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聊聊计算科学幕后英雄,那些被历史忽略的女性织码者

咱们今儿所聊的,并非冯·诺依曼,亦非费曼,这些名字早就似星辰那般刻在了计算科学的天幕之上。我们所要瞧的,是星辰之间那些曾被历史尘埃遮蔽光芒之轨迹,是那些在庞大机器的轰鸣声响之中,借助纸带、开关以及彻夜未眠,切实把物理思想“编织”成可运行现实之人。

他们中的许多人,是女性。

在曼哈顿计划那机密的档案当中,于 ENIAC 巨型机闪烁着的真空管旁边,在洛斯阿拉莫斯实验室那些不眠的夜班之时,她们的身影曾经到处都有。她们被叫做“计算员”(computer),又名“程序员”(coder)或者“操作员”,然而她们所从事的工作,绝非只是单纯的“敲打键盘”那般简单。她们是物理学家跟机器之间不能缺少的“翻译官”,是最早一批在抽象方程与实体硬件之间来回穿梭的“织码者”。

然而,在历史书写计算物理史诗之际,她们的名字大多不见了。这不只是关乎性别,更涉及一个至今依然在回响的偏见:即那些将想法予以“实现”的人,其做出的贡献始终被当作是比那些“提出”想法的人要低之情形有别于他人且较他人处于更不易受重视之状况的。

一、从“人肉计算”到“打孔卡片”:曼哈顿计划背后的无声军团

最初,“计算机”(computer)指的就是人。

二战那场熊熊燃烧的烽火,催生出了前所未有的计算需求:关于弹道轨迹的计算需求,关于核爆模拟的计算需求,有关密码破译方面的计算需求。在洛斯阿拉莫斯这个地方,理论部的T - 5小组就这样出现了,一开始大约有20人,其中大部分是女性。她们有的是科学家们的配偶,像数学家玛丽·弗兰克尔(MaryFrankel)、奥古斯塔·“米奇”·泰勒(Augusta “Mici” Teller),有的是从附近城镇招募来的平民,还有部分是陆军妇女军团的成员。

最早被称作“计算机”的,是那些承担手算工作的人,也就是人形计算者。在图里有着这样的情景,凯·麦克纳尔蒂(Kay McNulty)、艾莉丝·斯奈德(Alyse Snyder)以及西斯·斯顿普(Sis Stump),他们当时正在操作微分分析仪,地点位于宾夕法尼亚大学摩尔电气工程学院的地下室,而时间大概是1942到1945年。

她们进行轮班工作,每班时长为四小时,凭借数学用表以及台式计算器,尝试去跟上原子弹研发的那种疯狂节奏。在人力难以胜任的时候,IBM打孔卡片机被引进了。很快,这些机器接手了所有的大型计算工作,机器24小时持续运转,分为三班轮流进行工作完成计算 。

就在这个时候,属于娜奥米·利夫赛也就是Naomi Livesay,这一主体的人物,和埃莉诺·尤因暨Eleonor Ewing,此一主体的人物,她们加入进来了。娜奥米·利夫赛Naomi Livesay拥有高等数学学位,掌握着涉及IBM电动计算机编程方面的知识,她招募了身为前同事的埃莉诺·尤因Eleonor Ewing。这两位年轻的女性,成为了那些机器能够全天候运行下去的起着引导驾驭角色并有着中枢核心作用的关键主导者。

她们所从事的工作,绝对不是那种机械性质的。利夫赛会去听闻冯·诺依曼举办的数学讲座,并且向他介绍打孔卡操作,尤因同样如此,她们还会参与由奥本海默等人主持的每周研讨会。她们可不是即便对物理毫无所知却被称作“人肉算盘”的那种人,而是深度地参与到了这场充满智力挑战的冒险里,处于核心位置。

二、ENIAC的“女巫”们:在真空管的丛林里编织逻辑

战争结束了之后,在宾夕法尼亚大学,启动了世界上第一台计算机,它是全电子的并且是通用计算机,叫做 ENIAC 。六位女性数学家,分别是贝蒂·简·詹宁斯(Betty Jean Jennings)、凯·麦克纳尔蒂(Kathleen McNulty)、弗朗西斯·比拉斯(Frances Bilas)、玛琳·韦斯科夫(Marlyn Wescoff)、露丝·利希特曼(Ruth Lichterman)和贝蒂·斯奈德(Betty Snyder),她们进行了操作,还为其编写了最初的代码 。

第一台可编程、电子化、通用数字计算机是世界首台ENIAC,它于1945年建于美国陆军弹道研究实验室,1946年移至宾夕法尼亚大学,其最初的六位编码员和操作员都是女性,其中包括贝蒂·简·詹宁斯(后来姓巴蒂克,在图的左边)以及弗朗西斯·比拉斯(后来姓斯彭斯,在图的右边),图展示的是她们在1946年2月演示日当天准备计算机的场景 。

进行 ENGAC 编程,这属于一项极为复杂、饱含创造性的智力活动,当时不存在高级语言,没有操作系统,对于程序只好运用手动的方式去设置成千上万数量的开关,进行插拔无数条电缆的操作来达成,她们必须要深入透彻地理解机器有着的硬件架构,与此同时把物理问题转化为能够让机器去执行和处理的逻辑流程,她们身为硬件与理论之间起着作用的“编译器” 。

在冯·诺依曼为洛斯阿拉莫斯寻觅计算能力之际,其也对 ENIAC 有十分深入的参与,有意思的是,他的妻子克拉拉·丹·冯·诺依曼,一位极为出色的数学家,与尼古拉斯·梅特罗波利斯进行合作,于 1948 - 1949 年期间,在电子计算机上开展了首个蒙特卡洛模拟系列,丹·冯·诺依曼的名字,理应在更早之前就在计算物理的星图上大放光芒,。

冯·诺依曼夫妇(1950)

三、MANIAC与算法的诞生:被隐去的“第一作者”

1948年,洛斯阿拉莫斯着手建造新机器MANIAC,其操作员里头,有不少女性数学家,编码员当中也是如此,她们是玛丽·秦古(Mary Tsingou),是马乔里·琼斯(Marjorie Jones),是伊莱恩·费利克斯(Elaine Felix),是弗娜·埃林森(Verna Ellingson),还是洛伊丝·库克(Lois Cook)。

1952年至1958年这段时间,在洛斯阿拉莫斯,有一台名为MANIAC的可编程计算机,它运行于画面之外,由一个庞大的团队运行,这个团队里有科学家、数学家和工程师,然而后两类人,其中不少是女性,在关于这一重要项目的记载当中,常常被省略掉。

于这台机器之上,计算科学的两座里程碑得以诞生,然而其中女性所做出的贡献却被极大程度地低估了。

里程碑的首个,乃是“梅特罗波利斯算法”(Metropolis algorithm,后续称作Metropolis–Hastings算法)的问世。在1953年的时候,泰勒夫妇、梅特罗波利斯以及阿里安娜(Arianna)和马歇尔·罗森布鲁斯(Marshall Rosenbluth)夫妇发表了具有开创性的论文。此算法引入了重要性采样的想法,它是现代马尔可夫链蒙特卡洛方法的开创者。

谁为曼哈顿计划写下了第一行代码?答案被历史刻意遗忘了_谁为曼哈顿计划写下了第一行代码?答案被历史刻意遗忘了_

然而,马歇尔·罗森布鲁斯后来回想,最开始是阿里安娜跟他提出用MANIAC研究固体熔化。米奇·泰勒在起初阶段协助进了编程,不过大部分工作是由罗森布鲁斯夫妇完成的,特别是阿里安娜,是她把概念转换成并编程成了算法。梅特罗波利斯的主要贡献,好像是提供了使用MANIAC夜班的权限,然而如今这个方法却是用他的名字来命名的。这篇论文的署名和实际的智力贡献,留下了历史的模糊区域。

第二座里程碑,乃是“费米-帕斯塔-乌拉姆-秦古问题”(Fermi - Papa-Ulama-Tsingou 问题称谓),1953年夏季时分,费米、乌拉姆、秦古以及帕斯塔于 MANIAC 之上开展了一项“数值实验项目”,着重模拟一维非线性振子链条部分,他们意外察觉到,该系统并未依照预期那样迅速达成能量均分情形!这算是首个并非借助理论或者实验工作状态获取成果而是经由全然计算方式做出的物理学领域发现成果,后续阶段还催生出孤子理论发展态势历程以及混沌理论演变进程 。

论文表明工作是由四人完成的,然而秦古的角色却被长时间遗忘。数十年来,这个问题仅仅只是被称作“费米 - 帕斯塔 - 乌拉姆问题”。一直到2008年,物理学家蒂埃里·杜瓦索也就是Thierry Dauxois在《今日物理》上撰写文章为她恢复名誉。一个名字的补充完整,是对一段历史的修正。

保罗·斯坦(左)和尼古拉斯·梅特罗波利斯怀着弈棋之心,与MANIAC对弈 “洛斯阿拉莫斯” 象棋,这是一种简化版象棋,因去掉象而缩短了MANIAC的走子计算时间,计算机每走一步仍需约20分钟,MANIAC在1956年成为第一台击败人类对手的计算机。

四、不只是“编码员”:模糊的界限与全栈研究者

有那么一种观点持有这样的看法,编码员所为的工作,是存在着一种链接,确切来说的话,是那种处于物理学家所拥有的概念,而此类概念编码员当中的大多数人,对其是全然不知晓的,和计算机得以去执行的指令集之间的,有着至关重要特性的链接,然而对于这指令集,物理学家当中的大多数人,同样是半点都不知情的。

但历史事实驳斥了这种简单的二元划分。

一位如今鲜为人知的女性叫玛莎·埃文斯(Martha Evans),她曾与理论物理学家弗朗西斯·哈洛(Francis Harlow)达成合作,于1955年发表了一份关于元胞内粒子的方法的内部报告,这种方法是把世界想象成一个立方体元胞,设置好恰当的边界条件,接着模拟粒子在元胞内的运动,且该方法以后成了等离子体物理以及计算流体动力学的标准工具,报告还把埃文斯列为第一作者。1959年,她居然参与了一场和自组织系统相关的会议,并且在现场对AI先驱弗兰克·罗森布拉特(Frank Rosenblatt)有关机器学习的看法提出质疑,在那时女性参会者极为稀少的时期,她的到场这件事,便表明了她绝不是“只是个编码员”。

罗森布拉特身为人工神经网络探究的先导者,发明出了“感知机”,被认定为深度学习之父,然而其研究在当时长久不为同时代的人所领会。1971年,在其43岁生日那天于划船期间溺水身亡。不少人觉得他是自杀。

同样被遗忘的是弗娜·埃林森,后来她姓加德纳 ,她和梅特罗波利斯、霍夫曼共同撰写了于1955年发表的关于运用蒙特卡洛方法研究肿瘤细胞的论文,在第二年她又和拉扎勒斯、梅特罗波利斯、乌拉姆一起撰写了数学方面的论文,她还与乔治·伽莫夫合作,试着去破译DNA选择氨基酸的密码,她的工作涵盖生物物理、数学、基础物理等领域,充分展现出一位真正的跨学科研究者所具备的广度 。

以蒙特卡洛方法来开展肿瘤细胞相关研究的论文,于1955年问世,该论文被发表在了《科学》杂志之上。

致力于研究洛斯阿拉莫斯相关历史的历史学家尼古拉斯·刘易斯,也就是Nicholas Lewis,给出了一句说得颇为恰当的话,他讲道,那些女性所开展的工作,跟现代洛斯阿拉莫斯实验室武器计算物理部里的计算物理学家所做的工作是一样的。她们得对所钻研的物理具备深入的理解,与此同时,还得清楚怎样把问题对应到所使用机器的特定架构上去。

仅具备技术技能还不够,操作ENIAC要求须有分析头脑之人承担这项工作。1946年的上段内容里 ,在摩尔电气工程学院 ,欧文·戈尔茨坦负责安排那个ENIAC所需函数表上的开关 。约1946年的中段详情是 ,格洛丽亚·戈尔戈登 她后来姓博洛茨基 当时正以蹲姿 ,和站起身的埃斯特·格斯顿 ,两人一起为ENIAC右侧进行接线 ,同时载入新程序 。下段所展示的是 ,格伦·A·贝克着手更换ENIAC的真空管 由于ENIAC上总共有着19000个真空管 ,所以要从这么多里面找出坏掉的那个 ,然后进行更换 这样的任务无疑艰巨 句号。

五、被低估的“实现者”:一个延续至今的结构性偏见

她们遭到遗忘,首要原因是保密以及性别歧视,利夫赛曾因性别而被拒绝攻读数学博士学位,在众多夫妻档里,贡献全然被归于丈夫,大量曼哈顿计划文件直至如今依旧未被解密 。

但存在一个有着更深层次、更为普遍特性的原因,那就是针对于“实现者”这一角色存在着系统性低估情况,这种偏见并非只是过去才会出现的现象。2022年,英国软件可持续性研究所开展过一项调查活动,该调查显示,被列为论文作者的情形之下,当中只有59%是研究软件工程师;仅仅约四分之一(24%)在致谢或者正文中被提及说起;另外还有六分之一(16%)是全然没有被提及到的。

这种“思想家”比“实现者”更具地位的等级观念,深深扎根在我们针对智力劳动所形成的传统想象范畴以内,我们对突发萌生的方程给予赞美,然而容易忽略把方程转变为可行的代码期间,所需的同样艰难且内含创造性成分的那种智力方面的艰难前行。而且那必须依托一种独特的心智能力,也就是在抽象的数学领域、具体的物理景象以及冰冷的硬件逻辑之间自如完成翻译并实施穿梭行为。

这些曾被遗忘的先驱向我们传达,计算物理学的问世,从不是几个天才仅靠孤独的灵光闪现。它是一场极具协作性质的盛宴,其中有物理学家,无论男女,还有数学家与工程师,在战争与和平交织的宏大背景情形之下,共同直面未知,凭借逻辑、耐心以及汗水,一点又一丁点地从混沌无序之中精心编织出秩序规整的故事内容,没错,就是这样的一串事件过程 。

她们所从事的工作,界定了“计算科学家”此一角色的核心内涵,那就是,身为领域之中的专家,同时还是机器的知心人,既是理论的阐释者,更是新现实的塑造者 。

当今之时,当我们正沉浸于因分子动力学模拟、气候预测以及 AI 模型而享有的认知红利之际,或许理应忆起,在这诸多成果所有的起始源头之处,存在着一群被称作“织码者”的人,于那噪音充斥的机房之内,为具有实体形态的现实世界书写下了最初的一行代码,那样的代码是无声无息的,然而却有着振聋发聩般的影响力。

参考阅读:

这个网址链接,https://physicsworld.com/a/the - forgotten - pioneers - of - computational - physics/ ,所指向的内容,是关于计算物理领域被遗忘的先驱者们的 。

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