von Neumann dadurch nicht getröstet zu sein schien.
Am 8. Februar 1957 erlag von Neumann im Alter von 53 Jahren einem Krebsleiden und wurde auf dem Princeton Cemetery in Princeton, New Jersey, beigesetzt.
Ob John von Neumanns Krebs eine Folge der Strahlenbelastung war, die er während seiner Zeit beim Manhattan-Projekt erlitt, wurde lange diskutiert, aber es steht außer Frage, dass die Menschheit einen ihrer größten wissenschaftlichen Köpfe lange vor seiner Zeit verloren hat.
Von Neumanns Assistent, PR Halmos, schrieb 1973 von ihm:
Es gibt zwei Arten von Helden der Menschheit: diejenigen, die genau wie wir alle sind, aber noch viel mehr, und diejenigen, die anscheinend einen außermenschlichen Funken haben. Wir können alle rennen, und einige von unskann die Meile in weniger als 4 Minuten laufen; aber es gibt nichts, was die meisten von uns tun können, was mit der Erschaffung der Großen g-Moll-Fuge vergleichbar wäre. Von Neumans Größe war die menschliche Art. Wir alle können mehr oder weniger klar denken, manchmal, aber von Neumanns Gedankenklarheit war die ganze Zeit um Größenordnungen größer als die der meisten von uns.
John von Neumanns Brillanz ist unbestreitbar, obwohl sein Vermächtnis – insbesondere seine Arbeit über Atomwaffen – komplizierter ist, als seine Freunde und Bewunderer wahrscheinlich zugeben würdeninnovative Wege finden, um sie noch tödlicher zu machen, um noch mehr Leben zu nehmen Egal wo wir am Ende auf John von Neumann landen, alles was wir mit Sicherheit sagen können ist, dass wir wahrscheinlich keinen Geist seines Kalibers für eine weitere Generation sehen werden odermehr.