211service.com
Oppenheims neortodoksālais
1998. gada rudenī Yonina Eldar, PhD '02, bija 25 gadus veca absolvente MIT Elektronikas pētniecības laboratorijā, lai sāktu tikšanos ar savu padomnieku Alan Oppenheim '59, SM '61, ScD '64 diskusija par viņas disertācijas tēmu. Eldara bija studējusi fiziku kā bakalaura grādu, bet pēdējos trīs gados viņa ieguva maģistra grādu signālu apstrādē, pievienojās jaunuzņēmumam, kas komercializē bezvadu tehnoloģijas, un kļuva par māti. Es biju ļoti attālināts no fizikas, kad atnācu ar viņu runāt, saka Eldars, tagad Izraēlas Tehnionas elektrotehnikas profesors un viesprofesors Stenfordā.
Eldars gaidīja, ka Oppenheims, kurš vadīja MIT digitālo signālu apstrādes grupu kopš 1960. gadu vidus, sekos vairuma diplomdarbu padomdevēju praksei un iepazīstinās viņu ar dažām neatrisinātām problēmām savā jomā, pirms nosūtīs viņu mājās lasīt dokumentus, kas viņai palīdzētu. nulles uz vienu no tiem. Bet tas nenotika.
Viņš uzreiz man teica: 'Tātad, es domāju, ka signālu apstrādē būtu jauki izmantot kvantu mehāniku,' viņa saka. Un es vienkārši skatījos uz viņu. Kad es kaut kā satvēru, es teicu: 'Protams, tas varētu būt interesanti.' Ko tu domāji?’ Un viņš paskatījās uz mani un teica: ‘Man nav ne mazākās nojausmas. Kāpēc neej to uzzināt?’
Ir ierasts, ka novatoriskas idejas bieži rodas neparastas domāšanas rezultātā, taču tikai daži zinātnieki mēģina kultivēt neparastumu ar tādu dedzību, kā to dara Oppenheims. Eldara pieredze nav netipiska: Kevins Kuomo, piemēram, 1993. gada Oppenheimas grupas absolvents, uzrakstīja disertāciju, iedvesmojoties no haosa teorijas, matemātikas nozares, kas vairāk saistīta ar laikapstākļu sistēmām, nevis signālu apstrādi; Toms Barans, pašreizējais absolvents, meklē analoģijas starp signālu apstrādi un termodinamiku. Citi studenti ir atklājuši ietekmi uz signālu apstrādi fraktāļu ģeometrijā un solitonu fizikā (viļņu virsotnes, kas saglabā savu formu, pārvietojoties lielos attālumos ar fiksētu ātrumu). Taču, lai gan Oppenheimas studentu disertāciju izcelsme var būt spekulatīva, to rezultāti ir ļoti konkrēti: līdz šim to rezultātā ir iesniegti 19 patenti, tostarp viens Cuomo darbam un četri Eldara darbam.
Intuitīvākie signālu apstrādes piemēri ietver sakaru signālus, piemēram, tālruņa zvanus, radio pārraides vai video straumēšanu internetā. Apstrāde var nozīmēt zvana trokšņu filtrēšanu, dīdžeja balss atdalīšanu no elektromagnētiskā viļņa, kas to kodē, vai video datu saspiešanu, lai tie aizņemtu mazāku joslas platumu. Taču arī daudzus citus informācijas veidus var uzskatīt par signāliem. Piemēram, Dow Jones industriālais vidējais rādītājs ir signāls, kas sniedz informāciju par ASV ekonomiku; uz Wall Street Journal 30 dienu mainīgais Dow vidējais rādītājs ir signāla procesora veids, kas filtrē daļu ikdienas svārstību radītā trokšņa. Arī digitālo attēlu var uzskatīt par signālu: secīgo pikseļu krāsa un spilgtums ir kā radio pārraides secīgas frekvences, un signālu apstrādes metodes var padarīt attēlu asāku vai palīdzēt identificēt tajā esošos objektus.
Signālu un to apstrādes veidu daudzveidība dod Oppenheimam pārliecību, ka neatkarīgi no tā, cik tālu studentu intelektuālie pētījumi viņus aizvedīs, viņi galu galā atradīs ceļu pie kādas praktiskas problēmas. Tāpēc viņš spiež tos virzīties tālāk. Viņš saka, ka mazliet baidīties ir labi. Ja jūs nestrādājat savas komforta zonas malā, jūsu komforta zona saruks.
Eldars atzīst, ka Oppenheima saviem studentiem uzdoto jautājumu atklātība varētu atturēt. Bet jūs zināt, ka viņš to ir darījis miljons reižu, viņa saka, tāpēc tas patiesībā ir motivējoši, lai gan jums tiešām nav ne jausmas, ko meklējat. Barans piekrīt. Nav tā, ka kāds patiešām nopietni uztraucas par to, vai viņam būs diplomdarbs vai nē, viņš saka. Alam ir pārsteidzoša spēja redzēt, kā daudzas no šīm idejām tiek integrētas kopā.
Digitālās signālu apstrādes dzimšana
Pirmais neparastais darbs, ko Oppenheims vadīja līdz pabeigšanai, bija viņa paša darbs. Mūsdienās lielāko daļu signālu apstrādes veic lidojuma laikā, izmantojot datoru mikroshēmas, taču tā nebija taisnība, kad Oppenheims 60. gadu sākumā bija augstskolas students. Tajā laikā elektroinženieri datoros testēja jaunus signālu apstrādes algoritmus, taču algoritmu izpilde varēja aizņemt stundas vai pat dienas. Kad algoritms bija sevi pierādījis simulācijās, tas bija jāieslēdz analogajā shēmā, pirms to varēja izmantot.
Taču jaunais Oppenheims bija pārliecināts, ka datortehnoloģijas uzlabosies tiktāl, ka spēs iet kopsolī ar reāllaika signāliem. Atskatoties atpakaļ, es nevaru izlemt, vai tas bija tāda bērna naivums, kurš domā, ka, turpinot plivināt ar rokām, viņš galu galā lidos, saka Openheims. Bet man nebija šaubu, ka kādreiz tehnoloģija to padarīs iespējamu.
Savā disertācijā Oppenheims aprakstīja signālu apstrādes pieeju, kas bija pilnīgi nepraktiska ar analogajām shēmām. Pēc absolvēšanas viņš pievienojās MIT fakultātei, taču drīz viņš paņēma atvaļinājumu, lai veiktu signālu apstrādes simulācijas Linkolnas laboratorijā. Lielie datori, kas veica šīs simulācijas, faktiski bija digitālie signālu procesori; viņi apstrādi veica ļoti lēni, izmantojot saglabātos datus, nevis tiešos signālus. Kad Oppenheims atgriezās pedagoģiskajā darbā, viņš piedāvāja institūta pirmo kursu par digitālo signālu apstrādi, un nākamā gada pavasarī ar Bell Labs Ronalda Šēfera palīdzību viņš sāka sakārtot savas piezīmes jomas pirmajā mācību grāmatā, kas tika publicēta 1975. joprojām plaši izmanto mūsdienās.
Aprakstot savas grupas pētniecības stilu, Openheimam patīk metaforas. Vai jūs zināt, cik gudra ir boulinga bumba? viņam patīk jautāt. Viņš skaidro, ka kalna galā novietota boulinga bumba atradīs viszemākās enerģijas ceļu uz leju, taču, lai aprēķinātu to pašu ceļu, cilvēkam būtu jāatrisina sarežģīts diferenciālvienādojumu kopums. Oppenheims uzskata, ka daba var ieteikt ļoti efektīvus sarežģītu problēmu risināšanas veidus, un iedvesmas meklēšana dabā ir viena no tēmām, kas vieno viņa grupas daudzveidīgos pētījumus.
Eldara disertācija ir piemērs. Ļoti mazas daļiņas — kvantu fizikas kompetencē — var raksturot ar daudzām īpašībām. Dažus var saprast intuitīvi, piemēram, pozīciju un enerģiju; citi ir vairāk ezotēriski, piemēram, spin un krāsu lādiņš. Taču viens no kvantu fizikas centrālajiem principiem — Heizenberga nenoteiktības princips — apgalvo, ka, mērot kādu no šīm īpašībām, viena no citām padara nezināmu. Iegūstot informāciju par vienu īpašumu, tiek iznīcināta informācija par citu īpašumu.
Oppenheims un Eldars saskatīja analoģiju gadījumā, ja signāls ir tik bojāts ar troksni, ka nav iespējams atgūt visu tajā sākotnēji ietverto informāciju. Kvantu fizika nodrošināja viņiem jaunu veidu, kā domāt par signāla mērījumu veikšanu, lai iegūtu vērtīgu informāciju.
Vēl viens Oppenheima lozungs ir tāds, ka viens plus viens var līdzināties trīs: tas ir, labākais problēmas risinājums var būt ne tikai pretintuitīvs, bet šķietami idiotisks. Oppenheims saka, ka dažās akadēmiskās vidēs neparastas idejas ierosināšana izraisīs tūlītēju izsmieklu. Man neveicas tādā atmosfērā, viņš saka. Es pievelkos un zaudēju spēju domāt uz kājām. Bet citās vidēs, viņš saka, ja jūs neapdomīgi izpļāpājat, ka viens un viens ir trīs, jūsu kolēģi palīdzēs jums izprast šo priekšlikumu tā, lai galu galā novecojušajai problēmai tiktu parādīts jauns skatījums. Oppenheims saka, ka šādu vidi viņš cenšas veicināt savas grupas sanāksmēs.
Iknedēļas grupu sanāksmēs nav darba kārtības, saka Cuomo, kurš pēc 20 gadiem MIT Linkolnas laboratorijā tagad ir inženieris Photonic Systems Billerikā, Masačūsetsā. Jūs vienkārši ieejat un apspriežat visu, kas kādam ienāk prātā. Tas šķiet kā komandas darbs tādā veidā, kā citas pētniecības grupas to nedara. Barans piebilst, ka jūs ļoti ātri iemācāties, ka neviena ideja nav slikta ideja.
Skolotāja skolotājs
Ne visiem ir greznība pieņemt Oppenheimas brīvo pieeju, atzīmē Džims Preisigs, Vudsholas okeanogrāfijas institūta zinātnieks, kurš 1992. gadā absolvēja Oppenheimas grupu. Viņam būtu dotācijas, kas viņam dotu lielu rīcības brīvību tieši to problēmu risināšanā, kuras mēs risinām. Preisigs saka. Un ir vajadzīgs kāds no viņa auguma, lai to spētu. Taču Eldaram tas ir vēl jo vairāk iemesls, kāpēc ir jāvērtē mācības Oppenheimā. Kad esat sācis savu karjeru un mēģināt izveidot laboratoriju, izveidot grupu, jūs nevarat vienkārši sēdēt trīs gadus un teikt: 'Ei, es paskatīšos, kā stīgu teorija attiecas uz šo. problēma,' viņa saka. Tāpēc šie gadi, manuprāt, ir kaut kas patiešām vērtīgs.
Neatkarīgi no tā, vai viņa to zina vai nē, Eldara atkārto padomu, ko Oppenheims saņēma no viņa paša diplomdarba padomnieka Amar Bose ‘51, SM ‘52, ScD ‘56, Bose Corporation dibinātāja un MIT profesora vairāk nekā 40 gadus. Oppenheims stāsta, ka, rakstot doktora disertāciju, viņam bija problēmas ar interesantiem mācībspēkiem viņa šķietami nepraktiskajā pieejā signālu apstrādei. Viņš apsvēra iespēju atteikties no projekta. Bose bija piekritis konsultēt Oppenheimu viņu personīgo attiecību dēļ, lai gan disertācijas tēma bija nedaudz ārpus viņa kompetences jomas. Viņš teica: 'Vai jūs par to esat sajūsmā? Vai jūs tam ticat?’’ atceras Openheims. Tad viņš teica: “Šī, iespējams, ir pēdējā reize tavā dzīvē, kad tu varēsi uzdot jautājumu tikai tāpēc, ka tas ir interesants. Ja jūs tam ticat, jums tas jādara.'
Vēl viena lieta, ko Oppenheims saka, ka viņš ir iemācījies no Bose, bija novērtēt, cik tālu viņa kā skolotāja ietekme var sasniegt. Viņš saka, ka mācīšanas brīnišķīgā lieta ir tāda, ka jūs ietekmējat paaudzi, viņi kļūst par skolotājiem un ietekmē paaudzi un tā tālāk.
1988. gadā Oppenheim ieguva IEEE augstāko izglītības balvu, kas tika pasniegta ceremonijā, kuru vadīja Džeimss Kaizers, SM ‘54, ScD ‘59, un kurā piedalījās vairāk nekā tūkstotis cilvēku. Pirms iepazīstināšanas ar Oppenheimu Kaisers jautāja, cik auditorijas bija viņa pētniecības grupas studenti. Apmēram ducis cilvēku stāvēja. Tad Kaizers jautāja, kam ir konsultējis viens no Oppenheimas studentiem. Lielāka grupa piecēlās kājās. Tad Kaizers lūdza piecelties ikvienam, kurš bija mācījies kādā no Oppenheimas klasēm, pēc tam vienam no viņa audzēkņiem un pēc tam ikvienam, kurš bija lasījis Openheimas grāmatu. Beigās gandrīz visi istabā stāvēja kājās.