211service.com
Oppenheimas neortodoksas
1998 m. rudenį Yonina Eldar, PhD '02, buvo 25 metų MIT Elektronikos tyrimų laboratorijos magistrantė ir susitiko su savo patarėju Alan Oppenheim '59, SM '61, ScD '64. jos disertacijos temos aptarimas. Eldar studijavo fiziką kaip bakalauro studijas, bet per pastaruosius trejus metus ji įgijo signalų apdorojimo magistro laipsnį, prisijungė prie startuolio, prekiaujančio belaidėmis technologijomis, ir tapo mama. Kai atėjau su juo pasikalbėti, buvau labai nutolęs nuo fizikos, sako Eldaras, dabar Izraelio Techniono elektrotechnikos profesorius ir kviestinis profesorius Stanforde.
Eldaras tikėjosi, kad Oppenheimas, kuris nuo septintojo dešimtmečio vidurio vadovavo MIT skaitmeninių signalų apdorojimo grupei, vadovausis daugumos baigiamųjų darbų patarėjų praktika ir pristatys jai kai kurias neišspręstas savo srities problemas, prieš siųsdamas ją namo skaityti straipsnių, kurie jai padėtų. nulis į vieną iš jų. Bet atsitiko ne taip.
Jis iš karto man pasakė: „Taigi, manau, būtų puiku naudoti kvantinę mechaniką signalų apdorojimui“, - sako ji. Ir aš tiesiog žiūrėjau į jį. Kai šiek tiek susigavau, pasakiau: „Žinoma, tai gali būti įdomu. Ką turėjai omenyje?“ Jis pažvelgė į mane ir pasakė: „Aš visiškai neįsivaizduoju. Kodėl tu neini sužinoti?'
Įprasta, kad naujoviškos idėjos dažnai kyla dėl netradicinio mąstymo, tačiau tik nedaugelis mokslininkų bando ugdyti netradicinę religiją su tokiu uolumu, kokį daro Oppenheimas. Eldaro patirtis nėra netipiška: pavyzdžiui, Kevinas Cuomo, 1993 m. baigęs Oppenheimo grupę, parašė baigiamąjį darbą, įkvėptas chaoso teorijos – matematikos šakos, dažniau siejamos su oro sistemomis, o ne su signalų apdorojimu; Tomas Baranas, dabartinis abiturientas, ieško analogijų tarp signalo apdorojimo ir termodinamikos. Kiti studentai pastebėjo signalų apdorojimo reikšmę fraktalų geometrijai ir solitonų (bangų keterų, kurios išlaiko formą važiuojant didelius atstumus fiksuotu greičiu) fizikoje. Tačiau nors Oppenheimo studentų disertacijų kilmė gali būti spekuliatyvi, jų rezultatai yra labai konkretūs: iki šiol buvo pateikta 19 patentų, įskaitant vieną Cuomo darbui ir keturis Eldaro kūriniams.
Patys intuityviausi signalų apdorojimo pavyzdžiai apima ryšių signalus, tokius kaip telefono skambučiai, radijo perdavimai arba vaizdo įrašai, transliuojami internetu. Apdorojimas gali reikšti skambučio triukšmo filtravimą, didžėjaus balso atskyrimą nuo jį koduojančios elektromagnetinės bangos arba vaizdo duomenų suglaudinimą, kad jis užimtų mažiau pralaidumo. Tačiau daugelis kitų informacijos tipų taip pat gali būti laikomi signalais. Pavyzdžiui, Dow Jones pramonės vidurkis yra signalas, nešantis informaciją apie JAV ekonomiką; į „Wall Street Journal“. 30 dienų slenkantis Dow vidurkis yra tam tikras signalų procesorius, išfiltruojantis tam tikrą kasdienių svyravimų keliamą triukšmą. Skaitmeninis vaizdas taip pat gali būti laikomas signalu: vienas po kito einančių pikselių spalva ir ryškumas yra kaip vienas po kito einantys radijo dažniai, o signalo apdorojimo metodai gali paryškinti vaizdą arba padėti atpažinti jame esančius objektus.
Didžiulė signalų ir jų apdorojimo būdų įvairovė suteikia Oppenheimui pasitikėjimo, kad nesvarbu, kaip toli jo mokinių intelektualiniai tyrinėjimai juos nuvestų, jie galiausiai sugrįš prie kokios nors praktinės problemos. Taigi jis stumia juos toliau. Jis sako, kad šiek tiek bijoti yra gerai. Jei nedirbsite prie savo komforto zonos ribos, jūsų komforto zona susitrauks.
Eldaras pripažįsta, kad Oppenheimo savo mokiniams keliamų klausimų atvirumas gali atgrasyti. Bet jūs žinote, kad jis tai padarė milijoną kartų anksčiau, sako ji, todėl tai iš tikrųjų motyvuoja, nors jūs tikrai neįsivaizduojate, ko ieškote. Baranas sutinka. Nėra taip, kad kas nors rimtai jaudintųsi dėl to, ar jie turės baigiamąjį darbą, ar ne, sako jis. Al turi nuostabų sugebėjimą pamatyti, kaip daugelis šių idėjų susilieja.
Skaitmeninio signalo apdorojimo gimimas
Pirmoji neįprasta disertacija, kurią Oppenheimas turėjo užbaigti, buvo jo paties. Šiandien dauguma signalų apdorojimo atliekami kompiuterinėmis lustomis, tačiau tai nebuvo tiesa, kai septintojo dešimtmečio pradžioje Oppenheimas buvo magistrantas. Tuo metu elektros inžinieriai kompiuteriuose išbandydavo naujus signalų apdorojimo algoritmus, tačiau algoritmų vykdymas gali užtrukti valandas ar net dienas. Kai algoritmas pasitvirtino modeliuojant, jis turėjo būti prijungtas prie analoginės grandinės, kad jį būtų galima naudoti.
Tačiau jaunasis Oppenheimas buvo įsitikinęs, kad kompiuterinės technologijos tobulės tiek, kad galės neatsilikti nuo realaus laiko signalų. Žvelgdamas atgal, negaliu nuspręsti, ar tai buvo naivumas vaiko, kuris galvoja, kad jei ir toliau plaks rankomis, galiausiai jis skris, sako Oppenheimas. Tačiau neabejojau, kad kada nors technologija tai padarys įmanoma.
Savo disertacijoje Oppenheimas aprašė signalų apdorojimo metodą, kuris buvo visiškai nepraktiškas naudojant analogines grandines. Baigęs studijas, jis įstojo į MIT fakultetą, tačiau netrukus išėjo atostogų, kad galėtų atlikti signalo apdorojimo modeliavimą Linkolno laboratorijoje. Dideli kompiuteriai, kurie vykdė tuos modeliavimus, iš esmės buvo skaitmeniniai signalų procesoriai; jie tiesiog darė apdorojimą labai lėtai, naudodami saugomus duomenis, o ne tiesioginius signalus. Kai Oppenheimas grįžo į dėstytoją, jis pasiūlė instituto pirmąjį kursą apie skaitmeninių signalų apdorojimą, o kitą pavasarį, padedamas „Bell Labs“ Ronaldo Schaferio, pradėjo tvarkyti savo pastabas į pirmąjį šios srities vadovėlį, kuris buvo išleistas 1975 m. vis dar plačiai naudojamas ir šiandien.
Apibūdindamas savo grupės tyrimo stilių, Oppenheimas mėgsta metaforą. Ar žinote, koks protingas yra boulingo kamuolys? jis mėgsta klausti. Jis aiškina, kad kalvos viršuje pastatytas boulingo kamuolys suras mažiausią energiją naudojantį kelią į apačią, tačiau norint apskaičiuoti tą patį kelią, žmogus turėtų išspręsti sudėtingą diferencialinių lygčių rinkinį. Gamta, Oppenheimas, gali pasiūlyti labai efektyvius sudėtingų problemų sprendimo būdus, o įkvėpimo ieškojimas gamtoje yra viena iš temų, vienijančių įvairius jo grupės tyrimus.
Eldaro disertacija yra pavyzdys. Itin mažas daleles – kvantinės fizikos sritį – galima apibūdinti daugybe savybių. Kai kuriuos galima suprasti intuityviai, pavyzdžiui, padėtį ir energiją; kiti yra labiau ezoteriški, pavyzdžiui, sukimasis ir spalvų krūvis. Tačiau vienas iš pagrindinių kvantinės fizikos principų – Heisenbergo neapibrėžtumo principas – teigia, kad išmatavus bet kurią iš tų savybių, viena iš kitų tampa nežinoma. Informacijos apie vieną turtą gavimas sunaikina informaciją apie kitą.
Oppenheimas ir Eldaras įžvelgė analogiją signalo, taip sugadinto triukšmo atveju, kad atkurti visos jame buvusios informacijos neįmanoma. Kvantinė fizika suteikė jiems naują būdą mąstyti apie signalo matavimus, kad būtų galima išgauti didelės vertės informaciją.
Kitas Oppenheimo šūkis yra tas, kad vienas plius vienas gali būti lygus trims: tai yra, geriausias problemos sprendimas gali būti ne tik prieštaringas, bet ir iš pažiūros idiotiškas. Oppenheimas teigia, kad kai kuriose akademinėse aplinkose pasiūlius neįprastą idėją, akimirksniu sukels pajuoką. Man nesiseka tokioje atmosferoje, sako jis. Atsikeliu ir prarandu gebėjimą mąstyti ant kojų. Tačiau kitose aplinkose, anot jo, jei negalvodami ištariate, kad vienas ir vienas yra trys, jūsų kolegos padės jums suprasti pasiūlymą taip, kad galiausiai į pasenusią problemą pažvelgtumėte naujai. Oppenheimas sako, kad tokią aplinką jis stengiasi puoselėti savo grupės susitikimuose.
Savaitiniuose grupės susitikimuose nėra darbotvarkės, sako Cuomo, kuris po 20 metų MIT Linkolno laboratorijoje dabar yra Photonic Systems inžinierius Billericoje, Masačusetso valstijoje. Jūs tiesiog įeinate ir aptariate, kas kam šauna į galvą. Tai atrodo kaip komandinis darbas, kurio nedaro kitos tyrimų grupės. Priduria Baranas: Jūs labai greitai išmokstate, kad jokia idėja nėra bloga idėja.
Mokytojo mokytojas
Ne visi turi prabangos laikytis Oppenheimo laisvo požiūrio, pažymi Woods Hole okeanografijos instituto mokslininkas Jimas Preisigas, kuris 1992 m. baigė Oppenheimo grupę. Jis turėtų dotacijų, kurios suteiktų jam daug veiksmų sprendžiant, kokias problemas mes sprendžiame. Preisig sako. Ir tam, kad galėtų tai padaryti, reikia jo ūgio. Tačiau Eldarui tai yra dar didesnė priežastis vertinti studijas Oppenheime. Kai įeini į savo karjeros kelią ir bandai sukurti laboratoriją, sukurti grupę, negali tiesiog sėdėti ten trejus metus ir sakyti: „Ei, aš pažiūrėsiu, kaip stygų teorija bus pritaikyta šiam reikalui. problema“, – sako ji. Taigi, tie metai, manau, yra kažkas tikrai brangaus.
Nesvarbu, ar ji tai žino, ar ne, Eldaras kartoja patarimus, kuriuos Oppenheimas gavo iš savo baigiamojo darbo patarėjo Amar Bose ‘51, SM ‘52, ScD ‘56, Bose Corporation įkūrėjo ir daugiau nei 40 metų MIT profesoriaus. Oppenheimas sako, kad rašydamas daktaro disertaciją jam iškilo sunkumų, susijusių su įdomiais dėstytojais dėl iš pažiūros nepraktiško požiūrio į signalų apdorojimą. Jis svarstė galimybę atsisakyti projekto. Bose'as sutiko patarti Oppenheimui dėl jų asmeninio ryšio, nors disertacijos tema buvo šiek tiek už jo kompetencijos srities ribų. Jis pasakė: „Ar tu tuo džiaugiesi? Ar tu tuo tiki?“ – prisimena Oppenheimas. Tada jis pasakė: „Tai tikriausiai paskutinis kartas jūsų gyvenime, kai turėsite atsakyti į klausimą vien dėl to, kad jis įdomus. Jeigu tu tuo tiki, turėk tai padaryti.
Kitas dalykas, kurį Oppenheimas sako išmokęs iš Bose, buvo įvertinti, kiek gali pasiekti jo, kaip mokytojo, įtaka. Nuostabus dalykas mokant yra tai, kad jūs darote įtaką kartai, jie išeina ir tampa mokytojais, daro įtaką kartai ir taip toliau, sako jis.
1988 m. Oppenheimas laimėjo aukščiausią IEEE švietimo apdovanojimą, kuris buvo įteiktas ceremonijoje, kuriai vadovavo Jamesas Kaiseris, SM ‘54, ScD ‘59, ir kurioje dalyvavo daugiau nei tūkstantis žmonių. Prieš pristatydamas Oppenheimą, Kaiseris paklausė, kiek auditorijos narių buvo jo tyrimo grupės studentai. Stovėjo apie dešimt žmonių. Tada Kaiseris paklausė, kam patarė vienas iš Oppenheimo mokinių. Didesnė grupė atsistojo. Tada Kaiseris paprašė atsistoti visus, kurie lankė vieną iš Oppenheimo pamokų, tada vieną iš jo mokinių, tada visus, kurie skaitė Oppenheimo knygą. Pabaigoje beveik visi kambaryje stovėjo.