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改变现代科学面貌的新动向

(2010-10-27 07:52:28)
标签:

科学研究

分担式思考

公民科学

发展趋势

文化

分类: 海外短波

一谈起科学研究,人们就会想起那些令人尊敬的科学家,想起那繁杂的实验室。科学研究似乎是这些专家们的专利,距离普通的百姓、距离我们的中小学生很远。但在今天,一种新的研究方式很有可能在一定程度上改变现代科学的面貌。这种新的研究方式就是当下方兴未艾的“分担式思考”。

什么是“分担式思考”呢?还是先说一个真实的故事吧:

1999年,美国加州大学物理学家安得烈·威斯法尔参加国家航空航天局“星尘”探测项目。发射到太空中的飞行器携带了一个暴露在空间之中的星尘收集器,威斯特法尔估计在飞行器长途飞行的岁月中,会有大约100多个星际尘埃落到星尘收集器,并陷入收集器的凝胶之中。

如何找到这些尘埃颗粒呢?一个基本的办法就是观察凝胶的成像照片。威斯特法尔用自动成像显微镜取得了160万张凝胶图像。他估计,一个人把这些图像全部浏览一遍得花一个世纪的时间。为了完成观察工作,威斯特法尔及其团队启动了“星尘之家”计划,动员了数千名对星尘感兴趣的爱好者一道来观察这些图像。为了避免误将凝胶裂缝或地球尘埃当作星尘,威斯特法尔及其团队首先给观察尘埃颗粒的“志愿者”上课,让他们学会用规范的方法开展观察活动。等等。有的志愿者工作很认真,但也有不少人做得快而马虎,为此,威斯特法尔等人认识到还必须给志愿者们定出标准,随时评估他们的技术水平,并规定,要有多少个志愿者对一个图像得出同样的结论时,结论才是可信的。

原本一个人要做一个世纪的事情,有了诸多天文爱好者的共同参与之后,在较短的时间内就有了进展和成果。这一颇具开创性的工作方式就是“分担式思考”,威斯特法尔正是“分担式思考”的创始者。

“分担式思考”从发明到现在不到十年的时间,但已经被很多科学研究机构所采纳,并逐渐显现出它的价值和魅力。

案例1

2005年,美国西雅图华盛顿大学生化学家大卫·贝克尔及其同事们开始了一项名叫“洛赛塔之家”(Rosetta@home)的分担式计算工程,即让志愿者下载一小段软件,由他们家里的计算机在机器闲着的时候干些业余工作。下载的程序,是用于解决一个有关蛋白质折叠的著名难题:测定一个氨基酸长链如何卷曲成三维开关才能使其内部压力和张力最小化——这可能是蛋白质的自然形状。用户可以在屏幕上观看计算机牵引和转动蛋白质的图像,以寻找更合适的结构。

即使一种很小的蛋白质也要有几百个氨基酸,因此计算机不得不缓慢地通过几千个自由度的变化才能达到最佳的能量状态。这一过程是缓慢的。很快,“洛赛塔之家”的志愿者对屏幕上慢得要命的进程感到急不可耐起来。有人认为可以找到更好的方法。

2008年,贝克尔在多位计算机科学家帮助下,为“洛赛塔之家”开创了一个网上接口,它不但能让用户帮助计算,而且能激励他们把计算变成一种网上游戏来完成。这种游戏称为Foldit,玩家们互相竞赛、合作、创造方法、累计积分,从而达到不同的等级。相关的证据证明,顶尖级Foldit玩家折叠成的蛋白质比计算机更好。贝克尔说,“人的计算力量大的难以置信。”

案例2

20095月,路易斯安那州立大学自然科学博物馆的收藏经理唐娜·迪特曼和她的丈夫史蒂文·卡迪夫作了一次靠近路易斯安那海岸的寻鸟探险之旅,他们在一个不知名的小岛上调查鸟类。这个小岛上充满了筑巢鹈鹕、白鹭和燕鸥。随后,他们上网把他们发现的鸟类物种发送至“eBird”。eBird作为一个网上资料库,收集来自全球专注于鸟群观测的爱鸟人所定时观察到的巨大数量的鸟类出没记录。

自从2002eBird创立至今,已有4800万条观测加入了eBird,其中仅2010年就有1000万条加入。这些分散的观测记录有什么作用呢?eBird工作团队将这些志愿者的观测信息和美国宇航局通过卫星得到的观察信息相融合,借助超级计算机来精确描绘任一种鸟类在全球不同地区的活动情况,一种与鸟类活动紧密相关的季节性现象将会被显示,一幅物种如何迁徙的细致描绘将呈现在人们的面前。如此众多的业余观鸟人热衷于观鸟,并作出有科学意义的重要数据库,这将是一部令人惊叹的故事。

 

去年7月,欧洲粒子物理学中心的物理学家F·格雷协助在日内瓦建立了一个电脑科学中心,其目的就在于促进“分担式思考”工程项目的开展。随着“分担式思考”越来越受到重视,必然会带来现代科学研究的新面貌。

将成千上万台甚至几十万台个人电脑的空闲机时汇总起来,其信息处理能力可能超过一台巨型超级计算机。另外,对于计算机高手,其贡献还不仅仅局限于给出空闲机时,他们可以参与分析数据。业余爱好者的一大优势是,他们较少框框,能更自由、更勇敢地进行试验与创新。

我们一直说,闲暇出智慧。但将闲暇时间耗费在玩电脑游戏之类的事情上,不仅是对大量资源的浪费,也是对自己生命的耗费,是出不了智慧的。采用“分担式思考”的方法开展一些富有情趣的活动,可能是今后科学研究一种重要的形式,也可能成为人们利用闲暇时间的重要选择之一。一个社会总人口中有多大比例的人在发展自己的业余爱好,是反映一个社会自由程度的很好的指标,也是反映社会整体创新水平高低的指标。

这样的新动向,我们是否了解?“分担式思考”的新动向,是否应该逐渐渗透在学校的教育之中?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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