转变

20世纪30年代，年轻的诺依曼由于才华出众，在学术界越来越引人注目。他先后在柏林大学、汉堡大学担任编外教授，但一直没有正式教授的职位。1930年，诺依曼与玛利埃塔·科维茜结婚，成家立业的压力随之而来，而此时恰逢美国数学家韦伯伦在普林斯顿广罗英才，诺依曼欣然前往，横渡大西洋，应邀来到美国普林斯顿大学担任客座讲师。1933年，普林斯顿成立高级研究院，一共设6个高级教授的名额，诺依曼是其中最年轻的一位，物理学家爱因斯坦是他的同事。

由于纳粹迫害犹太血统的科学家，诺依曼无法再回德国，因而终生在美国定居，并加入了美国国籍。差不多正是从这时候起，诺依曼的科学生涯发生了一个重大转变。在此之前，他是一位通晓物理学的登峰造极的纯粹数学家，此后，则成了一位牢固掌握纯粹数学的出神入化的应用数学家。他的兴趣转移到了两个新领域：博弈论和计算机。

早在20世纪20年代，扑克和国际象棋就引起了哥廷根的数学家们的兴趣，诺依曼在1928年发表论文《团体博弈论》，第一次对博弈做出了完整的数学描述，宣告了博弈论的诞生。在这篇文章中，他证明了“极小极大定理”，这个定理用于处理最基本的二人博弈问题：如果博弈双方中的任何一方，对每种可能的策略，考虑了可能遭到的最大损失，从而选择“最大损失”最小的一种为“最优”策略，那么从统计角度来看，他就能够确保方案是最佳的。

不过在那时，关于这个理论的讨论还是局限在数学的范畴里，针对的也还只是类似象棋与扑克这样的问题，一直到1938年，诺依曼在普林斯顿遇到了同是移民的摩根斯特恩，这个理论与经济学的联系才逐渐加强。

摩根斯特恩是一个来自维也纳的经济评论家，他的第一部作品《经济预测》提出了一个悲观的论点：通过已有的经济学理论，来预测经济兴衰起伏是一种徒劳的行为，因为它忽略了经济行为的参与者之间的依赖性。而博弈论解决的恰恰是合作与竞争关系中的问题。摩根斯特恩说服诺依曼与他合写一部论著，证明博弈论才是一切经济学理论的正确基础。摩根斯特恩本人并不懂数学，因此几乎是诺依曼独立完成了这部1200多页的论著，最后由摩根斯特恩执笔写出了具有煽动性的绪论。

《博弈论与经济行为》在1944年出版时，诺依曼在普林斯顿的声望也达到了顶峰。有些科学家甚至颂扬它 “可能是20世纪前半期最伟大的科学贡献之一”，它也启迪了1994年诺贝尔奖获得者约翰·纳什发展出现代经济学里著名的“均衡理论”。

改变世界的邂逅

1936年9月，英国数学家阿兰·麦席森·图灵应邀来到普林斯顿高等研究院学习，成为了诺依曼的研究助手。这或许是计算机科学史上一次未被记载的伟大邂逅。图灵带来的关于一种万能计算机器“图灵机”的设想，在当时已经引起了诺依曼的兴趣。不过这种兴趣并没有直接引导他去研制计算机，因为不久后二战便爆发了。

诺依曼作为普林斯顿高级教授之一，应召参与了许多美国军方的科学研究项目，其中便包括研制原子弹的“曼哈顿工程”。从1943年开始，诺依曼成为奥本海默的中央实验室中身居要职的数学家，他对原子弹的最大贡献就是提出了一个引发核燃料爆炸的内爆方法，这个方法将研制出原子弹的时间缩短了大约一年。

1944年夏天，“曼哈顿工程”进入了收尾阶段。在美国东部的马里兰州阿伯丁火车站站台上，诺依曼和一位年轻军官不期而遇，后者是美军弹道实验室的赫尔曼·哥尔斯廷上尉，原是一位数学家。哥尔斯廷出于对诺依曼的景仰，上前和他攀谈。当上尉告诉诺依曼，目前他正从事一项科研，研制一台每秒钟能进行333次乘法运算的电子计算机时，诺依曼顿时来了兴趣，连连追问。哥尔斯廷被问得汗流浃背，用他后来的话说，“简直像一场数学博士论文的答辩”。

原来，早在“曼哈顿工程”时，诺依曼就参与了原子核裂变的数据计算工作，庞大的数据运算全靠手工所花费的时间与精力是令人难以容忍的，而一台高速计算机正好派上用场。

这次谈话之后不久，诺依曼就赶往宾夕法尼亚大学的摩尔学院，去看哥尔斯廷所讲的那台机器。这台名为“爱尼亚克”(ENIAC)的机器，在当时已研制到一半，正在程序存储问题上遇到瓶颈，对于诺依曼来说，这真是“天将降大任于斯人也”!他立即请求加入研究小组，并大胆地提出“实现程序由外存储向内存储的转化，所有程序指令必须用二进制的方式存储在磁带上。”

1945年6月，诺依曼将自己的思想撰写成文，题为《关于离散变量自动电子计算机的草案》，提出了在数字计算机内部的存储器中存放程序的概念。这是所有现代电子计算机的范式，被称为“冯·诺依曼结构”，按这一结构建造的电脑称为通用计算机。长达101页的EDVAC方案是计算机发展史上的一个划时代的文献，它向世界宣告：电子计算机时代开始了。

然而这篇文章的出现却使得“爱尼亚克”的研制者艾克特、莫齐利与诺依曼闹翻了。原来这篇划时代文献，只单独署了诺依曼的大名。诺依曼是半道插进来的，却把辛辛苦苦做了一大半研制工作的艾克特和莫齐利抛到了脑后。这不能不让艾克特和莫齐利心存不满。由于此种原因，诺依曼的设想没能在“爱尼亚克”上第一次实现。

1949年5月6日，英国剑桥大学的莫里斯·威尔克斯研制成功第一台通用计算机，名为“爱达赛克”(EDSAC)。威尔克斯仅用了一个晚上就将诺依曼的《关于离散变量自动电子计算机的草案》通读，并做了详尽的笔记。威尔克斯把他设计的机器命名为“机电存储自动电子计算器”，表明他的基本设计思想来自诺依曼。