العمل العلمي قديم. ما ينتظرنا بعد ذلك

أصبح العمل العلمي - في شكله الحديث - أحد الاختراعات التي سمحت بالتطور. قبل تطوير شكله في القرن السابع عشر ، تم نقل نتائج العمل بشكل خاص في رسائل ، بطريقة سريعة الزوال في المحاضرات ، أو كلها بكميات كبيرة - في الكتب. لم يكن هناك مكان للنقاش العام حول التقدم التدريجي. تركت المجلات مساحة على صفحاتها لوصف التجارب الفردية أو التقدم التقني الصغير ، حيث خلقت المجلات فوضى من علم موسع. منذ ذلك الحين ، بدأ العلماء يشبهون الحشرات الاجتماعية: لقد تقدموا باستمرار إلى الأمام ، مع صوت طنين مثل حزمة من النحل.

كانت الأعمال الأولى ، إلى حد ما ، أكثر قابلية للقراءة من أعمال اليوم. كانوا أقل تخصصًا وأكثر وضوحًا وقصرًا وأقل رسمية. اخترع Matanalysis قبل قليل فقط. يمكن احتواء مجموعة البيانات الكاملة حول الموضوع قيد الدراسة في لوحة على صفحة واحدة. تم إجراء جميع الحسابات المتعلقة بالنتائج يدويًا ، ويمكن أيضًا فحصها.

كلما أصبح العلم أكثر صعوبة ، كلما كان من الصعب الإبلاغ عن نتائجه. عمل اليوم أطول من أي وقت مضى ومليء بالمصطلحات الرمزية والتسميات الرمزية المختلفة. تعتمد على مجموعة من برامج الكمبيوتر التي تنتج البيانات وتنظف البيانات وتبني الرسوم البيانية وتعالج النماذج الإحصائية. وفي بعض الأحيان تتم كتابة هذه البرامج بلا مبالاة وتركّز على النتيجة بحيث تساهم أيضًا في أزمة التكرار - أي أن العمل لا يتماشى مع مهمته الرئيسية: الإبلاغ عن الاكتشاف الذي تم إجراؤه بسيط بما فيه الكفاية بحيث يمكن لشخص آخر القيام به أيضًا .

ربما يجدر إلقاء اللوم على عادة الورق التي تطبع عليها الأوراق. تتطور الأساليب العلمية بسرعة البرمجيات ؛ والأهم من ذلك ، يُطلب من الفيزيائيين وعلماء الأحياء والكيميائيين والجيولوجيين وحتى علماء الأنثروبولوجيا وعلماء النفس أن يكونوا قادرين على إتقان لغات البرمجة وحزم البرامج " الفهرسة ". وعلى الرغم من أن الطريقة الرئيسية لنقل النتائج العلمية لم تتغير خلال الـ 400 عام الماضية. بالطبع ، يمكن نشر العمل على الإنترنت - ولكن لا يزال النص والصور الموجودة على الصفحة.

ماذا سيحدث لو كنا نطور معيارًا للعمل العلمي من الصفر اليوم؟ تحدثت مؤخرًا مع بريت فيكتور ، الباحث الذي عمل في Apple على النماذج الأولية لواجهة المستخدم لجهاز iPad ، ويدير الآن مختبره الخاص في أوكلاند ، كاليفورنيا ، لدراسة مستقبل أنظمة الحوسبة. يعتقد فيكتور لفترة طويلة أن العلماء لا يزالون لا يستفيدون بشكل كامل من الكمبيوتر. وقال "إن الوضع لا يختلف كثيرا عن المطبعة وتطور الكتب". بعد غوتنبرغ ، تم استخدام المطابع بشكل أساسي لإعادة إنتاج خط الكتاب المقدس. مطلوب ما يقرب من 100 عام من التحسينات التقنية والمفاهيمية من أجل اختراع كتاب حديث. "كانت هناك فترة كاملة امتلك فيها الناس تقنية طباعة جديدة واستخدموها لإعادة إنتاج الوسائط القديمة."

أظهر فيكتور ما يمكن تحقيقه عندما أعاد صياغة مقال بمجلة كتبها دوناك واتس وستيفن ستروجاتز ، "الديناميكيات الجماعية لشبكات العوالم الصغيرة". اختارها لأنها واحدة من أكثر الأعمال التي يتم الاستشهاد بها في جميع العلوم ، ولأنها نموذج لعرض واضح للمعلومات. (يُعرف Strogac على أنه مؤلف عمود عناصر الرياضيات في اوقات نيويورك.)

وصف عمل Watts-Strogac الاكتشافات الرئيسية بنفس الطريقة التي فعل بها معظم الآخرين - في النصوص والصور والرموز الرياضية. ومثل معظم الأعمال ، يصعب استيعاب هذه الاكتشافات ، على الرغم من الوصف الواضح. كانت أصعب الأماكن للعمل هي تلك التي تصف الإجراءات أو الخوارزميات ، لأن القارئ كان عليه أن يأخذ "دور الكمبيوتر" ، كما قال فيكتور ، محاولًا أن يضع في اعتباره صورة ما يحدث ، من خلال خطوات الخوارزمية.

بعد مراجعة فيكتور ، بدأ النص التوضيحي بالتناوب مع الرسوم البيانية التفاعلية التي توضح كل خطوة. في هذا الإصدار ، كان من الممكن تتبع عملية الخوارزمية باستخدام مثال. يمكنك حتى السيطرة عليه.



أعجب ستروجاك بخيار فيكتور. أخبرني لاحقًا أنه يشعر بالأسف الشديد لأنه في الرياضيات لمئات السنين كان من التقليد كتابة الأعمال بشكل صارم ورسمي قدر الإمكان ، وغالبًا ما يتجاهل الإشارات المرئية التي يستخدمها علماء الرياضيات لإجراء اكتشافاتهم.

يدرس Stogac الديناميات والفوضى غير الخطية ، والأنظمة المعرضة للتزامن أو التنظيم الذاتي: وميض اليراعات ، وتدق المقاييس ، والنبضات الكهربائية لخلايا القلب. المفتاح هو أن هذه الأنظمة تعمل في دورات ، ويصور Strogac هذا من خلال نقاط في دائرة: عندما تعود النقطة إلى نقطة البداية ، فهي وميض يراعة أو تحريك خلية القلب. "منذ ما يقرب من 25 عامًا ، كنت أقوم بعمل رسوم متحركة صغيرة على الكمبيوتر للنقاط التي تعمل في دوائر ، مع ألوان تدل على تواترها ،" قال. قال: "الأحمر بطيئون ، البنفسج سريع ... كل هذه النقاط تدور على جهاز الكمبيوتر الخاص بي ، وأنا أقوم بذلك طوال اليوم". أنا أفضل بكثير في التقاط الأنماط في النقاط الملونة التي تعمل عبر الشاشة من 500 سلسلة زمنية. وبالمثل ، سأرى القليل ، لأنه في الواقع لا يبدو كذلك على الإطلاق. أنا أدرس العمليات الديناميكية ، لذا يجب أن يكون عرضهم ديناميكيًا أيضًا ".

البرامج وسائط ديناميكية ، لكن الورق ليس كذلك. وبهذا المعنى ، يبدو من الغريب أن دراسات مثل دراسات Strogac المكرسة للأنظمة الديناميكية غالبًا ما يتم توزيعها على الورق دون الاستفادة من نقاط الغزل - حيث كانت هذه النقاط بالضبط هي التي ساعدته على رؤية ما رآه ويمكنه مساعدته على الرؤية هذا للقارئ.

هذه هي مشكلة الاتصال العلمي بأكملها: اليوم ، غالبًا ما يتم العثور على النتائج العلمية باستخدام أجهزة الكمبيوتر. الأفكار معقدة وديناميكية ، ليس من السهل التقاطها بنظرة داخلية. وعلى الرغم من أن الأداة الأكثر شيوعًا لنشر النتائج تظل بتنسيق PDF - تحاكي حرفيا قطعة من الورق. ربما يمكننا التوصل إلى شيء أفضل.

نشر ستيفن ولفرام أول عمل علمي له في سن الخامسة عشرة. بحلول نهاية دراسته في المعهد ، كان قد نشر بالفعل 10 أعمال ، وبحلول سن العشرين ، في عام 1980 ، كان قد أكمل بالفعل درجة الدكتوراه في فيزياء الجسيمات في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. كان سلاحه الفائق هو الاستخدام النشط للكمبيوتر في تلك الأيام عندما اعتبر العلماء الأكثر جدية الحوسبة أقل من كرامتهم. وقال في مقابلة: "ربما في ذلك الوقت ، ربما استخدمت جبر الكمبيوتر في العالم". لقد كان الأمر مريحًا للغاية ، كان بإمكاني فقط إجراء جميع الحسابات على جهاز الكمبيوتر. لقد استمتعت بنشر الصيغ المزخرفة بشكل خاص في أعمالي العلمية ".

مع الطموح المتزايد لأبحاثه ، جلب البرامج الموجودة بشكل متزايد إلى حدود الإمكانيات. لمشروع واحد ، كان عليه استخدام ستة أدوات برمجيات مختلفة. قال: "قضيت الكثير من الوقت في ربط كل ذلك معًا". "وقررت أن أحاول إنشاء نظام واحد من شأنه أن يفعل كل ما أحتاجه - نظام يمكن أن ينمو إلى الأبد." وبدلاً من مواصلة أنشطته الأكاديمية ، قرر ولفرام إنشاء أبحاث ولفرام ، وجعل بيئة حوسبة مثالية للعلماء. كتب العنوان الرئيسي في مجلة فوربس في 18 أبريل 1988: "عالم الفيزياء يدخل إلى بيز" [عالم سحري ضرب الأعمال].

في وسط نظام Mathematica ، كما دعت الشركة منتجها الرئيسي ، هناك مفكرة تكتب فيها أوامر على سطر واحد وترى النتائج على خط آخر. اكتب "1/6 + 2/5" وسيعطيك "17/30". اطلب منه مضاعفة كثيرات الحدود ، وسوف يطيع. الرياضيات قادرة على التحليل ، نظرية الأعداد ، الهندسة ، الجبر. لديها وظائف لحساب التفاعلات الكيميائية وتصفية البيانات الجينية. تحتوي قاعدة بياناتها على جميع صور Rembrandt ، ويمكنها أن تعطيك رسمًا تخطيطيًا لانتشار لوحة الألوان الخاصة به في الوقت المناسب. تم تضمين نماذج من الميكانيكا المدارية في ذلك ، وسوف تكون قادرة على حساب مدى قدرة F / A-18 Hornet على التخطيط إذا كانت محركاتها متوقفة على ارتفاع 10000 كم. المفكرة في الرياضيات ليست مجرد سجل لحسابات المستخدم ، ولكن نسخة من محادثته مع أوراكل المعرفة. يدعو التنجستن دفاتر الملاحظات المكتوبة بعناية "مقالات حسابية".

كانت واجهة الكمبيوتر الدفتري من بنات أفكار Theodore Gray ، مستوحاة من العمل مع محرر الكود القديم لـ Apple. تسمح لك معظم بيئات البرمجة بتنفيذ التعليمات البرمجية سطرًا بسطر أو كلها مرة واحدة. يسمح لك محرر Apple بتحديد أي جزء من التعليمات البرمجية وتنفيذها فقط. نقل جراي هذه المفاهيم الأساسية إلى ماثماتيكا ، وقد ساعده على تحسين التصميم من قبل ستيف جوبز نفسه. تم تصميم المفكرة لتحويل البرمجة العلمية إلى تمرين تفاعلي يمكن من خلاله تصحيح الأوامر الفردية وإعادة تشغيلها عشرات ومئات المرات ، والتعلم من نتائج التجارب الحسابية ، مما يتيح لك الوصول إلى فهم أعمق للبيانات.

المفكرة جيدة بشكل خاص في التعامل مع مهامها بسبب قدرتها على رسم الرسومات والصور والصيغ الرياضية الجميلة ، على الرغم من حقيقة أن كل هذا يستجيب ديناميكيًا للتغييرات في التعليمات البرمجية. في Mathematica ، يمكنك إدخال التسجيل الصوتي وتطبيق مرشحات رياضية معقدة على التسجيلات الصوتية وتصور الموجة الصوتية الناتجة. من خلال سحب المعلمات بالماوس ، يمكنك تغيير مظهرها ومعرفة الفلاتر التي تعمل بشكل أفضل عند اللعب بها. يقول جراي إن قدرة الحزمة على التعامل بسهولة مع العديد من المهام الحسابية المختلفة في واجهة واحدة بسيطة هي نتيجة "قرون من العمل الحرفي للإنسان."

لقد كرر ولفرام الرؤية الكامنة وراء العمل عدة مرات في محاضراته ، ومداخلات بلوق ، والعروض التقديمية والنشرات الصحفية. ليس فقط صنع برامج جيدة ، ولكن إنشاء نقطة انعطاف في فئة العلوم نفسها. في منتصف القرن السابع عشر ، طور غوتفريد ليبنيز نظامًا من سجلات التكامل والمشتقات (المألوف ∫ و dx / dt) ، مما جعل الأفكار المعقدة للتحليل الرياضي ميكانيكيًا. يعتقد ليبنيز أن رموزًا مماثلة في تطبيق أوسع يمكن أن تخلق "جبرًا للأفكار". منذ ذلك الحين ، كان المنطقون واللغويون يحلمون بلغة عالمية يمكنها القضاء على الغموض وتحويل حل المشاكل المعقدة إلى نوع من التحليل.

تتكون مهنة Wolfram من المحاولات المستمرة لدمج جميع معارف العالم في Mathematica ، وفي وقت لاحق لإتاحتها من خلال Wolfram Alpha ، "محرك المعرفة الحسابية" للشركة ، وراء العديد من الفرص للإجابة على أسئلة المساعدين الإلكترونيين مثل Siri و Alexa. هذه هي محاولة Wolfram لإنشاء Interlingua ، وهي لغة برمجة مفهومة على حد سواء للأشخاص والآلات - الجبر لكل شيء.

المهمة طموحة بشكل مميز. في التسعينيات ، أثار وولفرام أحيانًا غضبًا من الجمهور بتعليقات مفادها أنه في عملية إنشاء شركته ، كان يعمل على مشروع علمي ثوري. نما التوقع. وأخيرًا ، وصل المشروع: كتابًا ضخمًا ، وسمك كتلة جمرة ، ونفس الوزن تقريبًا ، بعنوان أبدي: " علم من نوع جديد ".

وقد تبين أن هذه دراسة مفصلة أجريت باستخدام دفاتر Mathematica ، وهي أنماط معقدة بشكل مدهش تم إنشاؤها بواسطة أبسط العمليات الحسابية - الأتمتة الخلوية. أجريت الدراسة لمجرد البحث ، ومن أجل فهم كيف يمكن للقواعد البسيطة أن تولد ظواهر طبيعية معقدة - على سبيل المثال ، إعصار أو نمط صدفة من الرخويات. وقد رافقت هذه الدراسات ، التي نشرها ولفرام بدون تحرير مستقل ، تذكيرًا دائمًا بأهميتها.

كلما صادفت تنجستين ، كلما بدا وكأنه أسلوبه. في مقال له عام 1988 ، حاول فوربس الوصول إلى جذور هذه الظاهرة: "كما قال هاري وولف ، المدير السابق لمعهد الدراسات المتقدمة المرموق (في برينستون) ، حيث كان ولفرام أحد أصغر العلماء الكبار في سن 23 ، قال إنه "الصعوبات المزروعة في الشخصية ، مدعومة بشعور بالوحدة والعزلة والتفرد."

عندما أعلن أحد مساعدي ولفرام عن اكتشاف رياضي كبير في المؤتمر ، والذي كان جزءًا رئيسيًا من "نوع جديد من العلوم" ، هدد ولفرام بمقاضاته إذا تم نشر العمل. قال في ذلك الوقت: "في أي مجموعة بحثية جادة ، لن يُسمح للباحث الشاب بالتحدث عما يفعله الأقدم". انتقد علماء آخرون كتاب ولفرام الضخم لكونه يستند إلى أعمال أخرى ، لكنهم لم يذكروها. قال أحد الباحثين لمجلة التايمز للتعليم العالي في عام 2002: "يلمح إلى أنه مؤلف الأفكار الرئيسية التي كانت الفكرة المركزية لنظرية الأنظمة المعقدة على مدار العشرين عامًا الماضية".

يبدو أن الثناء على التنجستن يثير الدهشة لأنه اختياري تمامًا. إنجازاته تتحدث عن نفسها - إذا سمح لهم بذلك. حققت Mathematica النجاح فور إطلاقها تقريبًا. لقد انتظر المستخدمون منذ فترة طويلة مثل هذا المنتج ؛ في الجامعات ، أصبح البرنامج شائعًا مثل Microsoft Word. من ناحية أخرى ، استخدم ولفرام دخلًا ثابتًا لتوظيف مهندسين وخبراء إضافيين في مختلف المجالات ، وإطعام المزيد والمزيد من المعلومات لبرنامجه الذي لا يشبع. اليوم ، تعرف ماثيماتيكا عن تشريح القدم وقوانين الفيزياء ، والموسيقى ، ونظام الصنوبريات والمعارك الرئيسية في الحرب العالمية الأولى. ساعد ولفرام نفسه في تدريس برنامجه لكتابة الأرقام اليونانية القديمة.

كل هذه المعرفة "محسوبة". إذا كنت تريد ، يمكنك الإشارة مع x إلى موقع المعركة على Somme ، ومع y هطول الأمطار اليومي في عام 1916 ضمن دائرة نصف قطرها 50 كم من هذا المكان ، وستحسب Mathematica ما إذا كان هناك المزيد من الوفيات خلال معارك الحرب العالمية الأولى عندما كانت تمطر.



كتب ولفرام في مدونة على مدونة "لاحظت اتجاهاً مثيرًا للاهتمام". - اختر أي منطقة X ، من علم الآثار إلى علم الحيوان. ثم سيتم ربط "X الحسابي" به ، إما أنه موجود بالفعل ، أو يولد فقط. وهذا يعتبر مستقبل هذا المجال. "يجادل ولفرام بأنه كلما كان الخبراء في هذه المجالات أفضل في إتقان الطرق الحسابية ، زادت مساحة المجال المفتوح. يمكن أن يصبح الكمبيوتر المحمول في ماثيماتيكا مسرعًا للعلم ، لأنه يمكن أن يؤدي إلى نمط جديد من التفكير." الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو الملاحظة "يقول" كيف حدث نفس التحول الذي حدث في القرن السابع عشر ، عندما أتيحت الفرصة للأشخاص لقراءة السجلات الرياضية. يصبح هذا شكلًا من أشكال التواصل ، والذي يتميز بميزة مهمة للغاية - القدرة على بداية جديدة ".

الفكرة هي أن "العمل العلمي" من هذا النوع يمكن أن يكون له نفس الديناميكية التي أرادها Strogac و Victor - الرسوم البيانية التفاعلية التي تتخللها النصوص - مع الميزة المضافة التي مفادها أن جميع الشفرات التي تولد هذه الرسوم البيانية وجميع البيانات ستكون متاحة للقارئ الذين يمكنهم النظر إليهم واللعب معهم. "بصراحة ، عندما تكتب شيئًا بسيطًا ومفهومًا بلغة Wolfram في دفتر ملاحظات ، فلا مجال للخداع. هناك ما هو ، ويعمل بالطريقة التي يعمل بها. يقول ولفرام: لا توجد طريقة لتعديل النتيجة.

لكتابة عمل في دفتر Mathematica يعني الكشف عن نتائج وأساليب عملك ؛ والعمل العلمي وكل ما فعلته لكتابته. ونتيجة لذلك ، سيكون من الأسهل على القراء ليس فقط فهمه ، ولكن أيضًا إعادة إنتاجه (أو عدم إعادة إنتاجه). عندما يساهم ملايين العلماء حول العالم في العلوم تدريجيًا ، فإن الطريقة الوحيدة لتحويل كل هذا العمل إلى شيء مهم ستكون تمكين الآخرين من بناء شيء موثوق به على أساس هذه المساهمات. قال ولفرام: "هذا ما يمكن أن يحققه العمل العلمي الذي يتم في شكل مقالات حسابية".

يقول ولفرام إنه مندهش من أن مقالات الحوسبة لم تكتسب شعبية. يتذكر عمله مع Elsevier ، عملاق المنشورات العلمية ، في أوائل الثمانينيات. لقد استأجرتني Elsevier للتشاور بشأن شيء مثل "كيف سيبدو مستقبل المنشورات العلمية." كان هذا قبل ظهور دفاتر Mathematica ، لكنه دفعهم إلى التحدث من نفس المنطقة. "قبل بضع سنوات ، تحدثت مرة أخرى مع شخص من إدارة الشركة. وفي ذلك الاجتماع ، أدركت - يا إلهي ، قلت نفس الشيء بالضبط قبل 35 عامًا! "

تحدثت إلى ثيودور جراي ، الذي ترك ولفرام ريسيرش ليصبح كاتبًا. وقال إن عمله على الكمبيوتر المحمول على وجه الخصوص كان مدفوعًا بمشاعره ، التي تكونت بالفعل بشكل جيد بحلول التسعينيات ، "من الواضح أن جميع الاتصالات العلمية وجميع الأعمال الفنية التي تستخدم أي بيانات أو رياضيات أو نماذج أو رسوم بيانية أو مخططات أو شيء من هذا القبيل ، لا حاجة للنشر على الورق. لقد كان واضحا تماما بحلول عام 1990 ".

وقال: "على مدى السنوات الـ 29 الماضية ، حقيقة أنه باستثناء بعض الأشخاص الذين فهموا هذا ، فإن المجتمع ككل لم يتخذ هذا النهج ، كان ينظر إليه برعب ومفاجأة". "من المستحيل حرفياً حساب مقدار الضياع ، وكم الوقت الضائع ، وكم من النتائج يساء فهمها أو تحريفها."

في أوائل عام 2001 ، أدرك فرناندو بيريز أنه كان في نفس وضع ولفرام قبل 20 عامًا تقريبًا. كان فيزيائيًا خريجًا أوصل أدواته إلى حدود قدراتهم. استخدم مجموعة كاملة من الأنظمة ، ومن بينها Mathematica ، وبدا أن إكمال كل مهمة يتطلب التبديل من أداة إلى أخرى. يتذكر أنه على مكتبه وضع 6-7 كتب مختلفة حول البرمجة. أراد أن يخلق بيئة موحدة للحوسبة العلمية.

ولكن بدلاً من البدء في فتح شركة ، وجد عالمين ، أخصائي علم المحيطات الألماني وطالب دراسات عليا في علوم الكمبيوتر من Caltech ، الذين فكروا في نفس الاتجاه تقريبًا. وقعوا جميعًا في حب Python ، وهي لغة برمجة مفتوحة المصدر للأغراض العامة ، وبدأوا بشكل مستقل في إنشاء أدوات لها لتبسيط العمل مع اللغة للعلماء: الأدوات التي تبسط العمل مع مجموعات البيانات والرسوم البيانية ، وتشجيع المزيد من أنماط برمجة البحث .

أدخل بيريز ثلاثة مشاريع في مشروع واحد وسيطر عليه. منذ البداية ، كان مشروع IPython (أعني تفاعليًا) مفتوح المصدر. لم يكن البرنامج مجانيًا فقط ، يمكن لأي شخص دراسة رمزه وإصلاحه ، مما يجعل مساهمته في القضية المشتركة. تم اتخاذ هذا القرار عمدا. قال بيريز ، وهو مواطن من كولومبيا ، حيث كان الوصول إلى البرامج التجارية أكثر صعوبة ، "وكان لدي دافع معرفي": "كنت مهتمًا بالجانب الأخلاقي للقدرة على مشاركة عملي مع الآخرين". كان يعتقد أنه إذا كان العلم بحاجة إلى أن يكون مفتوحًا ، فيجب أن تكون الأدوات المستخدمة للعمل معه مفتوحة. البرمجيات التجارية ، التي لا يمكن قراءة رمزها المصدر بشكل قانوني ، كانت "نقيض لفكرة العلم" ، التي تهدف إلى فتح الصندوق الأسود للطبيعة.

لذلك ، تم استخدام Python. النسخة الأساسية للغة ليست قوية مثل لغة Wolfram ، التي تعمل عليها Mathematica. ولكن إذا استمدت Mathematica قدراتها من عمل جيش المبرمجين ، فإن العمود الفقري لـ Python مدعوم بمكتبة ضخمة من الميزات الإضافية - معالجة الصور ، وخلق الموسيقى ، والذكاء الاصطناعي ، وتحليل اللغة ، والرسوم البيانية - التي تم إنشاؤها بواسطة مجتمع من الأشخاص الذين يساهمون في المصدر المفتوح مجانًا. أصبحت Python المعيار الفعلي للحوسبة العلمية ، حيث قام مطورو البرامج مفتوحة المصدر مثل Perez بإنشاء أدوات مفيدة لها ؛ انجذبت Python إلى المطورين لأنها كانت المعيار الفعلي للحوسبة العلمية. مجتمعات لغات البرمجة ، مثل أي شبكة اجتماعية ، تزدهر أو تموت بفضل قوة حلقات التغذية المرتدة هذه.

تم أخذ فكرة واجهة المفكرة لـ IPython من Mathematica. أعجب بيريز كيف شجعت دفاتر Mathematica أسلوب البحث في العمل. "كان من الممكن رسم شيء ما ، لأن هذا هو سبب تفكيرك في مهمة ما ، هكذا تفهمها." تسلط دفاتر الحوسبة الضوء على فكرة السرد الحي. يمكنك التفكير في العملية واستخدام الكمبيوتر بشكل فعال ، إذا كنت ترغب ، كشريك في التفكير والحوسبة ".

بدلاً من تطوير تطبيق مستقل قائم بذاته ، ناهيك عن عمر الإنسان ، انضم فريق IPython - انضم بيريز إلى Brian Granger ، أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا بوليتكنيك في سان لويس أوبيسبو ومين ريغان كيلي ، قام مرشح العلوم من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي ، الذي يعمل في مجال الفيزياء الحاسوبية ، بعمل دفاتر ملاحظات على شكل صفحات ويب بسيطة. الواجهة تفتقر إلى جمال أعمال ستيف جوبز وتعقيدها. ولكن باستخدام الويب ، تلقى IPython وظائف إضافية مجانية: في كل مرة تطلق فيها Google أو Apple أو مبرمج عشوائي أداة رسم بيانية جديدة أو تنشر رمز رياضي محسن ، تم إرفاق هذا التحسين بـ IPython. قال بيريز: "لقد كان كل شيء جيدًا".

تم نشر العمل الذي يعلن عن أول اكتشاف مؤكد لموجات الجاذبية بالطريقة التقليدية ، في شكل ملف PDF ، ولكنه مكتمل مع دفتر ملاحظات IPython . في دفتر الملاحظات ، يمكنك تتبع كل الأعمال التي ولدت كل الرسوم البيانية للمقالة. يمكن للجميع تشغيل الكود بأنفسهم ، وتصحيحه ، كما يريدون ، والتلاعب بالحسابات من أجل فهم أفضل لكيفية عملهم. عند نقطة معينة في دفتر الملاحظات ، يصل السرد إلى الجزء الذي تتحول فيه الإشارة الناتجة عن موجات الجاذبية إلى صوت - ويمكنك تشغيلها في المتصفح ، والاستماع إلى ما سمعه العلماء لأول مرة ، والغرغرة من ثقوب سوداء متصادمة.



يقول ثيودور جراي عن مجموعة بيريز: "أعتقد أن المجتمع العلمي قد تبنى هذه الأداة ، وتعتبر بالفعل عالمية". "لكن الرياضيات لم تصل بعد إلى مثل هذا التبني." على Github في المجال العام نشرت بالفعل 1.3 مليون من هذه الدفاتر. يتم استخدامها من قبل Google و Bloomberg و NASA ؛ الموسيقيون والمدرسون والباحثون بالذكاء الاصطناعي ؛ و "في جميع بلدان الأرض تقريبًا".

في كل مرة ، تختار IPython مسار تطوير يتضمن شيئًا آخر ، ونتيجة لذلك ، لم يعد يسمى IPython. تم تغيير اسم المشروع إلى Jupyter في عام 2014 للتأكيد على أنه لا يعمل فقط مع Python. يشبه دفتر Jupyter دفتر Mathematica ، وهو مناسب لأي لغة برمجة فقط. يمكنك عمل مفكرة لـ Python أو C أو R أو Ruby أو JavaScript أو Julia. يمكن لأي شخص إنشاء دعم Jupyter للغة البرمجة الخاصة به. وهي مدعومة اليوم بأكثر من 100 لغة.

قال ثيودور جراي ، الذي صمم واجهة دفتر ملاحظات Mathematica الأصلي ، إنه حاول ذات مرة تقديم دعمه للغات برمجة أخرى من أجل التجربة. قال لي: "لم يحدث شيء من هذا". - لم تكن الشركة مهتمة بدعم ذلك. وإذا كنت بحاجة إلى دعم العديد من اللغات ، فلا يمكنك القيام بذلك بنفس الدقة. "

أصبح مقال إريك ريمون لعام 1997 بعنوان " الكاتدرائية والبازار " ، إلى حد ما ، الوثيقة الرئيسية لحركة المصادر المفتوحة الحديثة. وهو يرفض وجهة النظر القائلة بأن البرمجيات المعقدة تحتاج إلى بناء مثل الكاتدرائية ، "وضعت بعناية من قبل المعالجات الفردية أو فرق صغيرة من السحراء الذين يعملون في عزلة". علمته تجربة ريمون كواحد من مديري تطوير نواة لينكس أن "بازار صاخب ضخم مع أهداف ومناهج مختلفة" ، والذي يحدد مشاريع شفرة المصدر ، هو ميزة. وكتب "حقيقة أن أسلوب البازار هذا يعمل ويعمل بشكل جيد كان بمثابة صدمة". بمقاله ، حاول أن يشرح لماذا "لم يكن عالم لينكس لا يبتعد عن سوء الفهم فحسب ، بل يبدو أنه يتبع من إنجاز قوي إلى آخر بسرعة يصعب على بناة الكاتدرائية تخيلها."

الرياضيات كانت قيد التطوير قبل وقت طويل من تجربة Raymond Linux ، وكانت قيد التطوير منذ سنوات عديدة. هذه هي جوهر الكاتدرائية ، ولا يزال بناؤها متشككين في البازار. يقول جراي عن أنظمة مفتوحة المصدر: "هناك دائمًا مجال للفوضى". - عدد الأجزاء المتحركة ضخم ، والأجزاء المختلفة تتحكم في مجموعات مختلفة. لن تنجح أبدًا في جمعهم معًا في نظام متكامل بنفس الطريقة التي يمكن بها في منتج تجاري واحد ، مع المجنون الوحيد في الوسط ، إذا جاز التعبير. "

المهووس ، بطبيعة الحال ، هو ستيفن ولفرام. وأشار جراي إلى أن القطارات كانت تعمل في الموعد المحدد في عهد موسوليني. قال: "التشبيه سيئ ، لكنني مع وجود مجنون في الوسط". Mathematica Notebook هو منتج مصمّم بشكل أكثر تماسكًا ومصقولًا - في الغالب لأن كل قرار مر بعقل عبقري واحد. قال لي ولفرام: "رأيت هؤلاء الرجال من جوبيتر ، وهم في المتوسط ​​على مستوى ما كان لدينا في التسعينات". يقول قطعوا الزوايا. "ونحن نحاول حقًا القيام بذلك بشكل صحيح."

ولكن من الصعب على المجتمع العلمي الإعلان عن البرامج التجارية. على الرغم من أن Wolfram Research كانت توزع برنامجًا مجانيًا للمفكرة لسنوات ، وعلى الرغم من أن معظم الجامعات الكبرى لديها ترخيص يسمح لطلابها ومعلميها باستخدام Mathematica بحرية ، فقد يكون من الصعب على الناشرين إلغاء الاشتراك في تنسيق PDF المفتوح لصالح منتج تجاري. "حتى الآن الوضع هو هذا: إذا حاولت إرسال دفتر ملاحظات من Mathematica إلى المجلة ، فإنهم سيشتكون: ليس لدينا Mathematica ، هذا برنامج مكلف للغاية ، قدم لنا شيئًا أكثر قياسية."

لا يساعد ذلك أن ولفرام - سواء الشخص أو الشركة - يشيد بشكل متفوق بتفوق المنتج وضرورته ، حتى أنه يقارنه رمادي مع أتباع النادي الأهلي ، الذي لا يمكن أن يصمت. هذا بعد كل شيء نفس ستيفن ولفرام ، الذي أطلق على كتابه عن عمله على الأتمتة الخلوية ، "علم من نوع جديد". في مقاله عن العلوم الحاسوبية ، يكتب: "في قلب المقالات الحسابية تكمن فكرة التعبير عن الأفكار الحسابية باستخدام لغة Wolfram".



ربما يكون الأمر كذلك - ربما يمكن لأجهزة الكمبيوتر المحمولة أن تتجذر فقط إذا كانت مدعومة بلغة فائقة واحدة ، أو شركة ذات جيوب عميقة ومهتمة بشكل كبير بعملهم. ولكن من الممكن أن يكون العكس صحيحًا. قد تكون الجهود المتكاملة ، على الرغم من أنها أكثر فوضوية ، أكثر موثوقية ، وكذلك الطريقة الوحيدة لكسب ثقة المجتمع العلمي.

لا يلاحظ ولفرام الكثير خارج ولفرام ، وربما لهذا السبب لا يزال دفتر ماثيماتيكا غامضًا تمامًا ، ويبدو أن خصمه - وإن كان ثانويًا ومبسطًا ، ولكنه مفتوح - يغزو العالم.

سوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن تحل الحواسيب المحمولة محل PDF في المجلات العلمية ، لأن هذا سيعني تغييرًا في هيكل الحوافز للعلوم نفسها. حتى تبدأ المجلات في مطالبة العلماء بإرسال دفاتر الملاحظات إليهم ، وإلى أن يكون التوزيع المجاني لعملهم وبياناتهم وسيلة لكسب هيبة أو تلقي تمويل ، فمن المرجح أن يفعل الناس كل شيء كما كان من قبل.

تحدثت مع عالم أعصاب أصبح مبرمجًا وساهم في جوبيتر ، وأخبرني أن الأستاذ الذي رأس المختبر الذي كان يعمل فيه كان في الأصل عالمًا فيزيولوجيا كهربائية - قام بقياس نشاط الخلايا العصبية من خلال أقطاب كهربائية مزروعة. وقال: "إن الحصول على مثل هذه البيانات هو مشروع مكلف ومكلف" ، ولن يشاركه أحد على الإطلاق. "يمكنك جمع شريحة واحدة من البيانات ويمكنك معالجتها حتى نهاية حياتك المهنية."

كتب بيريز ، مؤسس جوبيتر ، في منشور على مدونة من عام 2013: "في هذه المرحلة ، لن يجادل أي شخص عاقل بأن ممارسة البحث العلمي تشهد تحولاً". يستخدم العلم بشكل متزايد الحوسبة والمهارات اللازمة ل يصبح عالما جيدا ، يصبح أكثر جاذبية في هذه الصناعة. تفقد الجامعات أفضل الأشخاص الذين ينظمون شركاتهم الناشئة ، بالإضافة إلى المغادرة إلى Google و Microsoft. وكتب قائلاً: "أمام عيني ، غادر العديد من الزملاء الموهوبين العالم الأكاديمي على مدى العقد الماضي ، يائسين ، ولا يمكنني أن أتذكر أيًا منهم لم يكن سعيدًا بهذا بعد سنوات عديدة".

أخبرني بيريز قصصًا عن العلماء الذين ضحوا بوظائف أكاديمية لتطوير البرمجيات ، نظرًا لأن تطوير البرمجيات لم يكن ذا قيمة في مجال دراستهم. كان مبتكر matplotlib ، وهو على الأرجح أداة الرسم الأكثر استخدامًا في الأوراق العلمية ، ما بعد الدكتوراه في علم الأعصاب ، لكنه اضطر إلى مغادرة العالم الأكاديمي من أجل الصناعة. حدث الشيء نفسه مع منشئ NumPy ، أداة الحساب العددي الشائعة الآن. قال بيريز: "تلقيت تعليقات لا لبس فيها من العديد من الزملاء وكبار الرفاق الذين قالوا: توقف عن فعل هذا ، أنت تقضي حياتك المهنية وموهبتك". دون إحراج ، نصحوني "بالعودة إلى الفيزياء والرياضيات وكتابة المقالات".

لكن أولئك الذين بقوا يحرزون التقدم. حصل بيريز مؤخرًا على وظيفة في قسم الإحصاء في بيركلي. بعد يوم واحد من محادثتنا ، كان من المفترض أن يعلم الطلاب الكبار حول علوم البيانات ، وفقًا لبرنامج مبني بالكامل على دفاتر Python و Jupyter. وقال "أعتقد أن نسخة هذه الدورة للطلاب الأصغر سنا جذبت 1200 طالب". "لقد كانت الدورة الأسرع نموا في تاريخ جامعة كاليفورنيا في بيركلي." وكل هذا يعتمد على أدوات مفتوحة المصدر ".

أولئك الذين يسعون إلى تحسين ممارسة الدراسات العلمية يحلمون أيضًا بتحسين نتائجهم. تسجيل Leibniz ، الذي جعل من السهل تسجيل التحليل الرياضي ، وسع مساحة ما يمكن تخيله. غالبًا ما تكون أكبر التحديات العلمية اليوم هي الألغاز الحسابية: كيفية دمج المليارات من القواعد المزدوجة في بيانات الجينوم ، و 10 أضعاف المزيد من بيانات البروتينات ، وبيانات المرضى التاريخية ، والنتائج الدوائية في قاعدة بيانات متماسكة لكيفية مرض شخص ما وما الذي يجب فعله لمساعدته؟ كيف يمكن ، عمليًا ، الاقتراب من تيار لا نهائي من البيانات الجديدة حول درجة الحرارة وهطول الأمطار ، وعلم المحيطات ، والنشاط البركاني والزلازل؟ كيفية إنشاء وفهم خرائط الروابط العصبية للعقل المفكر؟ إذا زودت العلماء بأجهزة الكمبيوتر الدفترية أو بعض الإصدارات الأكثر تقدمًا منها ، فقد يساعد ذلك على رفع أذهانهم إلى مستوى المشكلات غير المتاحة اليوم.

في مرحلة ما ، أخبرني بيريز أن مشروع جوبيتر كرم جاليليو - ربما أول عالم بالمعنى الحديث. شعار جوبيتر هو نسخة مجردة من رسومات غاليليو الأصلية التي تصور أقمار المشتري. قال بيريز: "لم يكن لدى جاليليو مكان للذهاب إليه لشراء تلسكوب". "كان عليه أن يصنع نفسه."