南加州大学科学家为诺贝尔获奖项目——引力波的发现做出贡献
南加州大学科学家研发的计算机程序对可导致宇宙形状扭曲的引力波的研究做出了贡献。
宇宙中存在引力波的这项发现荣获了诺贝尔奖，这反过来进一步证实了阿尔伯特•爱因斯坦的广义相对论。这项成果的部分贡献归功于与南加州大学计算机科学家的合作。
南加州大学信息科学研究所的研究员团队研发了专门的计算机程序Pegasus，为在本周获得诺贝尔物理学奖的科学家探测发现引力波提供了支持。引力波具有很强大的力量，会在空间中形成涟波，扭曲宇宙的形状。
奖项得主是麻省理工学院的科学家Rainer Weiss和加州理工学院的科学家Kip Thorne和Barry Barish，但所有同仁都分享了他们成功的喜悦。
“16年的合作能够取得这样的成果让人激动不已，”Ewa Deelman说道，他作为南加州大学Viterbi工程学院ISI的计算机科学与研究主任，领导了Pegasus的研发。“与并合黑洞所发出的波动类似，引力波为人类了解宇宙的构成与发展提供了独特的视角。这是关于自然的基本问题。”
实验数据
ISI研发的软件为计算研究提供了支持，如在激光干涉仪引力波天文台（LIGO）探测宇宙引力波。它在高端系统上自动执行了数十万次的计算任务，同时负责管理任务之间的数据流并访问广域网络的实验数据。
Deelman说道，该软件之所以被命名为“Pegasus”，是因为它最初是为天文学家设计的。根据最初设想，它被用作一个虚拟数据网格，根据信息是否在现存的数据集中可用（如NASA所收集的信息）来提供信息，也可在需要时计算新数据。
Deelman和她的团队在设计该程序时遇到的挑战之一是，科学家希望将自己所想的工作流程能够得以准确地落实，而非刻板地按照计算机所建议的方式来进行。计算机科学家们需要创造出某种可以快速地将研究人员的想法与现有数据、软件和计算资源连接起来的程序。
“Pegasus能接受对这些计算步骤（任务工作流程）进行的抽象描述，提供计算步骤的逻辑和数据流，然后将这些抽象内容与能够实施这些步骤的相关数据集、软件和计算资源连接起来，”Deelman说道。“它将抽象的任务描述映射到可用的资源当中，以自动、稳健且高效的方式管理其执行。”
Pegasus的出现消除了对开发人工指令或脚本的需求。它的设计实现了快速从故障中恢复并确保交付数据可以安全且高效地进行。
相关言论
LIGO的发现验证了爱因斯坦的百年来的言论，当他写下广义相对论时曾表示时间和空间是单一连续体，即“时空”，时空在伸展和压缩过程中会产生引力波。
Deelman领导的团队成员包括南加州大学计算机科学家Karan Vahi、Mats Rynge、Rajiv Mayani、Rafael Ferreira da Silva、Gideon Juve、Gaurang Mehta和一批博士与硕士研究生，他们耗费多年开发Pegasus软件，以便于科学家可以进行直观且可靠的操作。早期的研究团队中有ISI科学家，其中包括将于下月开放的南加州大学Michelson融合生命科学中心发现信息部门主任Carl Kesselman。
由Miron Livny带领的威斯康星大学HTCondor团队的其他研究员也在Pegasus的开发中作出了贡献，自2003年起便在该项目上进行了合作。
“多年来，Pegasus的发展受益于各项目领域科学家的合作，包括LIGO的 Duncan Brown、Scott Koranda、Kent Blackburn、Peter Couvares和Stuart Anderson等。他们为我们带来了现实世界的计算挑战，让我们的软件能够与其用途贴合且激发灵感，让我们能够做得更好，”Deelman说道。
Pegasus是一款开源软件，可供其他研究员下载，无需任何授权费用。Deelman说道，该软件已被用于其他的科学创新中，包括南加利福尼亚地震研究中心，该中心使用此软件来对南加州的地震灾害进行建模，预测地震流。
Pegasus也被用于模拟气候变化，跟踪猴子的灭绝情况，培育更好的大豆以及了解疾病和病症的遗传方式，如精神分裂症等。
“通过Pegasus，我相信将会有更多激动人心的新发现，”Deelman说道。
编辑：Emily Gersema
头图：双中子星引发的引力波（艺术模拟图）（摄影/R.Hurt，Caltech-JPL）