數(shù)據(jù)規(guī)模進一步擴大，科學(xué)教育需要反映這種變化。

傳統(tǒng)來說，許多物理學(xué)家將自己分作兩個相互斗爭的陣營：理論物理學(xué)家和實驗物理學(xué)家。阿爾伯特 · 愛因斯坦建立廣義相對論，而亞瑟 · 愛丁頓（Arthur Eddington）觀測到廣義相對論“彎曲”星光；默里 · 蓋爾曼（Murray Gell-Mann）和喬治 · 茨威格（George Zweig）構(gòu)思出夸克概念，而亨利 · 肯德爾（Henry Kendall）、理查德 · 泰勒（Richard Taylor）、杰爾姆 · 弗里德曼（Jerome Freidman）及他們的團隊探測到夸克。

在粒子物理學(xué)中，這種分歧尤其明顯。想一想希格斯玻色子，1964年被人提出，到2012年被人發(fā)現(xiàn)。從那時起，物理學(xué)家一直試圖徹底檢查希格斯玻色子的性質(zhì)，但理論物理學(xué)家和實驗物理學(xué)家不直接分享希格斯玻色子的數(shù)據(jù)，他們花費許多年的時間來爭論該分享什么，該如何安排。（現(xiàn)在有了一些共識，但進展舉步維艱。）

然而，這個二元對立的局面中有一位失蹤的玩家。到底是誰在促進理論和實驗之間的數(shù)據(jù)流動？

傳統(tǒng)上，實驗物理學(xué)家擔(dān)當(dāng)這個角色，他們運行機器，審視數(shù)據(jù)，但在高能物理學(xué)和許多其他子領(lǐng)域，數(shù)據(jù)量實在太過龐大，使得這個過程完全不可行。研究者不能光用眼睛看一下加速器中發(fā)生的若干事件就得出結(jié)論。譬如，在大型強子對撞機中，每秒發(fā)生大約10億次粒子對撞，傳感器偵測和處理這些事件，再存儲在大型計算系統(tǒng)中。而且不只是數(shù)量驚人，這些數(shù)據(jù)全都極其復(fù)雜，用計算機模擬更是難上加難。

換言之，這些實驗產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，超出任何人用傳統(tǒng)工具可能分析的程度。而且那些工具無論怎么看都不算完美，需要研究者把許多復(fù)雜事件歸結(jié)成若干屬性，比如某個給定能量下的光子數(shù)。許多科學(xué)真相就這樣被遺漏了。

作為對于這個難題的回應(yīng)，在高能物理學(xué)和其他子領(lǐng)域（比如核物理學(xué)和天體物理學(xué)）中出現(xiàn)一種壯大的態(tài)勢，試圖分析復(fù)雜的完整數(shù)據(jù)，讓數(shù)據(jù)為自身說話。這個領(lǐng)域的專家使用前沿的數(shù)據(jù)科學(xué)工具來決定保留哪些數(shù)據(jù)，舍棄哪些數(shù)據(jù)，并從中發(fā)現(xiàn)模式。

特別地，機器學(xué)習(xí)已經(jīng)使得科學(xué)家能完成他們以前無法做到的事。譬如，在搜尋新粒子（比如那些可能組成暗物質(zhì)的粒子）時，物理學(xué)家不是尋找不可能的單個事件，相反地，他們尋找那些發(fā)生頻率比原本情況更高的事件。這是個困難得多的任務(wù)，需要龐大規(guī)模下的數(shù)據(jù)分析能力，而機器學(xué)習(xí)已經(jīng)給予物理學(xué)家優(yōu)勢。

如今，那些管理粒子加速器控制室的實驗物理學(xué)家極少是機器學(xué)習(xí)工具的開發(fā)者。前一類人當(dāng)然是專家，畢竟，對撞機由他們負責(zé)運行。但是，在這些大規(guī)模的項目中，沒人能負責(zé)全部工作，大家還是各有所長，專精于某一方面。在粒子加速器運行之后，數(shù)據(jù)專家就進場了。

數(shù)據(jù)專家不是傳統(tǒng)意義上的理論物理學(xué)家，也不是傳統(tǒng)的實驗物理學(xué)家（雖然許多人自認為是理論物理學(xué)家或?qū)嶒炍锢韺W(xué)家）。但他們早已出現(xiàn)，橫跨不同陣營和領(lǐng)域，給物理學(xué)提供無價的東西。

目前，這一群雜湊的人沒有明確的名字。他們是數(shù)據(jù)科學(xué)家、專攻某一領(lǐng)域的物理學(xué)家或統(tǒng)計學(xué)家，他們習(xí)慣性地跨越多學(xué)科。我們是時候認識到，這群人是獨一無二的，有著一套工作方式、訓(xùn)練體制和技能。（值得注意的是，數(shù)據(jù)物理學(xué)與計算物理學(xué)互不相關(guān)。在計算物理學(xué)中，科學(xué)家運用計算來應(yīng)對資源限制；在數(shù)據(jù)物理學(xué)中，科學(xué)家對付數(shù)據(jù)隨機性，使得統(tǒng)計學(xué)——你可以稱之為“物理統(tǒng)計學(xué)”——成為方程式中一個更加重要的部分。）

正名給予影響力和正統(tǒng)性，也會影響未來的物理學(xué)家受到教育和資助的方式。許多學(xué)術(shù)領(lǐng)域努力獲得這種認可，譬如生物物理學(xué)，它在數(shù)十年里遭受冷落，一直因為兩個科學(xué)分支不太可能結(jié)合而尷尬地存在。如今，它已是一個羽翼齊全、充滿活力的分支領(lǐng)域。

現(xiàn)在是數(shù)據(jù)專家們大顯身手的機遇期，而且這些專家需要一個清楚明白的身份——“數(shù)據(jù)物理學(xué)家”。不像傳統(tǒng)的實驗物理學(xué)家，數(shù)據(jù)物理學(xué)家大概不會有多少實際操作儀器的經(jīng)驗。他們大概不會花費時間來將探測器部件焊接成一體（這是受訓(xùn)中的實驗物理學(xué)家的一種典型經(jīng)驗）。他們也不像理論物理學(xué)家，也許對于課程作業(yè)之外的基本物理學(xué)計算沒有多少經(jīng)驗。但是，數(shù)據(jù)物理學(xué)家擁有理解和詢問數(shù)據(jù)的核心技能，在數(shù)據(jù)科學(xué)、統(tǒng)計學(xué)和機器學(xué)習(xí)方面有扎實的基礎(chǔ)，也熟悉研究的計算背景和理論依據(jù)，從而能把數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)上底層的物理學(xué)性質(zhì)。

鑒于高能物理學(xué)領(lǐng)域內(nèi)外的實驗產(chǎn)出的海量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)物理學(xué)家有著為他們量身打造的工作。他們的努力轉(zhuǎn)而會促進新的實驗方法的研發(fā)，在現(xiàn)今，這些方法常常得自更簡單的合成數(shù)據(jù)集，它們并不完美地對應(yīng)于真實世界。但是，缺少一批能夠用新工具（譬如機器學(xué)習(xí)）來靈巧地處理問題的熟練科學(xué)家的話，這些數(shù)據(jù)會得不到充分利用。從這個層面上來說，我不僅僅是在為名稱認可而爭辯。我們需要識別和訓(xùn)練下一代數(shù)據(jù)物理學(xué)家來處理我們眼下?lián)碛械臄?shù)據(jù)。

怎么做？首先我們需要有專業(yè)培養(yǎng)路徑。大學(xué)應(yīng)該在研究生院制定培養(yǎng)數(shù)據(jù)物理學(xué)家的計劃。我期望數(shù)據(jù)物理學(xué)家有著扎實的物理學(xué)背景，在統(tǒng)計學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)和機器學(xué)習(xí)方面接受廣泛的訓(xùn)練。以我自身的學(xué)術(shù)之路為例：我作為一個碩士研究生學(xué)習(xí)了粒子理論的計算方向，在博士生時修讀了許多門統(tǒng)計學(xué)課程，這使得我自然而然地踏入到物理學(xué)和統(tǒng)計學(xué)/機器學(xué)習(xí)之間的跨學(xué)科研究中，也就身處在理論物理學(xué)家和實驗物理學(xué)家之間。

專業(yè)的教育是個開始，但研究領(lǐng)域也需要有終身教職的崗位和資助。有一些讓人看到希望的跡象，包括最近幫助學(xué)術(shù)機構(gòu)啟動“人工智能研究所”的聯(lián)邦資助將專注于推進這個領(lǐng)域的研究。盡管這樣的投資激勵了跨學(xué)科研究，但它們不支持新的院系，至少是不直接支持。假如你不在接受這些資助的大型科研機構(gòu)中，那么你就交不到好運。

這是小規(guī)模資助必須進入的領(lǐng)域，包括資助個別研究團隊而不是資助特定實驗。這件事說起來容易，做起來難，因為典型的團隊撥款（首席研究員利用這筆資金來資助自身、學(xué)生或博士后人員）迫使申請者遵守傳統(tǒng)的學(xué)科劃分：要么是理論，要么是實驗，沒有第三者存在的空間。美國能源部聲望在外的青年科學(xué)家獎（Early Career Award ）也是如此，申請表格上沒有一個勾選“跨學(xué)科數(shù)據(jù)物理學(xué)”的方框。

盡管調(diào)整資助的方式很難，但它實現(xiàn)起來可能比態(tài)度上的改變更加容易。物理學(xué)家也許因為許多人類最偉大的發(fā)現(xiàn)而聞名，但他們也因為對于跨學(xué)科科學(xué)的排斥猜疑態(tài)度（假如不是完全的純粹主義者的話）而臭名昭著。從其他領(lǐng)域借得工具、獲取靈感的物理學(xué)——譬如生物物理學(xué)中的細胞概念或者數(shù)據(jù)物理學(xué)中的機器學(xué)習(xí)——常常被貶低為“不是真正的物理學(xué)”。這當(dāng)然是錯的，它還是一個糟糕的策略，失去杰出的物理學(xué)家的一個方法就是嘲弄他們。

并非所有人都持懷疑態(tài)度，事實上，更多人感到激動。在美國物理學(xué)會內(nèi)部，數(shù)據(jù)科學(xué)專題組（GDS）正在迅速成長，也許不久就會變成數(shù)據(jù)科學(xué)分部，反映出這個領(lǐng)域在物理學(xué)中越來越重要的地位。我本人對于與數(shù)據(jù)直接打交道感到激動，這點激勵我變成一位“實驗物理學(xué)家”，不過我現(xiàn)在意識到這個標簽的局限性。

在我們可獲得的數(shù)據(jù)增長的同時，我們對于數(shù)據(jù)物理學(xué)家的需求也在增長。讓我們從喊出他們真正的名字開始。接著，讓我們做辛苦的工作：教育、訓(xùn)練和資助全新一代的卓越物理學(xué)家。

資料來源 Advancing Physics

本文作者本杰明 · 納赫曼（Benjamin Nachman）是勞倫斯伯克利國家實驗室的一位科學(xué)家，他領(lǐng)導(dǎo)了基礎(chǔ)物理學(xué)機器學(xué)習(xí)團隊，同時也是加州大學(xué)伯克利分校數(shù)據(jù)科學(xué)研究所的兼職科研人員