二戰趣事:美國數學家的儲備幫助其贏得二戰

二戰趣事:美國數學家的儲備幫助其贏得二戰

第二次世界大戰

二戰趣事:美國數學家的儲備幫助其贏得二戰

  二戰期間僅德國和奧地利就有近200名科學家移居美國,其中包括世界上最傑出的科學家。大批外來高科技人才的流入,給美國節省了巨額智力投資。

  美國軍方從那時起,就十分熱衷於資助數學研究和數學家,甚至對應用前景還不十分明顯的項目,他們也樂於投資。美國認為,得到一個第一流的數學家,比俘獲10個師的德軍要有價值得多。

  為什麼美國會有這樣的想法呢?原來他們是從二戰期間的發生一些事例得到這樣的印象的。

  1943年以前,在大西洋上為運輸船隊護航的英美艦隊常常受到德國潛艇的襲擊,包括坦克、火炮 、汽油、槍支彈藥等大量軍用物資還未送到前線將士手中,就沉入海底。當時,英美兩國又不可能增派大量護航艦隻,怎麼辦?

  美國海軍將領請教了幾位數學家,數學家們運用概率論分析後發現,艦隊與敵潛艇可能相遇,也可能不相遇,是一個隨機事件,它具有一定的規律。一定數量的船(如100艘)編隊規模越小,編次就越多(如每次20艘,就要有5個編次);編次越多,與敵人相遇的概率就越大。比如5位同學放學後都回自己家裡,老師要找1位同學的話,隨便去哪家就行。但若這5位同學都在其中某一家的話,老師要找幾家才能找到,一次找到的可能性只有20%。

  美國海軍接受了數學家的建議,命令船隊在指定海域集合,再集體通過危險海域,然後各自駛向預定港口。結果,使原來被擊沉25%的概率降低為1%,大大減少了損失,保證了物資的及時供應。

  有人認為,第一流的數學家移居美國,是美國在第二次世界大戰中最大的勝利之一。

  事實上,在二戰期間戰爭給數學家們提出了許多新的課題,例如,密碼學、運籌學、概率統計等,有不少數學家都參與了這方面的研究,因而也推動了應用數學的發展。從那時開始,美國的軍方就一直是數學的最大客戶之一,每年都有大量的經費投入在數學研究方面。

  1944年,韋弗接到請求,希望確定攻擊日本大型軍艦時水雷佈陣的類型。但是美國海軍對日本大型艦隻的航速和轉彎能力一無所知。幸運的是海軍當局有許多這些軍艦的照片。當把問題提到紐約州立大學韋弗的應用數學組時,馬上有人提供了一個資料:1887年,數學家凱爾文曾研究過當船以常速直線前進時,激起的水波沿著船隻前進的方向形成一個扇面,船邊的角邊緣的半角為19度28分,其速度可以由船首處兩波尖頂的間隔計算出來。根據這個公式測算出了日艦的航速和轉彎能力。

  戰爭初期,希特勒的空軍優勢給同盟國造成了很大的威脅,英國面對德國的空襲,要求美國幫助增加地面防空力量。蘇聯在戰爭初期失利,要求數學家幫助軍隊保衛莫斯科,特別是防衛德軍的空襲。這時,英國的維納和蘇聯的柯爾莫戈洛夫幾乎同時著手研究濾波理論與火炮自動控制問題。維納給軍方提供準確的數學模型以指揮火炮,使火炮的命中率大大提高。這一套數學理論組成了隨即過程和控制論的基礎。

  在兩軍對壘的戰鬥中,許多問題要求進行快速估算和運用逼近方法。專攻純數學的馮·諾伊曼立即把注意力放到數值分析方面。他從事可壓縮氣體運動以及濾波問題,開拓了激波的互相碰撞、激波發射方面的研究。1943年底,他受奧本海默邀請,以顧問身份訪問洛斯阿拉莫斯實驗室,參加製造原子彈的工程,在內向爆炸理論、核爆炸的特徵計算等方面都作出了巨大貢獻。

  二戰中軍備消耗驚人,研究軍火質量控制和抽樣驗收方面如何節省的問題十分迫切。隸屬於應用數學小組的哥倫比亞大學的統計研究小組的領導人瓦爾德研究出一種新的統計抽樣方案,就是現在稱為「序貫分析法」這一方案的發明,為美國軍方節省了大量軍火物資,僅這一項就遠遠超過AMP的全部經費。

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