Vinton G. Cerf: „JAV vyriausybės investicijų vertė negali būti pervertinta“


Ketvirtadienį, liepos 17 d., Keturi mokslo ekspertai tarnavo JAV Senato Prekybos, mokslo ir transporto klausos komiteto liudytojams: „Federalinis tyrimų portfelis: investicijų į mokslinius tyrimus ir technologijų plėtrą panaudojimas“. Posėdyje buvo svarstomas federalinės vyriausybės vaidmuo mokslinių tyrimų ir plėtros srityje. (MTP) ir tautos

Ketvirtadienį, liepos 17 d., Keturi mokslo ekspertai tarnavo JAV Senato Prekybos, mokslo ir transporto klausos komiteto liudytojams: „Federalinis tyrimų portfelis: investicijų į mokslinius tyrimus ir technologijų plėtrą panaudojimas“. Posėdyje buvo svarstomas federalinės vyriausybės vaidmuo mokslinių tyrimų ir plėtros srityje. (MTP) ir tautos STEM švietimo ir informavimo iniciatyvos.

Capitol klausos kambaryje dalyvavo Mariette DiChristina, vyriausiasis redaktorius ir vyresnysis viceprezidentas; Vinton G. Cerf, kompiuterių mokslininkas, „Google“ interneto evangelistas ir vienas iš interneto tėvų; Neal F. Lane, buvęs Baltųjų rūmų Mokslo ir technologijų politikos biuro direktorius; ir Stephen E. Fienberg, Carnegie Mellon universiteto statistikos ir socialinių mokslų profesorius.

Pripažindamas ilgalaikių investicijų į mokslą ir technologijas poreikį, Kongresas priėmė 2007 ir 2010 m. Amerikos KOMPETENTAI aktus, kad žymiai padidintų federalinius MTTP biudžetus, skatintų STEM (mokslo, technologijų, inžinerijos ir matematikos) švietimą ir remtų naujoves, kurių reikia ekonomikos augimas.

Žemiau pateikiamas Vintono G. Cerfo rašytinio liudijimo tekstas.

Pirmininkas Rokefelleris, „Thune“ narys, Komiteto nariai, išskirtiniai komisijos nariai ir svečiai, esu garbingas ir malonu turėdamas galimybę dalyvauti klausyme, susijusiame su tema, kuriai aš esu aistringas ir pasiryžęs: pagrindiniai tyrimai. Nepakanka gilaus supratimo apie natūralius ir dirbtinius reiškinius, ypač kai mūsų nacionalinė ir pasaulinė gerovė priklauso nuo mūsų sugebėjimo modeliuoti ir prognozuoti. Būtų sunku pervertinti JAV vyriausybės ir Amerikos pramonės investicijas į mokslinius tyrimus.

Esu tikras, kad kiekvienas šio komiteto narys gerai supranta pagrindinę mokslinę paradigmą: teorijos yra sukurtos paaiškinti pastabas arba spėlioti, kaip ir kodėl viskas gali veikti. Bandymai atliekami siekiant patvirtinti arba paneigti teorijos prognozes. Teorijos peržiūrimos remiantis eksperimentiniais rezultatais.

Pagrindiniai ir taikomieji moksliniai tyrimai
Nors pagrindinis šios grupės dėmesys skiriamas pagrindiniams moksliniams tyrimams, manau, kad privalu pastebėti, kad pagrindiniai ir taikomieji moksliniai tyrimai vyksta kartu, informuodami ir skatindami vieni kitus nesibaigiančiame Yin ir Yang partnerystės procese. Tam tikrais būdais taikomieji tyrimai yra patvirtinimo forma, nes paraiškos sėkmė (ar nesėkmė) gali sustiprinti arba prieštarauti teoriškai prognozuojamiems rezultatams ir pagrindinei teorijai. Pagrindiniai moksliniai tyrimai stengiasi suprasti ir taikomieji moksliniai tyrimai stengiasi, o dažnai reikia siekti atskleisti naujas žinias.

Norėčiau naudoti internetą kaip taikomųjų mokslinių tyrimų pavyzdį, kad galėčiau pateikti keletą klausimų. Pirmą kartą Bobas Kahnas sukūrė internetą 1972 m. Pabaigoje. 1973 m. Kartu su šia idėja dirbo kartu su pirmuoju pranešimu apie jo dizainą 1974 m. Gegužės mėn. Jis buvo pradėtas veikti 1983 m. Sausio 1 d. Mokslinių tyrimų projektų agentūra (DARPA), internetas stipriai motyvavo ankstesnius ir labai sėkmingus ARPANET ir vėliau paketinių radijo ir paketinių palydovų projektus. Paketinis palydovinis projektas taip pat iš dalies buvo susijęs su kito projekto ALOHAnet rezultatais, kuriuos rėmė JAV oro pajėgų kosmoso tyrimų biuras (SRMA) ir DARPA. NSF prisidėjo prie interneto plėtros ir dramatiškos akademinės bendruomenės plėtros su savo NSFNET projektu, susietu NSF superkompiuterius su mokslinių tyrimų bendruomene. Energetikos departamentas „ESNET“ ir „NASA Science Internet“ (NSINET) papildė šią plėtrą skatinančią energiją.

Pirma, sėkmingi taikomieji mokslinių tyrimų projektai, pavyzdžiui, internetas, gali užtrukti ilgai. Praėjus dešimčiai metų nuo sistemos diegimo iki jos įdiegimo, reikėjo nuolatinio finansavimo ir palaikymo per šį laikotarpį ir po jo, kad nieko nepasakytų apie mokslinius tyrimus ir eksperimentus, kurie buvo atlikti prieš tai.

Antra, nors pirmiausia inžinerijos ir taikomųjų tyrimų projektas, sistema ir toliau tęsė naujas teorines ir analitines problemas. Mes matome, stebime ir analizuojame šios sudėtingos, augančios ir besivystančios sistemos elgesio teorijas ir modelius. Interneto taikymai ir toliau skatina mokslinius tyrimus, skirtus suprasti ir tobulinti jos veikimą arba išradinėti kažką geresnio.

Trečia, serendipity atliko svarbų vaidmenį plėtojant interneto funkcionalumą ir taikomąsias programas. Tinklo elektroninis paštas atsirado kaip pagrindinis, bet neplanuotas ARPANET programos taikymas. Iš pradžių „World Wide Web“ (WWW) buvo sukurtas 1989 m., Siekiant remti dalijimąsi dalelių fizikos tyrimų dokumentais Europos branduolinių tyrimų centre (CERN). 1992 m. Pabaigoje NSF Nacionalinio centrinio kompiuterių taikomųjų programų centro (NCSA) įkūrus NSOS nacionalinį superkompiuterių programų centrą (NCSA) sparčiai plinta internete 1992 m. Pabaigoje ir 1994 m. Sukurta Netscape Communications korporacija. tapti plačiausiai naudojama programa internete. Nors WWW buvo sukurta konkrečiai programai, jos bendroji ir pagrindinio interneto sistema sukūrė sąlygas naudoti naujus naudojimo būdus, kurie ir toliau išrado kasdien.

Tyrimų laikas
Pagrindinių tyrimų patvirtinimas taip pat gali užtrukti ilgai. Ankstyvosios visatos infliacijos samprata vis dar laukia patenkinamo patvirtinimo. Alan Guth (be kita ko) teigia apie 1974 m., Šių metų paskutiniai BICEP2 eksperimento matavimų rezultatai rodo, kad ši teorija yra teisinga, tačiau yra reikšmingų diskusijų apie matavimų aiškinimą. Nors bendruomenė laukia tolesnio patvirtinimo ar pakartotinio eksperimentinių matavimų patvirtinimo, svarbu pripažinti, kad priemonės, skirtos rinkti potencialiai patvirtinančius eksperimentinius duomenis, truko 30 metų, kad pasiektų brandą. Panašią pastabą galima padaryti dėl to, kad „CERN“ didžiojo „Hadron Collider“ komanda neseniai aptiko „Higgs“ bosoną. Petras Higgsas ir jo kolegos teigė, kad 1964 m. Egzistuoja ši pagrindinė dalelė ir su juo susijusi sritis, tačiau buvo imtasi 50 metų, kad eksperimentinė gebėjimas išbandyti šią teoriją pasiektų tašką, kur tokie bandymai galėtų būti atlikti.

Tai rizikinga: nėra jokių garantijų
Verta trumpam sustabdyti, kad būtų galima suprasti, jog moksliniai tyrimai dėl savo pobūdžio ne visada garantuoja rezultatus. Be to, kartais rezultatai gali būti staigmenų pavidalu. Kanoninis pavyzdys yra Aleksandro Flemingo atradimas 1928 m., Kad penicillium pelėsiai gamina antibiotiką. Jis reagavo į nepaaiškinamą stebėjimą kai kuriuose Petri lėkštelėse, apie kuriuos jis pastebėjo. Iki 13 metų 1941 m. Veiklioji medžiaga, kurią vadiname penicilinu, buvo izoliuota. Geriausi mokslininkai yra tie, kurie yra budrūs ir siekia juos suprasti. Nobelio prizai nėra skirti mokslininkams, kurie ignoruoja anomalijas. Jie eina į mokslininkus, kurie mato netikėtus rezultatus ir sako: „Ar? Tai juokinga! “Ir pabandykite išsiaiškinti, kas atsitinka nenumatytam stebėjimui.

Šioje erdvėje reikalaujama nuolankumo. Girdimas terminas „Fizikos įstatymai“ tarsi bausmė laukia visiems ar nieko, kas drįsta juos sulaužyti. Ir vis dėlto žinome, kad šie vadinamieji įstatymai gali būti tik realybės apytikslis, kurį riboja mūsų matavimo įrankių tikslumas ir eksperimentinis gebėjimas patvirtinti jų prognozes. Kiekvienas mokslininkas turi būti pasirengęs atsisakyti arba peržiūrėti naminių gyvūnų teoriją, jei matavimas ir stebėjimas prieštarauja jam.

Galbūt svarbesnis yra gebėjimas išlaikyti didelę riziką, didelį atsipirkimo tyrimą. Amerikos pramonė gali sau leisti rizikuoti, tačiau tvarios įmonės retai gali investuoti į labai ilgalaikius tyrimus. Rizikos kapitalas, nors ir istoriškai nori rizikuoti, ieško artimiausio laikotarpio pelno. Gebėjimas imtis ilgalaikės ilgalaikės naudos rizikos daugiausia priklauso vyriausybei. Jungtinės Valstijos gavo naudos iš tokio pobūdžio mokslinių tyrimų, kaip tai rodo Nacionalinės mokslo fondo (NSF), Išplėstinių mokslinių tyrimų projektų agentūros, Nacionalinių sveikatos institutų, nacionalinių standartų ir technologijų institutų mokslinių tyrimų programos, tarp daugelio kitos JAV vyriausybės remiamos mokslinių tyrimų programos.

Šioje srityje didžiausias vaidmuo tenka JAV Kongresui ir moksliniams tyrimams bei plėtrai. Pastaraisiais 70 metų svarbiausias mokslo ir technologijų pažangos šaltinis buvo nuoseklus ir vis didesnė parama pagrindiniams ir taikomiesiems moksliniams tyrimams bei pažangiam vystymuisi. Amerikos ekonomika buvo pasaulio pavydas, daugiausia dėl šio nuoseklaus ilgalaikio tyrimo ciklo ir jo taikymo artimiausiems produktams ir paslaugoms.

Nesėkmės svarba
Nesėkmė yra išminties mokslininkas pasaulyje. Kai mes darome prognozes ar sukuriame sistemas, pagrįstas mūsų teoriniais modeliais, turime būti pasirengę ir mokytis iš mūsų nesėkmių. Nesėkmės priežasties supratimas kartais yra dar svarbesnis už teigiamus rezultatus, nes jis gali sudaryti sąlygas gilesniam supratimui ir tikslesniems realybės modeliams. Mokslinėje įmonėje laisvė rizikuoti ir nesėkmės potencialas yra skirtumas tarp tiesioginio tobulinimo ir proveržio, kuris atveria naujas supratimo perspektyvas.

XIX a. Pabaigoje buvo manoma, kad visatos Niutono modelis buvo užbaigtas ir kad mes tik turime tiksliau matuoti fizines konstantas, kad galėtume daryti vienareikšmias prognozes. 1905 m. Keturi Einšteino dokumentai apie fotoelektrinį efektą, Browno judesį, specialų reliatyvumą ir masės energijos ekvivalentą (E = Mc2) susilpnino 20-ojo amžiaus pradžios fizikos pasitenkinimą. Jis parodė, kad grynai Niutono sąvokos buvo nepakankamos, kad būtų galima paaiškinti matuojamas pastabas. Jis dar labiau sustiprino savo poveikį 1915 m., Paskelbdamas savo monumentaliai svarbias bendrojo reliatyvumo lauko lygtis.

Atominės gamtos tyrimas paskatino plėtoti kvantinio lauko teoriją, prasidedančią 1920-aisiais. Pastangos suderinti savo itin prieštaringus, bet labai tikslius prognozes su Einšteino geometrine erdvės laiko teorija nepadarė akivaizdžių vaisių. Viso to ironija yra ta, kad dabar tikime, kad labai mažų fizika yra labai svarbi visatos tyrimui, nes ankstyvoji visata vadinamojo didžiojo sprogimo metu buvo tokia maža ir tanki ir karšta, kad Kvantiniai modeliai dominuoja savo elgesiu. Einšteino geometrinė teorija paprasčiausiai suskaido šiomis sąlygomis ir nepateikia jokių bandomojo naudojimo prognozių.

Jei per pastaruosius šimtus metų sužinojome ką nors, tai yra, kad žinome mažiau nei mes kažkada manėme, kad žinome apie mus supantį pasaulį. Mokslininkams tai tik reiškia, kad teritorija, kuri dar turi būti ištirta, yra tiesiog didesnė nei bet kada, ir šis atradimas laukia visais žingsniais.

Kompiuterijos vaidmuo
Richardas Hammingas yra legendinis skaitinis analitikas. Kaip jis pastebėjo: „Kompiuterijos tikslas yra įžvalgos, o ne skaičiai.“ Kompiuteriai, skaičiavimas, tinklų kūrimas ir keitimasis informacija per pastaruosius 50 metų tapo esminėmis mokslinių tyrimų erdvės dalimis. „World Wide Web“ ir aplink jį sukurtos paieškos sistemos pagerino mūsų gebėjimą dalytis ir atrasti informaciją ir potencialius mokslinių tyrimų partnerius pasauliniu mastu. Atsirado naujų disciplinų, tokių kaip skaičiavimo biologija, skaičiavimo chemija ir skaičiavimo fizika. Mes naudojame vis detalesnius ir tikslesnius modelius, kad galėtume daryti prognozes, kurias galime išbandyti laboratorijoje. 2013 m. Nobelio prizas chemijoje buvo skirtas trijų NSF finansuojamiems tyrėjams už jų molekulinių procesų modelius . Nuo „žurnalo“: „Šių metų prizas chemijoje buvo apdovanotas Martin Karplus, Michael Levitt ir Arieh Warshel už„ daugiaplanių metodų kūrimą sudėtingoms sistemoms “. Paprasčiau tariant, šie trys chemikai buvo pripažinti už jų kūrimą ir taikymą, kad imituotų molekulių elgseną įvairiose skalėse, nuo atskirų molekulių iki baltymų. “

Kompiuterijos taikymas moksliniams tyrimams yra renesansas, kurį iš dalies lemia didžioji skaičiavimo galios ir atminties, esančios debesų ir super skaičiavimo deriniuose, padidėjimas. „ Dideli duomenys“ tapo mantra, tačiau teisinga pasakyti, kad per pastaruosius kelis dešimtmečius mūsų sugebėjimas įsisavinti, analizuoti ir vizualizuoti didelius matuojamų ar apskaičiuotų duomenų kiekius labai pagerėjo. Dėl šių galimybių galime naudoti smulkesnius ir smulkesnius modelius, gerinti prognozių tikslumą ir savalaikiškumą. Kompiuterinė biologija gali lemti mūsų gebėjimą suprasti genetiką, epi-genetiką, proteomą ir floros svarbą mūsų virškinimo sistemose. Šiomis žiniomis mes padėsime žmonėms gyventi ilgiau, sveikiau ir produktyviau. Gebėjimas suprasti pasaulinius reiškinius naudos iš šio skaičiavimo renesanso.

Būčiau nepatenkintas jau nekalbant apie dalykų internetą . Bendrųjų įrenginių, kurie supa ir perfuzuoja mūsų visuomenę, tinklas greitai tampa realybe. Nuo buitinių prietaisų iki biuro įrangos, nuo pramoninės gamybos iki komunalinių paslaugų, nuo transporto priemonių iki asmeninės stebėjimo įrangos, mes gyvename vis labiau tinkluose. Mes apsupsime programinę įrangą. Labai svarbu, kad mes išmoktume kurti saugumą ir saugumą šiose sistemose ir suprasti bei sugebėti prognozuoti jų bendrą elgesį. Ši tendencija taip pat rodo mūsų šiuolaikinio pasaulio pažadą ir pavojų. Kibernetinis saugumas ir kibernetinė sauga turi lydėti vis didesnį kompiuterių, programuojamų prietaisų ir tinklų naudojimą, jei norime gauti grynąją naudą iš šių pokyčių.

Nanomedžiagos
Greta ir iš tikrųjų prisidedame prie skaičiavimo pajėgumų, mes randame vis didesnę reikšmę turinčią nanotechnologiją. Gamtoje nerandamos medžiagos pasižymi savybėmis (pvz., Nematomumu ir superlaidumu). Grafenas: anglies molekulių lakštai, sudaryti iš vieno atomo storio, šešiakampio, „vištienos vielos“, turi netikėtą potencialą pakeisti silicį tranzistoriuose, filtruoti nešvarumus iš vandens, atlikti šilumą ir perdaryti elektros energiją. Anglis tampa ir mūsų civilizacijos bête noir ir deus ex machina, priklausomai nuo to, ar ji yra anglies dioksidas, angliavandenilių kuras, ar anglies nanovamzdeliai!

Mokslo ir jo taikymo interesai ir siekimas
Plačiai ir teisingai pripažįstama, kad mokslas, technologijos, inžinerija ir matematika (STEM) yra pagrindas tobulinti ir išnaudoti mūsų supratimą apie tai, kaip mūsų pasaulis veikia. Nors yra nuolatinių nesutarimų dėl STEM apmokytų darbuotojų pasiūlos, gali būti nedaug abejonių, kad dėl šių įgūdžių vis didėja darbo jėgos poreikis.

Būdama naujausia kompiuterinių mašinų asociacijos (ACM) ir „Google“ personalo nario prezidentė, aš stipriai pritariau pasiūlymui, kad kompiuterių mokslas turėtų būti privaloma K-12 mokymo programos dalis. Kiekvienas studentas turėtų turėti tam tikrą poveikį programavimo sampratai, ne tik todėl, kad jis skatina loginį mąstymą, bet ir todėl, kad visiems svarbu suprasti ir įvertinti galimus visų programinės įrangos valdomų sistemų trūkumus. Kompiuterių mokslas turėtų būti traktuojamas lyginant su biologija, chemija, fizika ir matematika K-12 ir bakalauro studijų programose, o ne tik kaip pasirenkamieji, kurie neturi STEM kreditų.

Makerų judėjimas galbūt yra vienas iš svarbiausių, kylančių šiuolaikinės kultūros reiškinių. Iš naujo atrasti džiaugsmą ir pasitenkinimą, padedančią padaryti viską, prisideda prie amerikiečių susidomėjimo mažos apimties gamyba ir apdovanojimu. Vadinamųjų 3D spausdintuvų kūrimas pagreitino šį reiškinį. NSF aktyviai dalyvauja šiose iniciatyvose. Kartu su pažangiosios gamybos mokslinių tyrimų programomis, kurias iš dalies skatina „America COMPETES Act“ (2007 m. PL 110-69 ir 2010 m. PL 111-358) versijos, pažangios gamybos ir kūrėjų judėjimo galimybės gali atgauti Amerikos iniciatyvą ir susidomėjimą erdvė, istoriškai perėjusi iš kranto.

Savanoriškos programos, pvz., „Dean Kamen“ FIRST Robotics konkursai, yra tokių iniciatyvų banga, galinčios atgaivinti natūralius Amerikos jaunimo STEM interesus.

Kartais sakoma, kad mes visi esame gimę gamtos mokslininkai, tačiau mūsų švietimo sistema kartais sugeba sumažinti šį natūralų smalsumą su prastai sukonstruotais mokymo turinio ir pateikimo stiliais. Čia taip pat gali tekti atlikti kompiuterius ir tinklus.

Ankstyvą „Massive“, „Open Online“ klasių (MOOC) erdvę pradėjo dvi mano „Google“ kolegos Sebastian Thrun ir Peter Norvig. Bendradarbiaudami su Stanfordo universitetu, jie pasiūlė mokyti dirbtinio intelekto internetinį kursą. Tikėdamiesi, kad prisiregistruos ne daugiau kaip 500 žmonių, jie buvo apsvaiginti, kad surastų 160 000 žmonių. Kritikai pabrėžė, kad tik 23 000 baigė kursą, bet nepagrįstu jums pateikti bet kurio kompiuterių mokslų mokytojo, kuris mokė, kad daugelis studentų karjeros metu pamokė vieną klasę, pavyzdį!

Ankstyvos sėkmės MOOC sukėlė pagrįstą jaudulį ir formuoti pelno siekiančias ir ne pelno siekiančias pastangas šioje srityje. Vienu metu tarnauja dešimtys tūkstančių studentų klasių, MOOC ekonomika yra dramatiška ir įtikinama. 100 000 mokinių klasė, mokanti 10 dolerių, generuoja 1 mln. Dolerių pajamų! Akivaizdu, kad skalavimas yra pagrindinis sverto faktorius. Nors absoliučiai ne panacėja, galimybė teikti aukštos kokybės turinį ir individualų mokymąsi atitinkamose švietimo srityse turi transformacinį potencialą švietimo sistemai, kuri per pastaruosius 200 metų nepasikeitė.

Išvada
Mano nuomone, parama pagrindiniams ir taikomiesiems moksliniams tyrimams yra iš esmės pateisinama ne tik remiantis jos teikiama civiline ir ekonomine nauda, ​​bet ir pirmojo lygio supratimu, kad pagrindiniai moksliniai tyrimai yra didelė rizika, bet turi didelį potencialų atsipirkimą. Tik Vyriausybė turi gebėjimą išlaikyti tokias pastangas. Nacionalinis mokslo fondas buvo įkurtas 1950 m. Kongresas. Per pastaruosius 60 metų NSF sėkmingai rėmė mokslinių tyrimų įmonę per plačiai paprašytus pasiūlymus, gerai išbandytą tarpusavio vertinimo sistemą, specializuotus ir kvalifikuotus programų vadovus ir labai motyvuotus bei labai motyvuotus veiksmingą vadovavimą.

Kaip Nacionalinės mokslo tarybos narys, sužinojau, kad sėkmingos NSF remiamos mokslinių tyrimų pastangos priklauso nuo mokslinių tyrimų bendruomenės, Nacionalinio mokslo fondo personalo, vadovybės ir valdybos partnerių, taip pat Parlamento ir senato narių, kurie yra vienodai įsipareigoję pagrindinius ir taikomuosius tyrimus. „Vannever Bush“ gavo tiksliai savo orientyrų ataskaitą: „Science, The Endless Frontier“. Mokslas yra begalinė siena. Kuo daugiau mokomės, tuo daugiau žinome, kad nežinome, ir kuo daugiau turime mokytis ir žinoti daugiau.