平民也可以成就科学

日期：2010-09-28 作者：陶家祥 来源：文汇报                      
    英国《自然》杂志最近推出一组“公民科学”的文章，文章以普通百姓参与蛋白质结构测定、宇宙星尘探测等实际例子提示，未受过专门科学训练的普通百姓也能胜任某些科学研究任务，而这种趋势一旦形成有可能会在一定程度上改变现代科学的面貌。
    
    2005年，美国西雅图华盛顿大学生化学家大卫·贝克尔及其同事们开始了一项名叫  “洛赛塔之家”（Rosetta@home）的分担式计算工程，即让志愿者下载一小段软件，由他们家里的计算机在机器闲着的时候干些业余工作。下载的程序，是用于解决一个有关蛋白质折叠的著名难题：测定一个氨基酸长链如何卷曲成三维开关才能使其内部压力和张力最小化——这可能是蛋白质的自然形状。用户可以在屏幕上观看计算机牵引和转动蛋白质的图像，以寻找更合适的结构。
    
    几千人与这一工程签了协议。贝克尔说，这件事已毫不令人惊奇，因为那时公民科学几乎已变得很普通寻常，它最初是由伯克利加州大学的  “赛的之家”（SETI@home）工程普及开来的。该工程利用志愿者的计算机来筛选无线电望远镜数据，以寻找天外来的信号。2002年，伯克利加州大学的科技人员发行了一个普及版软件名叫“伯克利网络计算开放式基础结构”（BOINC）。到2005年，已有几十项BOINC工程在进行，全世界用户达几十万，“洛赛塔之家”就是其中之一。
    
Foldit：人脑与电脑相结合的网上游戏
    
    但令人惊奇的是，“洛赛塔之家”的志愿者很快就开始对屏幕上慢得要命的进程感到急不可耐起来。有的人说，“我能找到更好的方法。”
    
    回想起来，这确是很明显的：即使一种很小的蛋白质也要有几百个氨基酸，因此计算机不得不缓慢地通过几千个自由度的变化才能达到最佳的能量状态。而人类，由于具有高度进化的空间操作的智力，却常常能超常地找到解决问题的答案。
    
    贝克尔认为这是一个出乎意料的良好契机。2008年中，他在多位计算机科学家帮助下，为“洛赛塔之家”开创了一个网上接口，它不但能让用户帮助计算，而且能激励他们把计算变成一种网上游戏来完成。这种游戏称为Foldit，玩家们互相竞赛、合作、创造方法、累计积分，从而达到不同的等级。
    
    最近，贝克尔公布证据证明，顶尖级Foldit玩家折叠成的蛋白质能比计算机更好。依靠合作，他们常能提出全新的方法。贝克尔说，“人的计算力量大的难以置信。”他正在将某些最好的人的计算方法输入到“洛赛塔”计算系统中去。
    
    由于调动了人脑来解决问题，Foldit游戏使BOINC分担式计算提升到了一个全新的水平。这个领域内涌现的几个工程有时叫做分担式思考，有关的出版物在不断增加。
    
    宾夕法尼亚大学计算机科学家M·凯恩斯说，“我们正处于一个新时代的黎明时刻，在这个时代中人脑计算与机器计算将结合起来。”他认为，在未来相当时间内人脑仍将优于计算机的视觉、语言和复杂逻辑难题等领域，这个方法会特别有用。
    
    去年7月，欧洲粒子物理学中心的物理学家F·格雷协助在日内瓦建立了一个电脑科学中心，其目的就在于促进分担式思考工程项目，特别是在发展中国家。他现正在中国建设一个分担式思考项目。
    
“分担式思考”的创始
    
    加州大学物理学家安得烈·威斯特法尔也是较早实施分担式思考的科学家。1999年，威斯特法尔参加国家航空航天局“星尘”探测。该项探测任务目的是收集彗星碎片样本并将其送回地球。但威斯特法尔的注意力却集中在空间飞行器在其长途飞行的岁月中暴露在空间的一个星尘收集器，他相信会有大约100多个星际尘埃颗粒陷入收集器的凝胶之中。如何找到这些颗粒成了一大挑战。
    
    空间飞行器的样本返回舱于2006年1月回到地球。威氏又用自动成像显微镜取得了160万张凝胶图像。他估计，一个人把这些图像全部浏览一遍得花一个世纪的时间。这样，威氏及其团队就启动了“星尘之家”，动员了数千名“除尘工”的图像识别能力。这是一项颇具开创性的分担式思考。早期，又曾面临许多难题。例如，为了避免误将凝胶裂缝或地球尘埃当作了星尘，就得给除尘工们上课等等。此外，虽然有的志愿者工作认真，但也有不少人做得快而马虎，以求取得较高的积分和奖励。这就使威氏等人认识到还必须给志愿者们定出标准，随时评估他们的技术水平，并规定，要有多少个志愿者对一个图像得出同样的结论时，结论才是可信的。
    
    这样，“星尘之家”就成了米德兰市居民赫德森充实长日中空闲时光的绝妙方法。他因一次中风而患右半身不遂。甚至电脑游戏也不太好玩了。但无穷尽的凝胶显微像片却使他着迷。他说他喜欢恒星、行星之类的东西。他把一天中的15个小时用在这项工程上。他的工作得到了回报。2010年3月，在月球和行星科学会议上，威氏宣布赫德森发现了最早的星尘碎片——实际上是同一痕迹中的两个颗粒，他将其命名为Orion和Sirius。威氏现已用这个两颗粒的特征作为新一代“星尘”志愿者观察的标准。  （陶家祥  编译）