香农传

第 26 章 香农教授 ——263 第 27 章 
股市“密码”——281
第 28 章  发明家的天堂 ——287
第 29 章  关于杂技的研究 ——291
第 30 章  京都奖 ——303
第 31 章  阿尔茨海默病 ——315
第 32 章  余震 ——321

致  谢 ——331
参考文献 ——337

在关于他身份的传言开始泛滥之前，这位清瘦的白发男子已经 在于英国布莱顿举行的国际信息论研讨会上进进出出闲逛了好几个 小时。起初，只有零星几个人来索要签名，后来他们排成了长队，
挤满了走廊。在晚宴的时候，研讨会主席拿着麦克风宣布：此刻场 内有一名“我们这个时代最伟大的科学家”，他将与大家分享几句 话。瞬间，这名清瘦的白发男子的声音被淹没在雷鸣般的掌声里。
当掌声终于渐渐平息，众人只听到了一句：“这很荒谬！”他 没有再说什么，而是从口袋里拿出了 3 个球，开始表演抛接杂耍。
之后，有人问主席如何看待刚才发生的一幕。他说：“这就好 像牛顿出现在一场物理学会议上。

1985 年，这位杂耍匠人的工作早已结束，但从另一个角度来说，工作又才刚刚开始。当时距离克劳德•艾尔伍德•香农在研究 成果中勾勒出信息的概念已经过去了近 40 年，他的那篇学术报告堪 比“信息时代的《大宪章》”，而得益于他的理念所构建的世界才刚 刚开始形成。如今我们正生活在那个世界里：我们所发送的每一封
电子邮件，所播放的每一张 DVD 光盘、每一份音频文件，所加载 的每一个网页都要归功于克劳德•香农。
他并不在意自己做出的贡献，对热门的科学潮流无动于衷，与 各类事物、各种观点绝缘，甚至对他自己（尤其是他自己）也并不 关心。他是一个可以关起门来长期闭口不言的人，认为自己最有价
值的想法都是在斯巴达式的单身公寓和空无一人的办公楼里产生 的。香农的一位同事将他的信息论称作“炸弹”，它覆盖的范围令 人惊叹—他几乎是从零开始构建了一种全新的科学；令人震惊而
好奇的是，他可以一连好几年，只字不向他人提及自己正在进行的 研究。
当然，信息早在香农之前便已存在，正如惯性之于牛顿。但在 香农之前，几乎没有人认为信息可以是一种理念，是可测的量，或 是可适配硬科学的主体。在香农之前，信息是一封电报、一张照
片、一段话，乃至一首歌。而在香农之后，信息被完全抽象为比特
（bit）。发送者不再重要，意图不再重要，媒介不再重要，甚至它的 意义也不再重要：一通电话、一段被抓取的莫尔斯电报、一页侦探
小说，都可以用通用代码表示。正如几何学家将沙子的圆和太阳的 圆归为同质，物理学家将钟摆的摆动与行星的轨迹归为同质一样， 克劳德•香农通过把握信息的本质，使我们当今的世界成为可能。
香农能够如此熟练地使有形的世界抽象化，还能够颇具天赋地操纵它，这是他一生的难解之谜。他天生就喜欢摆弄小发明：将带 刺的铁丝网围栏用作电报线、搭建谷仓里的临时升降机、制作自家
后院里的手推车，这些故事都在述说着他在密歇根某小城里度过的 童年时光。后来，他成为更高级别的发明家，吸引了范内瓦•布什 的关注（布什很快成为美国最有实力的科学家，以及对香农影响最
大的导师）。布什将香农带入麻省理工学院，让他承担起养护微分 分析仪，如房间般大小的模拟计算机，“大量磁盘上的轴、齿轮、线 路以及滚轮”的工作，这些刚好是那个年代最先进的、具备思考能
力的机器。
香农对使用电子开关控制巨型机械的研究，使他洞察到了数字 时代的基础：开关能够做到的远不止通过电路控制电流，它们可以 被用来评估我们能够想到的任何逻辑陈述，甚至还能“做出决定”。
一系列二元选择（开 / 关、真 / 假、1/0）原则上可以模拟大脑的行 为。正如沃尔特•艾萨克森所指出的，这一飞跃“成为所有数字计 算机的基础概念”。这是香农在抽象领域做出的第一个了不起的贡
献。那一年，他只有 21 岁。
一篇“可能是 20 世纪最重要、最著名的硕士论文”使他能够 与布什、艾伦•麦席森•图灵、约翰•冯•诺依曼这样的思想家接触
并合作，和香农一样，他们都是我们这个时代的奠基人。这使他时 常加入（通常是不情愿地卷入）与美国国防研究委员会的合作，秘 密地研究密码学和火力控制系统，并在“二战”期间为丘吉尔和罗
斯福的越洋电话提供加密保障。这也让他加入了贝尔实验室，一个
（自认为）与其说是电话公司的分支部门，不如说是“天才之家” 的工业研发机构。“大家在贝尔实验室做得非常好，”香农的一位同事说道，“他们做的事在其他人看来根本是不可能的。”香农自己尝
试的“不可能”是“分析一般情报（信息）传输系统的基本特征， 这些情报（信息）传输系统包括电话、无线电、电视、电报等”。 从数学角度看，这些系统似乎在本质上毫无共同之处，直到香农证
明了其根本上的同一性。这是他在抽象领域做出的第二个了不起的 贡献。
在他的论文《通信的数学理论》发表之前，科学家们已经可 以追踪电子在电线中的运动，但要证明他们的观点可以被客观地测 量和操控，则要依靠香农的论证。他总结道，所有的信息，无论信
源、发送者、接收者还是它的意义，都可以通过比特序列有效地表 示，比特是信息的基础单位。
在《通信的数学理论》之前，长达一个世纪的常识与反复进行 的工程试验都认为通信必然会伴有噪声—这是物理世界要求我们 付出的代价。然而香农证明了信道噪声是可以被克服的，由 A 点发 出的信息总是可以（不仅仅是经常能够）在 B 点被完全接收。香农
向工程师提供了使信息数字化并将其可靠发送（或者，准确地说， 可能伴有少量随机误差）的概念工具，直到他证实噪声可控之前， 该结论一直被当作不可能实现的理想主义。一名工程师惊叹不已：
“他怎么会有这样的洞察力，甚至怎么会想到这种可能性，我完全 不知道。”
在我们的电话、电脑、卫星电视，以及被代码 0 和 1 操控的、
地球之外的空间探测器的电路里，这种洞察力的影响无处不在。 1990 年，“旅行者 1 号”探测器将它的相机镜头由太阳系边缘转向 了地球，“咔嚓”一声捕捉到了我们赖以生存的地球家园的照片，照片被压缩至不足 1    像素大小—卡尔•萨根称之为“悬浮在阳光下
的尘埃”。它最终穿越了 40 亿英里１ 的距离，被传回了地球。克劳德•香农没有写出保护这一图像免于错误与失真的代码，但在 40 多 年前，他早已证明了这种代码的存在。事实的确如此。这是他遗产
的一部分，他的贡献还包括互联网所依赖的数字信息的无尽流动， 以及让我们将自身定义为“现代人”的无所不包的信息。刚过而立之年的香农成为美国科学界最耀眼的一颗“明星”， 各大媒体蜂拥而至，各种奖项纷至沓来。然而，在他短暂的名望巅 峰（此时他的信息论已经成为解释从地质学到政治，再到音乐等一
切事物的流行语），香农发表了一篇只有 4 段内容的文章，善意地敦 促世界切勿盲目追捧他所引领的“潮流”。除了天赋使然，他对其
他一切都不感兴趣，也几乎不知道野心、自我、贪婪或实现成就的 其他丑恶驱动力为何物。他最具价值的思想成果等待了数年才被发 表，而他的兴趣也已转移到了自己热衷的领域。他在 32 岁完成了一 系列开拓性的工作之后，本可以继续当科学名人、创新代言人，去 做另一个伯特兰•罗素、阿尔伯特•爱因斯坦、理查德•费曼或史蒂
夫•乔布斯式的人物，可他却转行，去搞发明了。他的发明包括被命名为“忒修斯”的、可以自动穿越迷宫的电 子老鼠，能够在他家散步的“建造模型”龟，IBM（国际商用机器
公司）“深蓝”的远祖 —首台能下国际象棋的电脑，首台可穿戴 电脑，代号为 THROBAC（全称是“简约的罗马数字反向计算机”）
的使用罗马数字进行运算的计算机，以及私人定制的独轮车队。多年来，他一直致力于科学地研究“杂耍”。 当然，还有终极机器：由一个盒子和一个开关构成，只需轻击一下开关，齿轮呼呼转起，盒子里就会弹出一只机械手；将开关复 位，机械手就会缩回去。香农通过这样的方式淡出了人们的视线。 毕生致力于通信的思想家们，几乎没有谁像他这样沉默寡言。我们
从文件资料中去探索这个人，他仿佛杳无踪迹：他是一个憔悴的、 呆头呆脑的人，是一个几乎完全由炒作者塑造出来的人物。
但他对于满足自己的好奇心和认真地做游戏的追求贯穿一生： 他是罕见的科学天才，既满足于制作杂耍机器人和喷射小号，又是 研究数字电路的先驱。他率性地工作，严肃地游戏，从不认为这两
者之间有任何区别。他的天才都展现在他为自己设置的谜题上，展 现在他充满游戏精神的思维里：他想知道一盒电动开关如何模仿人 的大脑，想知道为什么没有人会说“XFOML RXKHRJFFJUJ（符号 独立且等概出现）”，这些思想都留下了他最深层次洞察力的烙印。 倘若说，当前的时代特征里承载着一些时代奠基人的性格印记，或
许有些夸张，那么不妨思考一下，对于我们而言，众多至关重要的 事物正是本着游戏精神而被构建起来的，岂非一件乐事？

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如何赚钱的？ 卖资料和传递电报。１

那一年，他申请了密歇根大学。同年，他的姐姐从这所大学毕 业。像姐姐一样，克劳德也被录取了。在他眼里，大学所在的安娜 堡是他见过的最富有人文精神的地方。

安娜堡位于盖洛德东南 195 英里处，是一座满布陡峭山丘与山谷的城市，缓慢流淌的休伦河冲击着山体，形成了大量泥泞的
浅滩和低矮的坡地。受休伦河制约，安娜堡发展成为一座工业城 镇—河岸遍布锯木厂和面粉厂，推动了当地经济的发展。大量移 民涌入这里，他们主要来自德国，也有希腊人、意大利人、俄国人
和波兰人。不同种族的差异日渐明显，而教会又加深了社会地位与 宗族的联系。在 20 世纪初，安娜堡约一半的人口是一代移民或者二
代移民。
安娜堡到处是精力充沛的乐观主义者。1901 年，在这个将会发 生大萧条和两次世界大战的世纪之初，《安娜堡阿耳戈斯民主党人
报》曾激动地宣布“即将到来的世纪毋庸置疑将是人类最富有、最 美好的时代”。即使是在 1929 年 10 月股市崩盘后，《安娜堡每日新 闻》也将报道的重点集中在股票价格的短暂回升，而非这场灾难性 的暴跌上。甚至在 1929 年 12 月，在价值超过
300 亿美元的资产蒸 发后，银行收回贷款、制造业瘫痪，而安娜堡的市长爱德华•斯特 布勒先生仍旧充满信心，向当地人保证经济将会复苏，这座城市终 将挺过风暴。
在 1932 年的总统选举中，安娜堡公然挑战了整个密歇根州。富
兰克林•罗斯福以压倒性的优势赢得了密歇根州和其他 41 个州的选 票，但安娜堡仍坚定不移地支持胡佛。《安娜堡每日新闻》的社论宣
称经济终会复苏，并呼吁选民不要将经济困难归咎于胡佛总统。胡 佛的共和党伙伴沿袭了安娜堡的支持，这是少数几个胡佛总统的声 誉仍能有积极回馈的地方之一。
密歇根大学也有着这座城市沉着的自信。“我一点儿也不气馁”， 大学校长 A.G. 鲁思文说道，“我必须承认，削减资源使我能够在组织中做出一些变革，我认为，从长远来看，这大有裨益。”然而，
克劳德•香农入学的时候已是 1932 年的秋天，这所大学坚定的积极 态度已经跌到谷底。金融危机迫使安娜堡最大的雇主、经济引擎密
歇根大学不再扩招、停止长期规划的基建项目，并且将教职工收入 削减了 10%。

然而，香农仍是幸运的。要是他早一二十年，在 20 世纪初进 入密歇根大学，他就不会从大学的建设工程转型中获益了。
工程学院的院长莫蒂默•库利是一位非同寻常的富有进取精神 的大学管理者，在他的领导下，该学院的“入学人数从不足
30 人增
加到超过 2 000 人，教学团队由只讲授几门课程的 3 位任课教师扩
大到超过 160 名教授和工作人员，开设了好几百门课，办公室也由
临时使用的、1 720 平方英尺１ 的空间扩大到超过 50 万平方英尺的
配备精良的教学楼”。工程学院的学生人数甚至超过了医学院和法 学院的学生人数。当它的规模似乎要扩大到超出密歇根大学最大的 学院—文学院时，库利院长被解雇了：“带着标志性的笑容，他
向哈维•古尔丁教授大声说：‘看吧，古尔丁，我们还是会超越他们 的。’”库利彬彬有礼、阅历颇丰，在政治上眼光独到，他刚到密歇 根大学的时候，还在海军军营里担任蒸汽工程和钢铁与造船专业的
教授。4 年后，海军才批准了他的辞职申请，密歇根大学便立即向他授予教职。
1895 年，密歇根大学要求工程学院时任院长查尔斯•格林规划 建造一座全新的教学楼，以容纳学校不断增加的学生数量。格林要 求用 50 000 美元来建造一所精巧的 U 形建筑，这个要求得到了校 方的批准。然而大楼还没来得及动工，格林就去世了，库利接替他
担任了院长。他被要求评估前任院长的计划和预算。库利回答道： “先生们，如果你们看看我们的竞争对手—其他工程学院，你们 就会毫不犹豫地批准 25 万美元的拨款。”库利毫不夸张的肯定态度 打动了董事会，他的请求也迅速得到了批准。
1913 年，工程学院公开展出了扩建后的成果，当时学校就好像 世界博览会一样。上万人前来参观了建筑设施和最新的科技手段。 电气工程师通过自主设计的无线系统传递消息，机械工程师们“震
惊了访客，他们使用 20 000 转 / 分钟的纸张切割木材，通过液态气
体冷冻鲜花，还展示了只用两根细线支撑起的瓶子，水流从中缓缓 流出—这是很少有人能够解决的难题”。两枚完整的鱼雷、两门 大炮和“装备了信号屏蔽系统的完整电气铁路”使得那次展览更为
出彩。一位作家观察道：“对于普通学生和临时访客来说，校园的 工程角几乎像医学院一样，充满了深深的奥秘。”
库利扩建工程学院的计划也改变了密歇根大学的核心教育项 目。在香农出生 8 年前，这所学院开始教授无线电报和电话技术方
面的课程，以满足不断增长的商业需求，即培养掌握无线传输技术 的工程师。工程学院的迅猛发展吸引了学校其他学院院长的关注， 学科之间的界限开始变得模糊。一代人之后，到香农开始攻读数学
和工程学双学位时，这两门课程在很大程度上已融为一体。
这引起了香农的兴趣，他也承认，选择双学位并不是他宏大职 业规划中的一部分，单纯只是因为不成熟而难以决断罢了。“我并不 确定自己最喜欢哪个专业。”他回忆道。与获得一个学位相比，攻
读双学位并不是那么繁重的任务，“这其实很容易，因为许多课程的 内容都相互交叉。我认为只需要额外修两门课和暑期学习，就可以 拿到两个专业的学位”。这些课程的学习使他初步接触了通信工程，
它们对实践和理论结合的研究“尤其与他的兴趣一致”，因为“我 认为，这些课程是工程科学中最偏向数学的”。
虽然双学位十分普遍，香农的这种犹豫不决（他从来没有完全 做出过选择）对他后来的工作至关重要。有些喜爱建筑的人可能只 乐于拿工程学位，而另一些偏爱理论的人可能满足于只学习数学。
香农倾向于数学和机械两者，难以抉择，（双学位）使得他在两个 领域都得到了学术训练，而不是在两方面相互怀疑。实际上，有些 工程师指责数学是在盲目追寻抽象的事物，而有些数学家又控诉工
程师们只讲求实用。香农的天资和偏好，使得他没有对这两门学科 产生任何教条与偏颇的观点。