John Von Neumann

Nacido el 28 de diciembre de 1903 ,

en Budapest, Hungría. Fallecido el

8 de febrero de 1957, en

Washington D.C., USA

John von Neumann, matemático Húngaro-Americano que demostró en 1944 que las mecánicas de la onda de Schrödinger y las mecánicas de la matriz de Heisenberg eran matemáticamente equivalente. Él también desarrolló la teoría de los juegos (1944).

Su padre, Max Neumann, era un banquero judío y su madre la hija de un rico comerciante. Max Neumann compró un título nobiliario (por aquella época, la nobleza estaba mejor considerada que la riqueza), aunque él nunca lo utilizó, pero sí su hijo John. Esta es la razón del «von» que acompaña al nombre.

John, era el mayor de tres hermanos. De pequeño ya asombraba a todos por su memoria; dicen que leía una columna de la guía telefónica varias veces y era capaz de responder a las preguntas que le hiciesen de nombres, domicilios o teléfono. Cuando ingresó al colegio su primer profesor se dio cuenta que era un genio (por cierto en el mismo colegio también estaba Eugene Wigner, que fue intimo amigo de Neumann el resto de su vida. Wigner se dedicó a la física, porque, según dijo, “después de conocer a Neumann me di cuenta de la diferencia que había entre un matemático de primera y yo”.

Aunque la orientación de Neumann hacia las matemáticas estaba clara, no obstante su padre lo influenció para que estudiase química. Sus estudios de pregrado los inició en la universidad de Berlín y, los finalizó, en el Technische Hochschule de Zurich. Egresó en 1926, recibiéndose como ingeniero químico. Pero durante ese mismo período de estudiante activo, von Neumann llevó a la práctica otro plan que estaba más en consonancia con sus intereses. En efecto, en el verano antes de su partida a Zurich, se matriculó en la universidad de Budapest para cursar un doctorado en matemáticas avanzadas. Su tesis de Ph.D. se basó en la axiomatización de la teoría de conjuntos, desarrollada por George Cantor. Se trataba entonces, de un tema de actualidad matemática, que era estudiado por grandes profesores y que, a muchos de ellos, les causaba más de un dolor de cabeza. Sin embargo, el joven von Neumann, con sólo 17 años de edad, supo soslayar con éxito sus distintas y variadas problemáticas. Su axiomatización dejó una marca permanente en el tema; y su definición de números ordinales, publicada cuando él tenía 20 años, se ha adoptado universalmente.

Neumann, ingresó como docente a la universidad de Berlín en 1926, donde estuvo hasta 1929. Luego, en el año académico 1929-30, se desempeñó como profesor en la universidad de Hamburgo. Durante este tiempo él trabajó principalmente en física cuántica y teoría operativa. También, entre 1926 y 1927 estudió en Göttingen (Hilbert fue su profesor). Ya, en esa época, los brillantes dotes de Neumann habían empezado a reconocerse.

Von Neumann era un pensador creativo y original, pero también tenía la capacidad de tomar las sugerencias y conceptos que formulaban otros, con el objeto de ordenarlos e inmediatamente modificarlos para transformarlos en ideas mucho más completas y lógicas. Aquello, de alguna manera, fue su aporte medular para el desarrollo de la mecánica quántica, después de su paso por la universidad de Göttigen y de su graduación en 1927.

La mecánica cuántica se ocupa de la naturaleza de las partículas atómicas y de las leyes que gobiernan sus acciones. Pero cuando se utilizaba exclusivamente la física newtoniana para describir las observaciones de las partículas atómicas, las teorías preexistentes de la mecánica cuántica se vieron enfrentadas a serias discrepancias.

Una de esas observaciones tiene que ver con las longitudes de onda de la luz que los átomos pueden absorber y emitir. Por ejemplo, los átomos del hidrógeno absorben energía en 656,3 nm, 486,1 nm, 434,0 nm o 410,2 nm, pero no así las longitudes de onda. Esto era contrario a los principios de la física de finales del siglo diecinueve, que predecía que un electrón que se mueve en una órbita alrededor del núcleo en un átomo debe irradiar todas las longitudes de onda de la luz, por lo tanto perdería la energía rápidamente al caer en el núcleo. Esto no es obviamente lo que se observa, así que una nueva teoría cuántica fue introducida por Max Planck en 1900, en la cual se formula que dicha energía sólo es emitible en agrupaciones que son definidas.

Lo anterior, condujo a que se desarrollaran dos teorías competitivas que describen la naturaleza del átomo, en la cual solamente puede absorber y emitir energía en específicos quantum. Una de ellas, formulada por Erwin Schrödinger, sugería que el electrón del hidrógeno es análogo a una de las secuencias de un instrumento musical. Como aquella secuencia, que emite un tono específico junto con insinuaciones; en consecuencia, el electrón tendría cierto «tono» que sería el responsable de la emisión energética. Usando esta teoría, Schrödinger desarrolló una ecuación de onda para el electrón que predecía correctamente las longitudes de onda de luz emitida por el hidrógeno.

La otra teoría fue formulada por los físicos de Göttingen, incluyendo a Werner Heisenberg, Max Born, y Pascual Jordania, sus argumentos se centraron en la posición y el momentum de un electrón en un átomo. Propusieron que esos valores no eran directamente observable (solamente la luz emitida por el átomo podría ser observada) y, por ello, comportamiento era diferente al del movimiento de una partícula en la física newtoniana. Teorizaron que los valores de la posición y del momentum sólo pueden ser descritos por construcciones matemáticas, exceptuando números ordinarios. Se trata de cálculos que describen el movimiento del electrón a través de matrices algebraicas.

Esos dos modelos, aunque perecen muy diferentes, matemáticamente son equivalentes; dos formulaciones distintas, pero con el mismo principio. Los autores de los dos sistemas, sin embargo, no lo veían así, y demandaban que la propia, al margen de superior, era la correcta. En ese ambiente, que acontecía en 1926, aparece en escena von Neumann y se puso a trabajar rápidamente en conciliar ambas ideas y en avanzar en el desarrollo de la teoría quántica.

Von Neumann halló el campo en común que tenían los dos modelos: el de onda y el de matriz. Pero al hacer uso de métodos matemáticos más rigurosos para el acercamiento, descubrió una nueva teoría, más fundamental y de mayor alcance que las otras dos. A través de un acercamiento axiomático abstrajo los dos modelos, en el cual cada estado lógico es definido como la consecuencia del estado anterior. Durante ese proceso de investigación, von Neumann construyó las reglas del «espacio abstracto de Hilbert» con el objeto de ayudar al desarrollo de una estructura matemática para la teoría cuántica. Su formalismo permitió considerables avances, realizados por otros investigadores, en el tema e incluso consecuencias para enigmáticas predicciones, como aquella sobre el sentido de la observación que afecta a los electrones en los laboratorios.

Entre 1927 y 1929, después de su formalización de la mecánica cuántica, von Neumann viajó en varias ocasiones a dar conferencias y a participar en congresos y simposios académicos, como asimismo publicar, prácticamente cada mes, artículos sobre matemáticas. Antes de finalizar el año de 1929, había publicado 32 artículos, todos en alemán, y cada uno de ellos escrito de una manera altamente lógica y ordenada de modo que otros matemáticos pudieran incorporar fácilmente sus ideas a sus propios trabajos.

Von Neumann había llegado a un reconocimiento estelar en el mundo académico, dando conferencias sobre nuevas ideas o asistiendo a otras en que grandes mentes exponían sobre sus propios trabajos, creándose con ello una imagen de ingenioso y joven genio. No obstante, a menudo evitaba las discusiones más confrontacionales con sus colegas, contando muchas bromas o historias, algunas de las cuales no deberían decirse en la presencia de damas (aunque asistían pocas mujeres a estos seminarios matemáticos). Otras veces traía a colación un interesante hecho de la historia antigua, cambiando con ello el tema de la controversia pero, a su vez, llamando la atención por la asombrosamente docta y profesional exposición que ofrecía sobre la materia el joven von Neumann.

A finales del año 1929, le ofrecieron una docencia en la universidad de Princeton , NJ, EE.UU. Una época en que en los Estado Unidos se trataba de estimular el desarrollo de las ciencias matemáticas contratando a los mejores matemáticos y físicos de Europa. Von Neumann, se desempeñó allí como profesor entre 1930 y 1933, sin embargo, no era bueno en esas labores, pues era muy difícil seguir sus explicaciones.

Antes de viajar a los EE.UU., von Neumann decidió casarse con Mariette Kovesi, a quién conocía desde su niñez. Su luna de miel consistió en una travesía a través del Atlántico a New York, pero su resultado no fue lo esperado por ambos, debido a los inesperados mareos de Mariette.

El matrimonio de John y Mariette tuvo una hija, Marina, en 1935. Von Neumann era cariñoso con ella, pero no contribuía a su cuidado ni a los quehaceres domésticos, ya que esas labores las consideraba como una obligación de la esposa. Las diferencias maritales entre Mariette que entonces tenía 26 años de edad y John con 31 años, se fueron incrementado hasta llegar a la ruptura del matrimonio en 1936. Ella vuelve a su casa paterna en Budapest y von Neumann viaja por Europa cumpliendo una serie de compromisos, luego retorna a los EE.UU. Después de un viaje que tuvo que realizar a Budapest, conoció a Klari Dan, con quién reincidió en el matrimonio, casándose en 1938.

Su segundo matrimonio, tuvo una mayor duración que el primero, pero la personalidad distante de von Neumann compitió en contra de esa unión, ya que habitualmente se encontraba absorbido en sus pensamientos y obsesionado por su trabajo. De ese tradeoff personal de von Neumann el mundo de la ciencia se benefició enormemente, y muchos de sus trabajos influyeron en significativos cambios en la vida de las personas. Von Neumann había sido nombrado en 1933, uno de los miembros del selecto grupo de científicos que han integrado el Institute for Advanced Studies at Princeton. Dos de los objetivos que más absorbieron el tiempo de von Neumann, desde que recibió ese nombramiento en Princeton, fueron el desarrollo de las armas nucleares y la invención del computador digital.

A Neumann, le encantaba Estados Unidos y, la llegada de los nazis al poder en Alemania, reforzó su convencimiento de que su futuro académico estaba en ese país. Von Neumann ayudó a muchos científicos judíos que huyeron de Alemania a encontrar trabajo en Estados Unidos.

Von Neumann además de tener una portentosa inteligencia y una memoria prodigiosa, era una persona muy divertida. En su juventud, frecuentaba los cabarets de Berlín y en su estancia en Princeton eran famosas sus fiestas.

Durante la Segunda Guerra Mundial, Von Newman integró el grupo de científicos que participaron en el desarrollo de la bomba atómica (Proyecto Manhattan) en el laboratorio de Los Álamos en Nuevo Mexico. El diseño del método de implosión de las bombas nucleares se debe a Von Newmann. Finalizado el conflicto bélico, Von Newmann participó activamente en el desarrollo del programa armamentista americano. Defendió y participó en la construcción de la bomba de Hidrogeno, y propuso la construcción de misiles intercontinentales.

Por otra parte, Von Neumann fue un pionero en la ciencia de la computación. Fue el creador de la arquitectura de los computadores actuales, propuso la adopción del bit como medida de la memoria de los computadores, resolvió el problema de la obtención de respuestas fiables con componentes no fiables (bit de paridad).

También participó en el diseño del que es considerado primer computador, el ENIAC, que se diseñó para calcular la trayectoria de los proyectiles. En este computador las modificaciones del programa suponía cambiar el conexionado de las válvulas. Von Newmann propuso separar el software del hardware. Este diseño se realizó en el computador EDVAC.

Murió de cáncer a los 53 años, y se cree que esa enfermedad la adquirió debido a la exposición a la radioactividad, cuando participaba en el proyecto Manhattan para la construcción de la bomba atómica en el laboratorio de los Álamos. Von Neumann, que había sido una persona de gran éxito en su vida, no supo afrontar la enfermedad y la muerte: El dolor y el pánico le hacía pasar las noches dando gritos de dolor y terror.

Medalla Neumann

El Instituto de Ingenieros Electrónicos y de Electricidad (IEEE) honra anualmente a John von Neumann con la concesión de una medalla anual en su honor. La medalla John von Neumann del IEEE fue establecida en 1990 por la junta directiva, y es otorgada anualmente en mérito a logros excepcionales en ciencia, tecnología y temas relacionados con la computación. Los logros pueden ser teóricos, tecnológicos, o de meritorias iniciativas, y no es necesario que hayan sido hechos inmediatamente antes de la fecha en que es concedida.