FoodPro Preloader

Vinton G. Cerf: "Verdien av investeringer fra den amerikanske regjeringen kan ikke overføres"


Torsdag 17. juli var det fire vitenskapseksperter som var vitne til US-senatetskomiteen for handel, vitenskap og transport, "The Federal Research Portfolio: Capitalizing on Investments in R & D." Høringen vurderte den føderale regjeringens rolle i forskning og utvikling (FoU), og landets STEM utdanning og oppsøkelsesinitiativer. D

Torsdag 17. juli var det fire vitenskapseksperter som var vitne til US-senatetskomiteen for handel, vitenskap og transport, "The Federal Research Portfolio: Capitalizing on Investments in R & D." Høringen vurderte den føderale regjeringens rolle i forskning og utvikling (FoU), og landets STEM utdanning og oppsøkelsesinitiativer.

Deltakere i Capitol-hørselen var Mariette DiChristina, sjef og senior vice president for; Vinton G. Cerf, datavitenskapsmann, Googles internetevangelist og en av fedrene til Internett; Neal F. Lane, tidligere direktør for Hvite husets kontor for vitenskap og teknologi; og Stephen E. Fienberg, professor i statistikk og samfunnsfag ved Carnegie Mellon University.

Kjenne til behovet for langsiktige investeringer i vitenskap og teknologi, passerte kongressen America COMPETES Acts fra 2007 og 2010 for å øke de føderale FoU-budsjettene betydelig, for å fremme STEM (vitenskap, teknologi, ingeniørfag og matematikk) utdanning og for å støtte innovasjonen som er nødvendig for økonomisk vekst.

Nedenfor er den fulle teksten til det skriftlige vitnesbyrdet av Vinton G. Cerf.

Styreformann Rockefeller, Rangering Medlem Thune, medlemmer av komiteen, utmerkede panelister og gjester, jeg er beæret og glad for å ha denne muligheten til å delta i en høring om et tema som jeg er lidenskapelig og forpliktet til: grunnforskning. Det er ingen erstatning for dyp forståelse av naturlige og kunstige fenomener, spesielt når vår nasjonale og globale velvære er avhengig av vår evne til å modellere og gjøre spådommer om dem. Det ville være vanskelig å overvurdere fordelene som har blitt realisert fra investeringer fra den amerikanske regjeringen og amerikansk industri i forskning.

Jeg er sikker på at hvert medlem av denne komiteen er godt kjent med det grunnleggende vitenskapelige paradigmet: Teorier er utviklet for å forklare observasjoner eller å spekulere på hvordan og hvorfor ting kan fungere. Eksperimenter utføres for å validere eller motbevise teoriens spådommer. Teorier revideres basert på eksperimentelle resultater.

Grunnleggende og anvendt forskning
Mens det primære fokuset på oppmerksomhet i dette panelet er på grunnforskning, føler jeg meg tvunget til å observere at grunnleggende og anvendt forskning går hånd i hånd, informere og stimulere hverandre i et uendelig Yin og Yang-partnerskap. På enkelte måter er anvendt forskning en form for validering fordi suksessen (eller feilen) av søknaden kan styrke eller motsette de teoretisk forutsagte resultatene og den underliggende teorien. Grunnforskning forsøker å forstå og anvendt forskning forsøker å gjøre, og ofte må man forfølge både i arbeidet med å avdekke ny kunnskap.

Jeg vil gjerne bruke Internett som et eksempel på anvendt forskning for å gjøre flere poeng. Internett ble først oppfattet av Bob Kahn i slutten av 1972. Han og jeg jobbet sammen om ideen i 1973, og publiserte det første papiret om utformingen i mai 1974. Den ble lansert operativt 1. januar 1983. Sponset av US Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), trakk Internett sterk motivasjon fra sine tidligere og svært vellykkede ARPANET og senere Packet Radio og Packet Satellite-prosjekter. Packet Satellite-prosjektet trekker også delvis på resultatene fra et annet prosjekt som heter ALOHAnet, som ble sponset av US Air Force Office of Aerospace Research (SRMA) og DARPA. NSF var en stor bidragsyter til internettets utvikling og dramatiske ekspansjon i det akademiske samfunnet med sitt NSFNET-prosjekt som knyttede NSFs superdatamaskiner med forskningsmiljøet. Institutt for energi ESNET og NASA Science Internet (NSINET) legger til energien som driver denne utviklingen.

For det første kan vellykkede anvendte forskningsprosjekter som Internett ta lang tid å modne. Det var ti år fra oppfattelsen til distribusjonen av systemet og krevde vedvarende finansiering og fortalte under og etter den perioden, for ikke å si noe om forskning og eksperimenter som foregikk det.

For det andre, mens det først og fremst var et teknisk og anvendt forskningsprosjekt, fortsatte systemet og fortsetter nå å skape nye teoretiske og analytiske utfordringer. Vi utvikler fortsatt teorier og modeller for oppførselen til dette komplekse, voksende og utviklende systemet når vi måler, observerer og analyserer ytelsen. Internett-applikasjonene fortsetter å drive forskning som er rettet mot å forstå og forbedre driften eller å finne frem til noe bedre.

For det tredje har serendipity spilt en viktig rolle i utviklingen av internettets funksjonalitet og applikasjonene den støtter. Nettverksbasert elektronisk post oppstod som et stort, men ikke-planlagt søknad på ARPANET. World Wide Web (WWW) ble opprinnelig oppfattet i 1989 for å støtte deling av forskningsartikler i partikkelfysikk ved Senter for europeisk kjerneforskning (CERN). Det spredte seg raskt på Internett etter introduksjonen av MOSAIC-nettleseren av NSFs Nasjonalt Senter for Supercomputer Applications (NCSA) ved University of Illinois i Urbana-Champaign i slutten av 1992 og etableringen av Netscape Communications Corporation i 1994. WWW har bli den mest brukte applikasjonen på Internett. Selv om WWW ble utviklet for en bestemt applikasjon, har dens allminnelighet, og den underliggende Internett, skapt betingelsene for en koloskopi av nye bruksområder som fortsatt oppfinnes daglig.

Forskning tar tid
Validering av grunnforskning kan også ta lang tid. Begrepet inflasjon av det tidlige universet venter fortsatt tilfredsstillende bekreftelse. Postet av Alan Guth (blant andre) rundt 1974, viser årets nylige resultater, fra målinger tatt av BICEP2-eksperimentet, bevis på at denne teorien er riktig, men det er betydelig debatt om tolkningen av målingene. Mens samfunnet venter på ytterligere bekreftelse eller tilbakekalling av eksperimentell validering av målingene, er det viktig å innse at midlene for å samle potensielt validerende eksperimentelle data tok 30 år for å oppnå modenhet. En lignende observasjon kan gjøres for nylig oppdagelse av en Higgs boson av Large Hadron Collider teamet på CERN. Peter Higgs og hans kolleger postulerte eksistensen av denne grunnleggende partikkelen og tilhørende felt rundt 1964, men det har tatt 50 år for eksperimentell kapasitet til å teste denne teorien for å nå det punktet hvor slike tester kunne gjennomføres.

Det er risikabelt: Det er ingen garantier
Det er verdt å pause et øyeblikk for å sette pris på at forskning, av sin natur, ikke alltid kan garantere resultater. Dessuten kan resultatene noen ganger komme i form av overraskelser. Et kanonisk eksempel er funnet av Alexander Fleming i 1928 at penicilliumformen produserer et antibiotika. Han reagerte på en uforklarlig observasjon i noen petriskåler han skjedde å legge merke til. Det var ikke før 13 år senere i 1941 at den aktive forbindelsen vi kalte penicillin ble isolert. De beste forskerne er de som er oppmerksomme på uregelmessigheter og forsøker å forstå dem. Nobelprisene går ikke til forskere som ignorerer anomalier. De går til forskerne som ser uventede resultater og sier, "va? Det er morsomt! "Og prøv å finne ut hva som står bak en uventet observasjon.

Ømlighet er krevd i dette rommet. Man hører begrepet "Physics laws" som om straffen venter på noen eller noe som tør å bryte dem. Og likevel, vi vet at disse såkalte lover kan være bare tilnærminger til virkeligheten - begrenset av nøyaktigheten av våre måleverktøy og eksperimentell kapasitet til å validere sine spådommer. Hver forsker må være forberedt på å kaste bort eller revidere kjæledyrsteori dersom måling og observasjon motsetter det.

Kanskje viktigere er evnen til å opprettholde høy risiko, høy lønnsforskning. Amerikansk industri har råd til å ta litt risiko, men bærekraftig virksomhet er sjelden i stand til å investere i svært langsiktig forskning. Venturekapital, mens den er historisk villig til å ta betydelig risiko, ser etter nærtidsutbetalinger. Evnen til å ta langvarig, langsiktig risiko for potensiell langsiktig fordel faller i stor grad til regjeringen. USA har dratt nytte av å underskrive denne typen forskning, som eksemplifisert av forskningsprogrammer fra National Science Foundation (NSF), Forsvarsforskningsprosjektet, National Institutes of Health, National Institutes of Standards and Technology, blant mange Andre amerikanske myndigheter støttet forskningsprogrammer.

På dette området har den amerikanske kongressen og komiteene fokusert på vitenskapelig forskning og utvikling de største rollene å spille. Konsekvent og økende støtte til grunnleggende og anvendt forskning og avansert utvikling har vært kilden til de fleste store fremskritt innen vitenskap og teknologi de siste 70 årene. Den amerikanske økonomien har vært misunnelse av verden, i stor grad på grunn av denne konsekvente syklusen av langsiktig forskning og dens anvendelse på nærtidsprodukter og tjenester.

Viktigheten av feil
Mislykket er vismannen til visdom i den vitenskapelige verden. Når vi gjør spådommer eller bygger systemer basert på våre teoretiske modeller, må vi være forberedt på og lære av våre feil. Å forstå årsaken til svikt er noen ganger enda viktigere enn positive resultater, siden det kan bane vei for langt dypere forståelse og mer presise virkelighetsmodeller. I det vitenskapelige foretaket gjør friheten til å ta risiko og akseptere muligheten for svikt å gjøre forskjellen mellom bare gradvis forfining og gjennombrudd som åpner nye perspektiver for forståelse.

På slutten av 1800-tallet ble det antatt at den newtonske modellen av universet var fullført, og at vi bare trengte å måle de fysiske konstantene mer nøyaktig for å kunne uttømme forutsetninger. I 1905 brøt Einsteins fire papirer om den fotoelektriske effekten, brune-bevegelsen, spesiell relativitet og massenergi ekvivalens (E = Mc2) selvtilfredsheten til tidlig 1900-tallets fysikk. Han viste at rent newtonske forestillinger var utilstrekkelige for å forklare målte observasjoner. Han forsterket sin innflytelse i 1915 med utgivelsen av hans monumentalt viktige feltekvasjoner av generell relativitet.

Forskning i atomets natur førte til utviklingen av kvantfeltteori som begynte på 1920-tallet. Forsøk på å forene sine ekstremt motintuitive, men ekstremt nøyaktige spådommer med Einsteins geometriske teori om romtid har ikke båret påviselig frukt. Ironien av alt dette er at vi nå tror at fysikken til de aller små er ekstremt relevant for universitetsstudiet som helhet fordi det tidlige universet i øyeblikket av den såkalte Big Bang var så liten og tett og varm at Kvante modeller synes å ha dominert sin oppførsel. Einsteins geometriske teori bryter helt enkelt ned under disse forholdene og gir ingen spådommer om testbar bruk.

Hvis vi har lært noe i løpet av de siste hundre årene, er det at vi vet mindre enn vi en gang trodde vi visste om verden rundt oss. For forskere betyr dette bare at territoriet ennå ikke skal utforskes, er rett og slett større enn noensinne, og den oppdagelsen venter oss på hver tur.

Datamaskinens rolle
Richard Hamming er en legendarisk numerisk analytiker. Som han påpekt: ​​"Formålet med å beregne er innsikt, ikke tall." Datamaskiner, beregning, nettverk og informasjonsdeling har blitt viktige deler av forskningslandskapet de siste 50 årene. World Wide Web og søkemotorene som har utviklet seg rundt det, har forbedret vår evne til å dele og oppdage informasjon og potensielle forskningspartnere på en global skala. Nye disipliner har dukket opp som beregningsbiologi, datakjemi og beregningsfysikk. Vi bruker stadig mer detaljerte og nøyaktige modeller for å lage spådommer som vi kan teste i laboratoriet. Nobelprisen i 2013 gikk til tre NSF-finansierte forskere for sine modeller av molekylære prosesser. Fra theblog: "... årets pris i kjemi har blitt tildelt Martin Karplus, Michael Levitt og Arieh Warshel for deres utvikling av" multiscale metoder for komplekse systemer ". Mer enkelt sagt, disse tre kjemikere har blitt anerkjent for deres utvikling og anvendelse av metoder for å simulere molekylers oppførsel i forskjellige skalaer, fra enkle molekyler til proteiner. "

Det er en renessanse i anvendelsen av databehandling til forskning, delvis drevet av den enorme økningen i beregnende kraft og minne funnet i kombinasjoner av sky og supercomputing. " Store data" er blitt en mantra, men det er rimelig å si at vår evne til å absorbere, analysere og visualisere store mengder målt eller beregnet data har forbedret seg dramatisk de siste tiårene. Vi kan bruke finere og finere kornede modeller, forbedre nøyaktigheten og aktualiteten til spådommer, takket være disse evnene. Beregningsbiologi kan føre til gjennombrudd i vår evne til å forstå genetikk, epi-genetikk, proteomet og betydningen av flora i fordøyelsessystemene våre. Med denne kunnskapen vil vi hjelpe folk til å leve lenger, sunnere og mer produktive liv. Vår evne til å forstå globale fenomener vil ha nytte av denne beregningsrevennligheten.

Jeg ville være remiss for ikke å nevne Internett av ting som er fort på oss. Nettverket av felles enheter som omgir og perfeksjonerer vårt samfunn, blir raskt til virkelighet. Fra husholdningsapparater til kontorutstyr, fra industriell produksjon til verktøy, fra transport kjøretøy til personlig overvåking utstyr, vil vi leve i en stadig mer nettverk verden. Vi blir omringet av programvare. Det er viktig at vi lærer å designe sikkerhet og sikkerhet i disse systemene, og å forstå og kunne forutsi deres samlede oppførsel. Denne trenden illustrerer også løftet og faren i vår moderne verden. Cyber-sikkerhet og nettverkssikkerhet må følge vår økende bruk av datamaskiner, programmerbare enheter og nettverk hvis vi skal få netto nytte av denne utviklingen.

Nanomaterialer
Ved siden av og faktisk bidra til beregningskapasitet finner vi nano-teknologi av økende betydning og verdi. Materialer som ikke finnes i naturen har egenskaper som tåler intuisjon (f.eks. Usynlighet og superledningsevne). Grafene: Kullmolekyler, utstyrt med en-atom-tykk, sekskantet "kyllingetråd" -mote, har uventet potensial for å erstatte silisium i transistorer, for filtrering av urenheter fra vann, for å lede varme og superledende elektrisitet. Karbon blir både bête noir og deus ex machina av vår sivilisasjon, avhengig av om det er i form av karbondioksid, hydrokarbonbrensel eller karbon nanorør!

I Vitenskapens Interesse og Forfølgelse og Anvendelse
Det er allment og riktig verdsatt at vitenskap, teknologi, ingeniørfag og matematikk (STEM) danner grunnlag for å forbedre og utnytte vår forståelse av hvordan fenomenene i vår verden fungerer. Mens det er vedvarende kontrovers med hensyn til tilbudet av STEM-utdannede arbeidstakere, kan det være liten tvil om at det er økende etterspørsel i arbeidsstyrken for disse ferdighetene.

Som nylig president i Association for Computing Machinery (ACM) og et medlem av Google-stab har jeg vært sterk forutsetning for forslaget om at datavitenskap skal være en nødvendig del av K-12 læreplanen. Hver student bør ha noen eksponering for begrepet programmering, ikke bare fordi det fremmer logisk tenkning, men også fordi det er viktig for alle å forstå og sette pris på de potensielle svakhetene i alle programvarestyrte systemer. Datavitenskap skal behandles på nivå med biologi, kjemi, fysikk og matematikk i K-12 og lavere læreplaner, ikke bare som et valgfelt som ikke har STEM-kreditt.

Skaperenes bevegelse er kanskje et av de viktigste, fremvoksende fenomenene i den moderne kulturen. Gjenoppdagelsen av glede og tilfredsstillelse med å gjøre ting bidrar til en gjenfødelse av amerikansk interesse for småskala produksjon og stolthet over håndverk. Utviklingen av såkalte 3D-skrivere har akselerert dette fenomenet. NSF er sterkt involvert i disse initiativene. I kombinasjon med forskningsprogrammer innen avansert produksjon, stimulert delvis av versjoner av America COMPETES Act [PL 110-69 av 2007 og PL 111-358 av 2010), har avansert produksjon og makerbevegelsen potensial til å gjenvinne amerikansk initiativ og interesse for et rom som historisk hadde flyttet utenfor kysten.

Frivillige programmer som Dean Kams FIRST Robotics-konkurranser er representative for en bølge av slike tiltak som har potensial til å gjenopplive de naturlige STEM-interessene til amerikansk ungdom.

Det er noen ganger sagt at vi alle er fødte naturforskere, men at vårt utdanningssystem iblant klarer å ødelegge denne naturlige nysgjerrigheten med dårlig konstruert læreplaninnhold og presentasjonsstil. Datamaskiner og nettverk kan også ha en rolle å spille her også.

En tidlig foray i Massive, Open, Online Classes (MOOCs) plass ble gjennomført av to av mine Google-kolleger, Sebastian Thrun og Peter Norvig. De foreslo å undervise i et online kurs i kunstig intelligens, i samarbeid med Stanford University. Forvente at det ikke var 500 mennesker å melde seg på, var de bedøvet for å finne 160.000 mennesker hadde søkt å ta klassen. Kritikere påpekte at bare 23 000 fullførte kurset - men jeg oppfordrer deg til å gi et eksempel på en hvilken som helst lærer innen datavitenskap som hadde lært at mange studenter i løpet av en karriere enn si en klasse!

Den tidlige suksessen til MOOC har generert en forsvarlig spenning og dannelse av for-profit og non-profit-innsats i dette rommet. Ser på klasser av titusenvis av studenter om gangen, økonomien i MOOC er dramatisk og overbevisende. En klasse på 100 000 studenter, som betaler $ 10 hver, genererer $ 1M i inntekter! Vanligvis er skaleringen nøkkelfaktor. Selv om det ikke er et paradigme, har potensialet for å levere høykvalitets innhold og individuell læring i aktuelle utdanningsområder et transformativt potensial for et utdanningssystem som ikke har endret seg mye de siste 200 årene.

Konklusjon
Støtten til grunnleggende og anvendt forskning er etter min mening fundamentalt forsvarlig basert ikke bare på de sivile og økonomiske fordelene den har gitt, men også på grunnnivå forståelse for at grunnforskning er høy risiko, men har et høyt potensielt utbytte. Bare regjeringen har kapasitet til å opprettholde denne typen innsats. National Science Foundation ble grunnlagt av kongressen i 1950. NSF har i løpet av de siste 60 + årene støttet den vitenskapelige forskningsvirksomheten med velkrevne forslag, et godt testet peer review system, dedikert og godt kvalifisert programledere og sterkt motivert og høyt effektivt lederskap.

Som medlem av National Science Board har jeg lært at vellykket vitenskapelig innsats støttet av NSF stole på et partnerskap blant forskningsmiljøet, National Science Foundation-staben, ledelsen og styret, og medlemmer av Huset og Senatet som er like engasjert til grunnleggende og anvendt forskning. Vannever Bush fikk det akkurat i sin milepælrapport: Science, The Endless Frontier. Vitenskapen er en uendelig grense. Jo mer vi lærer, jo mer vet vi at vi ikke vet, og jo mer må vi dedikere oss til å lære og vite mer.

Kilde for novel fugleinfluensa utbrud bestilt urentMaterialet forblir: Den evige utfordringen av søppelGolfbane som naturreservat: et sted for tiger og amfibierGiant Waves ødelegger raskt arktiske is og økosystemerGravity Measurements Bekreft Grønlands Glacier Precipitous MeltdownAmerikanske klimatdiplomater får fornyet sjanse til å finne felles jord med allierteFå feilene av genetisk modifiserte avlingerOverflodserfaring øker klimaendring