จอห์น ฟอน นอยมันน์

จอห์น ฟอน นอยมันน์ (อังกฤษ: John von Neumann; ฮังการี: Neumann János Lajos; 28 ธันวาคม 1903 - 8 กุมภาพันธ์ 1957) เป็นนักคณิตศาสตร์ชาวอเมริกันเชื้อสายฮังการี มีผลงานสำคัญในหลายสาขา ทั้ง คณิตศาสตร์สาขาต่างๆ ควอนตัมฟิสิกส์ ทฤษฎีเกม วิทยาการคอมพิวเตอร์ และสถิติศาสตร์

จอห์น ฟอน นอยมันน์ ในช่วงปี ค.ศ. 1940

พื้นฐานครอบครัวและชีวิตช่วงแรก

จอห์น ฟอน นอยมันน์ เกิดวันที่ 28 ธันวาคม ค.ศ. 1903 ที่เมืองบูดาเปสต์ ฮังการี ซึ่งในขณะนั้นเป็นส่วนหนึ่งของจักรวรรดิออสเตรีย-ฮังการี เขามีชื่อตอนเกิดในภาษาฮังการีว่า มอร์กิตตอย นอยมันน์ ยาโนช ลาโยช (Margittai Neumann János Lajos; ตามธรรมเนียมฮังการีจะเรียงนามสกุลขึ้นก่อน) ครอบครัวของฟอน นอยมันน์เป็นชาวยิวที่ไม่เคร่งครัดศาสนาและมีฐานะทางเศรษฐกิจดี^:1 บิดาของเขาชื่อ นอยมันน์ มิกชอ (Neumann Miksa) จบการศึกษาด้านกฎหมายและทำงานเป็นนายธนาคาร มารดาของเขาชื่อคันน์ มอร์กิต (Kann Margit) มาจากครอบครัวที่ทำธุรกิจค้าขายอุปกรณ์การเกษตร เขามีน้องชายสองคนชื่อ มีฮาย (Mihály) และมีโคลช (Miklós)^:2 ในปี 1913 บิดาของจอห์นได้รับฐานันดรศักดิ์จากจักรพรรดิฟรันทซ์ โยเซ็ฟ ทำให้ครอบครัวสามารถใช้ชื่อยศเพิ่มว่า มอร์กิตตอย (Margittai แปลว่า "แห่งเมืองมอร์กิตตอ") และเป็นที่มาของการเติมยศ "ฟอน" ในชื่อฉบับภาษาเยอรมันของครอบครัว^:2

ฟอน นอยมันน์ได้รับการศึกษาจากครูส่วนตัวจนถึงอายุสิบปี หลังจากนั้นเขาได้เข้าศึกษาที่โรงเรียนมัธยมนิกายลูเทอรันซึ่งเป็นโรงเรียนชั้นนำในบูดาเปสต์ ฟอน นอยมันน์แสดงความอัจฉริยะตั้งแต่วัยเด็ก โดยได้ศึกษาคณิตศาสตร์แคลคูลัสตั้งแต่อายุแปดปี ลาสโล ราตซ์ อาจารย์คณิตศาสตร์ที่โรงเรียนมัธยม ได้สังเกตความสามารถทางคณิตศาสตร์ของฟอน นอยมันน์ในช่วงสองสามเดือนแรกที่เขาเข้าเรียน และแนะนำให้ครอบครัวจ้างครูส่วนตัวมาสอนคณิตศาสตร์ขั้นสูงให้กับเขา^:3

เมื่อฟอน นอยมันน์อายุได้ 17 ปี พ่อของเขาไม่ต้องการให้เขาศึกษาต่อด้านคณิตศาสตร์ด้วยความกังวลทางด้านการเงิน ทำให้ฟอน นอยมันน์เลือกศึกษาด้านเคมีไปพร้อมกับคณิตศาสตร์ เขาได้ลงทะเบียนเป็นนักศึกษาปริญญาเอกด้านคณิตศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยบูดาเปสต์ (ปัจจุบัน คือ มหาวิทยาลัยเอิตเวิช โลรานด์ หรือ ELTE) และเข้าเรียนวิชาต่างๆ ที่มหาวิทยาลัยเบอร์ลินในช่วงปี ค.ศ.1921 ถึง 1923 ก่อนที่จะย้ายไปศึกษาวิศวกรรมเคมีที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธ์สวิสในซูริก ในปี 1926 ฟอน นอยมันน์ในวัย 23 ปีได้รับปริญญาบัตรด้านวิศวกรรมเคมีจากซูริก และได้รับปริญญาเอกสาขาคณิตศาสตร์จากมหาวิทยาลัยบูดาเปสต์ในปีเดียวกัน

ฟอน นอยมันน์ได้ตีพิมพ์บทความคณิตศาสตร์ฉบับแรกในปี 1922 ตั้งแต่อายุยังไม่เต็ม 18 ปี โดยเขียนร่วมกับมีฮาย เฟเกเต ที่เป็นผู้สอนคณิตศาสตร์ของฟอน นอยมันน์คนหนึ่ง มีเนื้อหาเกี่ยวกับรากของพหุนามแบบเชบืยชอฟ^:7 ในปี 1923 ฟอน นอยมันน์ตีพิมพ์บทความที่สองของเขา โดยเสนอนิยามของจำนวนเชิงอันดับที่ซึ่งมาทดแทนนิยามเดิมของเกออร์ค คันทอร์และเป็นรากฐานสำคัญของนิยามจำนวนเชิงอันดับที่ในเชิงทฤษฎีเซต

ผลงาน

ระหว่างปี ค.ศ. 1926 ถึง 1930 เขาทำงานเป็น "อาจารย์อิสระ" ("Privatdozent" เป็นตำแหน่งในระบบมหาวิทยาลัยยุโรป สำหรับผู้ที่ต้องการจะเป็นศาสตราจารย์มหาวิทยาลัย ตำแหน่งนี้ไม่มีเงินเดือนประจำ) โดยในขณะนั้นเขาเป็นอาจารย์อิสระที่อายุน้อยที่สุดมหาวิทยาลัยเบอร์ลิน ประเทศเยอรมนี

ในปี ค.ศ. 1930 นอยมันน์ได้รับเชิญให้ไปยังเมืองพรินซ์ตัน, รัฐนิวเจอร์ซีย์ และได้เป็นหนึ่งในหกบุคคล (J. W. Alexander, อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์, Marston Morse, Oswald Veblen, จอห์น ฟอน นอยมันน์ และ Hermann Weyl) ที่ถูกคัดเลือกเพื่อเป็นอาจารย์ประจำชุดแรกของ Institute for Advanced Study เขาเป็นศาสตราจารย์คณิตศาสตร์ที่นั่น ตั้งแต่เริ่มก่อตั้งสาขาวิชาในปี ค.ศ. 1933 จนกระทั่งวาระสุดท้ายของชีวิตเขา

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง นอยมันน์ได้มีส่วนร่วมใน โครงการแมนฮัตตัน (Manhattan Project) ซึ่งเป็นโครงการสร้างระเบิดปรมาณู

ช่วง ค.ศ. 1936 จนถึง 1938 แอลัน ทัวริง ได้เป็นนักเรียนแลกเปลี่ยนไปที่สถาบัน และเรียนจบปริญญาเอก โดยมีนอยมันน์เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา การไปเป็นนักเรียนแลกเปลี่ยนครั้งนี้ของทัวริง เกิดขึ้นหลักจากที่เขาได้ดีพิมพ์บทความวิชาการ "On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungs-problem" ในปี ค.ศ. 1934 ได้ไม่นาน. งานตีพิมพ์นี้ เกี่ยวข้องกับ หลักการของ logical design และ universal machine. ถึงแม้จะเป็นที่แน่ชัดว่า นอยแมนรู้ถึงแนวความคิดของทัวริง แต่ก็ไม่เป็นที่แน่ชัดว่า เขาได้ใช้หลักการของทัวริง ในการออกแบบเครื่อง IAS ที่ถูกสร้างในเวลา 10 ปีต่อมา

นอยมันน์นั้น ได้รับการขนานนามว่าเป็น บิดาของทฤษฎีเกม (game theory). เขาได้ตีพิมพ์หนังสือ Theory of Games and Economic Behavior โดยร่วมเขียนกับ Oskar Morgenstern ในปี ค.ศ. 1944 เขาได้คิดหลักการ "MAD" (mutually assured destruction) ซึ่งเทียบเท่าสำนวนจีนว่า "หยกกระเบื้องล้วนแหลกราญ" หรืออาจแปลไทยได้เป็น "รับรองได้ว่าเจ๊งไปด้วยกันทั้งคู่แน่" ซึ่งเป็นหลักการซึ่งใช้เป็นหลักสำคัญ ในการวางแผนกลยุทธ์ทางด้านอาวุธนิวเคลียร์ของอเมริกา ในช่วงสงครามเย็น

นอยมันน์เป็นคนคิด สถาปัตยกรรมแบบ ฟอน นอยมันน์ ซึ่งใช้กันในคอมพิวเตอร์ (แบบที่ไม่ได้ประมวลผลแบบขนาน) ส่วนใหญ่ พูดได้ว่า คอมพิวเตอร์เกือบทั้งหมดในโลกนี้ เป็นเครื่องจักรแบบ ฟอน นอยมันน์ เขาเป็นผู้ริเริ่มสาขา cellular automata และได้สร้างตัวอย่างชุดแรกของ self-replicating automata โดยใช้แค่กระดาษกราฟ กับ ดินสอธรรมดาๆ (ไม่มีคอมพิวเตอร์ช่วยเลย) คำว่า เครื่องจักรแบบ ฟอน นอยมันน์ ยังหมายความถึง เครื่องจักรที่สร้างตนเองซ้ำได้ (self-replicating machine)

นอยมันน์ได้พิสูจน์ว่า การใช้เครื่องจักรที่สร้างตนเองซ้ำได้ เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุด ในการทำเหมืองขนาดใหญ่มากๆ อย่างการทำเหมืองบนดวงจันทร์ หรือ แถบดาวเคราะห์น้อย เนื่องจากกลไกแบบนี้จะมีการเติบโตเป็นแบบเลขชี้กำลัง

ชีวิตส่วนตัว

นอยมันน์นับเป็นบุคคลที่ฉลาดล้ำลึก และความจำที่เป็นเลิศเกือบจะเรียกได้ว่า จำได้ทุกอย่าง ในระดับรายละเอียดเลยก็ว่าได้ เขาเป็นคนชอบออกสังคมไม่เก็บตัว ชอบดื่มเหล้า เต้นรำและการเริงรมย์ เป็นคนสนุกสนาน และขบขัน เสียชีวิตที่กรุงวอชิงตัน ดี.ซี.

จาก การโปรแกรมเชิงเส้น ที่เขียนโดย George B. Dantzig ซึ่งเป็นผู้ที่คิดค้น simplex method ที่ใช้แก้ปัญหาการโปรแกรมเชิงเส้น เขาได้เขียนถึงนอยมันน์ จากประสบการณ์ที่ได้ไปพบและขอคำแนะนำจากนอยมันน์ และยังได้สะท้อนถึงบุคลิกของนอยมันน์ และได้เล่าถึงตอนที่นอยมันน์ได้ช่วยเหลือ โดยการตอบคำถามของ Hotelling (ผู้คิดค้น Principal components analysis) ระหว่างการนำเสนอผลงานการโปรแกรมเชิงเส้นของเขา

วิทยาการคอมพิวเตอร์

ในช่วงที่เขาดำรงตำแหน่งเป็นที่ปรึกษา สถาบันวิศวกรรมไฟฟ้ามัวร์สกูล (Moore School of Electrical Engineering) ณ มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย ประเทศสหรัฐอเมริกา ในโครงการ EDVAC ฟอน นอยมันน์ได้เขียนรายงานฉบับร่างแรกที่ไม่สมบูรณ์เกี่ยวกับ EDVAC รายงานฉบับนี้ซึ่งมีการตีพิมพ์ก่อนกำหนดนั้นทำให้การอ้างสิทธิบัตรของนักออกแบบ EDVAC J. คือ เพรสเปอร์ เอคเคอร์ต (Presper Eckert) และ จอห์น เมาค์ลีย์ (John Mauchly) เป็นโมฆะ รายงานฉบับนั้นอธิบายถึงสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ที่ข้อมูลและโปรแกรมถูกเก็บไว้ในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ในพื้นที่ (Address space) เดียวกัน สถาปัตยกรรมแบบนี้เป็นพื้นฐานของการออกแบบคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ส่วนใหญ่ ซึ่งแตกต่างจากคอมพิวเตอร์รุ่นแรก ๆ ที่รันโปรแกรมโดยใช้อุปกรณ์หน่วยความจำแยกต่างหาก เช่น เทปกระดาษ หรือ ปลั๊กบอร์ด สถาปัตยกรรมโปรแกรมที่จัดเก็บหน่วยความจำเดียว มักถูกเรียกว่า "สถาปัตยกรรมฟอน นอยมันน์"อันเป็นผลมาจากรายงานฉบับดังกล่าวของฟอน นอยมันน์ แต่สถาปัตยกรรมนี้มีพื้นฐานมาจากผลงานของ Eckert และ Mauchly ผู้ประดิษฐ์คอมพิวเตอร์ ENIAC ที่มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย

จอห์นฟอนนอยมันน์เป็นที่ปรึกษาให้กับห้องปฏิบัติการวิจัยขีปนาวุธของกองทัพสหรัฐอเมริกา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโครงการ ENIAC ในฐานะสมาชิกของคณะกรรมการที่ปรึกษาทางวิทยาศาสตร์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของ ENIAC ใหม่วิ่งด้วยความเร็วหนึ่งในหก แต่สิ่งนี้ไม่ได้ทำให้ประสิทธิภาพของ ENIAC ลดลงเนื่องจากอุปกรณ์ยังคงถูกผูกไว้กับ I/O ทั้งหมด โปรแกรมที่ซับซ้อนสามารถพัฒนาและแก้ไขได้ในไม่กี่วัน แทนที่จะให้เวลาเป็นสัปดาห์ที่จำเป็นสำหรับ  ENIAC แบบเก่า โปรแกรมคอมพิวเตอร์ในยุคแรก ๆ ของฟอน นอยมันน์บางโปรแกรมได้รับการเก็บรักษาไว้อยู่ในพิพิธภัณฒ์

คอมพิวเตอร์เครื่องถัดไปที่นอยมันน์ออกแบบ คือเครื่อง IAS ที่ Institute for Advanced Study ใน เมืองพรินซ์ตัน รัฐนิวเจอร์ซีย์ เขาจัดเตรียมเงินทุนและส่วนประกอบต่างๆได้รับการออกแบบ และสร้างคอมพิวเตอร์นั้นขึ้นที่ห้องปฏิบัติการวิจัย RCA เขาแนะนำให้ IBM 701 (ซึ่งมีชื่อเล่นว่าคอมพิวเตอร์ป้องกัน) ให้ใส่ดรัมแม่เหล็กเข้าไปในคอมพิวเตอร์ IBM 701 เป็นเครื่อง IAS รุ่นที่เร็วกว่าและเป็นพื้นฐานสำหรับ IBM 704 ที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ในเวลาต่อมา

คอมพิวเตอร์สโตแคสติก (Stochastic computer) ได้รับการแนะนำครั้งแรกในเอกสารบุกเบิกโดยนอยมันน์ในปี ค.ศ.1953 อย่างไรก็ตามทฤษฎีนี้ไม่สามารถนำไปใช้ได้จนถึงในช่วงทศวรรษที่ 1960 เนื่องจากวิทยาการของคอมพิวเตอร์ในเวลานั้นยังไม่ซับซ้อนพอ

อ้างอิง

1. Israel, Giorgio; Millán Gasca, Ana (2009). The world as a mathematical game: John von Neumann and twentieth century science. Basel: Birkhäuser. doi:10.1007/978-3-7643-9896-5. ISBN 978-3-7643-9895-8.
2. Halmos, Paul R. (1973). "The legend of John Von Neumann". American Mathematical Monthly. 80 (4): 382–394. doi:10.2307/2319080.
3. Ulam, Stanislaw (1958). "John von Neumann 1903-1957". Bulletin of the American Mathematical Society. 64 (3): 1–49. doi:10.1090/S0002-9904-1958-10189-5.