基于互联网的合作探究项目——在家搜寻外星人

孙卫华

摘要 以项目“在家搜寻外星人”为例,介绍近年借助互联网开展基于分布式计算的科学探究项目的特点,希望能引起人们更多关注,积极参与到同类项目中来,为世界性公益事业作出贡献。

关键词 互联网;合作探究;分布式计算

中图分类号:TP393.4 文献标识码:B 文章编号: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

随着互联网深入千家万户,很多科学探究项目也借助互联网在以往难以设想的超大规模人群中开展起来,由于参与人数众多,研究过程持续多年,这些项目所呈现的面貌、产生的影响都非同寻常。本文介绍的“在家搜寻外星人”计划就是其中一个典型。

1 “在家搜寻外星人”计划简介

1.1 项目初始外星球是否存在和地球一样的文明物种?如果存在,又是什么样子?多少世纪以来,地球上的人们无不对此充满好奇,但是并未真正深入进行过科学探测。

1999年,科学家提出了SETI@home,“SETI”是英文Search for Extraterrestrial Intelligence(搜寻地外文明)的缩写,即“在家搜寻外星人”计划,属于通过互联网利用家用个人计算机处理天文数据的分布式计算项目。该项目试图通过分析阿雷西博射电望远镜采集的无线电信号,搜寻能证明外星智能生物存在的证据。该项目由美国加州大学伯克利分校的空间科学实验室主办。

这是一个庞大的科学规划:世界上最大、最敏感的射电望远镜“阿雷赛博”位于波多黎各一个火山口,每天24小时不间断地监控太空,收集任何可能的信号分析数据,每时每刻这些不断产生的堆积如山的海量数据都在等待处理,但并没有足够的超级计算机来完成这些计算任务。科学家于是注意到其实有成千上万的闲置计算机可以利用。这些计算机通常工作量并不大,只是在运行屏幕保护,白白消耗电。于是他们发起这个项目,希望借助全球数百万台个人电脑的闲置能量,合作探寻外星文明的踪迹。科学家认为,许多重大科学项目,可能受益于非专业公众的智力与技能的协作。

愿意参与该项目的志愿者可到其官方网站下载一个特别的屏幕保护程序,当用户电脑不工作时自动启动,帮助“阿雷赛博”进行部分数据的计算及分析。曾有200多个国家及地区,超过4 000万人参与了这项巨大工程。当这么多电脑联合起来工作,获得的巨大处理能力超过了任何一台超级计算机。至2004年5月,已积累了近200万年的CPU运行时间,处理了超过13亿个数据单元。

1.2 项目进展历程项目最初名为SETI@home Classic,到2002年,推出了BOINC(伯克利开放式网络计算平台),它取代了以前伯克利各项目使用的不同平台,使属于不同项目的志愿者可联合起来协作,共同分享BOINC平台,沿用以前的计算程序。到2006年5月,发布了名为SETI@home Enhanced的新版本计算程序,比原计算程序的灵敏度大幅提升,所需计算量也相应增加,不过志愿者们的计算机闲置处理能力也随之逐年增加。目前SETI@home Enhanced已于2007年8月被名为Multibeam的新计算程序取代。

1.3 项目组织形式促使众多计算机用户自愿参与到这公益的分布式计算项目中的动力,除去对科学的好奇心外,还有一个重要因素,是项目所基于的BOINC平台提供的根据参与者的积分进行排名的组织形式。BOINC设置了丰富的社会功能,包括积分、竞赛、小组、留言板等,使得这项科学探索进行得有声有色,不只存在于寂静的外太空,更有参与者之间的互相帮助、协调、合作与竞争。分布式计算的全球网站会按照上传分析数据量的多少来进行各种各样标准的排名:按照国家地区排名、团队排名、个人排名等。目前在国家地区排名中列第一的是美国,其次是德国、英国,中国目前列21位。

2 项目提供的学习资源可支持参与者自主学习天文、物理、计算机通信等知识

SETI@home计划科技含量很高,有兴趣的参与者,都愿意深入到它的网站去仔细了解相关知识。

2.1 SETI@home屏幕保护程序蕴含天文及物理知识SETI@home屏幕保护不同于寻常的屏保,色彩斑斓的几何线条蕴含着复杂的含义,如果爱钻研,那么人们将从中了解到很多有趣的专业信息,具体包括:“我正在观察哪里?我正在观察的时间?我正在使用的望远镜?我正在分析的频率?在天空哪个位置?”这些数据结果经分析之后,将得出很多有价值的结论,并可以生成相应的频率—时间—能量图,在图中可观察到正在计算中的快速傅里叶变换图形。频率沿着水平X轴变化,能量沿着垂直Y轴变化,时间沿着自内向外的Z轴变化。这是通常的基础教育涉及不到的内容,在这里向人们传递着含义丰富的专业信息。

2.2 数据包传递与接收蕴含计算机网络通信知识对广大的参与者而言,这是一项既有趣却困难的任务。因为有太多数据要分析,几乎不可能完成。所有这些等待被分析的数据被分解成很多小的数据包,这些小的数据包由于彼此之间相互独立,可被同时处理。若对这一过程感兴趣,通过钻研,将会学习到数据包怎样被分解,怎样被传递,自己的计算机怎样与伯克利分校的空间科学实验室建立联系。

3 项目对参与者的教育意义

3.1 激发人们对天文及物理学的兴趣人们在常规课堂上学习天文物理,往往受到实际条件限制,无法参与很多最新的尖端研究。而本研究站在科学探索的高点,对地球以外的生命进行实际探测,并且这计划不同寻常,当在家中吃早餐、读书或睡眠的时候,自己的电脑正在分析世界上最大的射电望远镜传递来的数据,协助查找地球外文明信息,令人深深感受到科学研究的新奇与魅力。所以究竟学习到多少具体的学科知识并不是第一位的,关键是对于成长中的年轻人,能够对一项天文学的研究有了初步的概念,这个兴趣可能影响到他对未来专业及职业的选择。

3.2 感受互联网支持的合作探究的强大力量人们平时的合作,多限于小组、班级、所属团队的小范围,而此项目的合作范围,涉及多个国家、地区成千上万的同伴。他们怀着同样的兴趣,贡献自己的计算机时间,关注该课题的进展,频繁交流信息,彼此之间因共同的目标而息息相通。这样的经历对于培养他们与人协调合作的能力意义深远。进入作为该项目中方组织者的中国分布式计算论坛,可以看到内容丰富的各个主题的帖子,大家在这里共同探讨关心的话题,解决出现的问题。其中有一位的签名就是“我们鼓励任何力量的参与,分布式计算会让普通的个人电脑变成强大的科学计算机”。

3.3 提高参与学习的主动性学习者在学校学习的科目、内容、进度,往往有统一的标准,不由自己决定。而参与本项目,则是出于对未知的外太空文明的向往,因此更多地体现了学习的自主性。根据不同的兴趣,人们可以选择不同的主题内容进行学习,在官方网站上,有各类知识的详细图文解说。如果有问题,一方面可以向网站聘请的科学家提问,这些科学家都是该领域的权威专家,另一方面也可直接到项目的论坛参与讨论。论坛中那么多主题帖子都是热心的参与者提出的,大量的回帖则显示出人们对参与讨论的高涨热情。

3.4 增强主体意识及自信对于任何一个人,能参与这样超大规模的科研项目,都会心生自豪感。尤其对于青少年,虽然很多相关知识并不具备,但不需搜索晦涩的天文学词汇,不必搞懂深奥的数学方程式,也可以像科学家那样为人类公益事业做贡献,单是这个事实,就令人无比振奋。

借助互联网开展的科学探索项目越来越呈现多元化,在它之后,类似的天文学项目还有2005年的Einstein@Home——寻找引力波,2006年的Stardust@home——有效检测由星尘号飞船收集回来的星尘颗粒,这是以通过网络让公众成员捐献大脑能力而非计算机时间的第一代科学项目,意义重大。其他具体项目还有涉及从数学领域的“寻找最大素数”到生物学范畴的“蛋白质折叠分析”等,下一步的通用平台是“Citizen Cyberscience”(公众虚拟科学),而SETI@home,则可被看做所有公众虚拟科学项目的鼻祖。今后会有越来越多的人关注并积极参与到各项目中来,这是充满主体意识的富于创造性的真实体验,在这一过程中,不只与最前沿的专业探索保持了亲密接触,同时也促进与他人合作协调的能力,并将逐渐承担更先进和复杂的任务。

参考文献

[1]SETI(Search for ExtraTerrestrial Intelligence,搜寻地外文明计划)[EB/OL].http://www.equn.com/index.php/ %E6%90%9C%E5%AF%BB%E5%9C%B0%E5%A4%96%E6%96%87%E6%98%8E%E8%AE%A1%E5%88%92

[2]分布式计算论坛[EB/OL].http://www.equn.com/forum/forum-12-1.html