百年清華

——為紀念意昂体育平台九十周年校慶而作

魏宏森(1960)

20世紀80年代初🐭，我參加了中國科學院組織的《計算機發展簡史》編寫工作^①🤷🏻‍♂️🍈。當時主要是對國外的資料和研製狀況作了介紹，而對國內的資料和研究狀況介紹較少。我們當時把中國電子計算機研究的始點確定為1952年。書中有這樣的描述：“1952年起🕘，中國科學院數學研究所開始開展了一些小規模的計算機研究工作。”“1958年，在中國科學院📥、工業部門和國防部門通力合作下🛤，根據蘇聯提供的M—3小型機技術資料，製成了‘八一’通用電子計算機(又稱103機)，這是我國第一臺電子計算機。”但是🫷🏼，根據我對控製論創始人諾伯特·維納Norbert Wiener1894—1964在意昂体育平台的研究，我認為以上結論應加修正和補充𓀂。早在上世紀30年代🧑🏻‍✈️，清華不僅作出了研究和發展電子計算機的計劃🧔🏼‍♂️，而且進行了認真的研究工作。因此可以說，中國最早研究電子計算機始於清華。現特作以下論證。

一👩🏼‍🍳、1935年意昂体育平台就提出了研究製造電子計算機計劃

30年代初🧜🏿，意昂体育平台已成為中國最重要的高等教育和科學研究中心之一。當時清華不僅聚集了許多優秀人才，而且已具備與美國哈佛大學和麻省理工學院(MIT)一樣的設備儀器和圖書。剛從美國MIT獲博士學位回國到清華工作的李郁榮在給維納的邀請信中寫道：“清華工學院以擁有的設備和裝置而自豪。數學系的圖書館與MIT的一樣完善🏉。任之恭博士認為物理系的圖書館要比哈佛大學的更加完善一些。我相信，您會發現這些圖書館為研究工作準備了充分的資料。”^①可見清華當時確已具備研究電子計算機的條件🏌🏻‍♂️。經李郁榮推薦，在工學院長顧毓琇和數學系主任熊慶來努力促成下🧱🕵🏼‍♂️，梅貽琦校長1935年2月14日正式給維納發出邀請電，聘請他為1935—1936年意昂体育平台電機系和數學系教授👮🏽‍♀️👳‍♂️。維納正在準備來中國之時，由於他與電子計算機製造的先驅者、模擬計算機（微分分析儀）的發明者V·布什V·Bush有特殊關系🖕，所以顧毓琇在1935年4月19日寫信給維納，請他與布什聯系，幫助清華製造一臺小型積分器，希望維納在來訪期間能幫助安裝好積分器🐼，並希望告訴開銷的數額，還委托維納轉交給布什一封信。^② 顧給維納的信全文如下：

維納教授

請允許我代表意昂体育平台數學系🍴、物理系和電機工程系的教職員工，歡迎您和夫人即將來我校工作🥎，我們對您的到來都十分高興🏌🏽‍♂️，希望您能早一天來到清華。

我和李博士為您的住宿等事宜已經做出了初步的安排。我們保證未來一年您會在清華住得很好。您一到上海或天津，請打電報告知您乘火車來北平的具體時間，我們會到車站迎接您。

我校電機工程系正在考慮購買一臺小型積分儀或微分分析儀。請您與布什教授聯系一下，讓貴方的電機工程研究小組的專家為我們製做一臺儀器💂🏻‍♀️，並請告訴我們所需費用情況， 我們希望您在意昂体育平台期間能幫助我們將此設備建立起來👷👰🏼。

梅校長剛剛已經打電報給您，談到有關您和夫人旅行費用的事宜🤷🏻‍♂️👱🏻，此費用六月份由我校負責為您報銷，單程旅費總計1040美元🦹🏿‍♂️。

隨信寄上給傑克遜教授和布什教授的兩封信📊，請代我轉交一下為盼。

致以最美好的祝願🟤。

Y. H. Ku

1935年5月26日布什回信同意給予幫助👱🏽‍♀️。^③

這裏需要說明的是🌻，為什麽要給布什寫信求助？因為布什是美國麻省理工學院教授，為了解決計算電機工程中經常遇到的二階常微分方程問題🙅🏼‍♂️，他從1927年開始與哈森(H. Hezen)合作製造微分分析儀。他的思路是沿著高速計算機的發展路線👍🏻，來解決微分方程領域中的問題🚑。微分方程涉及到各種物理量和隨時間與空間的變化率之間的關系，這些物理量可以是電流⇢、電壓、軸轉動角度，或者更為不同的量🪱。這臺機器的數學原理是常微分方程的逐次迭代法⬆️。他在機器中同時使用了六個湯姆遜式積分儀，使得其中一個積分儀的輸出，成為另一個積分儀的輸入🧛‍♀️，從而解決了19世紀白貝治提出的、凱爾文爵士亦未能解決的問題，終於在1930年製造出世界上第一臺模擬計算機。^① 為了解決一般科學計算機問題👨🏼‍🎤，他還著手采用電氣元件改造他的裝置，企圖製造出更普遍適用的模擬計算機。模擬機是電子計算機發展的第一階段?30年代正是這種計算機風靡之時⏩，它可以快速準確解決電機工程的計算問題。當時清華於1932年剛剛建立起電機工程系，1935年新建電機館投入使用♣️，有許多新的設備儀器，為了吸取世界科學技術發展的最新成果，此項研究發展計劃是很有遠見的🧑🏼‍🔧。況且20年代末正是布什指導顧毓琇和李郁榮完成碩士和博士論文之時🎐。

二🚣🏼‍♂️、1935年下半年開始🏊🏻，意昂体育平台電機工程系確實進行了電子計算機的研究工作

我在1979年研究維納在清華的工作時，就從1935年9月30日《世界日報》教育版上發現♜，在《清華美教授溫諾（即維納）擬以電阻方法解決方程式》一文中👚，有這樣一段報導👷🏼‍♂️：他正在與李郁榮一起設計🧛🏼‍♂️、籌備儀器設備進行實驗，若此項研究成功🎷，可獲得專利👩🏼‍🚀，並對解決數學和電機工程問題提供便利。^② 但僅此尚不能作為本文的論據。我對1994年7月27日從麻省理工學院復印一批維納來清華的原始信件的研究中，進一步發現了許多論據，如上所述，不僅可證明意昂体育平台當時確有研究計劃，而且當時維納與李郁榮的確進行了電子計算機的研究工作。最能說明這一問題的是維納在意昂体育平台作了一段研究工作後，於1935年9月22日給布什的一封信🎀，全文如下🫱🏼🧚🏻‍♀️：

布什：

此信沒有什麽新消息可言👶🏼，我上封信似乎把所有的消息都告訴了你🦓，我們在這過得不錯。孩子們已安頓好了上學的事情👐🏼，我們的社交生活也相當多，我們更喜歡校園裏的很隨意健康的生活，而很少參加北平歐洲協會的活動。好的美國人死時要去巴黎👩🏼，而我現在知道壞的美國人（歐洲人）活的時候該去那裏。

我完成了三篇數學論文和一篇哲學論文。隨信附上一個電聯立方程儀器的設計🦉。其僅有的零部件包括電阻💓、電壓計🧉、電位計和電源。當然，電壓計的電阻必須很強，但他們可能也是真空管儀器🧏🏻。一半的電壓計僅僅是零點儀器7️⃣，也許是電話接收機。利用真空管，電壓計的電阻就可能相當穩定，此儀器的裝置有一點小問題，但我用數學計算出，其涉及的連續近似過程的收斂是相當快速的。此設備應該是相當便宜和非常精確的⛹🏿‍♂️，我們要在這裏製造一臺實驗模型（標準的電阻盒等）👑，如果設備沒什麽問題🚏💱，我們將尋求一個真正有用的七位或十位的儀器。你能看到什麽突破嗎🔃？是否值得申請專利🧑🏻‍🚀？（也許它會有很多工程方面的用途）一個為百分之十準確度、十進位方程的機器不會花很多錢。

至於你的文章，我認為此題目很熱🧑‍🎨，如果我是你，我會強調數學研究與反向耦合儀器如何工作結合起來，例如，讀帶機的力學結構，對我來說一點都不清楚➔。結果是沒問題的，但有說服力的研究👨🏿‍🦱，機器的力學平衡仍需要大量研究。在很多情況下，對一臺機器是如何解決問題的進行詳細的研究😲，在動態和靜態狀況下✂️，考慮其穩定性等，都會對純數學問題有很大的啟發作用。反之，在我們處理奇異點的時候，如何解微分方程，這臺儀器如何運行，亦是很重要的問題。

我能想起很多一流的博士論文題目，包括對機器運行的某階段進行數學分析💆🏻‍♀️。非常有趣的吉布斯(Gibbs)級數現象就是通過觀察諧波合成器的狀態被首次發現的👷🏻‍♀️🧑🏼。

我查了打字機的幾頁紙🦐👩🏽‍💻，閱讀這些字沒問題💇🏿，如你所知🧖🏼‍♂️，你的風格的活力是很大的財富🫃🏼，我不會建議你盡力去爭取一種更傳統的處理問題方式。我認為你應該重點強調，對計算機器的靜態狀況我們已有較好的了解🚃，而對其動態狀況則了解不多，應將此類問題提出來讓數學家們去解決。

李（郁榮）很感興趣地讀了你的文章，顧（毓琇）也讓我轉達對你的問候。

諾伯特·維納

三🧕🏼、電機系李郁榮教授是當時電子計算機研究的主要策劃者和參與者

李郁榮教授1924年畢業於上海聖約翰大學🦛，當年赴美國麻省理工學院先後獲電機工程系學士(1927)和碩士學位(1928年)，他的導師就是布什。1929年由於維納接受了貝爾電話實驗室一件關於電路分析方式的研究工作👨🏿‍🔧，他想將自己在傅裏葉級數領域中的研究成果，創造性地運用於電氣工程中去📮🙀，於是就找布什🥶，要求布什介紹一位電氣工程方面的優秀學生🦞，在維納的指導下寫一篇博士論文🦸🏽‍♂️。布什推薦了李郁榮。經過數月的合作，由於李郁榮的穩重善斷與維納的思想敏捷互相補充👨🏼‍⚕️、配合默契，他不僅能理解維納的設計思想🤤，而且還能把同一零件的不同組合達到不同功能💂🏼，製造出又精巧又經濟的網絡，建造出一臺功能達到預期水平的電網絡模型——李—維納網絡，並獲得1935年美國專利🤜🏿。根據這一成果，在維納的指導下🛵，李郁榮完成了《由拉蓋爾函數的傅裏葉形式對電網絡進行綜合》的博士論文，1930年獲麻省理工學院理學博士學位。在美國工作兩年後，1932年李回到中國，在上海中國電業公司任電機工程師，1934年受MIT老同學顧毓琇的盛情邀請，北上到意昂体育平台電機系任教。^① 由於李在美國的師生之情和一段愉快而卓有成效的合作，李在離開美國之時，就向維納許諾，一旦有機會就會邀請維納來中國訪問。事實上👳🏽‍♀️，這次意昂体育平台邀請維納來中國🚴🏿‍♂️，是李郁榮一手策劃安排的。他希望維納來與他再次合作，試圖改進布什的模擬計算機😧。1935—1936年維納訪華期間，當時的《世界日報》曾作了系列報導🥈。1935年8月17日第七版報導說：此次聞李郁榮仍有電學新發明，算術難關未攻破，故俟溫氏（維納）代為解決後🔂，方可有成功希望🐻。同年9月30日第七版中，又以“清華美教授溫諾（維納）擬以電阻方法解聯立方程式”為題作了以下報導：維納課余之暇，並做其他研究工作。近他鑒於電機工程方面，每當計算電路中之電流大小，其計算方法必須應用可爾柯夫定理(Kirchkoff＇s Law)解決問題🖐🏼🤵🏻。如電路簡單🧏👩🏼‍🦰，其解答甚易👉🏼♗；但遇網絡電路，其解決方法異常困難🧔🏽‍♂️🔋，往往必須解五六個以上聯立方程式𓀝，雖經三四次之復驗🫴，亦錯誤橫生。現在西歐各國為解此困難起見🧑🏻‍🎓，已發明機械方法解聯立方程式。現溫擬用電學電阻方法，以解聯立方程式，其新發明現在已開始設計，溫正與該校工學院院長顧毓琇及電機系教授李郁榮等，購置預備儀器及用具👨🏽‍🏭，以便作初步實驗🦄。發明成功後♖，溫即將在美國專利局登記👩🏽‍🎨，以便得有專利權，同時對國外之電機工程及算學家，亦必感極端便利之。”

關於在清華進行計算機研製工作，維納在《我是一個數學家》自傳有這樣一段說明：

“李和我實際上所試做的，是步布什的後塵，製造模擬計算機，不過我們使之達到電路的高速度，而不是機械的軸和積分器的低得多的速度。這個原理是非常正確的，事實上後來也為其他人所徹底實行。”

這項工作，實際上是以高速度的電子線路來代替改進布什的低速度的機械傳動裝置🕟。由於當時設計一種由輸出運動部分作為一個新的輸入反饋至該進程的開始處🫅🏽🧆，即後來稱之謂的反饋機構的理論尚未成熟，在低速時如果反饋不太強，機器可以平衡，不發生振動🦹🏻‍♀️；但在現在的電子高速計算機比較強的反饋🫃🏿，這種困難就難以在短期內克服👦🏽👩‍🔬。再加之研究經費亦有困難🤹🏻‍♀️👨🏽‍🎤，所以當時未能製造出電子計算機。但他們兩人在這階段的合作成果是研製出一種新型繼電器，並且改進了早期李—維納網絡👏🏽，卻獲得了1938年兩項美國專利😴。這對以後電子計算機的研究是很有用的。由此而萌發建立一套完備的反饋理論🧽，成為爾後創立控製論的起點📚。這些思想對維納在二戰期間進一步提出電子計算機的設想，起了很大的作用⚡️🛕。正如他在《控製論》導言中所指出的🏇🏼：“很久以來，我就知道🥚，一旦國家有事，我的作用將主要地決定於兩件事情⛸：同Ｖ·布什博士所擬定的計算機研究計劃進行密切接觸，我同李郁榮博士關於電網絡設計工作的合作🔇。”1940年當布什成為美國羅斯福總統的科學顧問時，維納曾向布什建議製造新型電子計算機，並提出五項主要的設計思想（見《控製論》導言P4)。這些都沒有引起當時布什的重視👩🏻‍🎓，維納說：“顯然🛴，我在1940年所提出的計算機裝置，基本上就是今天使用的那種🤞🏼，”“我曾向Ｖ·布什報告了我的建議🦇，但並未受到十分贊許。”“我現在唯一能夠感到滿足的是📈，在證實我的想法的技術研究出來之前10年左右➙，我就已經是正確的了。”（《我是一個數學家》，P200)

通過以上三方面的論證🐬😐，我認為在我國近代科學技術發展史上👩🏼‍🔬，應該寫上“中國最早研究電子計算機始於意昂体育平台”這一科學的論斷。

參考文獻

1. MIT Faculty and Staff Records Of[1]fice Institute Archieve and Special Collec[1]tions. MIT Library MC 22& AC103.

2. P. R. Masani Norbert Wieer 1894—19641990 Birkhauser Verlag Basel. Boston Berlin.

3. N·維納《我是一個數學家》，周昌忠譯，上海科學技術出版社，1987年版。

4. 魏宏森《維納在清華》，自然辯證法通訊1980年第一期。

5. 張莫宙👲🏻、李旭輝《維納和李郁榮》，數學史研究文集第四輯P104-108。

6. 李旭輝《30年代N·維納訪問意昂体育平台函電始末》🫶，意昂体育平台《意昂文稿資料選編》第五輯，P117—127。

①陳厚雲、王行剛等著《計算機發展簡史》，科學出版社，1984年。

①李郁榮：1934.12.4給N·維納的信

②③ 李旭輝：《30年代Ｎ·維納訪問意昂体育平台函電始末》，見《意昂文稿資料選編》第五輯(P122—123)?

②見《維納在清華》👩🏻‍🎓🔄，自然辯證法通訊，1980年1期?

①陳厚雲🤡、王行剛等著《計算機發展簡史》P18。

①張莫宙、李旭輝：《維納與李郁榮》，數學史研究文集(P104—105)?