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謎一樣的科學(xué)家 ——阿蘭?圖靈

 大科技雜志社 2019-11-08

阿蘭·圖靈這個(gè)名字無論是在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域、數(shù)學(xué)領(lǐng)域、人工智能領(lǐng)域還是哲學(xué)、邏輯學(xué)等領(lǐng)域,都可謂“擲地有聲”。圖靈的一生則是充滿謎團(tuán)的一生:才華橫溢而又英年早逝,他認(rèn)為電腦能夠跟人腦并駕齊驅(qū),但是他本人卻是率性而為、我行我素,一點(diǎn)也不像機(jī)器輸出來的東西。

古怪的行為方式

圖靈1912年6月23日出生于英國倫敦。他的家族成員應(yīng)該都是很聰明的:他爺爺畢業(yè)于劍橋大學(xué)三一學(xué)院,獲得數(shù)學(xué)榮譽(yù)學(xué)位;他姥爺是印度馬德拉斯鐵路局的總工程師;他媽媽家有個(gè)遠(yuǎn)親據(jù)說是最早在理論上發(fā)現(xiàn)電子的人,六年后湯姆遜才在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)這一觀點(diǎn)。生在這樣的家庭,圖靈想必是遺傳了他們不少優(yōu)秀的基因。這也為圖靈后來在數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)方面突出的貢獻(xiàn)提供了很好的先決條件。

似乎大多數(shù)有所成就的人都會(huì)表現(xiàn)出一些異于常人的行為,圖靈也不例外。他很小的時(shí)候就表現(xiàn)出對科學(xué)的探索精神。據(jù)他母親回憶,圖靈3歲時(shí)就進(jìn)行了他的首個(gè)實(shí)驗(yàn)。他把一個(gè)玩具木頭人的胳膊、腿掰下來種到花園里,試圖收獲更多的木頭人。8歲時(shí),他寫了第一部科普著作,題目是《關(guān)于顯微鏡》。在書的開頭和結(jié)尾,他都用了同一句話“首先,你必須知道光是直的”,但中間的內(nèi)容卻短得一塌糊涂。圖靈曾說自己總想從最普通的事情中弄出點(diǎn)兒名堂來。因此在和小朋友們踢球時(shí),他更愿意站在場外巡邊,而不是在球場里奔跑、射門。因?yàn)檫@樣他能有機(jī)會(huì)計(jì)算球飛出邊界的角度。上中學(xué)時(shí),圖靈在數(shù)學(xué)課上從不聽講,也不看書,所有定理都是自己推出來的。化學(xué)課也是如此,自己發(fā)明了從海藻里分離碘的方法,化學(xué)老師都沒想明白。

成年后的圖靈生活方式依然與眾不同。他每天出門都騎自行車,因?yàn)榛歼^敏性鼻炎,一遇到花粉,就會(huì)鼻涕不止,大打噴嚏。于是,他就常常戴著防毒面具招搖過市,這早已成為當(dāng)?shù)氐囊淮笃嬗^。他的自行車也很有特點(diǎn),經(jīng)常半路掉鏈子,但他就是不肯去修理,而是開始啟動(dòng)他那強(qiáng)悍的邏輯思維,分析問題的根源。經(jīng)過仔細(xì)研究,他發(fā)現(xiàn)掉鏈子的時(shí)刻與他已經(jīng)蹬騎的圈數(shù)有關(guān)。于是,他就一邊騎車一邊默默地?cái)?shù)圈,快到預(yù)定圈數(shù)的時(shí)候就不再蹬了,改為滑行或干脆剎車。而鏈子也真的就不掉下來了。后來,為了讓自己在騎車時(shí)能專心思考問題,圖靈居然在腳踏車旁裝了一個(gè)小巧的機(jī)械記數(shù)器,這樣,必要時(shí)只要低頭看看顯示數(shù)字就行了,再也不用分神去數(shù)數(shù)了。

也許正是童年時(shí)候的異想天開、放任不羈和對未知領(lǐng)域的執(zhí)著探索造就了圖靈獨(dú)特的思維方式和極強(qiáng)的創(chuàng)造力。

他讓二戰(zhàn)提前兩年結(jié)束

二戰(zhàn)期間,希特勒統(tǒng)帥的納粹德國席卷了大半個(gè)歐洲,以閃電戰(zhàn)吞并了一個(gè)又一個(gè)國家,大英帝國也岌岌可危,全國上下不得不進(jìn)行艱苦的“抗戰(zhàn)”了。要想在戰(zhàn)斗中取得勝利,除了靠士兵的英勇拼殺、武器的精良以外,還有很重要的一點(diǎn)就是獲取對方的軍事情報(bào),提前掌握敵人的一舉一動(dòng),從而先發(fā)制人。為了防止情報(bào)泄露,德國軍方在密碼保密方面下了不少功夫,發(fā)明了讓對手十分抓狂的“謎”密碼。

當(dāng)時(shí),德國全軍上下都裝備了一種叫“enigma”的機(jī)器。這種機(jī)器外觀看起來只是一個(gè)普通小箱子,里面有一個(gè)各個(gè)用于輸入的鍵盤和一個(gè)用于輸出的“顯示屏”。在鍵盤和顯示屏之間有三個(gè)用于加密的大齒輪,每個(gè)大齒輪可以把它們的位置調(diào)到26個(gè)字母中的一個(gè)。輸入的字母經(jīng)過三個(gè)大齒輪的轉(zhuǎn)碼會(huì)在顯示屏上輸出一個(gè)完全不同的字母。使用電報(bào)的人要做的就是調(diào)整好三個(gè)齒輪的初始位置,因?yàn)槊總€(gè)輪子上有26個(gè)位置可以選擇,所以一共有26×26×26=17576種可能。而且三個(gè)齒輪的排列順序還有6種可能,合到一起就有17576×6=105456種可能。這還不算完,這臺(tái)機(jī)器還可以從26個(gè)字母里選出6對字母進(jìn)行兩兩交換,例如把a(bǔ)和m交換,密文中的a就變成了m,m就變成了a。關(guān)鍵是交換的是哪幾個(gè)字母都不是固定的,可以臨時(shí)改變。兩兩交換6對字母一共就有100391791500種可能。再結(jié)合三個(gè)齒輪的變化,加密的方式一共就有105456×100391791500,超過一億億種。最后,使用者在輸入密文時(shí),每輸入一個(gè)字母,三個(gè)齒輪就會(huì)向前轉(zhuǎn)一格,這樣就導(dǎo)致密文中每個(gè)字母的加密方式都是不一樣的。

其實(shí),破解密碼最直接的方法就是試遍所有可能的加密方式,看其中的哪種能把密文復(fù)原成有意義的文字,也就是所謂的“暴力式破解”??墒敲鎸Α癳nigma”如此多的可能性,恐怕還沒等密文被破解,德軍就早已完成了密文中的戰(zhàn)略任務(wù)。很多密碼破解專家對此都一籌莫展。

然而,這個(gè)問題終究沒有難倒圖靈。他們發(fā)現(xiàn)德軍每天早上在固定的時(shí)間都有關(guān)于天氣預(yù)報(bào)的電報(bào),電報(bào)里常有關(guān)于各類天氣的詞匯。圖靈通過猜出這些天氣詞匯對應(yīng)著電報(bào)里的哪些字母,再利用從德軍截獲的“enigma”上的反射板就可以把換字母的功能抵消掉。也就是說,通過這一過程,1億億種的加密方式已經(jīng)降為了10萬種。隨后,圖靈繼續(xù)完善他的解碼器。通過對“enigma”的研究,圖靈設(shè)計(jì)出一種天才的破譯機(jī)。這臺(tái)機(jī)器主要由繼電器構(gòu)成,還用了100多個(gè)齒輪、80個(gè)電子管,由光電閱讀器直接讀入密碼,每秒可讀字符2000個(gè)。

至今沒人能搞懂圖靈究竟是如何指揮它工作的。但可以肯定的是它確實(shí)為戰(zhàn)斗的最終勝利立下了汗馬功勞。一般情況下,這種破譯機(jī)可以在大約11分鐘里找出正確的意思,每天可以破譯德軍三千條密碼。這種機(jī)器使得德軍的軍事行動(dòng)都毫無遮掩地暴露在盟軍面前,使盟軍完全占據(jù)了戰(zhàn)爭的主動(dòng)權(quán),從而使戰(zhàn)爭提前兩年結(jié)束。

圖靈與毒蘋果

圖靈為這個(gè)世界貢獻(xiàn)了一份又一份的厚禮:“機(jī)械化計(jì)算”、“可編程計(jì)算機(jī)”、“人工智能”……1951年,圖靈以他杰出的成就被當(dāng)選為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。而此時(shí),圖靈的興趣還在延伸,他正在從事生物的非線性理論研究,即從數(shù)學(xué)角度分析生物的形態(tài)結(jié)構(gòu),比如研究人腦的細(xì)胞構(gòu)造、計(jì)算其能容納多少信息等等。我們已經(jīng)不能知道,如果圖靈把這些工作都做完,現(xiàn)在的世界又會(huì)是個(gè)什么樣子,因?yàn)槊\(yùn)已經(jīng)不再允許他做完所有這一切了。

1952年的一天,圖靈的男性伴侶阿諾德·莫里帶著一個(gè)賊進(jìn)入圖靈家盜竊,結(jié)果被圖靈發(fā)現(xiàn)。圖靈沒有私了,而是選擇了報(bào)警。小偷被抓住了,但圖靈也暴露了自己的“與眾不同”的生活方式——同性戀。當(dāng)時(shí),同性戀被認(rèn)為是一種傷風(fēng)敗俗的罪孽。圖靈也因此被指控“嚴(yán)重猥褻”。他現(xiàn)在有兩個(gè)選擇:坐牢或接受治療。為了繼續(xù)從事研究,他選擇了藥物治療,這意味著他要在家接受雌激素的注射來治療所謂的“性欲倒錯(cuò)”。 在那個(gè)蒙昧無知的時(shí)代,人們堅(jiān)信把男人“女性化”,就能改變他們原有的性傾向。這個(gè)世界有時(shí)候就是這么諷刺:最富邏輯、最聰明、最天才的科學(xué)家,最終卻被最愚昧的所謂“治療”給“治”了!這樣的“治療”在圖靈身上進(jìn)行了一年,使他的身心受到極大的摧殘,他的脾氣變得暴躁不安,性格更為陰沉怪僻。

圖靈是幸運(yùn)的,又是不幸的。在智力領(lǐng)域中,他是當(dāng)之無愧的王者;而在這個(gè)世俗的世界,他卻脆弱得像一朵嬌嫩的花。當(dāng)暴風(fēng)雨襲來的時(shí)候,他終于花瓣凋零。

1954年6月8日清晨,圖靈的女管家像往常一樣走進(jìn)了他的臥室。跟往常一樣的是,圖靈躺在床上,似乎已經(jīng)睡去。跟往常不一樣的是,臺(tái)燈還亮著,桌子上有一封沒有寄出的信,床頭上有一個(gè)只咬了一口的蘋果。而沉睡著的圖靈,再也沒有醒過來。經(jīng)過解剖,法醫(yī)斷定是劇毒氰化物致死,而床頭上的那個(gè)蘋果是在氰化物溶液中浸泡過的。這一年圖靈42歲。他的死引發(fā)了人們種種猜測。是自殺嗎,是圖靈誤食了這個(gè)蘋果嗎,或是因?yàn)樗私饬颂鄧覚C(jī)密而被“有關(guān)部門”出于“潔凈隊(duì)伍”的目的暗殺了?也許這將成為一個(gè)永遠(yuǎn)的謎。

對于圖靈的經(jīng)歷,我們只能用“天妒英才”來形容。他古怪的行為、超前的思想、極強(qiáng)的邏輯思維和創(chuàng)造力都給這個(gè)世界留下了濃重的色彩。他的一生就像流星一樣,雖然短暫,卻光芒萬丈。

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