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AI影响下的科学价值和目标思考

已有 2043 次阅读 2023-10-14 22:08 |系统分类:观点评述

 AI的发展已经给科学带来了巨大的影响,不仅提高了科学研究的效率和质量,而且也改变了科学家对科学的价值和目标的看法。在本文中,我将探讨一下AI时代的科学的价值和目标是什么,以及它们与传统的科学观点有何异同。

首先,我们需要明确什么是科学的价值和目标。科学的价值是指在科学实践中被认为是重要或有益的特征或品质,如真实性、一致性、简单性、美观性、可理解性等。科学的目标是指科学家试图通过科学活动实现的认知或实用的目标,如描述、预测、解释、控制、创新等。科学的价值和目标之间存在着密切的联系,因为不同的价值观会导致不同的目标选择,反之亦然。如果一个科学家重视真实性和客观性,他可能会选择一个能够反映现实世界本质和结构的理论或模型,而不管它是否复杂或难以理解;如果一个科学家重视简单性和美观性,他可能会选择一个能够用最少的假设和最优雅的形式来描述和解释现象的理论或模型,而不管它是否完全符合观察数据。

传统上,科学哲学家们认为科学的主要价值是真实性和客观性,即科学理论和模型应该尽可能地反映真实世界的本质和结构。基于这种价值观,科学的主要目标是描述、预测和解释自然现象,并通过证据和逻辑来证明或证伪科学主张。这种观点被称为科学实在论,它强调了理论与现实之间的拟合性和准确性作为评判科学成就的标准。科学实在论认为科学的目的是发现真实世界的本质规律和结构,科学理论和模型应该反映真实世界的情况,而不是人类的构造或约定。科学理论和模型可以通过证据和逻辑来验证或否定,从而提高它们与真实世界的一致性。符合这种观点的科学理论或模型的例子非常多。牛顿力学描述物体运动和相互作用的数学方程式,揭示物体运动和相互作用的真实规律,可以解释和预测许多日常现象。达尔文进化论描述生物多样性和适应性的理论,揭示生物是通过自然选择而演化的真实机制,可以用化石记录、生物分类等来证明或推断生物之间的亲缘关系和演化历史。爱因斯坦相对论描述时空和物质能量之间关系的理论,揭示时空和物质能量之间的真实关系,可以解释和预测许多高速或高能或强重力下的现象。

然而,在AI时代,这种传统的科学价值和目标观受到了挑战和修正。一方面,AI提供了一种新的方式来获取和处理数据,使得科学家可以探索更复杂、更多样、更动态的现象,并发现更深层次、更广泛、更普遍的规律。这就要求科学家放弃对真实性和客观性的过分追求,而转向对多样性和灵活性的重视。换句话说,科学家不再试图寻找唯一正确或最佳的理论或模型来描述和解释现象,而是根据不同的目的、背景和条件来选择或构建合适或有效的理论或模型。这种观点被称为科学建构主义,它强调了理论与数据之间的适应性和可用性作为评判科学成就的标准。根据这种观点,科学理论和模型不是反映真实世界的情况,而是人类的构造或约定,它们可以根据不同的目的、背景和条件来选择或构建。科学建构主义的支持者认为,科学理论和模型可以通过数据和算法来生成或优化,从而提高它们与数据的适应度和可用性。我认为这种观点可能反映了一种事实,可以举一些例子详细的看一下。

量子力学:量子力学是一套描述微观粒子行为和相互作用的理论,它由多位物理学家于20世纪初提出。量子力学认为微观粒子的状态和性质是不确定的,只能用概率来描述。量子力学也提出了一些与经典物理学相悖的概念,如波粒二象性、超距作用、不确定性原理等。量子力学是一种科学建构主义的理论,因为它不试图揭示微观粒子的真实本质或结构,而是根据实验数据来构建或选择合适或有效的数学模型来描述和预测微观粒子的行为。例如,量子力学有多种不同的解释或版本,如哥本哈根解释、多世界解释、隐变量解释等,它们都可以与实验数据相符,但没有一个可以被证明是唯一正确或最佳的。

混沌理论:混沌理论是一套描述复杂系统中非线性动力学行为的理论,它由多位数学家和物理学家于20世纪中后期提出。混沌理论认为复杂系统中存在着一些敏感依赖初始条件的动力学过程,即微小的初始差异会导致巨大的长期差异。混沌理论也提出了一些与经典物理学相悖的概念,如奇异吸引子、分形、蝴蝶效应等。混沌理论是一种科学建构主义的理论,因为它不试图揭示复杂系统中存在着一些确定或规律性的动力学行为,而是根据计算机模拟或人工智能来生成或优化合适或有效的数学模型来描述和解释复杂系统中的非线性动力学行为。例如,混沌理论可以用神经网络、遗传算法、深度学习等方法来训练或改进数学模型,从而提高它们与复杂系统中的数据的拟合度和可用性。

复杂系统理论:复杂系统理论是一套描述由大量相互作用元素组成的系统行为和特征的理论,它由多位跨领域研究者于20世纪末21世纪初提出。复杂系统理论认为由大量相互作用元素组成的系统具有一些整体性、自组织性、自适应性、涌现性等特征,即系统表现出了一些超越其组成元素之和的行为和特征。复杂系统理论也提出了一些与经典物理学相悖的概念,如相变、临界现象、幂律分布等。复杂系统理论是一种科学建构主义的理论,因为它不试图揭示由大量相互作用元素组成的系统的真实本质或结构,而是根据数据挖掘或人工智能来发现或创造合适或有效的理论或模型来描述和解释由大量相互作用元素组成的系统的行为和特征。例如,复杂系统理论可以用聚类分析、关联规则、机器学习等方法来发现或创造由大量相互作用元素组成的系统中存在的一些模式或规律,从而提高它们与数据的适应度和可用性。

另一方面,AI也提供了一种新的方式来生成和评估知识,使得科学家可以利用机器智能来辅助或替代人类智能来进行科学发现和创新。这就要求科学家放弃对可理解性和可解释性的过分依赖,而转向对可靠性和可信赖性的重视。换句话说,科学家不再试图完全理解或解释机器生成或使用的知识,而是根据不同的标准和指标来检验或验证机器的性能和结果。这种观点被称为科学可信主义,它强调了机器与人类之间的协作性和互补性作为评判科学成就的标准。机器智能可以帮助科学家进行更有效和更创新的科学研究,而不需要完全理解或解释机器的知识和过程。这种观点在科学领域已经有了实际而且前沿的应用和例如:

基因编辑:基因编辑是一种利用人工智能技术来修改生物体的基因序列的方法,可以用于治疗遗传疾病、改善农作物、制造新型生物材料等。基因编辑的过程涉及到大量的数据分析、模式识别、优化算法等,这些都是机器智能擅长的领域。科学家不需要完全理解或解释机器如何选择或设计最佳的基因编辑方案,只需要根据实验结果和安全性等指标来评估机器的性能和可信度。

药物设计:药物设计是一种利用人工智能技术来发现或优化新型药物分子的方法,可以用于治疗各种疾病、提高药效、降低副作用等。药物设计的过程涉及到大量的化学结构、生物活性、药代动力学等信息,这些都是机器智能可以快速处理和学习的内容。科学家不需要完全理解或解释机器如何生成或筛选最优的药物候选,只需要根据实验验证和临床试验等标准来检验或验证机器的结果和可靠性。

天文探测:天文探测是一种利用人工智能技术来观测和分析宇宙现象的方法,可以用于发现新星系、新行星、新黑洞等。天文探测的过程涉及到大量的图像处理、信号处理、数据挖掘等,这些都是机器智能可以高效完成和优化的任务。科学家不需要完全理解或解释机器如何识别或分类最有价值的天文目标,只需要根据观测数据和理论模型等证据来评价或确认机器的发现和可信性。

可以看出,AI时代的科学的价值和目标是多样性、灵活性、可用性、可靠性和可信赖性,而不是真实性、客观性、一致性、简单性和可理解性。这些价值和目标反映了科学家对科学的新的认识和态度,也为科学的发展提供了新的动力和方向。当然,这并不意味着传统的科学价值和目标就完全失去了意义或作用,而是需要与AI时代的科学价值和目标相协调和平衡,以实现科学的多元化和进步。在具体措施上,我认为可以采用一下一些具体的方法:

多模态推理:利用AI技术,结合不同的数据来源和表达方式,如图像、文本、声音、视频等,进行综合的分析和推理,以提高科学问题的解决能力和效率。例如,通过多模态推理,可以从多个角度和层次对生物系统进行建模和模拟,从而揭示其复杂的结构和功能。

贝叶斯更新:根据新的观测数据和先验知识,动态地更新和修正科学假设和模型,利用AI技术,以提高科学推断的准确性和可靠性。例如,通过贝叶斯更新,可以在不断收集和分析数据的过程中,逐步缩小不确定性的范围,从而达到最优的决策。

元学习:让机器自动地学习如何学习,以提高科学学习的灵活性和可用性。例如,通过元学习,可以让机器在不同的任务和环境中,快速地适应和转移知识,从而实现跨领域和跨尺度的科学探索。

 

 




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