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了解我们在宇宙中的位置

马丁·路德·金学者布赖恩·诺德训练机器探索宇宙并为研究公平而斗争

“A touchstone that I often come back to is space,” says Brian Nord. “The mystery of traveling in it and seeing what’s at the edge.”

Brian Nord在威斯康星州长大的时候就开始热爱物理。虽然他的高中物理课程并不出色,有时候他也难以跟上课程,但这些困难并没有削弱他对这门学科的兴趣。除了主要课程外,学生被鼓励独立学习他们觉得有趣的话题,Nord很快就对宇宙产生了极大的兴趣。他说:“我经常回想的是太空,旅行其中并看到边缘上的事物的神秘感。”

Nord是漫画书的狂热读者,天体物理吸引了他渴望成为更大事物一部分的愿望。他回忆道:“在你周围拥有与宇宙的亲缘关系总是有些特别的东西,我总是认为如果我能与物理学有这种深刻的联系就太酷了。”

Nord在约翰·霍普金斯大学攻读物理学本科时开始培养与物理学的联系。获得物理学学士学位后,他前往密歇根大学深造,在同一领域获得了硕士和博士学位。到这个时候,他已经开始有大格局的思考,但他想更进一步。这种对宇宙更全面的理解的渴望引领他从天体物理学走向更广阔的宇宙学领域。他解释说:“宇宙学处理的是全部的东西,就是整个宇宙。我们最大的问题是关于宇宙的起源和命运。”

黑暗的秘密

Nord特别感兴趣的是那些无法通过传统手段观察到的宇宙部分。据证据表明,黑暗物质占据了宇宙中大部分的质量并提供了大部分的重力,但它的本质大多仍处于假设和推测的领域。它不吸收、反射或发射任何类型的电磁辐射,这使得科学家几乎无法检测到它。但是,虽然黑暗物质提供了引力来将宇宙拉在一起,同样神秘的力量——暗能量——正在将它拉开。Nord解释说:“我们对暗能量的了解甚至比对黑暗物质的了解还要少。”

在过去的15年里,Nord一直在试图弥补我们的知识差距。他的部分工作集中在银河系团的统计建模及其扭曲和放大光线的能力上,当它穿过宇宙时。这种效应被称为强引力透镜效应,它是检测黑暗物质对引力的影响以及测量暗能量如何影响宇宙扩张速率的有用工具。

在获得博士学位后,Nord留在密歇根大学作为博士后继续他的研究。他目前在费米国家加速器实验室担任职位,并是芝加哥大学宇宙物理学卡夫利研究所的高级成员。他继续探究关于宇宙的起源和命运的问题,但他最近的工作还集中在改进我们进行科学发现的方式上。

人工智能的强势升级

当涉及到关于宇宙本质的重大问题时,Nord始终遇到一个主要问题:虽然他对物理学的掌握有时会让他感觉像一个超级英雄,但他只是一个人,人类并不完美。他们会犯错误,对新信息的适应速度缓慢,而且需要很长时间才能完成任务。

Nord认为,解决方案是超越人类,进入算法和模型的领域。作为费米实验室人工智能项目的一部分,他花费时间教机器如何分析宇宙学数据,这是它们比大多数人类科学家更擅长的任务。Nord解释道:“人工智能可以给我们比我们用笔和纸创建的模型更灵活的模型,在很多情况下,它做得比人类更好。”

Nord作为马丁·路德·金访问学者和教授计划的一部分,在麻省理工学院继续这项研究。今年早些时候,他加入了核科学实验室,Jesse Thaler是他所在系的教授。Thaler是国家科学基金会人工智能和基础相互作用研究所(IAIFI)的负责人。自从来到校园以来,Nord的工作重点是探索人工智能设计新的科学实验和仪器的潜力。他解释说,这些过程通常需要大量时间,但人工智能可以快速加速它们。他想知道:“我们能否在不到五年的时间内设计出下一代粒子对撞机或望远镜,而不是30年?”

但如果Nord从他年轻时的漫画中学到了什么,那就是伴随巨大的力量而来的是巨大的责任。人工智能是一种令人难以置信的科学资产,但它也可以用于更邪恶的目的。可以建造下一代粒子对撞机的相同计算机算法也构成了面部识别软件和风险评估工具的基础,这些工具在刑事法庭的判决中通常存在严重的对有色人种的偏见。Nord解释道:“这是一把双刃剑,因为如果(人工智能)对科学有用,那么对面部识别也有用。因此,我在自己对抗自己。”

文化变革的超能力

近年来,Nord 试图开发方法,使人工智能的应用更具有道德性,他的工作重点是伦理、正义和科学发现之间的广泛交叉点。他在抗击STEM领域中的种族主义方面的努力使他成为了应对学术和研究环境中的不平等和压迫的运动的领导者。2020年6月,他与Particles for Justice的成员合作——该团队拥有麻省理工学院的丹尼尔·哈洛和特雷西·斯拉特耶以及前MLK访问学者和CTP研究员查恩达·普雷斯科德-温斯坦——创建了“黑人生命罢工”的学术罢工。这次罢工是针对警察杀害乔治·弗洛伊德、布雷奥娜·泰勒和许多其他人的回应,呼吁学术界站出来反对反黑人种族主义。

Nord 还是《黑色光芒》的合著者,这是一个学习黑人经历的课程,以及 Change Now 的创始人之一,后者提出了一系列行动呼吁,以在 Fermilab 实验室中创造更公正的环境。作为 Deep Skies 的联合创始人,他还努力培育没有传统等级制度和压迫性权力结构的以公正为导向的研究社区。他解释说:“基本思想就是以人性为先,而不是以生产力为先。”

这项工作使 Nord 重新考虑了他最初追求物理学职业的动机。当他在十几岁时首次发现自己对这个学科充满热情时,他知道自己想要利用物理学来帮助人们,但他不确定如何做到。“我当时想,我会发明一些能够拯救生命的技术,我现在仍然希望能做到这一点,”他说。“但我认为,在我职业生涯的这个阶段,我的直接影响力更多地在于试图改变文化。”

物理学可能还没有赋予 Nord 飞行或X射线视力——至少还没有。但在他漫长的职业生涯中,他发现了一种更为重要的力量。“如果我能理解宇宙,”他说,“也许这会帮助我理解自己和我的处境,以及我们人类的处境。”

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