【探索22-2】計算機世界中的真實——談電腦模擬在科學上的應用

18世紀至20世紀初期間,「計算」持續在天文學、大氣科學、物理學、統計力學等領域扮演要角,但被認為「只是計算而已」,不被視為獨立的學科。不過,為了計算上的需要,數學家相繼發明了為日後奠基的數值算法,至今仍在使用。有了理論和數值以後,便可以利用計算解析物理與化學模型隨著時間的變化。英文的computer一詞,最早指的就是一群有組織在從事計算的人,在當時這些計算師們大多是女性,例如對天文學發展有重要貢獻的哈佛計算師(Harvard Computers)即是著例。

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【探索22-1】計算的歷史縱深

在這一個世紀中,計算有跳躍性的進展,對人類文明產生十分巨大的影響。在人類漫長的歷史裡,計算如何從古代懵懵懂懂的操作經驗,慢慢提升到了解到它的本質,逐漸從數學裡分化出來,有自己研究的目標、方法,作為一個成熟的知識領域。李國偉教授從軟體、硬體雙方的發展來看計算如何從數學逐漸演化出來的歷程,以橫貫東西文明的觀點看其歷史的縱深。

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【人物專訪】迎接計算而來的挑戰——專訪董世平

電腦革新了當代社會的行為模式,看似能解決所有困難,但面對計算問題,還需數學的研究與突破。董世平教授研究數論與邏輯,從討論可算不可算、可行非可行的計算問題,與觀眾分享當代計算問題的挑戰,同時娓娓道來數學在生活中的應用,以及對學術研究的感悟。

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【人物專訪】世代進步的推手:高效能計算——專訪許文翰

2011年,許文翰教授獲頒「台法科技獎」(Taiwan-France Science and Technology Award),一個一年僅頒給一位台灣人與共同合作的法國人的獎項。獲頒這個獎的地位與法國科學院院士雷同,頒獎地點在巴黎塞納河旁的法國科學院,得獎人會穿上法國古代的服裝,接受這項殊榮。和許文翰教授合作研究的學者是法國的一位醫生Dr. Marc Thiriet,他們合作了許多與「醫學」有關的研究題目。透過使用流體力學的知識和科學計算的途徑,逐漸揭開中國千年來「針灸」機制的秘密,亦幫助揭開許多醫學上未知的機制。

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【人物專訪】與計算共同漫遊於分子生物之間——專訪朱智瑋

大學及研究所階段就讀化工的朱智瑋教授,是如何踏入生物領域?又如何成為至今熱愛生物的研究者呢?一切可追溯至朱教授唸博士時的研究。當時朱教授對於分子模擬這領域有興趣,因而進入一位做分子模擬教授的實驗室。當時朱教授的老闆與另一位生物專長教授合作,共同研究氧化機制及發酵相關題目,朱教授因此接觸到蛋白質被氧化的機制,進而開啟基因序列的研究。最終,接觸到與序列運算綁在一起的計算生物。進入到生物領域後,發現自然界中的生物機制及反應,和蛋白質構型及序列大為相關,這樣的生物奧秘,點燃朱教授心中對生物的熱情及渴望探索的動力。

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【人物專訪】穿梭虛與實之間:動畫特效與算圖農場——專訪郭嘉真

從《怪獸電力公司》怪獸們隨風擺動的毛髮到《復仇者聯盟》系列電影中鋪天蓋地的超能力,動畫特效已成為現代民眾觀影體驗中不可或缺的一部分。事實上,逼真自然的特效製作仍須以流體力學與固態力學等方程式為基礎進行電腦算圖(Computer-Generated Imagery,CGI)製成。許多人不知道的是,台灣也有專為創作者建立的算圖農場(Render farm),其中計畫主持人郭嘉真教授曾帶領團隊參與《一把青》、《聶隱娘》與《傀儡花》影視內容的動畫製作,逼真呈現激烈空戰、雲霧飄渺以及船艦破浪等場景。

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【人物專訪】透過密碼學達成看似不可能的任務——專訪魏澤人

隨著雲端數據與大數據分析時代的來臨,如何在分析與共享大量資訊的同時保護個人訊息的隱私成為亟待處理的問題,透過密碼學的應用便可在資訊共享與隱私權間取得平衡。長期鑽研密碼學的魏澤人教授指出,密碼學引人入勝之處便在於它能完成許多表面矛盾但是實際可行的任務。

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【人物專訪】理論計算到電腦模擬之路——專訪鄭原忠

出身於傳統農村的鄭原忠教授,自幼便沐浴在大自然中,對於自然奧秘的熱愛及響往,促使他走向化學之路。大約是在高中期間,首次接觸化學課及化學實驗,便對其著迷,覺得化學變化很有趣也很特別,因此大學及研究所都就讀化學相關科系。然而,大學時期的一門書報討論課,成為踏入理論計算及電腦模擬的起始點。

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【人物專訪】踏上追尋真理之路——專訪李國偉

「我對追求物質的生涯從未感到興趣過,汲汲營營於功利不是我的人生觀。」李老師如此說。在人生的過程中,老師從未忘記自己求知的初衷——走上追尋真理的道路。這成為了老師生命的泉源,使他的精神得以舒坦、愉悅、飽滿。我想這就是老師為何看起來在年輕的臉龐上散發出和煦笑容的原因吧!那笑容背後散發出很純粹追求真理的內心。

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【探索基礎科學系列講座第22期】多彩繽紛的計算世界

「計算」作為一種科學活動,在當代的應用無遠弗屆。20世紀中葉後,電子計算機整合了計算所需的軟硬體,解決現代科學、工程、經濟或人文上的複雜問題。「計算」已從處理「數」與「量」的工具性知識,發展成為更廣泛處理訊息與知識的重要科學領域,使得過去難以想像的各類應用得以實現。現在「計算」的世界是多麼光彩繽紛!

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