孫衛(wèi)華

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

關(guān)鍵詞 互聯(lián)網(wǎng);合作探究;分布式計算

中圖分類號:TP393.4 文獻標(biāo)識碼:B 文章編號: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”計劃就是其中一個典型。

1 “在家搜尋外星人”計劃簡介

1.1 項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此充滿好奇,但是并未真正深入進行過科學(xué)探測。

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”計劃,屬于通過互聯(lián)網(wǎng)利用家用個人計算機處理天文數(shù)據(jù)的分布式計算項目。該項目試圖通過分析阿雷西博射電望遠鏡采集的無線電信號,搜尋能證明外星智能生物存在的證據(jù)。該項目由美國加州大學(xué)伯克利分校的空間科學(xué)實驗室主辦。

這是一個龐大的科學(xué)規(guī)劃:世界上最大、最敏感的射電望遠鏡“阿雷賽博”位于波多黎各一個火山口,每天24小時不間斷地監(jiān)控太空,收集任何可能的信號分析數(shù)據(jù),每時每刻這些不斷產(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計算機來完成這些計算任務(wù)?？茖W(xué)家于是注意到其實有成千上萬的閑置計算機可以利用。這些計算機通常工作量并不大,只是在運行屏幕保護,白白消耗電。于是他們發(fā)起這個項目,希望借助全球數(shù)百萬臺個人電腦的閑置能量,合作探尋外星文明的蹤跡?？茖W(xué)家認為,許多重大科學(xué)項目,可能受益于非專業(yè)公眾的智力與技能的協(xié)作。

愿意參與該項目的志愿者可到其官方網(wǎng)站下載一個特別的屏幕保護程序,當(dāng)用戶電腦不工作時自動啟動,幫助“阿雷賽博”進行部分?jǐn)?shù)據(jù)的計算及分析。曾有200多個國家及地區(qū),超過4 000萬人參與了這項巨大工程。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超級計算機。至2004年5月,已積累了近200萬年的CPU運行時間,處理了超過13億個數(shù)據(jù)單元。

1.2 項目進展歷程項目最初名為SETI@home Classic,到2002年,推出了BOINC(伯克利開放式網(wǎng)絡(luò)計算平臺),它取代了以前伯克利各項目使用的不同平臺,使屬于不同項目的志愿者可聯(lián)合起來協(xié)作,共同分享BOINC平臺,沿用以前的計算程序。到2006年5月,發(fā)布了名為SETI@home Enhanced的新版本計算程序,比原計算程序的靈敏度大幅提升,所需計算量也相應(yīng)增加,不過志愿者們的計算機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的新計算程序取代。

1.3 項目組織形式促使眾多計算機用戶自愿參與到這公益的分布式計算項目中的動力,除去對科學(xué)的好奇心外,還有一個重要因素,是項目所基于的BOINC平臺提供的根據(jù)參與者的積分進行排名的組織形式。BOINC設(shè)置了豐富的社會功能,包括積分、競賽、小組、留言板等,使得這項科學(xué)探索進行得有聲有色,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)、合作與競爭。分布式計算的全球網(wǎng)站會按照上傳分析數(shù)據(jù)量的多少來進行各種各樣標(biāo)準(zhǔn)的排名:按照國家地區(qū)排名、團隊排名、個人排名等。目前在國家地區(qū)排名中列第一的是美國,其次是德國、英國,中國目前列21位。

2 項目提供的學(xué)習(xí)資源可支持參與者自主學(xué)習(xí)天文、物理、計算機通信等知識

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

2.1 SETI@home屏幕保護程序蘊含天文及物理知識SETI@home屏幕保護不同于尋常的屏保,色彩斑斕的幾何線條蘊含著復(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?我正在觀察的時間?我正在使用的望遠鏡?我正在分析的頻率?在天空哪個位置?”這些數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)分析之后,將得出很多有價值的結(jié)論,并可以生成相應(yīng)的頻率—時間—能量圖,在圖中可觀察到正在計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)包傳遞與接收蘊含計算機網(wǎng)絡(luò)通信知識對廣大的參與者而言,這是一項既有趣卻困難的任務(wù)。因為有太多數(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立,可被同時處理。若對這一過程感興趣,通過鉆研,將會學(xué)習(xí)到數(shù)據(jù)包怎樣被分解,怎樣被傳遞,自己的計算機怎樣與伯克利分校的空間科學(xué)實驗室建立聯(lián)系。

3 項目對參與者的教育意義

3.1 激發(fā)人們對天文及物理學(xué)的興趣人們在常規(guī)課堂上學(xué)習(xí)天文物理,往往受到實際條件限制,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,對地球以外的生命進行實際探測,并且這計劃不同尋常,當(dāng)在家中吃早餐、讀書或睡眠的時候,自己的電腦正在分析世界上最大的射電望遠鏡傳遞來的數(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)科知識并不是第一位的,關(guān)鍵是對于成長中的年輕人,能夠?qū)σ豁椞煳膶W(xué)的研究有了初步的概念,這個興趣可能影響到他對未來專業(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大力量人們平時的合作,多限于小組、班級、所屬團隊的小范圍,而此項目的合作范圍,涉及多個國家、地區(qū)成千上萬的同伴。他們懷著同樣的興趣,貢獻自己的計算機時間,關(guān)注該課題的進展,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)歷對于培養(yǎng)他們與人協(xié)調(diào)合作的能力意義深遠。進入作為該項目中方組織者的中國分布式計算論壇,可以看到內(nèi)容豐富的各個主題的帖子,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“我們鼓勵任何力量的參與,分布式計算會讓普通的個人電腦變成強大的科學(xué)計算機”。

3.3 提高參與學(xué)習(xí)的主動性學(xué)習(xí)者在學(xué)校學(xué)習(xí)的科目、內(nèi)容、進度,往往有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),不由自己決定。而參與本項目,則是出于對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)容進行學(xué)習(xí),在官方網(wǎng)站上,有各類知識的詳細圖文解說。如果有問題,一方面可以向網(wǎng)站聘請的科學(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參與討論的高漲熱情。

3.4 增強主體意識及自信對于任何一個人,能參與這樣超大規(guī)模的科研項目,都會心生自豪感。尤其對于青少年,雖然很多相關(guān)知識并不具備,但不需搜索晦澀的天文學(xué)詞匯,不必搞懂深奧的數(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,單是這個事實,就令人無比振奮。

借助互聯(lián)網(wǎng)開展的科學(xué)探索項目越來越呈現(xiàn)多元化,在它之后,類似的天文學(xué)項目還有2005年的Einstein@Home——尋找引力波,2006年的Stardust@home——有效檢測由星塵號飛船收集回來的星塵顆粒,這是以通過網(wǎng)絡(luò)讓公眾成員捐獻大腦能力而非計算機時間的第一代科學(xué)項目,意義重大。其他具體項目還有涉及從數(shù)學(xué)領(lǐng)域的“尋找最大素數(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)項目的鼻祖。今后會有越來越多的人關(guān)注并積極參與到各項目中來,這是充滿主體意識的富于創(chuàng)造性的真實體驗,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,同時也促進與他人合作協(xié)調(diào)的能力,并將逐漸承擔(dān)更先進和復(fù)雜的任務(wù)。

參考文獻

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