Sådan fungerer Living Earth-simulatoren

Fordums konger vidste vægten af ​​deres beslutninger. De vidste, at alle deres valg sendte krusninger gennem kongeriget, og at et enkelt dekret på dårligt tidspunkt kunne udløse en række ustoppelige, overlappende begivenheder. Et valg kan garantere en varig fred, mens et dusin andre kan føre til deres egen væltede trone.

Og derfor vendte disse konger sig til tegn og troldmænd – folk, der hævdede en særlig viden om fremtidige begivenheder.

"Se ind i morgendagen og rådgiv mig i dag," kan en konge befale. "Afslør for mig virkningerne af mine beslutninger, så jeg sikkert kan navigere i de kommende dage, måneder og år."

Men selvfølgelig havde kongens rådgivere trods alle deres trolddom og bønner ingen sand indsigt i fremtidige begivenheder. I bedste fald forstod de blot ebbe og strøm af politik eller den offentlige mening. I værste fald var de charlataner.

Hvis bare der var en måde at teste en beslutning om en separat, identisk verden - en kompleks model af virkeligheden, hvor selv de mest katastrofale valg udspillede sig i ren simulation. En leder kunne fifle med en ny lov eller økonomisk politik i sikker isolation af en simuleret virkelighed, før han faktisk introducerede den til borgerne. Virksomheder kunne måle offentlighedens interesse for et nyt produkt. Designere kunne fejlfrit forudsige næste sæsons modetrends.

Ikke længere domænet for imagined fantasy, sådanne simuleringer er nu inden for vores rækkevidde, takket være moderne data mining og computerteknologi. Faktisk er det internationale hold af videnskabsmænd med Fremtidens informations- og kommunikationsteknologier (FutureICT ) Projekt har til hensigt at bygge det.

De kalder det Living Earth Simulator, og som vi vil diskutere i denne artikel, sigter FutureICT på at simulere alle aspekter af verden omkring dig, fra Wall Street og Paris catwalks til blomstrende jungleøkosystemer og de mørkeste havdybder.

1. En verden af ​​simulering
2. Big Data Divination
3. The FutureICT Project:Knowledge Collider
4. The FutureICT Project:What It Will Take
5. Bestil ud af kaos

En verden af ​​simulering

Simuleringer giver os mulighed for at teste og opleve et system eller en proces gennem en andens funktion. En flysimulator fra det amerikanske luftvåben gør det muligt for håbefulde jagerpiloter at prøvekøre en F-22 Raptor uden at bringe sig selv i fare - eller et fly på 200 millioner dollars. Ligeledes står en Resusci Anne HLR-træningsdukke ind for et ikke-reagerende offer uden at risikere et menneskeliv.

Folk har henvendt sig til modeller og simuleringer, siden de var ude af sindet. Modeller af både mennesker og dyr dukker ofte op på forhistoriske steder, og de gamle egyptere, grækere og romere byggede alle modeller af deres køretøjer og bygninger. Ud over ceremonielle anvendelser tjente disse miniaturer som værktøjer til undervisning og planlægning - meget ligesom de modeller, vi bruger i dag.

Mennesker udviklede også midlerne til at kopiere mere end blot fysiske former. De lærte at simulere systemer. Det gamle astrolabium fungerede for eksempel som et uundværligt astronomisk værktøj i mere end 2.000 år og er en arbejdsmodel af nattehimlen og stjernernes position. Brugeren plottede kolossale, interstellare bevægelser, mens han holdt enheden i sin hule hånd og manipulerede dataene for at måle tid, placering og afstande.

Astrolabiet var i det væsentlige en analog computer, en præ-digital enhed, der inkorporerede elektriske, hydrauliske eller mekaniske systemer for at simulere et andet system. Monetary National Income Analogue Computer (MONIAC) står som et andet klassisk eksempel på analog computing. MONIAC ​​blev bygget i 1949 af ingeniør og økonom Bill Phillips og brugte strømmen af ​​farvet vand gennem rør, afløb og pumper til at simulere den britiske økonomi.

Digital computing ændrede imidlertid alt. Overvej blot meteorologi, den videnskabelige undersøgelse af atmosfære og vejr. Computerfremskridt gjorde det muligt for meteorologer at bevæge sig ud over blot observationsbaserede forudsigelser og implementere numeriske vejrudsigelsesmodeller (NWP), hvor computere trækker tidligere og nuværende atmosfæriske data for at konstruere forudsigelige modeller for fremtidigt vejr.

Videnskaben om vejrudsigt er langt fra perfekt, men bedre ligninger, mere kraftfulde computere og en bredere vifte af atmosfæriske datasæt fortsætter med at forbedre nøjagtigheden af ​​vores simuleringer.

Men kan vi virkelig simulere selve verden? For at finde ud af det, er vi nødt til at rejse i vandet af big data.

Big Data Divination

Simuleringer lever af eksterne data. I tilfælde af vejrsimuleringer kræver computermodellerne en ekspansiv kost af både tidligere og nuværende atmosfæriske aflæsninger - alt fra temperaturen i Aberdeen, Skotland, til Jordens nuværende afstand fra solen. Det hele samles for at danne et mere komplet billede af verdens vejr.

Mennesker har samlet enorme samlinger af data om en række emner, men i de fleste tilfælde skiller disse datasæt sig fra hinanden. Bare forestil dig menneskelig viden som et stort felt fyldt med vandpytter. Hver vandpyt repræsenterer en samling af data:økonomiske data her, politiske data der -- alle adskilt fra de andre vandpytter.

Men regnen fortsætter med at falde, og pytterne af data fortsætter med at svulme op til 2,5 quintillion bytes om dagen [kilde:IBM]. (For at give dig en idé om, hvor skørt det tal er, har nogle mennesker konservativt anslået, at alle de ord, der nogensinde er talt af mennesker, svarer til 5 kvintillioner bytes data.)

Alle de nye data kommer fra klimasensorer, sociale medie-hubs, digitale medier-websteder, online transaktionsregistre, mobiltelefon GPS-signaler og utallige andre kilder. Oplysningerne om verden strømmer ind med en eksponentiel hastighed. Faktisk er 90 procent af dataene i verden i dag ifølge IBM skabt i de sidste to år alene.

Så regnen falder. Datapuljerne svulmer op og spreder sig, overlapper og smelter sammen, indtil der ikke er flere pools -- bare det store hav af information, vi kalder big data.

For bedre at forstå værdien af ​​big data , tænk på det i form af tre v'er:variation, hastighed og volumen. Det omfatter data af alle varianter, genereres i realtid og samler sig i mængder, der overrasker fantasien - til tonerne af petabytes. Det er en million gigabyte, tilstrækkelig plads til at gemme en 32 år lang MP3-fil [kilde:BBC].

Kan vi virkelig bygge en simulering af verden ud fra denne voksende rigdom af data? Mændene og kvinderne bag FutureICT-projektet mener, at vi kan – og det hele for blot 1 milliard euro (1,3 milliarder dollars).

The FutureICT Project:Knowledge Collider

Så her er vi, op til halsen i et hav af big data med en svimlende manglende evne til at se det store billede, det illustrerer. Heldigvis for os har flere store teknologiaktører allerede sat deres krav på big data-grænsen.

NASA og den multinationale netværksgigant Cisco Systems er ved at udvikle en Planetary Skin på 100 millioner USD , uafhængig af FutureICT-projektet. Dette integrerede system af luft-, hav-, jord- og rumsensorer vil give rumagenturet mulighed for at fange, analysere og fortolke globale miljødata for at få en mere komplet realtidsfornemmelse af planeten Jorden.

Alligevel er selv Planetary Skin kun en brøkdel af, hvad FutureICT-holdene håber at opnå. Projektet er udtænkt af Dirk Helbing, en sociolog, matematiker og fysiker, der har specialiseret sig i modellering og simulering ved det schweiziske føderale teknologiske institut i Zürich.

Helbings tidlige arbejde i 1990'erne fokuserede på bytrafik, specifikt hvordan man forhindrer de kaskadende små trafikbegivenheder, der i sidste ende fører til storstilet trængsel. I dag er de sammenvævede veje, han sigter efter at kortlægge, samfundet, teknologien, økonomien og miljøet -- hvor indsatsen spænder fra finanskrise og politisk omvæltning til atomkrig.

Den tyskfødte modelbygger sammenligner projektets mål med målene for European Organisation for Nuclear Research's Large Hadron Collider, og går endda så langt som at beskrive FutureICT som en "videnskolliderer". På samme måde som fysikere ved den berømte partikelaccelerator forsøger at besvare fundamentale spørgsmål om masse og stof, håber FutureICT at afsløre de underliggende sociologiske og psykologiske love, der understøtter den menneskelige civilisation.

Der er jo ingen storslået teori om, hvordan samfundet fungerer. Tænk bare tilbage på vandpyt-analogien:Vores tidligere mangel på data gjorde det umuligt for samfundsvidenskaberne at udvikle en systematisk videnskab om det menneskelige samfund – meget mindre følge med globalisering og teknologiske forandringer.

Ud over et løfte på 1 milliard euro (1,3 milliarder dollars) fra EU, har FutureICT også erhvervet samarbejdet mellem snesevis af akademiske institutioner, forskningsorganisationer, supercomputercentre, virksomheder, industrier og statslige agenturer. Holdet har kortlagt et 10-årigt kursus for at genopfinde, hvordan globale informations- og kommunikationsteknologier fungerer.

På næste side vil vi se på de vigtigste komponenter, der udgør planen.

The FutureICT Project:What It Will Take

FutureICT-projektet opdeles i tre kernekomponenter. For det første er der det planetariske nervesystem , et stort netværk af sensorer, der overvåger socioøkonomiske, miljømæssige og teknologiske systemer. Sensorerne spænder fra de smarte strømmålere i dit hjem til Dow Jones industrielle gennemsnit til havbundens ekkolodsbeacons og vejrstationer på bjergtop. FutureICT arbejder endda sammen med MIT's Media Lab for at inkorporere smartphone-genererede data.

Mange af komponenterne til det planetariske nervesystem findes allerede - udfordringen er at bringe dem sammen på en større informationsplatform.

Den næste komponent er Living Earth Simulator sig selv, en metamodel af verden og det menneskelige samfund baseret på information og analyse fra det planetariske nervesystem. Tænk dog ikke på det som en virtuel verden a la "The Matrix". Tænk på det i form af en vejrudsigt, der modellerer langt mere end blot atmosfære.

Den ultimative idé er, at Living Earth Simulator vil give os mulighed for at køre simuleringer, der projekterer fremtidige begivenheder baseret på specifikke spørgsmål. For eksempel ville simulatoren ikke besvare spørgsmålet "Hvad vil der ske den 1. april 2060?" længere, end den vil svare "Hvad skal jeg spise til morgenmad den 1. april 2020?" Det første spørgsmål er for bredt, og det sidste er for lille. Snarere ville det massive modelleringsværktøj give regeringer, organisationer eller endda enkeltpersoner mulighed for at køre de parametre og variabler, der kræves for at udforske sådanne spørgsmål som:"Hvordan vil en iransk olieembargo i dag påvirke euroen i morgen?"

Simulatoren vil også prale af en open source-komponent, der fungerer meget som iTunes App Store. Denne Verden af ​​modellering vil gøre det muligt for forskellige forskere og udviklere at uploade deres egne ekspertmodelleringskomponenter, der kortlægger verdenshjørner. Forestil dig en ekspertgenereret Wikipedia hvor målet ikke blot er en forklaring af verden, men en simulering af indbyrdes forbundne systemer.

Endelig har FutureICT-projektet en Global Participatory Platform , som vil tjene som en åben ramme for borgere, virksomheder og organisationer til at dele og udforske data og simuleringer drevet af Living Earth Simulator. Dette aspekt af projektet vil omfatte alt fra åbne debatter om simulatorprojektioner til smartphone-apps, der udnytter dataene.

Vil det virke? Er dette virkelig den store videnskabelige fremtid for big data? På næste side bliver vi kaotiske – og forudsigelige.

Bestil ud af kaos

Lad os et øjeblik vende tilbage til vejrudsigternes verden, såvel som sommerfuglenes og orkanernes verden. Du har sikkert hørt om kaosteori , det matematiske felt, der beskæftiger sig med den tilsyneladende uorganiserede adfærd af meget dynamiske systemer. Udtrykket stammer fra 1961 med meteorolog Edward N. Lorenz og hans fascination af, hvordan den mindste af atmosfæriske variabler kan resultere i drastisk forskellige vejrmodeller. Ja, det er sommerfugleeffekten , forestillingen om, at et insekt kan slå med vingerne i Brasilien og sætte gang i en tornado i Texas.

På grund af dets mange variabler er et dynamisk system som Jordens atmosfære svært at forudsige - og Living Earth Simulator har til formål at forudsige resultater i dynamiske systemer sammensat af indvævede dynamiske systemer. Hvordan håber vi at holde os flydende i sådan et hav af kaos? Overvej desuden, at den simulerede Jord ville være én med adgang til en Living Earth Simulator:en simulering af verden, der har adgang til en simulering af verden. Kan selv en supercomputer finde forudsigelige mønstre midt i en sådan kompleksitet?

Andre kritikere tager sigte på vores evne til at forudsige stort set hvad som helst. Nassim Nicholas Talebs Black Swan Theory tager sit navn fra det faktum, at videnskabelig observation før opdagelsen af ​​Australien antydede, at alle svaner var hvide. Der var ikke mere, der hed en sort svane, da der var en grøn eller lilla. Så opdagede europæiske opdagelsesrejsende en sort svane Down Under - en begivenhed, der var både uforudsigelig og enestående.

Den sorte svane var en outlier , der eksisterer uden for rimelige forventninger. Men det menneskelige sind afhænger af mønstergenkendelse, så, skriver Taleb i sin Black Swan-bog, vi mennesker finder på forklaringer på en afvigers forekomst, efter vi støder på den, hvilket gør den forklarlig og forudsigelig.

I sagens natur er outliers uforudsigelige, og ifølge Taleb indebærer dette manglende evne til at forudsige historiens gang i betragtning af, hvor meget udliggere såsom markedskrakket i 1987, sovjetblokkens bortgang og terrorangrebene den 11. september har drastisk informeret formen af ​​menneskelige begivenheder.

En anden kritik stammer ikke fra videnskaben om forudsigelighed, men fra menneskers stædige og irrationelle natur. Antag et øjeblik, at en kabale af supercomputere en dag vil knuse alle vores store data og rådgive os om, hvilket valg i en given beslutning, der vil styre os væk fra en større katastrofe. Vil vi lytte til maskinerne?

Columbia Universitys statistiker Victoria Stodden hævder, at vi måske ikke, især hvis vi ikke kan forstå de kolossale beregninger, der gik ind i computerbeslutningen [kilde:Weinberger]. Stodden peger på forskernes advarsler om farerne ved klimaændringer - og hvor ofte disse simulationsbaserede advarsler ikke bliver overholdt.

Dirk Helbing og FutureICT er dog stadig overbeviste om, at Living Earth Simulator i høj grad vil forbedre menneskehedens evne til at klare udfordringerne i en dynamisk foranderlig verden. Modellerne vil ikke være perfekte, vil ikke ane den fjerne fremtid eller detaljerne i dagligdagen. Men ifølge Helbing vil de give os større indsigt i, hvor mange systemer, der udgør det menneskelige samfund, faktisk fungerer.

Udforsk linkene på næste side for at opdage endnu mere om fremtiden for teknologisk innovation.

Mange flere oplysninger

Relaterede artikler

• Sådan fungerer meteorologi
• Hvordan den fremtidige kriminalitetsdatabase vil fungere
• Hvordan vil Jorden se ud om 500 år?
• Hvordan vil Jorden se ud om 5.000 år?
• Hvordan vil Jorden se ud om 50.000 år?
• Kan en computer genskabe det, du ser?
• Hvad er fremtiden for kommunikation?
• Hvorfor kan videnskabsmænd ikke nøjagtigt forudsige vejret?

Flere gode links

• FutureICT
• The Planetary Skin Project

Kilder

• Bakker, R. Scott. "Outing the It that Thinks:Sammenbruddet af et intellektuelt økosystem." Three-Pound Brain.(Jan. 13, 2012) http://rsbakker.wordpress.com/essay-archive/outing-the-it-that-thinks-the-collapse-of-an-intellectual-ecosystem/
• Burnham, Michael. "NASA-Cisco climate project to flash 'Planetary Skin.'" The New York Times. March 3, 2009. (Jan. 13, 2012) http://www.nytimes.com/gwire/2009/03/03/03greenwire-nasacisco-project-to-flash-planetary-skin-9959.html
• Daily, Larry Z. "The Relationship of Hobbies and Personality." Shepherd University. (Jan. 13, 2012) http://webpages.shepherd.edu/LDAILY/pilot.html
• FutureICT. Web site. 2011. (Jan. 13, 2012) http://www.futurict.eu/
• Hsu, Jeremy. "Europe's Living Earth Simulator Could Forecast the Future." Popular Science. April 30, 2010. (Jan. 13, 2012) http://www.popsci.com/technology/article/2010-04/modeler-aims-living-earth-simulator-could-forecast-future
• IBM. "Bringing big data to the enterprise:What is BIG DATA?" (Jan. 13, 2012) http://www-01.ibm.com/software/data/bigdata/
• Morgan, Gareth. "Earth project aims to 'simulate everything.'" BBC News. Dec. 27, 2010. (Jan. 13, 2012) http://www.bbc.co.uk/news/technology-12012082
• Taleb, Nassim Nicholas."'The Black Swan:The Impact of the Highly Improbable." The New York Times. April 22, 2007. (Jan. 13, 2011) http://www.nytimes.com/2007/04/22/books/chapters/0422-1st-tale.html?pagewanted=all
• Weinberger, David. "The Machine That Would Predict the Future." Scientific American. December 2011.