基于互聯(lián)網(wǎng)的合作探究項(xiàng)目——在家搜尋外星人

孫衛(wèi)華

摘要 以項(xiàng)目“在家搜尋外星人”為例,介紹近年借助互聯(lián)網(wǎng)開展基于分布式計(jì)算的科學(xué)探究項(xiàng)目的特點(diǎn),希望能引起人們更多關(guān)注,積極參與到同類項(xiàng)目中來,為世界性公益事業(yè)作出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞 互聯(lián)網(wǎng);合作探究;分布式計(jì)算

中圖分類號(hào):TP393.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1671-489X(2009)33-0094-02

Cooperation Project based on Internet: SETI@home//Sun Weihua

Abstract For example of SETI@home, the paper introduces the features of science projects based on distributed calculating. We hope to attract more attention from people and take part in the projects to contribute to public welfare establishments.

Key words Internet; Cooperate and inquiry; distributed calculating

Authors address Department of Education, Hebei University, Baoding, Hebei, 071002, China

隨著互聯(lián)網(wǎng)深入千家萬戶,很多科學(xué)探究項(xiàng)目也借助互聯(lián)網(wǎng)在以往難以設(shè)想的超大規(guī)模人群中開展起來,由于參與人數(shù)眾多,研究過程持續(xù)多年,這些項(xiàng)目所呈現(xiàn)的面貌、產(chǎn)生的影響都非同尋常。本文介紹的“在家搜尋外星人”計(jì)劃就是其中一個(gè)典型。

1 “在家搜尋外星人”計(jì)劃簡(jiǎn)介

1.1 項(xiàng)目初始外星球是否存在和地球一樣的文明物種?如果存在,又是什么樣子?多少世紀(jì)以來,地球上的人們無不對(duì)此充滿好奇,但是并未真正深入進(jìn)行過科學(xué)探測(cè)。

1999年,科學(xué)家提出了SETI@home,“SETI”是英文Search for Extraterrestrial Intelligence(搜尋地外文明)的縮寫,即“在家搜尋外星人”計(jì)劃,屬于通過互聯(lián)網(wǎng)利用家用個(gè)人計(jì)算機(jī)處理天文數(shù)據(jù)的分布式計(jì)算項(xiàng)目。該項(xiàng)目試圖通過分析阿雷西博射電望遠(yuǎn)鏡采集的無線電信號(hào),搜尋能證明外星智能生物存在的證據(jù)。該項(xiàng)目由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室主辦。

這是一個(gè)龐大的科學(xué)規(guī)劃:世界上最大、最敏感的射電望遠(yuǎn)鏡“阿雷賽博”位于波多黎各一個(gè)火山口,每天24小時(shí)不間斷地監(jiān)控太空,收集任何可能的信號(hào)分析數(shù)據(jù),每時(shí)每刻這些不斷產(chǎn)生的堆積如山的海量數(shù)據(jù)都在等待處理,但并沒有足夠的超級(jí)計(jì)算機(jī)來完成這些計(jì)算任務(wù)。科學(xué)家于是注意到其實(shí)有成千上萬的閑置計(jì)算機(jī)可以利用。這些計(jì)算機(jī)通常工作量并不大,只是在運(yùn)行屏幕保護(hù),白白消耗電。于是他們發(fā)起這個(gè)項(xiàng)目,希望借助全球數(shù)百萬臺(tái)個(gè)人電腦的閑置能量,合作探尋外星文明的蹤跡。科學(xué)家認(rèn)為,許多重大科學(xué)項(xiàng)目,可能受益于非專業(yè)公眾的智力與技能的協(xié)作。

愿意參與該項(xiàng)目的志愿者可到其官方網(wǎng)站下載一個(gè)特別的屏幕保護(hù)程序,當(dāng)用戶電腦不工作時(shí)自動(dòng)啟動(dòng),幫助“阿雷賽博”進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)的計(jì)算及分析。曾有200多個(gè)國(guó)家及地區(qū),超過4 000萬人參與了這項(xiàng)巨大工程。當(dāng)這么多電腦聯(lián)合起來工作,獲得的巨大處理能力超過了任何一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)。至2004年5月,已積累了近200萬年的CPU運(yùn)行時(shí)間,處理了超過13億個(gè)數(shù)據(jù)單元。

1.2 項(xiàng)目進(jìn)展歷程項(xiàng)目最初名為SETI@home Classic,到2002年,推出了BOINC(伯克利開放式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算平臺(tái)),它取代了以前伯克利各項(xiàng)目使用的不同平臺(tái),使屬于不同項(xiàng)目的志愿者可聯(lián)合起來協(xié)作,共同分享BOINC平臺(tái),沿用以前的計(jì)算程序。到2006年5月,發(fā)布了名為SETI@home Enhanced的新版本計(jì)算程序,比原計(jì)算程序的靈敏度大幅提升,所需計(jì)算量也相應(yīng)增加,不過志愿者們的計(jì)算機(jī)閑置處理能力也隨之逐年增加。目前SETI@home Enhanced已于2007年8月被名為Multibeam的新計(jì)算程序取代。

1.3 項(xiàng)目組織形式促使眾多計(jì)算機(jī)用戶自愿參與到這公益的分布式計(jì)算項(xiàng)目中的動(dòng)力,除去對(duì)科學(xué)的好奇心外,還有一個(gè)重要因素,是項(xiàng)目所基于的BOINC平臺(tái)提供的根據(jù)參與者的積分進(jìn)行排名的組織形式。BOINC設(shè)置了豐富的社會(huì)功能,包括積分、競(jìng)賽、小組、留言板等,使得這項(xiàng)科學(xué)探索進(jìn)行得有聲有色,不只存在于寂靜的外太空,更有參與者之間的互相幫助、協(xié)調(diào)、合作與競(jìng)爭(zhēng)。分布式計(jì)算的全球網(wǎng)站會(huì)按照上傳分析數(shù)據(jù)量的多少來進(jìn)行各種各樣標(biāo)準(zhǔn)的排名:按照國(guó)家地區(qū)排名、團(tuán)隊(duì)排名、個(gè)人排名等。目前在國(guó)家地區(qū)排名中列第一的是美國(guó),其次是德國(guó)、英國(guó),中國(guó)目前列21位。

2 項(xiàng)目提供的學(xué)習(xí)資源可支持參與者自主學(xué)習(xí)天文、物理、計(jì)算機(jī)通信等知識(shí)

SETI@home計(jì)劃科技含量很高,有興趣的參與者,都愿意深入到它的網(wǎng)站去仔細(xì)了解相關(guān)知識(shí)。

2.1 SETI@home屏幕保護(hù)程序蘊(yùn)含天文及物理知識(shí)SETI@home屏幕保護(hù)不同于尋常的屏保,色彩斑斕的幾何線條蘊(yùn)含著復(fù)雜的含義,如果愛鉆研,那么人們將從中了解到很多有趣的專業(yè)信息,具體包括:“我正在觀察哪里?我正在觀察的時(shí)間?我正在使用的望遠(yuǎn)鏡?我正在分析的頻率?在天空哪個(gè)位置?”這些數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)分析之后,將得出很多有價(jià)值的結(jié)論,并可以生成相應(yīng)的頻率—時(shí)間—能量圖,在圖中可觀察到正在計(jì)算中的快速傅里葉變換圖形。頻率沿著水平X軸變化,能量沿著垂直Y軸變化,時(shí)間沿著自內(nèi)向外的Z軸變化。這是通常的基礎(chǔ)教育涉及不到的內(nèi)容,在這里向人們傳遞著含義豐富的專業(yè)信息。

2.2 數(shù)據(jù)包傳遞與接收蘊(yùn)含計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信知識(shí)對(duì)廣大的參與者而言,這是一項(xiàng)既有趣卻困難的任務(wù)。因?yàn)橛刑鄶?shù)據(jù)要分析,幾乎不可能完成。所有這些等待被分析的數(shù)據(jù)被分解成很多小的數(shù)據(jù)包,這些小的數(shù)據(jù)包由于彼此之間相互獨(dú)立,可被同時(shí)處理。若對(duì)這一過程感興趣,通過鉆研,將會(huì)學(xué)習(xí)到數(shù)據(jù)包怎樣被分解,怎樣被傳遞,自己的計(jì)算機(jī)怎樣與伯克利分校的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)室建立聯(lián)系。

3 項(xiàng)目對(duì)參與者的教育意義

3.1 激發(fā)人們對(duì)天文及物理學(xué)的興趣人們?cè)诔Ｒ?guī)課堂上學(xué)習(xí)天文物理,往往受到實(shí)際條件限制,無法參與很多最新的尖端研究。而本研究站在科學(xué)探索的高點(diǎn),對(duì)地球以外的生命進(jìn)行實(shí)際探測(cè),并且這計(jì)劃不同尋常,當(dāng)在家中吃早餐、讀書或睡眠的時(shí)候,自己的電腦正在分析世界上最大的射電望遠(yuǎn)鏡傳遞來的數(shù)據(jù),協(xié)助查找地球外文明信息,令人深深感受到科學(xué)研究的新奇與魅力。所以究竟學(xué)習(xí)到多少具體的學(xué)科知識(shí)并不是第一位的,關(guān)鍵是對(duì)于成長(zhǎng)中的年輕人,能夠?qū)σ豁?xiàng)天文學(xué)的研究有了初步的概念,這個(gè)興趣可能影響到他對(duì)未來專業(yè)及職業(yè)的選擇。

3.2 感受互聯(lián)網(wǎng)支持的合作探究的強(qiáng)大力量人們平時(shí)的合作,多限于小組、班級(jí)、所屬團(tuán)隊(duì)的小范圍,而此項(xiàng)目的合作范圍,涉及多個(gè)國(guó)家、地區(qū)成千上萬的同伴。他們懷著同樣的興趣,貢獻(xiàn)自己的計(jì)算機(jī)時(shí)間,關(guān)注該課題的進(jìn)展,頻繁交流信息,彼此之間因共同的目標(biāo)而息息相通。這樣的經(jīng)歷對(duì)于培養(yǎng)他們與人協(xié)調(diào)合作的能力意義深遠(yuǎn)。進(jìn)入作為該項(xiàng)目中方組織者的中國(guó)分布式計(jì)算論壇,可以看到內(nèi)容豐富的各個(gè)主題的帖子,大家在這里共同探討關(guān)心的話題,解決出現(xiàn)的問題。其中有一位的簽名就是“我們鼓勵(lì)任何力量的參與,分布式計(jì)算會(huì)讓普通的個(gè)人電腦變成強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)”。

3.3 提高參與學(xué)習(xí)的主動(dòng)性學(xué)習(xí)者在學(xué)校學(xué)習(xí)的科目、內(nèi)容、進(jìn)度,往往有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),不由自己決定。而參與本項(xiàng)目,則是出于對(duì)未知的外太空文明的向往,因此更多地體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的自主性。根據(jù)不同的興趣,人們可以選擇不同的主題內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí),在官方網(wǎng)站上,有各類知識(shí)的詳細(xì)圖文解說。如果有問題,一方面可以向網(wǎng)站聘請(qǐng)的科學(xué)家提問,這些科學(xué)家都是該領(lǐng)域的權(quán)威專家,另一方面也可直接到項(xiàng)目的論壇參與討論。論壇中那么多主題帖子都是熱心的參與者提出的,大量的回帖則顯示出人們對(duì)參與討論的高漲熱情。

3.4 增強(qiáng)主體意識(shí)及自信對(duì)于任何一個(gè)人,能參與這樣超大規(guī)模的科研項(xiàng)目,都會(huì)心生自豪感。尤其對(duì)于青少年,雖然很多相關(guān)知識(shí)并不具備,但不需搜索晦澀的天文學(xué)詞匯,不必搞懂深?yuàn)W的數(shù)學(xué)方程式,也可以像科學(xué)家那樣為人類公益事業(yè)做貢獻(xiàn),單是這個(gè)事實(shí),就令人無比振奮。

借助互聯(lián)網(wǎng)開展的科學(xué)探索項(xiàng)目越來越呈現(xiàn)多元化,在它之后,類似的天文學(xué)項(xiàng)目還有2005年的Einstein@Home——尋找引力波,2006年的Stardust@home——有效檢測(cè)由星塵號(hào)飛船收集回來的星塵顆粒,這是以通過網(wǎng)絡(luò)讓公眾成員捐獻(xiàn)大腦能力而非計(jì)算機(jī)時(shí)間的第一代科學(xué)項(xiàng)目,意義重大。其他具體項(xiàng)目還有涉及從數(shù)學(xué)領(lǐng)域的“尋找最大素?cái)?shù)”到生物學(xué)范疇的“蛋白質(zhì)折疊分析”等,下一步的通用平臺(tái)是“Citizen Cyberscience”(公眾虛擬科學(xué)),而SETI@home,則可被看做所有公眾虛擬科學(xué)項(xiàng)目的鼻祖。今后會(huì)有越來越多的人關(guān)注并積極參與到各項(xiàng)目中來,這是充滿主體意識(shí)的富于創(chuàng)造性的真實(shí)體驗(yàn),在這一過程中,不只與最前沿的專業(yè)探索保持了親密接觸,同時(shí)也促進(jìn)與他人合作協(xié)調(diào)的能力,并將逐漸承擔(dān)更先進(jìn)和復(fù)雜的任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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[2]分布式計(jì)算論壇[EB/OL].http://www.equn.com/forum/forum-12-1.html