計算機徹底改變科研

文 約翰?馬爾科夫

計算機徹底改變科研

文 約翰?馬爾科夫

今天，所有科學儀器都具備計算機智能處理能力。計算機強大的性能不僅可以輔助科研，還可為科研項目定性：研究對象是什么、有什么新問題及有何答案。

計算機展示強大性能

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

觀眾激動不已，隨后禁不住感到一陣頭暈目眩。攝像機潛入樹林深處，靠近巨型紅杉樹的一根枝條，接著進入一片樹葉，而后鉆進了一個細胞。加利福尼亞科學院莫里森天文館新館上周進行的名為“生命”：一次宇宙之旅”的多媒體展示所仰仗的不僅是計算機動畫制作技術，還有大量數字化科學數據。

莫里森天文館的這場展示可謂一次視覺盛宴。它向人們表明，計算機強大的性能而今正在徹底改變科學，并給科學家們提供各種科學儀器，其對當前科研工作的重要意義相當于顯微鏡和望遠鏡之于較早期科學家的意義。在應用計算機各種強大性能的同時，科學家研究的物質也發生了徹底改變。單體標本——不論是化石、有機活體還是細胞——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字數據打交道，而要掌控堆積如山的信息就要仰仗計算機的計算能力了。

科學家眼中的“放大鏡”

當前進行科研工作仍要用到物理技術——新式電子顯微鏡、望遠鏡和粒子對撞機。但這些技術而今已與計算機性能密不可分了。計算機性能不僅可以輔助科研工作，還可為科研項目定性：研究對象是什么、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?皮亞諾設計的這座博物館飛出一個優美的弧形，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，支持新放映系統的是三個計算機處理系統。這三個計算機處理系統可存儲大量數據，放映系統由此既可充當望遠鏡，也可充當顯微鏡。從小得不可思議到大得不可想象，這座計算機化的天文館可準確無誤地對展示物變化12個數量級。奠里森天文館館長、天文學家瑞安?懷亞特說，它可從亞原子變為大型宇宙結構。

印第安納大學計算機科學家、科學顯像專家凱蒂?博爾納說，它就是一爪“放大鏡”。博爾納用“放大鏡”這個詞來形容以計算機為基礎的新型科學儀器。莫里森天文館新館的視覺物理儀器就屬于新型科學儀器。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大、靈活的軟件程序，由此就完全變成了一個科研工作臺。為解決特定科研問題，還可通過軟件混搭改裝工作臺。

以多種方式重塑科研

莫里森天文館設計的這個放大鏡是為了進行教學，但也可用于科研。其本質就是用不同方法處理巨型數據庫。博爾納博士在《電子計算機學會通訊》（3月號)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因素，并測出模型、趨勢和異常數據，同時還可讓我們獲得無數的具體信息。她說，過去，一些現象和過程對于人眼和人腦而言過大、過慢或過于復雜，人們因此無法注意到或理解這些現象和過程，而今，以軟件為主的科研儀器使得發現這些現象和過程成為可能。

博爾納博士說，計算機處理能力正在從多個方面為科研工作打開新局面。比如說，過去的科學家們各自為戰，而今的科研工作則講究團隊合作。高能物理領域的科研論文—般有數百名甚至數千名作者。從某種程度上講，這并不令人吃驚，因為在上世紀90年代初發明了互聯網，歐洲核研究實驗室的高能物理科研人員以此作為進行共同研究的工具。而今的結果是，各學科科研組的學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》