尋找宇宙中的“定海神針”

艾維·威格森

1956年9月出生于以色列海法，計算機復雜性理論先驅，美國普林斯頓高等研究院教授，清華大學計算機學科顧問委員會外籍委員。日前獲2023年度圖靈獎。

愛因斯坦說，“上帝不會擲骰子”，宇宙不是隨機的。艾維·威格森要證明這一點——雖然宇宙中的隨機性看起來無處不在，但連擲骰子都不是隨機的。“擲骰子得出的結果不是真正的隨機，完美的隨機是不可言傳、難以證實的。”威格森說。

利用隨機性研究，能讓計算機做更多的事，比如信息加密和預測未來。一方面，計算機產生真正的隨機數列，就能幫助設定完美的密碼；另一方面，以數學的力量“消滅”隨機性，獲得確定性，就能演算、預測各種復雜環境，最終預測未來。

幾十年來，威格森不斷接近目標，相信憑借計算機的算力，總有一天人類能真正馴服隨機性。他告訴《環球人物》記者：“我做研究純粹靠對科學和宇宙的好奇驅使，它們卻出乎意料地在實用領域產生了作用。”知名科技媒體《科技聚焦》撰文稱：“如果沒有威格森的研究，算力強大的智能手機就不會出現在我們每個人的口袋中。”加密貨幣的誕生，也有賴于他的研究。

內心住著那個沖浪小子

威格森是普林斯頓高等研究院教授。今年4月，美國計算機協會將2023年度圖靈獎授予他，以表彰他對計算理論，尤其是計算中隨機性作用的重大貢獻。以英國數學家、邏輯學家圖靈命名的這個獎項，被稱為“計算機界的諾貝爾獎”。此前，威格森還與匈牙利學者拉茲洛·洛瓦茲共同獲得了2021年度阿貝爾獎。這是國際數學領域的最高榮譽，被稱為“數學界的諾貝爾獎”。

威格森所在的普林斯頓高等研究院，曾是愛因斯坦及“計算機之父”馮·諾依曼工作的地方。但同時獲得阿貝爾獎和圖靈獎的，威格森是全院、也是全世界第一人。

2019年3月14日，威格森（右）和美國數學家赫爾穆特·霍弗在紐約參加愛因斯坦紀念晚會。

圖靈獎的獎金為100萬美元（約合722萬元人民幣），與諾貝爾獎獎金差不多。威格森沒想到自己會得這個獎。他回憶得知自己獲獎時的場景：4月10日那天，“他們（圖靈獎組委會成員）讓我打開視頻上線。他們也是數學家，我還以為是要討論數學問題，就急匆匆上線了。剛一上線，他們就祝賀我，我才明白自己獲獎了。”獲獎消息“官宣”后，普林斯頓高等研究院院長戴維·紐倫堡問他：“您到底是數學家還是計算機科學家？”威格森說：“我兩者都是。我是理論計算機科學家，研究計算機科學的數學基礎。”

1987年，威格森開始對隨機性研究著迷。從上世紀90年代開始，他就隨機性研究發表了一系列論文。1994年，經過大量的演算，他終于證明“隨機性可以被消滅”，也就是說，在理論范疇中，宇宙中的任何問題都有確定性，威格森找到了宇宙的“定海神針”。

威格森向《環球人物》記者解釋，隨機數最重要的特性是它在產生時，前后的數毫無關系。隨機數分為3類：偽隨機數、密碼學安全的偽隨機數以及真隨機數。而產生隨機數有多種方法，這些方法被統稱為隨機數發生器。

在研究中，威格森不停地給隨機數發生器“出難題”。他發現，問題越難，得出的結果越確定，便越能對復雜的問題進行干預和預測。這一研究可以被用于“預測股市走勢或計算風暴移動的路徑”。

威格森的研究影響了當下數學和計算機科學的眾多領域。正是因為在標準假設下，宇宙中的隨機性可以被馴服，所以那些包含隨機性、難以運行的算法，能夠被確定、被計算且被更容易地運行。普林斯頓大學教務長珍妮弗·雷克斯福德教授說，威格森對“什么東西可以有效計算”的深層問題給出了重要見解。該校計算機科學教授蘭·拉茲說：“他是理論計算機科學中最核心的人物之一。”

隨著研究的深入，威格森觸碰到這樣一個“燒腦”問題：如何讓別人相信某問題已被證明，卻不讓別人知道證明的方法。于是，威格森推演出新的偽隨機數發生器，成功研究出如何在不泄露信息的情況下證明信息的真實性，也即“零知識證明”。后來，這個方法成為加密貨幣的理論基礎。加密貨幣誕生后席卷全球，但威格森不為所動，繼續在數學世界中探索。

對于外行人，這聽起來十分復雜。但對于威格森，這是浩瀚的未知海洋，他用思考“沖浪”。在他的內心深處，還住著當年那個沖浪小子。他告訴《環球人物》記者：“我們對計算機計算的極限知之甚少，這就是我研究的核心問題。”

熱愛沖浪、足球和解“燒腦”題

1956年，威格森出生于以色列海法。他在海邊長大，酷愛戶外運動。

威格森回憶：“我的童年是在海法一個小小的社區中度過的，那時，我每天都與沖浪、足球為伴，尤其喜歡沖浪。小時候，我父親有許多關于解數學謎題的俄語書，閱讀那些書不僅滿足了我的探索欲，讓我后來愛上了數學，也讓我在不知不覺中學會了俄語。我的兩個兄弟沒那么喜歡數學，他們一個成了生物學家，一個成了電子工程師。”前些年，威格森依舊喜歡與孩子們一起去海邊沖浪，現在年紀大了，就愛上了散步。

安靜下來的威格森喜歡用腦，這源自他的工程師父親。他父親對世界充滿好奇，熱衷于解決智力難題，還經常給孩子們出題，尤其是“燒腦”的數學題。在威格森的記憶中，一同解難題是全家最開心的娛樂之一。

父親這種不斷挑戰自我、探索答案的性格，深深地影響了威格森。2021年，已經65歲的威格森在被授予阿貝爾獎時，特意提到了父親。“父親給了我很大的啟發，他尤其喜愛挑戰難題，以及探究數學的基礎問題。他對數學基礎問題的愛好，如同病毒一樣傳染給了我。”

1970年，威格森考入以色列理工學院。這所學校有“以色列的麻省理工”的美譽，與美國麻省理工學院、英國帝國理工學院齊名。愛因斯坦1912年倡議設立該校，并創建該校首屆學會，親任主席。

一開始，威格森填報的是數學專業，然而“父母讓我換專業，選擇計算機科學，認為這樣我畢業后更好找工作”。最終，威格森在兩個領域都深耕，收獲碩果。

1980年，威格森從該校畢業，前往美國普林斯頓大學讀研。1983年，他完成題為《計算復雜性研究》的論文，獲計算機科學博士學位。此后，他先后在加州大學伯克利分校、圣何塞IBM研究院、美國國家數學科學研究所短期工作。1986年，他回到以色列，在耶路撒冷希伯來大學計算機科學系當高級講師。1990年，他在普林斯頓大學計算機科學系任客座副教授，1993年任希伯來大學計算機科學研究所主席。

授課中的威格森。

1994年，威格森因在計算復雜性理論方面的工作，獲得內萬林納獎。這是理論計算機科學方面的國際獎項。1999年，他成為普林斯頓高等研究院教授。2003年，他放棄希伯來大學教職，全職在該研究院工作。2013年，他當選美國國家科學院院士；2021年，又當選挪威科學與文學院院士。

以色列魏茨曼科學研究所教授奧德·戈德里克如此評價威格森：“過去40年中，他對計算理論的貢獻，是無出其右的。”

威格森從不吝惜與同行分享研究成果，他寫了本“入門手冊”，放在網上供人免費閱讀，希望吸引更多的學者加入。

威格森在學術上取得眾多榮譽，但平時的打扮非常隨意，經常穿著毛衣和長褲，腳上卻是涼拖鞋，如愛因斯坦般頂著一頭凌亂的銀發。他告訴《環球人物》記者：“我的一天基本是這么安排的——與合作者探討、參加班級研討會、閱讀論文，余下的時間，我就沉浸在思考中。”

威格森（中）參加學術活動。

不可能“每天都有新業績”

《環球人物》：您為什么對隨機性研究感興趣？

威格森：自古以來，人類就對隨機性著迷，并且不斷利用隨機性來解決問題。幾個世紀以來，統計學家和科學家一直在對隨機性進行研究。隨著電子計算機的誕生，人類利用隨機性能夠解決的問題也更加廣泛。

《環球人物》：在許多報道中，您被形容為一個“純粹靠興趣”搞理論研究的人。

威格森：我的確不是一個追求實用性研究的人，在實際應用方面，我沒什么動力。但是，利用我在理論研究上的結果提高算法效率，進而完成重要的計算任務，保證加密協議的安全，這些都有助于手機軟件和電子商務的發展。

《環球人物》：您一直喜歡與全世界的同行合作、指導學生。

威格森：我喜歡敞開心扉與人們合作，尤其喜歡指導研究生和博士生——在他們那個年紀，正是思維活躍、處于初始狀態的時候。

《環球人物》：對于立志成為科學家的中國年輕人，您能給出一些建議嗎？

威格森：我覺得年輕人應該通過嘗試各種活動和研究，來尋找自己熱愛的領域。一旦找到了自己熱愛的東西，就應該努力精進，追求卓越，使之成為自己的事業，而且你應該享受這份事業。

《環球人物》：在您看來，成為學術工作者，需要做好哪些心理準備？

威格森：對于學術工作者來說，大部分時候，我們的一天是以解題失敗而告終的。

成功當然非常誘人，但它是極為稀少的，我們得花大量時間去尋找。所以，如果選擇了學術道路，就得做好心理準備，我們無法實現（像其他行業那樣的）所謂高效的一天，每天都有新業績。我們所能做的就是不斷探索，進行深度思考，期盼這些思考能讓我們距離那個目標更近一些。