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霍普菲尔德为何敢于探索跨学科领域 精选

已有 4380 次阅读 2024-10-15 11:45 |个人分类:物理学反思|系统分类:海外观察

霍普菲尔德1933年出生,1958年获得康奈尔大学博士学位,毕业后,他在贝尔实验室做了两年的技术员,然后在巴黎高等师范学校干了一年,再到伯克利当了两年的教师。到1964年开始在普林斯顿大学任教。到了1970年,他的兴趣转向了生物学领域,发现了细胞的“动力校正”(kinetic proofreading)规律,获得了生物化学领域同行的重视。到了1980年,他对使用计算机来给神经网络进行建模产生了浓厚的兴趣,这时候,他跳槽到计算机硬件实力比较强的加州理工大学任教,在这期间霍普菲尔德提出了他的著名的神经网络模型和能量函数。在1982年和1984年的发表的两篇有关人工神经网络的论文被引用次数分别达到30000和10000多次,足以证明他的研究成果的影响力。这似乎给处于困境中的理论物理研究带来了一道曙光。霍普菲尔德也获得了很多的荣誉。包括狄拉克奖等等。2004年他当选为美国物理学会副主席,2006年担任主席。

1997年霍普菲尔德又回到了普林斯顿大学,一直到2008年退休,然后转为荣誉教授,直到2024年获得诺贝尔物理学奖

从霍普菲尔德的成长以及研究经历可以看出,霍普菲尔德的研究兴趣是非常广泛的。童年时期,他就对半导体收音机非常感兴趣,自己组装了矿石收音机以及真空管的半导体收音机。大学毕业之后,他开始从事固体物理学的研究,主要在发光二极管领域有非常突出的成果。据他自己的介绍,那个时候在这一领域到处都是未知的课题,所以他所掌握的知识可以在这一领域做到游刃有余,他也因此发现了半导体发光二极管的一些重要规律。到了上个世纪七十年代,半导体物理这一领域的研究变得越来越细致和复杂,能够被探索的规律也变得越来越少,霍普菲尔德转向了另一个还有很多未知规律的生物学领域,果然在这一领域他获得了非常显著的成果。在这期间他发现了细胞的“动力校正”规律,这一全新的理论在生物化学领域产生了巨大的影响。霍普菲尔德也正式开始了他的生物物理学的研究。不过霍普菲尔德的兴趣远不止于此,他注意到了随着计算机技术的发展,正在迅速成长的分子生物学、化学等领域都需要大量的计算,在这种情况下,他开始着重研究计算机技术在分子生物学等领域的应用。为此他去到了加州理工大学,在这所大学当中,它的硬件设备比普林斯顿大学要受到更多的重视。在加州理工大学的17年时间,霍普菲尔德的兴趣也开始逐渐的转向了对神经网络的研究。在1982年和1984年,他发表了人生中最重要的两篇论文,并用他的神经网络网络成功降低了旅行商问题的计算复杂性,引起了非常广泛的重视。记得当年在接受采访的时候霍普菲尔德就表示,之所以自己要研究这种人工神经网络,实际上也是发现当年的理论物理领域的很多规律都已经被研究的很深入了,要在其中寻找新的突破方向就比较困难,转向这个大家都不太看好的人工神经网络反而可以做很多突破性的工作。这充分反映出霍普菲尔德对科学理论和科学发展方向有着深刻的洞察力。这次因此而获得了诺贝尔物理学奖,可以说是给霍普菲尔德的科学研究生涯画上了一个圆满的句号

从霍普菲尔德的成长过程以及他不断转变的研究方向,可以看出驱动霍普菲尔德不断转换学科领域,并积极探索未知领域的动力,首先是来自他的好奇心,这也可以从目前普林斯顿大学对他介绍的专门的页面当中看出来。因为有好奇心,所以霍普菲尔德更愿意把大量的精力放在那些未知的领域,而不是去做那些对已有的成果进行修修补补的技术性的工作。

其次则是霍普菲尔德对科学理论深刻的洞察力以及对自己研究能力的客观认识。霍普菲尔德在开展这些研究的时候,最初是否就意识到了自己的研究成果将对整个学科领域产生这么重大的影响呢?我相信这应该是肯定的。因为霍普菲尔德觉得在这个领域如果有所突破,把那些未知的问题解决了,肯定这一领域的学科就可以产生一个突破性的发展,这样他也就更愿意把自己的精力放在这些风险系数非常高的研究方向上。毕竟方向错了,花了很多的时间,你也可能什么也没有发现,那么宝贵的时间也就白白浪费了,由此产生的其他问题也会非常严重。比如说因为没有成果发表,自己在学校里的工作也很难保得住,自己的学术地位也会受到严重影响,自然就无法自主地从事自己喜欢的工作。因此面对这么大的风险,霍普菲尔德还愿意把自己的时间和精力投入进去,可以看他对科学未来发展趋势的前瞻性,当然也是对自己研究能力的有一个非常客观的认识,明白自己确实有这个能力来做这些工作。

当然霍普菲尔德勇于探索未知的精神也是源于普林斯顿大学等等世界知名大学里面宽松的学术环境。在普林斯顿大学发布的有关霍普菲尔德的介绍网页中(https://www.princeton.edu/news/2024/10/08/princetons-john-hopfield-receives-nobel-prize-physics),我们找到了下面这幅照片。从照片上可以看出在霍普菲尔德旁边还有三位普林斯顿大学物理系的教师,这三位物理系的教师都是诺贝尔奖获得者,可以看出普林斯顿大学物理系教师的雄厚的实力。有这么多的教师获得诺贝尔奖的肯定,他们在整个物理系的科研和教学工作当中就具有了绝对的话语权,因此他们有足够的底气去say no,这也就充分保障了当年霍普菲尔德等年轻的教师有机会去凭借自己的兴趣来非常高风险地探索那些跨学科未知领域。

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当然这次诺贝尔物理学奖授予霍普菲尔德这样的跨学科物理学家,实际上也是在鼓励更多年轻的物理学家要敢于突破固有的门户观念,勇于探索各种未知的领域。任何的一门学科都不是孤立的,都是相互联系的。只要自己兴趣所在,又确实有能力去解决其中的未知问题,都是值得鼓励的。霍普菲尔德在英国回答提问的时候也说,有很多人建议一个具有绅士风度的生物学家不应该对物理学理论进行评论;还建议你如果要建立一个强大的物理系或者生物系,最重要的是应该知道自己的学科中心在哪里。霍普菲尔德对此不以为然,因为他的整个职业生涯就一直像个猎人一样在各种不同的学科之间游荡。



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