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TUhjnbcbe - 2023/9/15 20:59:00
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博科园-科学科普

MarioJuri曾说正如数学将物理学从哲学转变为科学一样,数据和计算正在转变当今科学,Juri正在领导推动天文学为即将到来的数据流做好准备。在南斯拉夫时Juri会翻阅祖父的物理学书,他了解到恒星不同的颜色,代表了不同温度。八年级科学展览项目时,Juri想捕捉光谱光;于是他向老师借了一个三棱镜,使用纸板厕纸管和胶带将棱镜和老式相机连接起来,然后打开快门几分钟,让星光穿过棱镜,在胶片上捕捉光线。他居住的萨格勒布大约有万人,在一般情况下,城市的光污染会淹没他的测量值。然而在南斯拉夫解体的残酷战争中,Juri正在中学读书,在爆炸的影响下,城市已经停止供电了。

MarioJuri在华盛顿大学。图片:ChonaKasingerforQuantaMagazine博科园-科学科普:整个城市都陷入一片黑暗。回想起来,那时父亲对我已经非常宽容,因为在没有电的情况下,他还让我在后院安装设备,拍摄天空的照片,科学计划成功使他有信心继续研究恒星。坏事也有可能变成好事,在谈话中Juri多次提及这句话。高中时当地的一台40厘米的望远镜在他眼里变成了一台小行星探测机。年对天文学的强烈热爱将他带到了美国,当时他在普林斯顿大学(PrincetonUniversity)读物理研究生。现在他已经是西雅图华盛顿大学的教授,并且花费大量时间来弄清楚如何管理大量数据,这些数据将很快从大型天气测量望远镜(LSST)流入。LSST是一种宽视场望远镜,是世界上最大的具有32亿像素的相机,该望远镜预计每晚能产生约20兆字节的数据。Quiqa与Juri交谈数据膨胀将如何改变成为天文学家的意义如下:

图中显示的是Juri在兹威基瞬态设施(ZTF)的警戒流前面。ZTF是一个观测台,用来观察小行星或超新星等移动或亮度变化的物体。如果有所发现,ZTF会在20分钟内向天文学家发出警报,并每晚发送万个警报。大型巡天望远镜将在一分钟内向检测点发送警报,并预计每晚将产生约0万个警报。图片:ChonaKasingerforQuantaMagazine

1、数据变化如何改变天文学?

从古希腊开始,我们面临的最大挑战就是收集数据。天文学是一种数据有限的科学。现在具有代表性的研究调查会产生数亿恒星信息。通过使用LSST将进入某一制度体系内,观察大约亿个物体。突然间大量数据涌入了一个信息非常有限的科学领域。基于理论和对宇宙的理解,应该面对的是几百个研究对象,然而现在却要处理几百万的对象。数据量急剧上升给数据处理带来了巨大挑战。现在我们必须想出办法把这些东西转化成一些有用的东西来构建理论,从而进行推论。如果我不能用代码来表达我需要计算机为我做什么,或者为我测量什么,那么我就没有办法把收集到的任何数据转换为可以用来推理理论的形式。

2、所以计算和编程变得至关重要?

我认为当物理学从哲学中分支出来时,是数学让两者产生区别,用一组方程和严格的规则写下逻辑,这些规则会以一种自洽方式把你从A点带到B点。如果物理要迈出下一步,就必须这样做,这样物理学就与数学联系在一起,数学也就成为物理学的语言。现在我们也正在面临相同的事情,我们要用这些大数据集来说明,软件工程必须在这方面做同样的事情,它正成为我们需要的语言,为了推想周围的世界。我们正处于自然科学发展的另一个转折点,编程真的和数学做科学一样重要。

3、如何将大量数据转化为有用数据?

现在我们必须开始学习如何指导计算机进行各种测量。比如观测一张图像时,计算机可以轻而易举观测到人眼难以看到的星系。我们已经花费几十年时间来研究如何做到这一点——如何指导计算机看天文图像,正确识别所有物体,并在没有任何人类帮助的情况下也可以正确测量所有物体。我认为这个领域已经过渡到现在计算机可以处理这些数据并给我们目录的领域。在大数据的下一步演化中,将要指导计算机获取图像输出,编录所有目录,然后为我们找到一系列有意义的事物。计算机甚至可能根据事物的趣味程度为我们排列一份表格。

4、有什么例子呢?

在天体物理学的许多领域,物体可能会改变亮度等,但它们不会移动。然而,太阳系却表现出了独一无二的特性——太阳系的物体会移动。当你拍摄天空的图像时,你会发现一颗小行星,但它看起来又像一颗恒星;当你再拍另一张照片时,你会注意到它移动了。所以现在你需要想出一些算法来真正地连接这些点。利用LSST,*道上的每个图像中包含着像个小行星一样的东西。这转化每晚发生几百万次,每晚上都有一百万个点在移动,然后你要知道哪一个与哪一个互相匹配。因此现在

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