百年清华

——为纪念清华大学九十周年校庆而作

魏宏森(1960)

20世纪80年代初，我参加了中国科学院组织的《计算机发展简史》编写工作^①。当时主要是对国外的资料和研制状况作了介绍，而对国内的资料和研究状况介绍较少。我们当时把中国电子计算机研究的始点确定为1952年。书中有这样的描述：“1952年起，中国科学院数学研究所开始开展了一些小规模的计算机研究工作。”“1958年，在中国科学院、工业部门和国防部门通力合作下，根据苏联提供的M—3小型机技术资料，制成了‘八一’通用电子计算机(又称103机)，这是我国第一台电子计算机。”但是，根据我对控制论创始人诺伯特·维纳Norbert Wiener1894—1964在清华大学的研究，我认为以上结论应加修正和补充。早在上世纪30年代，清华不仅作出了研究和发展电子计算机的计划，而且进行了认真的研究工作。因此可以说，中国最早研究电子计算机始于清华。现特作以下论证。

一、1935年清华大学就提出了研究制造电子计算机计划

30年代初，清华大学已成为中国最重要的高等教育和科学研究中心之一。当时清华不仅聚集了许多优秀人才，而且已具备与美国哈佛大学和麻省理工学院(MIT)一样的设备仪器和图书。刚从美国MIT获博士学位回国到清华工作的李郁荣在给维纳的邀请信中写道：“清华工学院以拥有的设备和装置而自豪。数学系的图书馆与MIT的一样完善。任之恭博士认为物理系的图书馆要比哈佛大学的更加完善一些。我相信，您会发现这些图书馆为研究工作准备了充分的资料。”^①可见清华当时确已具备研究电子计算机的条件。经李郁荣推荐，在工学院长顾毓琇和数学系主任熊庆来努力促成下，梅贻琦校长1935年2月14日正式给维纳发出邀请电，聘请他为1935—1936年清华大学电机系和数学系教授。维纳正在准备来中国之时，由于他与电子计算机制造的先驱者、模拟计算机（微分分析仪）的发明者V·布什V·Bush有特殊关系，所以顾毓琇在1935年4月19日写信给维纳，请他与布什联系，帮助清华制造一台小型积分器，希望维纳在来访期间能帮助安装好积分器，并希望告诉开销的数额，还委托维纳转交给布什一封信。^② 顾给维纳的信全文如下：

维纳教授

请允许我代表清华大学数学系、物理系和电机工程系的教职员工，欢迎您和夫人即将来我校工作，我们对您的到来都十分高兴，希望您能早一天来到清华。

我和李博士为您的住宿等事宜已经做出了初步的安排。我们保证未来一年您会在清华住得很好。您一到上海或天津，请打电报告知您乘火车来北平的具体时间，我们会到车站迎接您。

我校电机工程系正在考虑购买一台小型积分仪或微分分析仪。请您与布什教授联系一下，让贵方的电机工程研究小组的专家为我们制做一台仪器，并请告诉我们所需费用情况， 我们希望您在清华大学期间能帮助我们将此设备建立起来。

梅校长刚刚已经打电报给您，谈到有关您和夫人旅行费用的事宜，此费用六月份由我校负责为您报销，单程旅费总计1040美元。

随信寄上给杰克逊教授和布什教授的两封信，请代我转交一下为盼。

致以最美好的祝愿。

Y. H. Ku

1935年5月26日布什回信同意给予帮助。^③

这里需要说明的是，为什么要给布什写信求助？因为布什是美国麻省理工学院教授，为了解决计算电机工程中经常遇到的二阶常微分方程问题，他从1927年开始与哈森(H. Hezen)合作制造微分分析仪。他的思路是沿着高速计算机的发展路线，来解决微分方程领域中的问题。微分方程涉及到各种物理量和随时间与空间的变化率之间的关系，这些物理量可以是电流、电压、轴转动角度，或者更为不同的量。这台机器的数学原理是常微分方程的逐次迭代法。他在机器中同时使用了六个汤姆逊式积分仪，使得其中一个积分仪的输出，成为另一个积分仪的输入，从而解决了19世纪白贝治提出的、凯尔文爵士亦未能解决的问题，终于在1930年制造出世界上第一台模拟计算机。^① 为了解决一般科学计算机问题，他还着手采用电气元件改造他的装置，企图制造出更普遍适用的模拟计算机。模拟机是电子计算机发展的第一阶段?30年代正是这种计算机风靡之时，它可以快速准确解决电机工程的计算问题。当时清华于1932年刚刚建立起电机工程系，1935年新建电机馆投入使用，有许多新的设备仪器，为了吸取世界科学技术发展的最新成果，此项研究发展计划是很有远见的。况且20年代末正是布什指导顾毓琇和李郁荣完成硕士和博士论文之时。

二、1935年下半年开始，清华大学电机工程系确实进行了电子计算机的研究工作

我在1979年研究维纳在清华的工作时，就从1935年9月30日《世界日报》教育版上发现，在《清华美教授温诺（即维纳）拟以电阻方法解决方程式》一文中，有这样一段报导：他正在与李郁荣一起设计、筹备仪器设备进行实验，若此项研究成功，可获得专利，并对解决数学和电机工程问题提供便利。^② 但仅此尚不能作为本文的论据。我对1994年7月27日从麻省理工学院复印一批维纳来清华的原始信件的研究中，进一步发现了许多论据，如上所述，不仅可证明清华大学当时确有研究计划，而且当时维纳与李郁荣的确进行了电子计算机的研究工作。最能说明这一问题的是维纳在清华大学作了一段研究工作后，于1935年9月22日给布什的一封信，全文如下：

布什：

此信没有什么新消息可言，我上封信似乎把所有的消息都告诉了你，我们在这过得不错。孩子们已安顿好了上学的事情，我们的社交生活也相当多，我们更喜欢校园里的很随意健康的生活，而很少参加北平欧洲协会的活动。好的美国人死时要去巴黎，而我现在知道坏的美国人（欧洲人）活的时候该去那里。

我完成了三篇数学论文和一篇哲学论文。随信附上一个电联立方程仪器的设计。其仅有的零部件包括电阻、电压计、电位计和电源。当然，电压计的电阻必须很强，但他们可能也是真空管仪器。一半的电压计仅仅是零点仪器，也许是电话接收机。利用真空管，电压计的电阻就可能相当稳定，此仪器的装置有一点小问题，但我用数学计算出，其涉及的连续近似过程的收敛是相当快速的。此设备应该是相当便宜和非常精确的，我们要在这里制造一台实验模型（标准的电阻盒等），如果设备没什么问题，我们将寻求一个真正有用的七位或十位的仪器。你能看到什么突破吗？是否值得申请专利？（也许它会有很多工程方面的用途）一个为百分之十准确度、十进位方程的机器不会花很多钱。

至于你的文章，我认为此题目很热，如果我是你，我会强调数学研究与反向耦合仪器如何工作结合起来，例如，读带机的力学结构，对我来说一点都不清楚。结果是没问题的，但有说服力的研究，机器的力学平衡仍需要大量研究。在很多情况下，对一台机器是如何解决问题的进行详细的研究，在动态和静态状况下，考虑其稳定性等，都会对纯数学问题有很大的启发作用。反之，在我们处理奇异点的时候，如何解微分方程，这台仪器如何运行，亦是很重要的问题。

我能想起很多一流的博士论文题目，包括对机器运行的某阶段进行数学分析。非常有趣的吉布斯(Gibbs)级数现象就是通过观察谐波合成器的状态被首次发现的。

我查了打字机的几页纸，阅读这些字没问题，如你所知，你的风格的活力是很大的财富，我不会建议你尽力去争取一种更传统的处理问题方式。我认为你应该重点强调，对计算机器的静态状况我们已有较好的了解，而对其动态状况则了解不多，应将此类问题提出来让数学家们去解决。

李（郁荣）很感兴趣地读了你的文章，顾（毓琇）也让我转达对你的问候。

诺伯特·维纳

三、电机系李郁荣教授是当时电子计算机研究的主要策划者和参与者

李郁荣教授1924年毕业于上海圣约翰大学，当年赴美国麻省理工学院先后获电机工程系学士(1927)和硕士学位(1928年)，他的导师就是布什。1929年由于维纳接受了贝尔电话实验室一件关于电路分析方式的研究工作，他想将自己在傅里叶级数领域中的研究成果，创造性地运用于电气工程中去，于是就找布什，要求布什介绍一位电气工程方面的优秀学生，在维纳的指导下写一篇博士论文。布什推荐了李郁荣。经过数月的合作，由于李郁荣的稳重善断与维纳的思想敏捷互相补充、配合默契，他不仅能理解维纳的设计思想，而且还能把同一零件的不同组合达到不同功能，制造出又精巧又经济的网络，建造出一台功能达到预期水平的电网络模型——李—维纳网络，并获得1935年美国专利。根据这一成果，在维纳的指导下，李郁荣完成了《由拉盖尔函数的傅里叶形式对电网络进行综合》的博士论文，1930年获麻省理工学院理学博士学位。在美国工作两年后，1932年李回到中国，在上海中国电业公司任电机工程师，1934年受MIT老同学顾毓琇的盛情邀请，北上到清华大学电机系任教。^① 由于李在美国的师生之情和一段愉快而卓有成效的合作，李在离开美国之时，就向维纳许诺，一旦有机会就会邀请维纳来中国访问。事实上，这次清华大学邀请维纳来中国，是李郁荣一手策划安排的。他希望维纳来与他再次合作，试图改进布什的模拟计算机。1935—1936年维纳访华期间，当时的《世界日报》曾作了系列报导。1935年8月17日第七版报导说：此次闻李郁荣仍有电学新发明，算术难关未攻破，故俟温氏（维纳）代为解决后，方可有成功希望。同年9月30日第七版中，又以“清华美教授温诺（维纳）拟以电阻方法解联立方程式”为题作了以下报导：维纳课余之暇，并做其他研究工作。近他鉴于电机工程方面，每当计算电路中之电流大小，其计算方法必须应用可尔柯夫定理(Kirchkoff＇s Law)解决问题。如电路简单，其解答甚易；但遇网络电路，其解决方法异常困难，往往必须解五六个以上联立方程式，虽经三四次之复验，亦错误横生。现在西欧各国为解此困难起见，已发明机械方法解联立方程式。现温拟用电学电阻方法，以解联立方程式，其新发明现在已开始设计，温正与该校工学院院长顾毓琇及电机系教授李郁荣等，购置预备仪器及用具，以便作初步实验。发明成功后，温即将在美国专利局登记，以便得有专利权，同时对国外之电机工程及算学家，亦必感极端便利之。”

关于在清华进行计算机研制工作，维纳在《我是一个数学家》自传有这样一段说明：

“李和我实际上所试做的，是步布什的后尘，制造模拟计算机，不过我们使之达到电路的高速度，而不是机械的轴和积分器的低得多的速度。这个原理是非常正确的，事实上后来也为其他人所彻底实行。”

这项工作，实际上是以高速度的电子线路来代替改进布什的低速度的机械传动装置。由于当时设计一种由输出运动部分作为一个新的输入反馈至该进程的开始处，即后来称之谓的反馈机构的理论尚未成熟，在低速时如果反馈不太强，机器可以平衡，不发生振动；但在现在的电子高速计算机比较强的反馈，这种困难就难以在短期内克服。再加之研究经费亦有困难，所以当时未能制造出电子计算机。但他们两人在这阶段的合作成果是研制出一种新型继电器，并且改进了早期李—维纳网络，却获得了1938年两项美国专利。这对以后电子计算机的研究是很有用的。由此而萌发建立一套完备的反馈理论，成为尔后创立控制论的起点。这些思想对维纳在二战期间进一步提出电子计算机的设想，起了很大的作用。正如他在《控制论》导言中所指出的：“很久以来，我就知道，一旦国家有事，我的作用将主要地决定于两件事情：同Ｖ·布什博士所拟定的计算机研究计划进行密切接触，我同李郁荣博士关于电网络设计工作的合作。”1940年当布什成为美国罗斯福总统的科学顾问时，维纳曾向布什建议制造新型电子计算机，并提出五项主要的设计思想（见《控制论》导言P4)。这些都没有引起当时布什的重视，维纳说：“显然，我在1940年所提出的计算机装置，基本上就是今天使用的那种，”“我曾向Ｖ·布什报告了我的建议，但并未受到十分赞许。”“我现在唯一能够感到满足的是，在证实我的想法的技术研究出来之前10年左右，我就已经是正确的了。”（《我是一个数学家》，P200)

通过以上三方面的论证，我认为在我国近代科学技术发展史上，应该写上“中国最早研究电子计算机始于清华大学”这一科学的论断。

参考文献

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·维纳《我是一个数学家》，周昌忠译，上海科学技术出版社，1987年版。

4. 魏宏森《维纳在清华》，自然辩证法通讯1980年第一期。

5. 张莫宙、李旭辉《维纳和李郁荣》，数学史研究文集第四辑P104-108。

6. 李旭辉《30年代N·维纳访问清华大学函电始末》，清华大学《校友文稿资料选编》第五辑，P117—127。

①陈厚云、王行刚等著《计算机发展简史》，科学出版社，1984年。

①李郁荣：1934.12.4给N·维纳的信

②③ 李旭辉：《30年代Ｎ·维纳访问清华大学函电始末》，见《校友文稿资料选编》第五辑(P122—123)?

②见《维纳在清华》，自然辩证法通讯，1980年1期?

①陈厚云、王行刚等著《计算机发展简史》P18。

①张莫宙、李旭辉：《维纳与李郁荣》，数学史研究文集(P104—105)?