Макроскоп (научная концепция) - Macroscope (science concept)

Эта статья о концепции науки. Для использования в других целях см. Макроскоп.

В науке понятие макроскоп это антитеза микроскоп, а именно метод, техника или система, с помощью которых можно наблюдать очень большой объект, например земной шар и его содержимое,[1][2] или концептуально Вселенная. Очевидно, что в настоящее время не существует единой системы или инструмента, который мог бы выполнять эту функцию, однако к его концепции можно приблизиться с помощью некоторой текущей или будущей комбинации существующих систем наблюдений.[3][4] Термин «макроскоп» также применялся к методу или сборнику, который может рассматривать некоторые более конкретные аспекты глобальных научных явлений во всей их полноте, например, всю растительную жизнь,[5] или вся жизнь на земле.[6] Этот термин также использовался в гуманитарных науках как общий ярлык для инструментов, которые позволяют обзор различных других форм «больших данных». Как обсуждалось здесь, концепция «макроскопа» по сути отличается от концепции макроскопический масштаб, который просто берет на себя микроскопическая шкала уходит, закрывая все объекты, достаточно большие, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.

История концепции

Термин «макроскоп» ввел эколог. Ховард Т. Одум в 1971 г.[7], который использовал его (в отличие от микроскопа, который показывает мелкие объекты в мельчайших деталях), чтобы представить своего рода «средство устранения деталей», которое, таким образом, позволяет лучше рассмотреть экологические системы для улучшенного управления (Odum, 1971, рис. 10). Некоторые авторы, такие как Хидефуми Имура, продолжают использовать этот термин как более или менее синоним общего обзора или крупномасштабного анализа данных в своей области.[8][9]

Затем концепция Одума была расширена французским мыслителем. Жоэль де Росне, который написал книгу, объясняющую использование этого понятия в 1975 году; По мнению де Росне, макроскоп может быть направлен не только на мир природы, но и на системы, связанные с человеком, такие как рост городов, экономика и поведение людей в обществе.[1] Более поздние исследователи склонны использовать этот термин как синоним системы наблюдений всей Земли или ее части, опираясь, в частности, на спутниковые изображения, полученные из дистанционное зондирование, и / или на месте наблюдения, полученные через сенсорные сети (Смотри ниже).

В качестве расширения научного контекста термин «макроскоп» также применялся в гуманитарных науках в качестве общего термина для любого инструмента, позволяющего обзор и понимание коллекций «больших данных» в этой или смежных областях.[10][11][12] Для полноты картины следует отметить, что концепция «обратного микроскопа» не нова: примерно 80 лет назад автор Льюис Кэролл во втором томе его романа Сильви и Бруно, опубликованная в 1893 году, описала вымышленного профессора, который включил в свою лекцию инструмент, который уменьшит слона до размеров мыши, и назвал его «мегалоскоп».[13] Голландский автор Кис Боке также написал книгу 1957 года, Cosmic View: Вселенная в 40 прыжках,[14] первая часть представляет собой изображения аспектов Земли во все уменьшающемся масштабе и параллельна последующему принципу гипотетического «макроскопа» с рядом уровней увеличения.

Интерпретация и практическая реализация

Изображение с демонстрационной концепции "макроскопа" 2007 года, предоставленной отделом ИКТ г. CSIRO, показывая физические данные из беспроводной сенсорной сети Fleck, наложенные на топографические изображения Google

Более практический аспект того, что именно представляет собой макроскоп, менялся со временем и в соответствии с интересами, требованиями и сферой деятельности соответствующих работников. Первоначальная концепция Одума заключалась в изучении экосистем путем интеграции результатов существующих методов исследования, идентификации и классификации их содержимого с последующим устранением мелкомасштабных деталей для получения «общей картины», пригодной для анализа и, при необходимости, моделирования. Де Росне рассматривал свой «макроскоп» как системную точку зрения для изучения (среди прочего) природы человеческого общества и понимания причин человеческих действий. Он написал:

Давайте использовать макроскоп, чтобы по-новому взглянуть на природу, общество и человека и попытаться определить новые правила обучения и действий. В его поле зрения организации, события и эволюции освещаются совершенно другим светом. Макроскоп фильтрует детали и усиливает то, что связывает воедино. Он используется не для того, чтобы увеличивать или уменьшать объекты, а для наблюдения того, что одновременно слишком велико, слишком медленно и слишком сложно для наших глаз (человеческое общество, например, представляет собой гигантский организм, который совершенно невидим для нас).[15]

Для некоторых недавних сотрудников, занимающихся научными исследованиями аспектов земных систем (таких как Дорнелас и др.), Макроскоп представляет собой предполагаемый набор инструментов наблюдения, которые в совокупности обеспечат желаемый синоптический набор наблюдений в соответствующей области исследования (в их дело для морской области, разделенное на спутники, дроны, фотоловушки, пассивные акустические пробоотборники, биологи, ДНК окружающей среды и наблюдения человека),[3] в то время как для других макроскоп уже здесь, как своего рода «виртуальный инструмент» с такими источниками данных, как Landsat спутниковые снимки, обеспечивающие необходимый вид Земли с высоким разрешением,[16][17] и / или беспроводные сенсорные сети, обеспечивающие набор локальных, на месте наблюдения.[18][19] По мнению IBM исследователей, макроскоп - это техническое решение - в основном в области управление данными - это позволит интегрировать все существующие наблюдения за землей и связанные с ними наблюдения и запрашивать их для получения значимых результатов. В 2017 году они писали:

К 2022 году мы будем использовать алгоритмы и программное обеспечение машинного обучения, которые помогут нам организовать информацию о физическом мире, помогая предоставлять обширные и сложные данные, собранные миллиардами устройств, в пределах нашего видения и понимания. Мы называем это «макроскопом», но в отличие от микроскопа, который позволяет видеть очень маленькие, или телескопа, который может видеть вдалеке, это система программного обеспечения и алгоритмов, объединяющая все сложные данные Земли для анализа в пространстве и времени. для смысла.[4][20]

Для Крэйга Манди из Microsoft, преимущества макроскопа заключаются не только в наблюдении за Землей, но и за людьми, находящимися на ней:

Поскольку Земля все больше оснащается недорогими датчиками с высокой пропускной способностью, мы получим лучшее понимание нашей окружающей среды с помощью виртуального распределенного «макроскопа» всей Земли ... Масштабная аналитика данных позволит отслеживать в реальном времени болезней и целенаправленных ответных мер на потенциальные пандемии. Наш виртуальный «макроскоп» теперь можно использовать как на себе, так и на нашей планете.[21]

(Интересно, что в 2020 году, через 11 лет после того, как был сделан вышеупомянутый комментарий Манди, исследователи использовали именно такие методы, чтобы лучше понять происхождение 2019-2020 годов. COVID-19 пандемия.[22])

Контрастная терминология

Период, термин макроскопический масштаб отличается в использовании от концепции науки, как обсуждалось выше; по сути, он охватывает любой предмет, достаточно большой, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом, иными словами, не требует микроскоп быть визуализированным. Некоторые авторы также используют «макроскопический» как часть континуума последовательно увеличивающихся типов масштабов, начиная с микроскопических, затем макроскопических, затем мезоскопических и, наконец, мегаскопических.[23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б де Росне, Дж. (1975). Le Macroscope, Vers une Vision globale. Editions du Seuil, Париж. Английский перевод доступен онлайн по адресу http://pespmc1.vub.ac.be/macroscope/default.html
  2. ^ Джером Э. Добсон: "Через макроскоп: взгляд на мир географии". ArcNews, зима 2011/2012. www.esri.com, по состоянию на 9 июня 2020 г.
  3. ^ а б Дорнелас, Мария; Мадин, Элизабет; и другие. (2019). «Навстречу макроскопу: использование технологий для преобразования широты, масштаба и разрешения макроэкологических данных». Глобальная экология и биогеография. 28 (12): 1937–1948. Дои:10.1111 / geb.13025.
  4. ^ а б www.research.ibm.com: Макроскопы помогут нам понять сложность Земли до бесконечности. Доступ 8 июня 2020 г.
  5. ^ Осубель, Джесси Х. (2009). «Ботанический макроскоп». PNAS - Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 106 (31): 12569–12570. Дои:10.1073 / pnas.0906757106. ЧВК  2722277. PMID  19666620.
  6. ^ Энциклопедия жизни, февраль 2008 г .: «Ученые исследуют загадки жизни с помощью энциклопедического« макроскопа »». AAAS EurekaAlert, по состоянию на 6 июня 2020 г.
  7. ^ Ховард Т. Одум, 1971. Окружающая среда, власть и общество. Wiley, New York, 331 стр.
  8. ^ Имура, Х., 2013. Исследования экологических систем: макроскоп для понимания и эксплуатации космического корабля Земля. Спрингер, 151 стр. ISBN  9784431541257 (оригинал на японском языке, опубликовано в 2009 г.)
  9. ^ de Magny, G.C., Renaud, F., Durand, P. & Guégan, J.-F., 2008. Экология здоровья: новый инструмент, макроскоп. Глава 8 (стр. 129–148) в Thomas, F., Guégan, J.-F. & Рено, Ф. (редакторы): Экология и эволюция паразитизма: хозяева экосистем. Oxford University Press, 240 стр.
  10. ^ Тангерлини, Тимоти Р. (2013). «Фольклорный макроскоп: вызовы вычислительной фольклористике». Западный фольклор. 72 (1): 7–27. JSTOR  24550905.
  11. ^ Шон Грэм, Ян Миллиган и Скотт Вейнгарт, 2015. Изучение больших исторических данных: макроскоп историка. Мировая научная издательская компания, 308 с.
  12. ^ Юн, Джозеф Т .; Вэнс, Николас; и другие. (2020). «Макроскоп социальных сетей: научный портал для исследований с использованием данных социальных сетей». Компьютерные системы будущего поколения. 111: 819–828. Дои:10.1016 / j.future.2019.10.029. Получено 2020-06-15.
  13. ^ Льюис Кэрролл, 1893: Сильви и Бруно пришли к выводу. Macmillan and Co., Лондон и Нью-Йорк. Оцифрованная версия доступна по адресу https://ia800206.us.archive.org/8/items/sylviebrunoconcl00carriala/sylviebrunoconcl00carriala.pdf.
  14. ^ Кис Боке, 1957: Космический взгляд: Вселенная в 40 прыжках. John Day Company, Нью-Йорк. ISBN  0-381-98016-2.
  15. ^ де Росне, 1975, английский перевод: Введение
  16. ^ Amoroso, Ricardo O .; Парма, Ана М .; Оренсанц, Дж. М. (Лобо); Гальярдини, Доминго А. (2011). «Масштабирование макроскопа: дистанционное зондирование среднего разрешения как основа для оценки малого рыболовства». Журнал морских наук ICES. 68 (4): 696–706. Дои:10.1093 / icesjms / fsq162. Получено 2020-06-10.
  17. ^ Эндсли, К.А., 2018: «Дистанционное зондирование социально-экологической динамики в городских кварталах». Стр. 90-106 в Уолш, Стивен (ред.): Комплексное дистанционное зондирование, т. 9. Заявления на получение социальных пособий. Эльзевир, 2018.
  18. ^ Толле, Гилман; Поластр, Джозеф; и другие. (2005). «Макроскоп в секвойи». SenSys '05: Материалы 3-й Международной конференции по встроенным сетевым сенсорным системам, ноябрь 2005 г.: 51–63. Дои:10.1145/1098918.1098925. ISBN  159593054X. S2CID  1233150.
  19. ^ «Геологический макроскоп». Глава 8 в книге Майкла Стивенсона: Энергия и изменение климата: Введение в геологический контроль. Эльзевир, 2018, 206 с.
  20. ^ Джеффри Велсер: Предыдущие прогнозы IBM «5 из 5» - где они сейчас? Блог IBM Research, 23 сентября 2020 г., по состоянию на 12 октября 2020 г.
  21. ^ Манди, Крейг: «Путь вперед». Стр. 223-226 в Тони Хей, Стюарт Тэнсли и Кристин Толле (ред.): Четвертая парадигма: научное открытие с большим объемом данных. Microsoft Research, 2009 г. ISBN  978-0-9825442-0-4. Доступны на https://www.microsoft.com/en-us/research/wp-content/uploads/2009/10/Fourth_Paradigm.pdf
  22. ^ Морган Макфолл-Джонсен, 2020: «Спутниковые изображения и интернет-тенденции предполагают, что коронавирус, возможно, появился за несколько месяцев до того, как Китай сообщил об этом:« Что-то происходило в октябре »».. www.businessinsider.com.au, по состоянию на 11 июня 2020 г.
  23. ^ Иссотье, Бенуа; Визер, Софи; Audiganez, Паскаль; ле Ниндр, Ив-Мишель (2014). «Воздействие неоднородности речных резервуаров на связность: влияние на оценку геологической емкости хранения CO2». Международный журнал по контролю за парниковыми газами. 20: 333–349. Дои:10.1016 / j.ijggc.2013.11.009. Получено 2020-11-23.