Skip to content

克劳德·香农小传

从密歇根小镇那根架在铁丝围栏上的电报线,到贝尔实验室走廊里的独轮车,再到麻省理工那间堆满零件的办公室。他给「信息」下了数学定义,自己却一辈子只对有意思的东西负责。

美国 20 世纪 50 年代的某个深夜,贝尔实验室的走廊里很安静。一个瘦高的中年人骑着独轮车,从长长的走廊那头慢悠悠地滑过来,手里还抛着几个球。偶尔有加班的同事推开门,看一眼,笑一笑,又把头缩回去继续算他们的方程——大家早就习惯了。

克劳德·艾尔伍德·香农(Claude Elwood Shannon)最有分量的成就,是用一篇论文给「信息」下了数学定义,由此奠定了整个数字时代的理论根基。可是如果你问他的同事、家人和朋友他是个什么样的人,他们说的多半不是公式,而是独轮车、玩具、小机器和一个永远带着笑意的安静身影。

密歇根小镇的修理少年

1916 年 4 月 30 日,香农出生在美国密歇根州的佩托斯基,不久后全家搬到北边一个叫盖洛德的小镇,他在那里长大。父亲老克劳德做过商人,也当过遗嘱认证法官;母亲梅布尔是语言教师,后来做了盖洛德中学的校长。姐姐凯瑟琳比他大几岁,日后成了数学教授。家里的气氛是安稳、务实的:父亲有生意头脑,母亲爱读书,孩子们被允许把时间花在自己感兴趣的东西上。

香农从小就是个「动手的孩子」。他爱做航模,也做过无线电遥控的小船。最著名的一桩少年轶事,是他和一个住在大约半英里外的朋友之间架设的电报线:两个孩子没有现成的电线,就利用沿途的铁丝围栏,把它们接起来当作通信线路,晚上各自守在家里,用莫尔斯电码互相「发报」。对一个中西部小镇的男孩来说,这既是游戏,也是他第一次亲手搭起「通信系统」。

他还干过一份差事:给西联电报公司送电报。镇上的人看见他骑着车来来往往,也许想不到,这个孩子日后会为「通信」写下一套完整的数学理论。他修收音机的本事在镇上小有名气,据说当地一家百货商店的收音机坏了,也会请他去看看。

这里得补一点背景:香农的少年时代,正好赶上 1920 年代美国的无线电热。广播电台一座座冒出来,杂志上登着教人自己绕线圈、装矿石收音机的图纸,成千上万个男孩在自家阁楼上折腾「无线电」。香农赶上了这个浪潮的浪尖,而且他不是照着图纸装,是喜欢把东西拆开,弄清里面到底怎么回事。回头看,他一生的路数大概就是这个:感兴趣的不是「怎么用」,而是「它是怎么被装起来的」。

他的偶像是爱迪生。后来他发现自己和爱迪生居然是远亲,高兴了好一阵子。少年时代他还读到爱伦·坡的小说《金甲虫》,书里主人公靠破译密码找到宝藏,这个故事在他心里种下了对密码的迷恋,多年以后,战时的密码工作和他的信息论,都与这份兴趣有着隐秘的联系。另外,坡还写过一篇《被窃的信》,讲的是「猜对方下一手会怎么出」的心理游戏——二十多年后,香农在一份机器设计的备忘录里,又把这篇小说翻出来引用了一次。

这个阶段的香农,已经显出日后的底色:不爱张扬,不太合群,但遇到「有意思的东西」就会安静地一头扎进去,一玩就是几个小时。

一门选修课和一篇论文

1932 年,香农进入密歇根大学。他最后同时拿到了电气工程和数学两个学士学位,这个组合在当时并不常见,却像是为他日后的工作预先搭好的脚手架。

大学里有一件看起来很小的事,影响却极大:他在一门课上接触到了乔治·布尔的逻辑代数——一套只用「真」和「假」、「是」和「非」来做运算的符号系统。大多数同学把它当成一个哲学趣闻,香农却盯着它看了很久,因为他同时懂得电路:开关只有「开」和「关」两种状态,这不正好对应「真」和「假」吗?

毕业后,他去了麻省理工学院,做万尼瓦尔·布什的助手,管理一台著名的庞然大物——微分分析机。这是一台由轴、齿轮和大量继电器组成的机械模拟计算机,占满一间屋子。香农在它旁边一待就是很长时间,对着一堆纠缠的继电器电路琢磨:能不能找到一套规则,让人不靠反复试错就能设计出正确的开关电路?

1937 年,他交出了答案——硕士论文《继电器与开关电路的符号分析》。他证明了布尔代数可以用来描述和简化开关电路,也就是说,逻辑可以被「造」出来。

这篇论文在评价史上的位置,后来被反复提起。历史学家赫尔曼·戈德斯坦 1972 年写下了可能是最实在的一句:它「把数字电路设计从一门手艺变成了一门科学」。数学家所罗门·戈隆布则在 2001 年的悼文里说,这是「有史以来最伟大的硕士论文之一」。流传最广的一版出自哈佛大学的认知心理学家霍华德·加德纳,1985 年他写道,这或许「是这个世纪最重要、也最著名的硕士论文」。这句话后来被到处引用,有时还被人升格成「科学史家的定评」——其实加德纳是心理学家,不是科学史家,这一点值得记一笔。

还有一个评价来自他的老师本人。布什后来谈到这篇论文时说:「我当时就认为它是一篇经典之作——这个评价我很少给出。」

比论文本身更能说明问题的,是布什给人写推荐信时的措辞。1938 年,他在一封信里这样描述这个年轻人:「一个相当不合常规的年轻人……他非常害羞内向,极为谦逊,很容易被带偏。」在另一封推荐信里,布什又补了一句:「他腼腆、讨人喜欢,是需要被小心对待的那种人。」一位导师要一边极力推荐、一边提醒别人别把他吓跑,这件事本身就说明了香农是个什么样的人。

当时的他才二十出头,说起那篇论文却相当轻描淡写,更像是把两样好玩的东西拼到了一起。

其间他还在贝尔实验室度过了一个夏天,那是他与这家公司缘分的开始。布什后来建议他换个领域,于是他的博士论文竟是关于理论遗传学的,题目叫《理论遗传学的代数学》。为此他去了冷泉港,和遗传学家一起工作。他用数学处理孟德尔遗传,这篇论文并没有像硕士论文那样引起轰动,却再次显示了他的习惯:哪里有「结构」,就想用代数去看一看。

Claude Shannon in 1932
Claude Shannon in 1932

1940 年,他拿到了博士学位。同一年,他与诺玛·莱沃结婚,但这段婚姻很短,两人很快就分开了。香农在感情上一向内敛,很少对外人谈起这些。

普林斯顿的拜访与贝尔实验室的夜晚

博士毕业后,香农去了普林斯顿高等研究院,在那里的几个月里,他见到了爱因斯坦、哥德尔和冯·诺依曼等人。普林斯顿的气氛很学院,学者们常在林荫道上散步、低声争论。香农既敬佩他们,又觉得自己并不真正属于这里:他更愿意在一间堆满零件的屋子里琢磨东西。

倒是有两位年长的数学家早早看出了他的分量。诺伯特·维纳在 1940 年前后这样评价这个年轻人:「一个才华与智力都极为出众的人……他已经做出了极具原创性的工作,毫无疑问是正在升起的一颗星。」而冯·诺依曼后来跟他的一次闲谈,给这门学科留下了一个沿用至今的词——这件事我们放到 1948 年再说。

1941 年,他加入了贝尔实验室,那个年代的贝尔实验室是一座奇特的「自由王国」,管理层相信让聪明人自己找事做,终会有收获。香农正好适合这样的环境。战争期间,他参与了防空火力控制系统的研究,也接触了保密通信和密码学方面的工作,其中包括著名的 SIGSALY 加密话音系统的相关研究。

他在贝尔实验室交到了几个真正投契的朋友,其中两个往后会反复出现。

一位是约翰·皮尔斯,日后被称作「通信卫星之父」的工程师。皮尔斯差不多是香农在实验室里最好的思想对手,两个人互相扔点子、合写论文、交换成堆的书。皮尔斯留下的说法里有一条后来被引用得最多:香农谈起自己的想法时,常常是从听别人抱怨某个系统开始的——「他漫不经心地听着,然后发明出一个新系统。」皮尔斯三番五次跟他说「这个想法你应该写出来」,香农的回答通常是:「‘应该’是什么意思?」

另一位是巴尼·奥利弗,后来去了惠普,也是「搜寻地外文明」计划最早的推动者之一。奥利弗与香农、皮尔斯三人合写过那篇《脉码调制的哲学》,还一起申请了专利。奥利弗晚年这样回忆自己在这个圈子里的位置:「我们成了朋友,所以很多理论可以说是我替他接生的。他把想法扔给我……我比谁都更早知道信息论。」

他的生活节奏在同事眼里有些古怪:不太爱开会,常常关上办公室的门独自思考,下班时间也不固定。他当时住在纽约格林威治村,每天要往返于曼哈顿与实验室之间。据说他爱在深夜工作,走廊里的独轮车也是从这个时期开始出名的。他一边骑,一边思考难题,对他而言,玩耍和思考本是同一件事的两面。

1943 年初,英国数学家艾伦·图灵访问贝尔实验室。两人在食堂里一起喝茶聊天,由于图灵的密码工作属于机密,他们没法谈具体项目,聊的主要是更宽泛的话题:机器能不能思考?能不能教机器学东西?

图灵后来在饭桌上向人复述过他印象深刻的一点:「香农不只想往大脑里喂数据,他还想喂文化层面的东西!他想给它放音乐。」(这句话是旁人的转述,见于安德鲁·霍奇斯的图灵传记,不是两人当时的通信。)图灵自己则傲慢得很可爱,他说他并不想造一个「强大的大脑」:「我想要的只是一个平庸的大脑,差不多像美国电话电报公司总裁那样的。」

有意思的是,两个人对这次交谈的记忆并不一样。近四十年后,香农接受口述史访问时回忆说,他们那次「完全没谈密码」,「谈得更多的是人脑和计算机器」这类问题;至于他自己关于信息的那套想法,图灵当时「并不认为方向是对的」,他「得到的差不多是负面的反馈」。一次被后人追认为「两个天才难得交会」的谈话,在当事人那里,其实还带着一点被质疑的味道。

这是两个隐居于各自世界里的天才难得的一次交会:一个刚从布莱切利园的机密里走出来,一个正准备写下通信的数学理论,而他们在饭桌上真正关心的,是造一个会想东西的机器。

在这些年里,香农一边为战争做事,一边在心里慢慢酝酿一个更大的问题:通信的本质到底是什么?在 1945 年的一份内部保密备忘录里,他已经用概率论的语言分析密码系统,战后这份工作以《保密系统的通信理论》为题公开发表。密码学与通信理论,在他脑中是同一枚硬币的两面。

一篇论文与一个安静的家

1948 年,《贝尔系统技术杂志》分两期连载了香农的论文《通信的数学理论》。这篇论文提出了一整套全新的概念:用「比特」衡量信息量;把信息源的不确定性定义为「熵」;证明了在噪声信道中,只要传输速率低于某个「信道容量」,就存在办法让错误率任意小。

「比特」这个词是同事约翰·图基提出来的,意思是「二进制数字」。图基是普林斯顿的统计学家,战争期间常驻贝尔实验室,据一份 1947 年 1 月的实验室备忘录,这个说法最迟在那时已经定下来了。香农在论文里最早把「bit」用作信息的单位,并且明确注明「此词由 J. W. 图基建议」。据说命名是在实验室的午餐桌上敲定的,有人提议叫「binit」,有人提议叫「bigit」,最后「bit」胜出。一个今天人人都在用的单位,诞生过程就是这么随便。

关于「熵」这个名字,有一个流传很广的故事:据说冯·诺依曼建议他用这个词,理由是反正没有人真正懂熵,辩论的时候他总能占上风。这个故事细节不一,可信度看起来也难以考证。

但值得补充的是,这个故事最早的出处其实是香农自己。1971 年,他在《科学美国人》上的一篇文章里回忆道:「我最头疼的是该叫它什么。我想过叫‘信息’,但这个词被用得太滥,于是决定叫‘不确定性’。后来我跟约翰·冯·诺依曼讨论,他有更好的主意。他对我说:‘你就叫它熵吧,有两个理由。第一,你的不确定性函数在统计力学里已经用这个名字了,它本来就有名字。第二,而且更重要:没有人真正知道熵到底是什么,所以辩论的时候你总是占上风。’」——所以这不是后人编的段子,而是他本人的追述;只是「1940 年前后的一次谈话、1971 年才写下来」这条时间线,本身也提醒我们:细节不必太当真。

论文发表之后的反响,皮尔斯有过一个很好的说法:这篇文章「像一颗炸弹,而且是一颗延时炸弹」。他后来在另一篇回顾里说,这件事「像一道凭空劈下来的闪电」,而且「我不知道还有哪套理论是这样一整套、几乎没什么前身和历史地冒出来的」。皮尔斯也留下了两句让同行记了一辈子的实话:1950 年以前发表的信息论文章,「大多数跟香农的工作没什么关系」;以及「我从没遇到过一个真正弄懂了信息论的物理学家」。

当时也不是没有冷脸。统计学家约瑟夫·杜布给 1949 年那本书写的书评就不客气,说它更像「有启发性」而非数学性的著作,「而且作者在数学上的意图并不总是体面的」。

真正把这篇论文推向公众的,是另一个人:洛克菲勒基金会的沃伦·韦弗。韦弗在战时管过科学动员,眼光极好。1949 年,他把自己的通俗介绍与香农的论文合在一起,出了《通信的数学理论》这本书。在给基金会主席的信里,韦弗把香农做的事比作「吉布斯为物理化学做过的事」。而在他自己那篇导言里,他写道:

「communication(通信)这个词在这里将取一个非常宽泛的含义,包括一个头脑影响另一个头脑的全部过程。这当然不限于书面和口头的言语,还包括音乐、绘画、戏剧、芭蕾,事实上包括人的一切行为。」

韦弗还给出了那个著名的三层划分——技术的层次(符号传得多准)、语义的层次(符号多准确地传达了意思)、效果的层次(收到的意思多有效地改变了人的行动)。他最后甚至写下这样一句近乎诗的话:在这套理论里,「熵不只说算术的语言,它还说语言的语言」。

这就是「信息论热」的起点:一篇极其克制的数学论文,配上一篇极其热情的导言。往后几十年里,各种拿「信息」「熵」「冗余」去解释生物、心理、语言、经济、管理的文章层出不穷——而这桩公案,我们后面还会看到香农本人的反应。

对同行来讲,这篇论文的分量是不需要解释的。多年后,大卫·斯莱皮安在自己编的《信息论关键论文选》前言里写道:「本世纪大概没有哪一件工作,比香农 1948 年那篇文章更深刻地改变了人对通信的理解。」1998 年,在论文发表五十周年的综述里,塞尔希奥·贝尔杜第一次用了那个后来被反复引用的比喻:它是「信息时代的《大宪章》」。顺便说一句,《科学美国人》1990 年那篇专访里其实写的是「数字时代的《大宪章》」——两个版本后来常被混在一起,都算在《科学美国人》头上。

有意思的是,这样一篇改变世界的论文,作者本人几乎没有因此改变生活。他在发表之后依旧是那个爱摆弄东西、不爱应酬的人。

1949 年 3 月,他与贝尔实验室里的数值分析员贝蒂(玛丽·伊丽莎白·摩尔)结婚。据说牵线的人是皮尔斯——皮尔斯当时是贝蒂的上司。贝蒂是罗格斯大学的数学毕业生,聪明、幽默、有主见,既是他生活上的伙伴,也是工作上的搭档:他的一些论文手稿甚至是她的字迹抄写的,这让后来的研究者困惑了很久。她会吹钢琴,他会单簧管,两人下班后会找一些二声部的谱子合着弹。两人后来有了三个孩子。

还有一件圈里人都知道的小事。香农这篇论文出来的时候,诺伯特·维纳其实也在同一片水域里作业——他 1948 年出的《控制论》同样掀起了巨浪。两人的关系始终客气,维纳却在 1946 到 1947 年间私下抱怨过:「我的一个竞争者,贝尔电话公司的香农,要抢在我前面发表文章了。」香农这边对维纳一直很尊敬,说他是「我年轻时候的偶像」;至于两个人气质上的差别,麻省理工的托马斯·凯拉思后来总结得很直白:「维纳喜欢出风头,香农则完全不在乎这些。」

1949 年到 1950 年,他还发表了关于计算机下棋的论文,提出了让机器评估棋局、搜索走法的基本思路,这些想法后来成了计算机博弈的源头。

这件事值得多说两句。1950 年 3 月,他在《哲学杂志》上发表了《为计算机下棋编制程序》——这是这个题目上的第一篇技术论文;同年 2 月,《科学美国人》上还有一篇面向大众的《一台会下棋的机器》。文章中他把下棋程序分成两类,一类是硬算到底的「A 型」,一类是只搜有意思的分支的「B 型」,他自己更看好后者;他还估算出棋局的变化量大约是 10 的 120 次方,这个数字后来被叫作「香农数」。更早一点,1949 年他就在家里做出了一台用继电器控制的下棋机器,并且把它演示给国际象棋大师爱德华·拉斯克看过。有意思的是图灵当时也在做类似的事:他和戴维·钱珀瑙恩在 1948 年前后设计过一个下棋程序,因为没机器可用,只能自己拿纸笔一步一步地「手动运行」。图灵 1950 年那篇《计算机器与智能》里,还引用了香农的棋类文章。从香农的 A 型/B 型分类往下,洛斯阿拉莫斯 1956 年的 MANIAC、伯恩斯坦 1958 年在 IBM 704 上的程序、麦卡锡他们在麻省理工写的程序,一直到 1967 年格林布拉特的棋程序,用的都是这套架子。

香农夫妇很爱玩杂耍、下棋,家里也总有一些稀奇古怪的小发明。对孩子们来说,这位爸爸并不严厉,更像一个爱和他们一起折腾的大朋友。

玩具、机器与赌场

如果说香农的理论成就是他的「正业」,那么他造的那些机器,就是他生活里最鲜活的部分。

1950 年,他做了一只名叫「忒修斯」的电动机械鼠,能够在迷宫里摸索前进,一旦走过一遍,它就能记住路线,第二次直接走到出口。名字来自那个用线团走出迷宫的希腊英雄。这只木老鼠本身只是个装着磁铁和几根铜丝触须的壳子,真正的「脑子」藏在地板下面:一整排从电话交换机上拆下来的继电器,驱动着一台带电磁铁的滑车,把老鼠拖着往四个方向走。触须碰到墙,对应的继电器就记下这一格有墙,老鼠拐九十度继续试,直到撞上一块铜做的「奶酪」,蜂鸣器响起来。二十五格的迷宫,大约两个比特记一格,全部记忆加起来也就几十个比特——而它第二次就能一路直着跑到出口。迷宫改了,它还能把学到的忘掉重学。这是最早的「学习机器」之一。香农自己后来开玩笑说:严格讲,「那只老鼠并没有在解迷宫,是迷宫在解那只老鼠。」

1951 年 3 月,他在梅西基金会的控制论会议上做了题为《一台迷宫求解机的展示》的报告(会议记录到 1952 年才出版,贝尔实验室同年还拍了一部短片,报纸杂志跟着报道了一轮,所以很多书上把年份写成 1952)。据说现场有位神经生理学家拉尔夫·杰拉德,看见老鼠在一个圈里绕来绕去,喊了一声「这是神经症!」,香农于是又给它加了一个「抗神经症回路」。

他造过一台「读心机器」,能根据人以前猜硬币正反的习惯来预测下一次选择。这件事有个具体的对手。贝尔实验室的同事戴夫·哈格尔巴格先做了一台专门猜硬币的机器,叫 SEER——「序列外推机器人」,机器里面记着八种局面(上一轮自己赢还是输、对手换没换招),每种局面配一个可以上下加减的计数器,靠这点统计去押下一次;据他那篇 1956 年的论文,这台机器跟人对打了九千多局,赢了大约五成三。香农 1953 年 3 月写了一份备忘录,标题就叫《一台读心的(?)机器》,开门见山地说,这是「对哈格尔巴格的机器的一个简化模型」。两人的机器后来被接在一起互相对打,因为没人按按钮,还得再串一台「裁判」机器来产生随机数。谁赢的说法不一:多数说法是香农那台简单些的机器小胜,也有说它「赢得相当轻松」的——但具体比分,恐怕已经没人说得清了。香农在备忘录里还写了一句有趣的话:这类游戏,冯·诺依曼和摩根施特恩用博弈论处理过,爱伦·坡在《被窃的信》里用心理学处理过,而他这台机器「更接近坡的玩法,而不是冯·诺依曼的」。

他还造过一台只有一个功能的「终极机器」:盒子上有一个开关,你把它拨到「开」,盒盖就会打开,伸出一只机械手,把开关拨回「关」,然后缩回去,盖上盖子。这个点子最初来自他的朋友马文·明斯基——1952 年夏天明斯基在贝尔实验室跟他共事,后来回忆说:「我提议做这个机器,香农喜欢它,就让公司做了一批,送给几位高管。」香农在自己的桌上留了一台。它是被作家阿瑟·克拉克写下来的,克拉克在贝尔实验室看见过它,1958 年这样描述:「它不过是一只小木匣,雪茄盒大小,一面装着开关。你一扳开关,里面就响起一阵愤怒而一本正经的嗡嗡声。盒盖慢慢抬起,一只手从下面伸出来,把开关拨回去,然后缩回盒里。盒盖啪地合上,像棺材合盖一样决绝……一台什么也不做、只把自己关掉的机器,让人有一种说不出的不祥感。」——半个多世纪后,这个点子在网上重新火了一遍,人们叫它「最没用的机器」,做的人多半并不知道它出自明斯基的玩笑和香农的手。

他还设计了一台只用罗马数字运算的计算机,起名 THROBAC,说的是「节俭的罗马数字回溯式计算机」,名字本身就像个玩笑。这台机器 1953 年 4 月留下了两份技术备忘录,实物今天是麻省理工博物馆的藏品。

他的「玩具房」是家里最神奇的地方。那里有各式各样的独轮车,其中包括一些特别古怪的设计:有一辆没有座垫,有一辆没有脚蹬,有一辆是双人的,还有一辆的轮毂是偏心的,踩起来人会一上一下地起伏——他说这是头一辆这么做的车,帮他调试的助手查理·曼宁一边担心他的安全,一边为它第一次骑成鼓掌。车库里的独轮车和「大小轮」堆得落了一层灰。有会杂耍的机器人,其中一个被装扮成喜剧演员 W.C. 菲尔兹的形象:那是用儿童建筑玩具搭出来的,用三个钢球,球在一个绷紧的鼓面上弹跳,靠两片摇摆的桨「接一下、抛一下」,出手的误差则用短短的沟槽去纠正——全机没有一个传感器。他还做过三个小丑的「永不掉球」杂耍装置,起因是贝蒂从蛋糕装饰店带回一个四英寸的小丑,「才一块九毛八」。他的得意是:「有史以来最厉害的杂耍家也没法把纪录保持几分钟,可我的小丑整夜都在抛,一次也不掉!」

据说他还造过会喷火的小号——一吹,喇叭口就喷出火苗;还有火箭动力的飞盘、烧汽油的弹跳杆、一双巨大的泡沫「水上行走鞋」、一根从厨房用缆线连到地下实验室的机械手指(一拉,手指就勾一勾,等于叫人)、一台能设定翻转次数的机械硬币、从门廊下滑到湖边的简易缆车。爱德华·索普第一次走进他家地下室时的感想,被传记作者记了下来:「一个搞小玩意的人的天堂……我这是遇到了终极小玩意爱好者。」

他对杂耍尤其着迷,甚至总结出了一个「杂耍定理」。它把五个量用一行等式联系起来:设每只手接球到把球抛出的时间为 D,球在空中滞留的时间为 F,一只手空着的比例为 V,那么 (F + D) × 手数 = (V + D) × 球数。这个式子直到今天还在杂耍圈里被引用。他也写过一篇《杂耍的科学》,投给了《科学美国人》,但那份稿子改了又改,最后没发表——他 1987 年接受采访时还说:「我是给《科学美国人》写了一篇,至今没发出来。」文章要等到他去世后,被收进 1993 年的《香农论文集》里才和读者见面。对别人来说,这些都是不务正业;对他来说,这是理解世界的另一种方式。

他的兴趣还延伸到了钱的世界。1961 年,他与数学家爱德华·索普合作,做了一台可穿戴的轮盘赌预测装置:一个香烟盒大小的模拟计算机,开关藏在鞋里用大脚趾操作,一只脚负责给轮盘计时,另一只负责给球计时,结果则用几个音调通过塞进一只耳朵的小喇叭报出来;连导线都用胶水粘上颜色,尽量跟皮肤和头发混在一起。它预测的不是具体哪一个格子,而是一段扇区。那年 8 月,他们带着它真的去了拉斯维加斯:香农在轮盘旁边计时,索普在赌台另一头下注,两位太太负责望风。机器是灵的,小堆的筹码慢慢变大堆;但麻烦在于那根比头发还细的耳机线老是断,一断就得停半天。有一次同桌一位女士「惊恐地看过来」,索普赶紧走开,才发现「那个小喇叭像一只外星虫子一样从我的耳道里探出头来」。香农自己事后总结得很平:「我们碰到一堆实际问题,实际上从来没赚到钱。」这件事他们守口如瓶到 1966 年才披露;今天它被追认为「第一台可穿戴计算机」,不过这个称呼是后人的追认,不是当时的说法。

同一件事还有个前传,主角是索普的黑杰克工作。索普那篇论文本来想叫《二十一点的制胜策略》,是香农劝他把标题改得平淡些,最后成了《二十一点的一种有利策略》,1961 年发表在《美国科学院院刊》上——投这篇稿子需要一位院士背书,香农正是那位数学部的院士,据索普回忆,香农在签字前把他「盘问」了一遍才放过他。后来那本《击败庄家》把算牌术传遍了全世界。至于去拉斯维加斯那次,是轮盘赌,不是黑杰克,很多人会把这两件事混在一起。

他对股票的态度同样如此。香农并不迷恋盯盘,他会买入自己看好的少数几家技术公司并长期持有,比如惠普、摩托罗拉,还有他的老朋友亨利·辛格尔顿掌舵的泰利达因——辛格尔顿从大学时代起就跟他相识,后来还把他请进了董事会。他 1987 年跟采访者算过这笔账:「泰利达因我们拿了二十五年,每年复合增长百分之二十七。」这个数字在当时的圈子里是件稀罕事。至于那个更著名的「年化百分之二十八、跑赢一千多家基金」的说法,出处是庞德斯通 2005 年的书,依据的是一份未曾发表的访谈笔记,听个大概即可,别当成审计过的账目。他自己对这套本事的总结倒是简单:「我们是基本面派,不是技术派。」他对那些画图形的人毫不客气,把「头肩顶」「深 V」之类称作「重要数据的一种非常粗糙的复制品」;至于经济学家说的有效市场,他直说「我根本不信」。他还留下一句在麻省理工流传很广的俏皮话:有人问他为什么不用自己那套选股方法,他说:「算了吧,手续费会把你吃光。」——另有一次他对人说:「我是靠股市挣钱的,不是靠证定理挣钱的。」家里的账目,其实主要是贝蒂在管。女儿佩吉后来说:「这从来都是他们两个人的项目……他们两个都是赌徒。」他们甚至用一台早期的苹果 II 型电脑,每晚算一遍持仓的增长速度。

同一时期,他还是 1956 年达特茅斯人工智能夏季研讨会的发起者之一,与麦卡锡、明斯基、罗切斯特一起,把「人工智能」这个话题带到了学界的桌面上。有个细节值得记下:他自己并不喜欢「人工智能」这个词,更愿意用老派的「自动机研究」——那年他和麦卡锡合编的那本论文集,名字就叫《自动机研究》。至于那场为期一个多月的讨论会,他本人到底待了多久,史料上并不清楚:会议没有留下正式的出席名单,有回忆说他到场聊过一两天就走了,也有同时代人的笔记把他记成在场者。能确定的是,他不是那个从头住到尾的人。

然而他又是个清醒的人。1956 年,他在《IRE 信息论汇刊》上写了一篇很短、不到六百词的社论,题目叫《跟风》。这篇文章今天读起来依然刺人:

「信息论在最近几年变成了一股科学上的跟风热潮。它本来只是通信工程师的一件技术工具,却在通俗媒体和学术媒体上都得到了异乎寻常的关注……它大概已经被吹到了超出它实际成就的高度。」「大自然的秘密很少会一次让出好几条。」「人们会很容易发现,用上几个带劲的词,比如信息、熵、冗余,并不能解决我们所有的问题。」「这个行当无疑是被卖出去的,如果不是被卖过头的话……我们该做的是研究,而不是宣传。几篇第一流的论文,胜过一大批构思拙劣或者半途而废的文章。」

一个创立了一门学科的人,反而最先劝大家别神化这门学科——这种低调,几乎成了他性格的标签。

这篇社论不是没人回应,恰恰相反。维纳在三个月后同一份刊物上写了一篇《什么是信息论?》,客气地反驳说,不应该把信息论缩得那么窄;彼得·埃利亚斯则在 1958 年写了一篇讽刺社论,题目叫《两篇著名的论文》,虚构了一篇题为《信息论、光合作用与宗教》的文章来嘲笑滥用,末尾写:「我建议我们别再写这种东西了,把大量人力释放出来,去做那些真正需要研究的、激动人心的重要问题。」它常被后人称作学界最早的一次「索卡尔式恶作剧」的前身。罗伯特·法诺对此的感受很直接:「我不喜欢‘信息论’这个名字。克劳德也不喜欢。因为它听起来像是一门关于‘信息’的理论——可它不是,它是关于信息传输的,不是关于信息的。太多人没弄明白这一点。」贝蒂说得更家常:「那些人把他的话拉来拉去,他有点被惹烦了。他们不明白他想做的是什么。」

麻省理工的「怪教授」

Shannon SM ’40, PhD ’40, who taught at MIT from 1956 until his retirement in 1978, was known to many as the father of information theory and of modern digital communications.
Shannon SM ’40, PhD ’40, who taught at MIT from 1956 until his retirement in 1978, was known to many as the father of information theory and of modern digital communications.

1956 年 1 月,香农向贝尔实验室请了长假,回到麻省理工做客座教授,头衔是「电气通信访问教授」;1957 年他正式留下,同时挂两个教授头衔——电气工程系的通信科学教授,以及数学系教授。1958 年 10 月,学校宣布他出任新设立的「唐纳科学讲席教授」,这笔讲席由费城的唐纳基金会捐资五十万美元设立,是当时麻省理工收到过的最大一笔讲席捐赠。他和家人搬到了马萨诸塞州的温彻斯特,住进一栋靠近上神秘湖的大房子。房子 1858 年为一位名叫艾伦·德怀特的女士所建,她是托马斯·杰斐逊的曾外孙女,房子的设计据说参考了蒙蒂塞洛。他们后来给它起了个名字:「熵之屋」。

在学生眼里,香农是个特别的老师。他不爱讲课,更不爱写文章,上课风格随意,有时偏离主题,把话题带到他自己最近在摆弄的玩意上。

莱昂纳德·克莱因罗克形容他的课「像一顿好饭:你去了,他给你的东西是干净的、直观的」。罗伯特·加拉格记得他讲课时的那种神情:「他不会说‘这一章的要点是什么什么’。他会说:‘昨天晚上我在琢磨这个,想出来一个挺有意思的看法。’说的时候嘴角还带着一点坏笑。」大卫·福尼则是被他的研究讨论班拉进这行的,福尼说,他的教学方法就是讲自己正在做的问题、半成品的结果、猜想;有些问题他有漂亮的结果,有些问题他除了把问题本身说清楚以外毫无进展——「而这对一个正在找论文题目的研究生来说,简直太好了。」赫尔曼·豪斯也记得一件小事:他去旁听香农的讨论班,香农「把我当作和他平等的人对待」,并且对他这个晚辈提了一个关键问题,后来长成了豪斯那本书的第四章。香农的课还有个技术性细节常被提起:他一边回答问题,一边用一只手把一截粉笔抛上抛下,从来没有失手过。有位学生的总结很干脆:「我们都像敬神一样敬香农。」

做导师这件事,他却躲得很彻底。他一生带出的博士生极少——按后来的统计,只有三个;同一时期,麦卡锡、明斯基那些人各自都带出了一整代人。加拉格的解释很实在:「他的博士生非常少……你要是待在麻省理工,身边站着香农这么个庞然大物,你得有相当大的自我,才敢开口请他带你。」有人劝他多带几个学生,他的回答是:「我当不了导师。我没办法给任何人建议。我不觉得自己有资格去建议别人。」

他的办公室很乱,邮件和文稿堆得老高,据说他很多信件长期无人回复。这件事有个物证:他给自己存信件的文件夹起了个名字,叫「我拖得太久还没回的信」。记者乔恩·格特纳有一句形容极为传神:「信号可以抵达克劳德·香农。然后就再也传不下去了。」有位 1969 年去麻省理工访问的苏联学者回忆,他在走廊里看见了「香农教授」的门牌,然后过了一年多才意识到,这扇门几乎没开过——香农已经很少来学校了。倒是有位同事借用他那间空掉的办公室时,在里面翻出一张一年前开出、还没兑现的支票。人们还常提到,他在教工俱乐部的午饭桌上算他的股票想法,餐巾纸写满就换一张。

他对学术的虚名、头衔、荣誉兴趣平平,常常对别人的称赞报以腼腆一笑。他的名头则越来越大:1966 年 12 月,美国国家科学奖章的消息公布,次年 2 月由约翰逊总统在白宫东厅颁发,同一年他还拿到了 IEEE 荣誉奖章。颁奖那天,七岁的女儿佩吉为了穿哪条裙子跟母亲争执了一路,最后是副总统汉弗莱的大笑把她吓到躲在母亲腿后面。贝蒂说:「他是个非常谦逊的人。他得过很多奖,但奖从没让他头脑发热,他也从不谈这些。」他那些荣誉博士的兜帽太多,于是自己做了一个可以旋转的架子挂起来,跟挂领带的架子差不多。

领奖和演讲则一直是他的软肋。1973 年,第一届「香农讲座」在以色列的阿什凯隆举行,埃尔温·伯利坎普后来回忆:「我从没见过那么严重的怯场。我根本想不到,一个人在朋友面前可以怕成这样。」他需要有人在后台替他做很久的心理建设,还得由一位朋友陪着才肯上台。他后来推掉类似的邀约时,理由是一句玩笑:「退休以后,贝蒂不擦窗户,我不做演讲。」

这些年里,他的另一桩爱好是音乐:他会吹单簧管,喜欢迪克西兰爵士乐,也常参加小型即兴演奏。楼下客厅里,他吹单簧管、贝蒂弹钢琴的二重奏,是这个家的日常。爵士乐里的即兴与结构,与他的科学趣味可谓同源。

他爱下棋,但并不在乎输赢;他自己做的下棋机器能赢一般水平的对手,他却更乐意站在旁边看机器怎么「思考」。他骑着独轮车穿过麻省理工的走廊,边走边杂耍,让路过的学生又惊又喜。

家里那三个孩子,是在一堆零件中间长大的。儿子罗伯特生于 1952 年,后来做计算机,1998 年先于父亲去世;安德鲁生于 1954 年,成了钢琴家和作曲家;女儿佩吉生于 1959 年,后来当了老师。家里那间被报纸叫作「玩具房」的两层附楼,孩子们只叫它「爸爸的房间」。佩吉回忆说,父亲在家工作的时间很多,去学校只是为了上课和见学生,「所以我从小到大觉得他老在身边,跟很多上班的人家不一样」。晚饭后谁洗碗,家里甚至有台会走的发条机器老鼠来决定:把它放在餐桌中间,看它往哪边掉下去,掉到谁那边就谁洗。有一次佩吉把一盒牙签撒在了门廊上,父亲没有生气,而是说:「你知道吗,用这个可以算出圆周率。」——他说的是投针问题。家里饭桌上的话题常常是股票,孩子们很早就被教着读《华尔街日报》。至于辅导作业,他会因为「新数学」的教材顺序不对而发一顿牢骚,然后一路讲到虚数上去,讲到孩子已经完全不指望他把题讲完。

1978 年,他从教授岗位上退休,此后更多地待在家中,把时间交给他的工坊、他的玩具和他的书。

「熵之屋」里的晚年

Claude Shannon's electromechanical mouse, which he called Theseus, was one of the earliest attempts to "teach" a machine to "learn" and one of the first experiments in artificial intelligence.
Claude Shannon's electromechanical mouse, which he called Theseus, was one of the earliest attempts to "teach" a machine to "learn" and one of the first experiments in artificial intelligence.

退休后的香农依然享受生活:造机器,玩杂耍,和贝蒂一起旅行、散步,在家里招待来访的朋友。他不太谈自己的成就,也不爱做回顾。很多年后,来访者发现他的家里很少有显眼的荣誉陈列,反倒到处是工作台、零件和各式玩具。

他的动手能力没有退化,反而更放得开了。他做了一台解魔方的机器——这是真的,不是传说,那台机器今天也在麻省理工博物馆里;他还为魔方写过一首七十来行、带脚注的打油诗,标明要用《Ta-Ra-Ra Boom-De-Ay》的调子唱。1985 年,他获得了第一届京都奖,去京都领奖时做了一场题为《通信与计算的发展,以及我的爱好》的演讲,那是他晚年最长、也最完整的一次公开表述。他在演讲里说,历史上真正重要的不是帝王将相,而是「达尔文、牛顿、贝多芬这样的思想者和创造者」。

进入 80 年代,他的记忆开始衰退。1983 年,他去看医生,结论是「很可能处在阿尔茨海默病非常非常早期的阶段」(这是贝蒂的原话)。起初是忘电话号码、忘名字、忘面孔,出门去趟杂货店会忘了怎么回来,字迹也开始发抖。

1985 年,在英国布莱顿举办的国际信息论研讨会上,出现了一件令人难忘的事。他和贝蒂没有事先打招呼就出现在会场,在几个报告厅里进出,直到有人认出他来,消息才传开。晚宴上主办方把他请上台,他只简短地讲了几句,就被自己的掌声淹没了,最后说了一句:「这——太荒唐了。」然后就没什么可说的了,于是从口袋里掏出三个球,当场抛了起来。事后有人问主持人该怎么形容这件事,得到的回答是:「就像牛顿突然出现在一场物理学会议上。」参会者排起长队请他签名,很多年轻研究者是平生第一次见到这位读了一辈子其论文的人。当时的信息论学会会长也回忆说,那天在场的人里,大部分其实并不认得他,「但有一种嗡嗡声:香农来了,在哪儿,在哪儿?」——那是他最后几次公开露面之一。第二年,学会正式邀请他出席了在密歇根安娜堡举行的研讨会,那时病情已经相当明显:他做了一场十几分钟的晚宴讲话,里面还塞满了趣闻和玩笑,可贝蒂替他挡掉了大部分寒暄。

此后,病情逐渐加重。女儿佩吉说:「他会到处乱走。我们住在一条繁忙的街边……看着自己的亲人得这种病,是件很可怕的事。」有一阵子,家里参加了当地医院的阿尔茨海默病研究,贝蒂充当对照组。佩吉说:「有些日子他认得人,有些日子不认……有时候还是原来那个爸爸,有时候完全不知道自己在哪儿。」1992 年,佩吉还跟他有过一次关于研究生院的正常交谈;到 1993 年,罗伯特·法诺问他一件从前的事,香农只是回答:「我不记得了。」

1993 年他摔了一跤,髋骨骨折,康复得很慢。贝蒂本想让他在家里,还在「熵之屋」里布置了一间放得下病床的房间,最后在佩吉的劝说下,把他送进了梅德福的一家护理机构。贝蒂几乎每天去两次,佩吉说她「非常尽心」。贝蒂自己回忆:「中午我过去,护士们会排队坐在一张长凳上等我,因为我一进门,他脸上就会亮起来,咧嘴笑。」他在那里还会把助行架拆开来,琢磨更好的设计;听到音乐就用手指打拍子;护理人员会给他出些简单的算术题;他也会朝着楼梯和门外走。90 年代,他渐渐认不出身边的人。2001 年 2 月 24 日,克劳德·香农在这家护理机构去世,享年 84 岁。他的大脑捐给了阿尔茨海默病研究。

贝蒂比他多活了十六年,2017 年 5 月去世。他们结婚六十八年,从他还在贝尔实验室算信道容量,一直到「熵之屋」里的人渐渐走完。

他早年还给自己画过一场想象中葬礼的速写,那张图一点也不悲伤:一支爵士乐队在前面开道,六位独轮车手抬着棺材(图上写着「6 个骑独轮车的人 / 1 位亲人」),后面跟着哭泣的寡妇、八人杂耍队和一台八条腿的杂耍机器,一辆「棋局彩车」上,棋手戴维·利维正在跟电脑对局,再往后是四只按斯金纳的方法训练过的猫、各种小机器、慢跑的人和一支四百一十七人的乐队。一个人能这样安排自己的葬礼,说明他对「正经」和「不正经」的分界,从一开始就没怎么放在心上。

一个把工作当成游戏的人

香农的一生没有戏剧性的冲突,没有激烈的论战,也没有惊人的野心,很多时候他就是在一间堆满零件的屋子里,对着一个有趣的问题发呆。他提出的理论,为今天的手机通信、互联网、数据压缩、纠错码和密码学等整个数字世界打下了地基;而他自己的日子,却过得像一个永远不肯长大的孩子。

同行对他的评价,几乎都带着一点无从下手的敬意。大卫·斯莱皮安说:「他真的是个天才。我认识的人里,只有他配得上这个词。」又说:「他数学并不算懂得深,但他能现造出他需要的数学。」罗伯特·加拉格的版本是:「他的眼光清澈得惊人。爱因斯坦也是这样。」至于他到底做了什么,加拉格还有一句更朴素的话:「是香农看出,二进制位是一切通信的基本元素。那是他真正的发现,整个通信革命都是从这里长出来的。」托马斯·科弗说:「香农把三个领域炸了出来。」詹姆斯·马西在密码学上补了一句:「毫不夸张地说,香农的文章标志着密码学从一门手艺变成了一门科学。」而马文·明斯基记住的却是另一面:「不管出现什么题目,他都带着兴致扑上去,用某种出人意料的办法去攻它。对他而言,问题看上去越难,找到新东西的机会就越大。」

他自己对这一切的解释,比任何评论都更实在。1987 年,他对采访者说:「我不认为我做事是为了得奖——虽然另一间屋子里放着两打奖章。我更主要是被好奇心驱动,从来不是为了钱。我只是想知道,东西到底是怎么被装起来的。」「答案找到之后,把它们写下来、发表出来,总是让我很痛苦……我做过很多事,从来没写出来过。太懒了吧。我楼上有一个文件夹,装的全是没写完的论文。」三年后,他又说了一句后来被引用得最多的话:「我一直在追逐自己感兴趣的东西,不太在意它有多少金钱价值,或者对世界有多少价值。我在完全没用的东西上花了很多时间。」

回望那些日常的小事:少年时在围栏上架起的电报线,独自在走廊里骑独轮车的深夜,家里摆满的各种怪机器,晚年杂耍时那一点羞涩的笑容,你会发现,这些并不是他「正业之外」的点缀,而恰恰是他创造力的来源。他相信好奇心,相信玩耍,也相信,好玩的东西往往藏着深刻的真理。

卡德班克和斯隆在《自然》上的讣文里写过一句很准的话:香农大概能排进二十世纪科学主要人物名单的前列,「尽管他的名字对公众来说相对陌生」。这大概正是他本人会满意的位置。