斯坦尼斯瓦夫·乌拉姆

斯坦尼斯瓦夫·乌拉姆:敢于押注数字的人

在从一次需要脑部手术的急性脑炎中恢复时,一位在洛斯阿拉莫斯的波兰裔数学家产生了一个既令人惊讶地懒惰又令人惊讶地强大的想法:当一个问题太难而无法精确求解时,对其进行数千次的随机采样,然后让电子计算机进行统计。尼古拉斯·梅特罗波利斯以乌拉姆叔叔喜欢赌博的赌场小镇命名了这种技术,即蒙特卡洛方法。它现在被用于为衍生品定价、模拟气候风险、设计反应堆和对棒球队进行排名。

苏格兰咖啡馆

乌拉姆于1909年4月13日出生在伦贝格(即现在的利沃夫),当时属于奥匈帝国的加利西亚,出生在一个波兰犹太银行家和实业家家庭,他后来形容该家庭“富裕但算不上富有”。他的父亲约瑟夫是一名律师;他的母亲安娜出生在斯特雷。一家人在1916年至1918年间在维也纳度过了一战的部分时间,随后回到了一个迅速成为波兰-乌克兰战争焦点的城市。他于1919年至1927年就读于利沃夫第七中学,并在二十岁时在《数学基础》上发表了他的第一篇论文《关于集合函数》。

他于1932年在卡齐米日·库拉托夫斯基的指导下在利沃夫理工学院获得硕士学位,并于1933年获得博士学位,但真正的教育发生在苏格兰咖啡馆,由胡戈·斯坦豪斯和斯特凡·巴拿赫创立的利沃夫学派在那里将数学作为一种竞争性的对话进行,并将幸存的问题记录在一本现在被称为《苏格兰书》的笔记本中。在1935年至1941年间记录的193个问题中,乌拉姆独自提出了40个,与巴拿赫和马祖尔共同提出了11个,与其他同事共同提出了15个——这一份额说明了他在房间里的地位。斯坦豪斯在1957年给了他一份幸存的副本;乌拉姆将其翻译成英文,并于1987年出版。在1931年至1935年间,他往返于维尔纽斯、维也纳、苏黎世、巴黎和剑桥,结识了G·H·哈代和苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡。

美国

约翰·冯·诺依曼于1935年邀请他前往普林斯顿高等研究院。他在波兰度过夏天,并在哈佛大学度过了直到1939年的学术岁月,与约翰·C·奥克斯托比一起研究遍历理论,随后于1940年在威斯康星大学麦迪逊分校担任助理教授。他于1941年成为美国公民,并与曼荷莲学院的法国交换生弗朗索瓦丝·阿隆结婚。他所出身的世界在随后的几年里几乎被摧毁殆尽。

洛斯阿拉莫斯

汉斯·贝特于1943年10月招募他进入洛斯阿拉莫斯。在1944年和1945年,他为内爆武器进行了流体动力学计算,并致力于爆炸透镜的设计——他用数学家特有的轻描淡写来描述这项工作:“流体动力学问题陈述起来很简单,但计算起来非常困难——不仅在细节上,甚至在数量级上也是如此。”奥托·弗里施记得“一位带着迷人法国妻子的杰出波兰拓扑学家”,他开玩笑说自己是“一个纯数学家,竟然沦落到最新的论文里居然包含带小数点的数字!”

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在1945-46年于南加州大学度过一年(期间脑炎和脑手术差点要了他的命)后,他回到洛斯阿拉莫斯参与热核计划。在1950年至1951年间,他和冯·诺依曼进行了计算,证明了爱德华·泰勒最初的“超级”设计无法工作——这是一个不受欢迎的结果,但也迫使问题得以解决。1951年1月,乌拉姆提议引导机械冲击以压缩聚变燃料;他和泰勒于1951年3月9日提交了一份联合报告,1952年11月1日的“常春藤麦克”试验证明了泰勒-乌拉姆设计是可行的。

关于功劳的争论是即时的,且从未完全解决。泰勒一直试图淡化乌拉姆的贡献。贝特提出了一个持久的表述:“乌拉姆是父亲,因为他提供了种子,而泰勒是母亲,因为他留在了孩子身边。”关于1946年的脑炎将乌拉姆从严谨的数学家变成了投机性的数学家的诽谤,遭到了他妻子弗朗索瓦丝的反驳。

蒙特卡洛、自动机、孤子

与梅特罗波利斯和冯·诺依曼在1946年至1949年间开发的蒙特卡洛方法是乌拉姆对世界最大的单一贡献,它不属于任何特定领域,这就是为什么它最终被所有领域所采用。他还发现了元胞自动机的概念,播下了整个计算传统的种子。在1953年至1955年间,他与恩里科·费米、约翰·帕斯塔和玛丽·辛古一起,对一个非线性系统进行了数值实验,其表现与理论预测完全不同;费米-帕斯塔-乌拉姆-辛古问题被认为是实验数学的诞生,并引向了孤子和混沌理论。他与C·J·埃弗雷特提议用小型核爆炸推进航天器,这一想法演变成了猎户座计划(1958-1965),并随着1963年的《部分禁止核试验条约》而终结。通过150多篇论文,他留下了图重构中的乌拉姆猜想、乌拉姆堆积猜想、乌拉姆游戏、乌拉姆数和费米-乌拉姆模型。

晚年

他于1951-52年在哈佛大学和1956-57年在麻省理工学院担任客座教授,于1957年成为洛斯阿拉莫斯主任的研究顾问,并在科罗拉多大学担任教职,于1967年成为数学教授兼系主任,并于1968年在医学院担任生物数学教授。1975年从科罗拉多退休后,他在佛罗里达大学度过冬天。他于1984年5月13日在圣达菲因心脏病发作去世。保罗·埃尔德什写下了最好的讣告:“他因心力衰竭突然去世,没有恐惧或痛苦,在他还能证明和猜想的时候。”

为什么斯坦尼斯瓦夫被称为天才

乌拉姆独特的才能是类比范围——将结构性思想带入互不相通的领域的能力。随机采样并不新鲜;认识到快速机器将其变成了解决任何分析方法都无法触及的问题的通用求解器,这才是新鲜的。同样的本能产生了元胞自动机(作为计算的空间模式)、FPUT实验(使用计算机不是为了计算而是为了提问)、猎户座计划(作为引擎的炸弹)和泰勒-乌拉姆洞察(通过辐射驱动的冲击而不是粗暴加热进行压缩)。他反复提供的是种子思想而不是成品结构——这正是贝特的父母表述所描述的,也是为什么乌拉姆的同事将他视为可能性的生成者的原因。

反面案例也很重要。用他自己的玩笑来说,乌拉姆是一个沦落到小数点水平的纯数学家;他不是氢弹的技术执行者,泰勒几十年来否认他功劳的运动之所以部分成功,是因为乌拉姆的贡献确实是一个提案而不是一个设计。他许多最著名的项目是猜想和游戏而不是已证明的定理,FPUT结果是一个异常值,其意义由其他人解开。他的纯数学虽然在集合论、拓扑学、遍历理论和测度论方面很广泛,但并不是他被记住的原因。诚实的结论是,他的天才更具创造性和组合性,而不是建筑性的:他是那个看到这一步的人,然后,典型地,继续前进了。

遗产

他于1976年获得流亡波兰政府颁发的波兰复兴勋章指挥官十字星章,获得新墨西哥大学、威斯康星大学和匹兹堡大学的荣誉学位,并入选美国艺术与科学院、美国国家科学院和美国哲学学会。洛斯阿拉莫斯在1987年为他出版了一期特刊,题为《从基数到混沌》。《乌拉姆季刊》是最早的在线数学期刊之一,佛罗里达大学自1998年以来每年举办乌拉姆座谈会讲座,概率编程语言Stan以他的名字命名。他在1958年对冯·诺依曼关于“技术加速进步和人类生活变化,给人一种接近某种本质奇点的感觉”的评论,一直被那些争论他所帮助构建的未来的人们所引用。

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