「幽靈」天才 傳奇數學家納什

2021-01-20 百科知識

約翰·納什,被世人稱作「傳奇」的諾貝爾經濟學獎獲得者,同時還是奧斯卡獲獎電影《美麗心靈》主人公原型、「博弈論」大師、著名數學家。2015年3月25日納什因在非線性偏微分方程方面做出的卓越貢獻,與數學家路易斯·尼倫伯格一同獲得2015年度阿貝爾獎(也有人把它稱為「數學界的諾貝爾獎」)。然而,就在領獎之後不到兩個月,納什和妻子因為車禍雙雙離世。

納什和夫人


早慧的天才少年

約翰·納什曾擔任普林斯頓大學數學系教授、美國科學院院士,其主要研究領域為博弈理論,同時,在代數簇理論、黎曼幾何、拋物和橢圓型方程上取得了一些突破。納什寫的論文不多,僅僅幾篇便足夠引起學界矚目。

1928年6月13日,約翰·納什出生於美國西維吉尼亞州的一個中產家庭,父親是電力公司的工程師,母親同樣受過良好教育,做過教師。納什的才華在小學四年級就顯露出來,不過,他的數學成績只有B-。納什的老師告訴他的母親,說他不怎麼懂得做功課,但母親很清楚孩子已經學會自己的方式去解決問題。到了高中階段,當老師好不容易才做出一個冗長的證明,納什卻只用兩三步就能解決問題。

高中畢業後,納什進入了卡耐基梅隆大學學習,之後又進入卡耐基技術學院化學工程系。1948年,大學三年級的納什同時被美國幾所頂尖高校哈佛、普林斯頓、芝加哥和密執安大學錄取。普林斯頓大學則表現得更加熱情,當數學系主任列夫謝茨感到納什的猶豫時,就立即寫信敦促他選擇普林斯頓,這促使納什接受了一份1150美元的獎學金。由於優厚的獎學金以及離家鄉較近的地理位置,納什選擇了普林斯頓,來到愛因斯坦當時生活的地方。在此,納什顯露出對拓撲學、代數幾何、博弈論和邏輯學的濃厚興趣。


孤獨天才造就神奇的「納什均衡」

1950年,納什把自己的研究成果撰寫成主題為《非合作博弈》的長篇博士論文,當年11月發表後,立即引起轟動。這篇論文所探討的問題後來也被稱為「納什均衡」。「納什均衡」首先是指個人理性與集體理性的衝突,各人追求利己行為而導致的最終結局,也是對所有人都不利的結局;其次,「納什均衡」是一種非合作博弈均衡,在現實中非合作的情況要比合作情況普遍。

「納什均衡」的提出和不斷完善為博弈論廣泛應用於經濟學、管理學、社會學、政治學、軍事科學等領域奠定了堅實的理論基礎。生活中,常見的「價格戰博弈」「汙染博弈」「易自由與壁壘」這3種現象可以用來直觀地理解「納什均衡」。

納什是一個天才數學家,然而,他的天才發現——非合作博弈的均衡(納什均衡),並不是一帆風順的。1948年,納什來到普林斯頓大學,那一年他不到20歲。當時,普林斯頓可謂人傑地靈,大師雲集。愛因斯坦、馮·諾依曼、列夫謝茨(數學系主任)等人全都在這裡。

其實,博弈論的主體架構是由馮·諾依曼創立的。早在20世紀初,塞梅、鮑羅和馮·諾伊曼已經開始研究博弈的準確的數學表達。直到1939年,馮·諾依曼遇到經濟學家奧斯卡·摩根斯特恩,並與其合作才使博弈論進入廣闊的經濟學領域。

1944年,馮·諾依曼與奧斯卡·摩根斯特恩合著的巨作《博弈論與經濟行為》出版,標誌著現代系統博弈理論的初步形成。其中,合作型博弈在20世紀50年代達到了巔峰期。然而,其局限性也日益暴露出來,這表現在它過於抽象、應用範圍極有限。在很長時間裡,人們對博弈論的研究知之甚少,它只是少數數學家的專利。正是在這個時候,非合作博弈(納什均衡)應運而生了,它標誌著博弈論的新時代的到來!

納什當時研究的博弈論,正是一門以各種博弈為研究對象的應用數學分支。1950年後,納什的兩篇關於非合作博弈論的重要論文,徹底改變了人們對競爭和市場的看法。他證明了非合作博弈及其均衡解,並證明了均衡解的存在性,從而揭示了博弈均衡與經濟均衡的內在聯繫。納什的研究奠定了現代非合作博弈論的基石,後來的博弈論研究基本上都沿著這條主線展開的。然而,納什天才的發現卻遭到馮·諾依曼的斷然否定,在此之前,他還受到愛因斯坦的冷遇。骨子裡挑戰權威的本性,使納什堅持了自己的觀點。

走向學術巔峰卻墮入生命谷底

當我們回首納什的年輕時代,仍然會被其天才的智慧和傳奇的經歷而吸引。1945年,納什進入卡耐基梅隆大學,他的數學天才在這裡得到了公認,教授們稱他為「年輕的高斯」。1948年,在普林斯頓熱情地召喚下,納什來到了這裡並很快表現出他的機敏和才能。不久,他就發明了一種在洗手間裡六角形瓷磚上打記號玩的遊戲,並一時風靡。1950年6月13日,是納什22歲生日,也恰好是他獲得博士學位的日子。1950年11月,納什的博士論文發表,這背後納什的師兄戴維·蓋爾功不可沒。就在遭到馮·諾依曼「貶低」幾天之後,納什遇到蓋爾,並向他介紹了自己的想法,蓋爾聽得很認真,意識到納什的思路比馮·諾伊曼的合作博弈的理論更能反映現實的情況,而對其嚴密優美的數學證明極為讚嘆。蓋爾建議他馬上整理出來發表,以免被別人捷足先登。納什這個初出茅廬的年輕人,根本不知道競爭的險惡,從未想過要這麼做。結果還是蓋爾充當了他的「經紀人」,代為起草致科學院的簡訊,系主任列夫謝茨則親自將文稿遞交給科學院。

1957年,納什結婚了。之後,漫長的歲月證明,這也許是納什一生中比獲得諾貝爾獎更重要的事。1958年,納什因其在數學領域的優異表現被美國《財富》雜誌評為新一代天才數學家中最傑出的人物。然而,納什不是一個善於為人處世並受大多數人歡迎的人,他有著天才們常有的驕傲、自我為中心的毛病。雖然事業愛情雙雙得意,但納什還是喜歡獨來獨往,喜歡解決折磨人的數學問題,而且被稱為「孤獨的天才」。


30歲時,納什突然出現了許多古怪的舉動:他擔心被徵兵入伍而毀了自己的數學創造力;他夢想成立一個世界政府;他認為《紐約時報》上每一個字母都隱含著神秘的意義,而只有他才能讀懂其中的寓意;他認為世界上的一切都可以用一個數學公式表達;他給聯合國寫信,跑到華盛頓給每個國家的大使館投遞信件,要求各國使館支持他成立世界政府的想法;他迷上了法語,甚至要用法語寫數學論文,他認為語言與數學有神秘的關聯……最終,他因為幻聽被確診為嚴重的精神分裂症,後來是接二連三的診治與復發。1962年,當他被認為是理所當然的菲爾茲獎獲得者時,他的精神狀況卻使他與獎項失之交臂。

正當納什處於夢境一般的狀態時,他的名字開始出現在20世紀七八十年代的經濟學課本、進化生物學論文、政治學專著和數學期刊等各領域中。同時,他的名字已經成為經濟學或數學中的常見名詞,如「納什均衡」「納什談判解」「納什程序」「德喬治-納什結果」「納什嵌入」和「納什破裂」等。20世紀80年代末的一個清晨,當普林斯頓高等研究院的戴森教授像平常一樣向納什道早安時,納什回答說:「我看見你的女兒今天又上電視了。」從來沒有聽到過納什說話的戴森仍然記得當時的震驚之情:「我覺得最奇妙的還是這個緩慢的甦醒。漸漸地他就越來越清醒,還沒有任何人曾經像他這樣清醒過來。」

納什漸漸康復,從瘋癲中甦醒,這似乎是為了迎接他生命中的一件大事:榮獲諾貝爾經濟學獎!當1994年瑞典國王宣布年度諾貝爾經濟學獎的獲得者是約翰·納什時,數學圈裡的許多人驚嘆的是:原來納什還活著。

從未停止思考的數學大師

納什沒有因為獲得了諾貝爾獎就放鬆自己的研究,在諾貝爾獎得主自傳中,他寫道:「從統計學看來,沒有任何一個已經66歲的數學家或科學家能通過持續的研究工作,在其以前的成就基礎上更進一步。但是,我仍然繼續努力嘗試。由於出現了長達25年部分不真實的思維,相當於提供了某種假期,我的情況可能並不符合常規。因此,我希望通過目前的研究成果或以後出現的任何新鮮想法,取得一些有價值的成果。」

20世紀50年代,美國麻省理工學院的數學家紐曼曾對納什有過這樣的評價:「其他人通常會在山上尋找攀登頂峰的道路。納什乾脆爬上另外一座山,再反過來從那個遙遠的山峰用探照燈照射這座山。」20世紀70年代,普林斯頓大學的師生們總能在校園裡看見一個非常奇特、消瘦而沉默的男人在徘徊,他穿著紫色的拖鞋,偶爾在黑板上寫下「數字命理學」(亦稱為「佔卜算術」)的論題。他被稱為「幽靈」,人們知道這個「幽靈」是一個數學天才,只是突然發瘋了。如果有人敢抱怨納什在附近徘徊使人不自在的話,他會立即受到警告:「你這輩子都不可能成為像他那樣傑出的數學家!」


其實,納什就是一個生活在無窮遠區域的邊緣人。推一推,他就掉下去了,將永遠不能回來。在深淵邊緣徘徊的納什,最後還是被愛他的妻子,被那些無條件幫助他的朋友,被一種寬容的、自由的、沒有壓力的環境,一齊拉了回來。最終,在經歷了無數痛苦的日子之後,納什的「美麗心靈」還是從「夢」中醒來了。

對很多人來說,數學家可能是遙不可及的存在。他們醉心於那個由各種抽象符號組成的世界,而似乎離現實很遠很遠。那麼,我們到底該如何評價納什呢?「這是一個天才」——這是納什的碩士導師給他寫的推薦信,只有一句話的推薦信。如果回顧納什的一生,我們似乎也可以用一句話來總結:「這是一個傳奇。」

 

擴展閱讀:

「數學界的諾貝爾獎」之爭

菲爾茲獎是最著名的世界性數學獎,1936年設立,一般4年頒發一次。由於諾貝爾獎沒有數學獎,因此,也有人將菲爾茲獎譽為「數學界的諾貝爾獎」。菲爾茲獎只授予40歲以下的數學家,且獎金額僅有1500美元。2001年,為紀念挪威最著名的數學家阿貝爾誕辰200周年,挪威政府宣布設立「阿貝爾獎」。「阿貝爾獎」儘管歷史較短,但由於獎金額(約100萬美元)巨大可以與諾貝爾獎相媲美,且每年頒發一次,獲獎者不設年齡限制,很快在世界範圍內獲得了承認,目前已被公認為「數學界的諾貝爾獎」。

 


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