编者按:计算机和互联网的发明让普通人类可以获得远超以往的信息量,甚至每个人都可以利用自己的计算机助力外星人研究。他们是怎么做到的?SETI@home 是一项利用全球联网的计算机共同搜寻地外文明(SETI)的科学实验计划,由美国著名高等学府加州大学伯克利分校创立,中心平台设立在伯克利空间科学实验室(Space Sciences Laboratory, SSL)。志愿者可以通过运行一个免费程序下载并分析从射电望远镜传来的数据来加入这个项目。《大西洋月刊》发表了题为“A Brief History of SETI@Home”的文章,科普了这一项目的简史。

人类面朝黄土背朝天之余,也不忘抬头看看天空,那些星星的运动轨迹就是年岁的轮替,一年又一年里,人类观察天文而定历法,依天文而春种秋收。西方人在海上靠星光与灯塔确定航向,中国人更是发展出自己独特的农历纪年。

当文艺复兴时代来临,“地心说”早已不能自圆其说,布鲁诺为了更科学的“日心说”殒命于宗教压迫的业火;开普勒在数学的帮助下,把行星的运动以科学的形式描述;伽利略以望远镜为媒,说出了行星运行轨道的奥秘,因而遭受宗教迫害……

迫害何其多,但一代代伟人们依然向往天空和宇宙,飞机、射电望远镜、宇宙飞船等发明让人们更方便观宇宙之无穷。人类作为目前为止唯一存在于世间的智慧生物,孤独之余,也在寻找外星文明。但深空那么浩瀚,人们只能通过某些信号来判断某个星球上是否生存着智慧生物,这些信号如此庞大,需要多人、多机器处理。

计算机和互联网的发明让普通人类可以获得远超以往的信息量,甚至每个人都可以利用自己的计算机助力外星人研究。他们是怎么做到的?

1999年,互联网已经渗透到了人们生活的方方面面,AOL, Compuserve, mp3.com和AltaVista等网站和服务在调制解调器一次次的脉冲中发送、接受信息,最终把整个世界的信息都呈现在小小的电脑屏幕上。互联网的触角抵达了千家万户,一些科学家们认为来自银河系的信息间隔是有序的,它们包含了银河系本身。在这个千禧年来临之际,加州大学的研究人员们发布了一个全民科学程序——SETI@Home。

SETI@Home是这样的一个程序:一般情况下,电脑用户在一段时间不使用电脑之后,电脑会进入屏幕保护程序,电脑屏幕可能出现的是弹跳的艺术字、渐渐充满屏幕的三维金属管道、到处飞行的Windows标志,而安装了SETI@Home的电脑则会在待机的时候显示CPU用量以及一些数据分析,数据源自天文学家们对遥远星球的观测,包含可能的地外生命存在的证据。每台安装了SETI@Home的电脑都会从这些数据中挖掘可疑信号,比如说一两句外星人的“Hello”。任何联网的人都有发现地外文明存在的可能。

研究人员于1999年5月推出SETI@Home,他们当时预测可能会有千余人注册。外界不看好这一程序,他们甚至认为没人会加入。所有人都认为这一程序的前景黯淡,研究人员也就做出了一个稍显可怜的决定:设置单独的桌面程序,以此分发数据、回收分析。

但问题在于,人们对啥也不干,只是点点鼠标,就能用他们的个人电脑找到外星人这个设定简直不能更喜爱。研究人员就推出了SETI@Home这个程序,这个程序经过好几百万个用户一致注册。毫不意外,单独的桌面程序被挤爆了。SETI@Home出师未捷身先死,但幸运的是,当时还在的Sun Microsystems公司向研究方捐赠了电脑,为这一项目续了命。随后的几年里,超过四百万人使用了SETI@Home,他们一同形成了超强大的计算能力,甚至比过了2008年最先进的超级计算机。

但他们还是一无所获。

SETI和SETI@Home的原型

SETI已是明日黄花,已入垂暮之年。它的历史可以追溯到1960年,西弗吉尼亚州格林·班克有一台85英尺的射电望远镜,天文学家Frank Drake用它观测两颗类日星体,以确定它是否有智慧生命存在的迹象,即那些有规律的无线电信号,就好像我们广播站的低频广播或者以特定方式重复的光点。自那时起,科学家和工程师们就用射电和光学望远镜探索更广袤无际的太空,他们关注那些“窄带”广播、快速的砰砰声、长长的嗡嗡声、特殊图案,它们都能够从嘈杂的背景干扰音和恒星和超新星自有的信号当中被甄别出来。

SETI最难的部分在于,科学家们不知道外星人们生活在哪里,或者外星文明是否愿意跟我们交流。因此,他们不得不寻找一个能够与其他星系沟通的纽带。每个星系都以特殊的方式移动,所以,“我们唯一的办法就是增加计算能力”,伯克利大学SETI的首席教授、SETI@Home的联合创始人Dan Werthimer这样说。

70年代,Werthimer的同事发布了一个SETI项目——SERENDIP,他们的这一项目使用了项目大楼和隔壁大楼的计算机。某种程度上,这是SETI@Home等原型。数十年后,他们把目光转到了超级计算机,随后,他们把目光转向了你的个人电脑。

让我们拿大家的电脑分析数据吧

SETI@Home这个想法灵光乍现于西雅图的一个鸡尾酒会,在这个酒会上,计算机科学家David Gedye向朋友发问:如何提高公众对科学的兴趣?阿波罗计划当年完成的壮举,在今天能否用计算机来完成?Gedye畅想了“志愿计算”的想法,人们自愿将自己空闲时的电脑硬盘贡献出来,就像人们把空闲的汽车租给Turo用一样(但是SETI@Home非营利)。人们愿意在什么上出力呢?Gedye想到了《X档案》、UFO以及三流小报的头条,人们对此很有兴趣。“虽然这个兴趣存在误导性,但人们还是对它感兴趣”,Gedye在伯克利研究生院的咨询人David Anderson如是说。无论误导与否,这些令人感到有趣的兴趣始终都会是有趣的。

但Gedye不热衷于SETI,他热衷的是电脑,因此他也不知道一款全民科学程序应当如何运作。他联系了天文学家Woody Sullivan,Sullivan在西雅图的华盛顿大学工作,并把他引荐给了Werthimer,Gedye又拉来了Anderson,他们的征程就开始了。

Anderson当时干这一行,每天晚上都投入地写软件,这个软件可以从Arecibo射电望远镜中收集数据,把数据转化为可挖掘的片段,然后把数据分发至每台电脑,从而运行分析程序,再反馈回伯克利。这可不是个简单的事。

他们筹到了一些钱,行星协会贡献了5万,Paul Allen的公司给了1万。尽管如此,大部分的工作都是无偿的。出于必要性,他们雇佣了几个操作系统的专家来处理Windows和Macintosh的屏幕保护程序。“研发一种适用于世界上所有电脑都适用的程序还是有难度的”,Anderson说。

1999年5月17日,他们形成规模,不久之后,他们突飞猛进。这个世界中的数百万人类热切地寻找另一个世界中的“非人类”。

新千年的一个早晨,团队人员进入办公室查询记录,以确定这个数百万人的项目进行到了哪一步。在过去的24小时里,志愿者们实现了一台电脑需要一千年才能做到的事。“假如你是一个科学家,你灵光一现,但这个想法要花1000年,”Anderson说,“可能你立马就不干了。但我们做到了。”

自开始以来苦苦耕耘,他们第一次尝到了胜利的滋味。“这真的是事关生存的战斗,”Anderson说,“我们确实没有时间抬头看看自己已经完成了何等壮举。”

之后,当他们再一次抬起头看,SETI@Home论坛上有了不一样的东西,该项目的科学家、天文学家Eric Korpela说:“有人通过SETI@Home在一起了,这些都在一年之内发生。”

BOINC的诞生,自动匹配的高效分析

SETI的天文学家开始从其他大型射电望远镜中搜集更大量、更多元的数据,操作系统也渐渐升级,一些新型信号也被纳入考量,比如过去处理器记录的微弱但急促的脉搏一样的信号。为了适应这些变化,他们需要频繁升级软件。但是他们不可能每几个月就更新一次软件版本,还指望人们都能够下载最新版本的软件。

Anderson希望创造一个自动更新程序来解决这一问题,这一软件也兼容其他软件,非SETI系软件也能上传更新程序,并从中获得共享的计算能力。于是伯克利计算网络开源基础设施(BOINC)就这样诞生了。

如今,人们可以在电脑空闲时使用BOINC用于疟疾、癌症、艾滋病药物的开发;也可以运算蛋白质折叠过程,或是预测天气;甚至通过该程序,人们也可以探索引力波,或是模拟心电活动,或是其他30个项目。感谢把这一程序移植到GPU的游戏玩家,现在,人们可以在GPU上运行BOINC了,同样,人们也可以在安卓设备上运行BOINC了。将近50万用户目前用着这一软件,使整个系统的运行速度达到了1.9亿亿次每秒,相当于地球上排名第三的超级计算机的运行速度。

1999年来,家用计算机的运行速度已经增长了100倍,在数据分发方面,伯克利的分发速度提高了10倍。他们把BOINC作为提高带宽的一种选择,应用到德克萨斯高级计算中心和nanoHUB中,他们也让人们注册成为志愿者,告诉人们他们目前最重要的科研目标,在需要的时候,让志愿者的电脑自动地与程序匹配。就像科研版的OkCupid约会。BOINC和SETI@Home的运算能力就更上一层楼了。

我们一无所获,还是畅想一下怎么尬聊吧

但是,关键是电脑的运算能力太过强大,做了太多工作,以至于研究者们力有不逮。而且,数据库中还有志愿者们和电脑所没有分析到的70亿条可能的外星人信号,研究者们就面对着这些山一般的数据。

大多数都是人为干扰:短路电栅栏、机场雷达、XM卫星无线电或是微波炉打开了一秒。其他的干扰来自于随机噪音,但是合起来就可能是一条有意义的信号。正如Anderson所说:“随机噪音有这样的一条特性,即无论你在找什么,随机噪音都有可能显示出它的样子。如果你生成随机的字母,最终你会得到莎士比亚的完整作品。”还有某些干扰只是错误分类的自然信号。

Anderson还跟了Nebula项目,它会搜集成万上亿的数据库,消除干扰,选出最有可能的外星人信号。德国马克·普朗克引力物理研究所的四千台电脑帮助Anderson缩小外星人信号的数据定位。一旦某些疑似外星人信号出现,软件就会自动搜寻其他数据。它会在SETI@Home18年历史记录里搜寻,从Arecibo射电望远镜和其他望远镜的记录里搜寻(“突破听觉”项目以一亿启动资金寻找Vega星球,提供了其他望远镜)。那时信号也在那里吗?Korpela说:“我们有点儿希望外星人能够像灯塔一样发送持续的信号,这样,每次射电望远镜经过这一块太空时,我们就会接收到它。”

如果过去没有这片太空的信号记录,或是过去的信号显示出这片太空可能有生命,研究者们就会要求望远镜再次观测这一太空,要求SETI的同事们用他们管理的望远镜确认这一信号,它是否是某种持续的信号?是否是一个希望?是否是SETI和SETI@Home所长期以来秉持的那种希望:我们在茫茫宇宙中并不孤独。

然而目前并没有任何进展。Werthimer说:“我们一无所获,我们也从来没有那个机会让大家震惊,我们从来没有发现外星人。”

部分原因是SETI@Home正在搜寻广带信号,这些信号以极快的频率扩张,就像DIRETV的光谱那样。人类(广义上来说,所有文明)可以把更多信息更有效率地写入光谱中。如果目标是给他人传播信息,而不是在宇宙浩瀚的历史中写下“我们在这儿”的信息,广带是最佳途径。SETI的科学家们都是这么想的:“我们一直在寻找有目的的、明确的信号,它是简洁精确的。但是我们还没有任何发现,这也许表明根本就没有地外文明。地外文明通讯kennel只针对自己文明的成员,这种情况下,他们更像是在使用DIRECTV这样的信号,而我们只可能从他们的通讯线路当中发现一点点泄露的信号。”

Werthimer说:“如果真的有高等文明,他们联系我们简直易如反掌,他们可能就直接降落到白宫,好吧也许不是这个白宫。但是他们好歹也会给正在观察的Frank Drake发射那么一两个信号。我看不出来他们为啥让我们这么死命地找他们。”

可能人类和电脑得去窃听那些并非发送给我们的信号吧,就是那些外星人内部的交流信号,然后我们就对他们说:“呃,抱歉,并非有意打扰,但是,呃,我好像不由自主地听了许多……”而因为SETI@Home和BOINC的存在,也许就是你的电脑开启了上述尬聊。

编译组出品。编辑:郝鹏程

开电脑与外星人尬聊?搜寻地外文明项目SETI@home的极客简史

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