文 約翰?馬爾科夫

計(jì)算機(jī)徹底改變科研

文 約翰?馬爾科夫

今天，所有科學(xué)儀器都具備計(jì)算機(jī)智能處理能力。計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的性能不僅可以輔助科研，還可為科研項(xiàng)目定性：研究對(duì)象是什么、有什么新問題及有何答案。

計(jì)算機(jī)展示強(qiáng)大性能

在一片漆黑的影院里，頭頂上方的一塊大屏幕展現(xiàn)出一片清晰度類似Imax屏幕的紅杉樹林，觀眾仿佛在樹林里游蕩。

觀眾激動(dòng)不已，隨后禁不住感到一陣頭暈?zāi)垦?。攝像機(jī)潛入樹林深處，靠近巨型紅杉樹的一根枝條，接著進(jìn)入一片樹葉，而后鉆進(jìn)了一個(gè)細(xì)胞。加利福尼亞科學(xué)院莫里森天文館新館上周進(jìn)行的名為“生命”：一次宇宙之旅”的多媒體展示所仰仗的不僅是計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作技術(shù)，還有大量數(shù)字化科學(xué)數(shù)據(jù)。

莫里森天文館的這場(chǎng)展示可謂一次視覺盛宴。它向人們表明，計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的性能而今正在徹底改變科學(xué)，并給科學(xué)家們提供各種科學(xué)儀器，其對(duì)當(dāng)前科研工作的重要意義相當(dāng)于顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡之于較早期科學(xué)家的意義。在應(yīng)用計(jì)算機(jī)各種強(qiáng)大性能的同時(shí)，科學(xué)家研究的物質(zhì)也發(fā)生了徹底改變。單體標(biāo)本——不論是化石、有機(jī)活體還是細(xì)胞——曾是科研的基本要素。而今，從更大程度上講，科研人員開展工作要與大量收集來的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)打交道，而要掌控堆積如山的信息就要仰仗計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力了。

科學(xué)家眼中的“放大鏡”

當(dāng)前進(jìn)行科研工作仍要用到物理技術(shù)——新式電子顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡和粒子對(duì)撞機(jī)。但這些技術(shù)而今已與計(jì)算機(jī)性能密不可分了。計(jì)算機(jī)性能不僅可以輔助科研工作，還可為科研項(xiàng)目定性：研究對(duì)象是什么、有什么新問題及有何答案。

在莫里森天文館新館放映的首部作品《脆弱的星球》中，觀眾從視覺上穿過天文館屋頂，先繞著倫佐?皮亞諾設(shè)計(jì)的這座博物館飛出一個(gè)優(yōu)美的弧形，而后很快飛入太陽系，開始宇宙探索之旅。過去，莫里森天文館老館用家庭星象投影儀。

將視覺圖像投映到屋頂上。而今，支持新放映系統(tǒng)的是三個(gè)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。這三個(gè)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)可存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，放映系統(tǒng)由此既可充當(dāng)望遠(yuǎn)鏡，也可充當(dāng)顯微鏡。從小得不可思議到大得不可想象，這座計(jì)算機(jī)化的天文館可準(zhǔn)確無誤地對(duì)展示物變化12個(gè)數(shù)量級(jí)。奠里森天文館館長、天文學(xué)家瑞安?懷亞特說，它可從亞原子變?yōu)榇笮陀钪娼Y(jié)構(gòu)。

印第安納大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)家、科學(xué)顯像專家凱蒂?博爾納說，它就是一爪“放大鏡”。博爾納用“放大鏡”這個(gè)詞來形容以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新型科學(xué)儀器。莫里森天文館新館的視覺物理儀器就屬于新型科學(xué)儀器。他們都是綜合儀器，配有不同的物理儀器。這些物理儀器安裝了強(qiáng)大、靈活的軟件程序，由此就完全變成了一個(gè)科研工作臺(tái)。為解決特定科研問題，還可通過軟件混搭改裝工作臺(tái)。

以多種方式重塑科研

莫里森天文館設(shè)計(jì)的這個(gè)放大鏡是為了進(jìn)行教學(xué)，但也可用于科研。其本質(zhì)就是用不同方法處理巨型數(shù)據(jù)庫。博爾納博士在《電子計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)通訊》（3月號(hào))上撰文寫道，放大鏡提供了各種不同的視野，由此幫助我們綜合處理相關(guān)因素，并測(cè)出模型、趨勢(shì)和異常數(shù)據(jù)，同時(shí)還可讓我們獲得無數(shù)的具體信息。她說，過去，一些現(xiàn)象和過程對(duì)于人眼和人腦而言過大、過慢或過于復(fù)雜，人們因此無法注意到或理解這些現(xiàn)象和過程，而今，以軟件為主的科研儀器使得發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象和過程成為可能。

博爾納博士說，計(jì)算機(jī)處理能力正在從多個(gè)方面為科研工作打開新局面。比如說，過去的科學(xué)家們各自為戰(zhàn)，而今的科研工作則講究團(tuán)隊(duì)合作。高能物理領(lǐng)域的科研論文—般有數(shù)百名甚至數(shù)千名作者。從某種程度上講，這并不令人吃驚，因?yàn)樵谏鲜兰o(jì)90年代初發(fā)明了互聯(lián)網(wǎng)，歐洲核研究實(shí)驗(yàn)室的高能物理科研人員以此作為進(jìn)行共同研究的工具。而今的結(jié)果是，各學(xué)科科研組的學(xué)科間合作水平不斷提高，科研組的地理分布范圍也越來越廣。

本文來源于《參考消息》