Khoa học dựa vào mô hình máy tính - Vậy điều gì xảy ra khi nó sai?

Khoa học dựa vào mô hình máy tính - Vậy điều gì xảy ra khi nó sai?

Từ việc phát hiện ra penicillin cho đến các lý thuyết về thuyết tương đối và cơ học lượng tử, khoa học đã tiến bộ với tốc độ không thể tin được ngay cả trước khi có máy tính. Phần lớn điều này là do sự mạnh mẽ của phương pháp khoa học: kết quả khoa học được xác nhận bằng cách được nhân rộng và mở rộng bởi các nhà khoa học khác.

Nhưng cách chúng ta làm khoa học đang thay đổi - ngày nay chúng ta ngày càng dựa vào các mô hình máy tính phức tạp để hiểu bản chất. Và hóa ra những mô hình này có thể gần như không thể tái tạo - có nghĩa là một nền tảng quan trọng của khoa học đang bị thách thức. Vậy những tác động trong thế giới thực của sự thay đổi này là gì và chúng ta có thể làm gì với nó?

Khoa học tiền hiện đại - được gọi là triết học tự nhiên của người Hồi giáo - là theo kinh nghiệm. Khoa học thực nghiệm sử dụng các quan sát trong quá khứ để đưa ra dự đoán về tương lai, sau đó có thể được kiểm tra. Tycho Brahe, một nhà thiên văn học người Đan Mạch thế kỷ 16, đã xoay sở để thực hiện các quan sát chính xác và toàn diện về thiên đàng theo cách này.

Khoa học hiện đại, tuy nhiên, là lý thuyết. Khoa học lý thuyết cũng đưa ra dự đoán, nhưng nó xuất phát từ các mô hình toán học hơn là từ các quan sát trước đó. Hãy nghĩ về định luật chuyển động của Isaac Newton, như luật bình phương nghịch đảo của trọng lực.

Chẳng hạn, có một phương trình mô tả quỹ đạo của Trái đất quanh mặt trời. Phương trình này có thể được sử dụng để xây dựng một mô hình máy tính mà bạn chỉ cần cắm một số biến nhất định và xem giải pháp thay đổi như thế nào. Bạn chỉ có thể cắm vào một ngày trong tương lai và đọc vị trí của Trái đất vào ngày đó. Bạn cũng có thể sử dụng cùng một chương trình để mô hình hóa các hệ hành tinh khác - tất cả đều dựa trên cùng một toán học. Tất cả bạn phải làm là cắm vào khối lượng khác nhau và các thuộc tính khác của các cơ quan liên quan.

Các phương trình toán học như vậy là tuyệt vời khi chúng có sẵn - nhưng thường thì không. Chẳng hạn, chúng ta biết rằng không có phương trình đơn giản nào giải quyết cái gọi làvấn đề ba cơ thểNghiêng, mô tả ba cơ thể quay quanh và ảnh hưởng lẫn nhau bằng lực hấp dẫn - như mặt trăng, Trái đất và mặt trời.

Phần lớn khoa học hiện nay đề cập đến các hệ thống thậm chí phức tạp hơn, và tương tự thiếu các giải pháp chính xác. Những mô hình như vậy phải là tính toán của người Viking - mô tả cách một hệ thống thay đổi từ lúc này sang lúc khác. Nhưng không có cách nào để xác định trạng thái chính xác tại một thời điểm nào đó trong tương lai ngoài việc mô phỏng sự tiến hóa của nó theo cách này. Dự báo thời tiết là một ví dụ quen thuộc; cho đến khi sự ra đời của các máy tính trong 1950, không thể dự đoán thời tiết trong tương lai nhanh hơn thực tế.

Khoa học hiện tại thường bao gồm việc đưa ra một mô hình toán học mô tả một hệ thống phức tạp, sau đó biến mô hình này thành một mô phỏng tính toán và chạy mô phỏng để đưa ra dự đoán nhằm xác nhận mô hình.

Khi mô hình thất bại

Mô hình hóa được sử dụng trên các lĩnh vực khoa học - từ vật lý thiên văn và dự báo khí hậu đến tin sinh học và kinh tế. Nhưng có tranh luận ngày càng tăng về thực tế là khoa học này rất khó để xác nhận thông qua sinh sản.

Nó chỉ ra rằng mô tả đơn giản các phương pháp thử nghiệm bằng từ ngữ là không đủ. Điều đó một phần vì các ngôn ngữ tự nhiên như tiếng Anh đơn giản là quá mơ hồ để mô tả chính xác các tính toán. Rốt cuộc, có một lý do tại sao các lập trình viên sử dụng ngôn ngữ lập trình. Một trong những thách thức lớn nhất trong phát triển phần mềm là chuyển đổi các yêu cầu mơ hồ thành các thông số kỹ thuật chính xác về hành vi.

Con người - ngay cả các nhà khoa học - sau tất cả là ngụy biện. Chuyển đổi bất kỳ thông tin nào thành một chương trình hầu như luôn luôn giới thiệu các lỗi trên đường đi. Ví dụ, nhiều nhà khoa học phụ thuộc vào các công cụ khám phá dữ liệu như bảng tính, được thiết kế để dễ sử dụng và không mạnh mẽ. Rất dễ dàng chỉ đơn giản là tổng hợp phạm vi ô sai trong bảng tính mà không nhận được bất kỳ cảnh báo nào. Đây là một trong những sai sót phương pháp luận trong một bài viết mà Đảng Cộng hòa Hoa Kỳ đã sử dụng để dựa trên các chính sách ủng hộ thắt lưng buộc bụng của họ.

Tương tự như vậy nghiên cứu gần đây trên bảng tính 15,770 được công khai trong quá trình điều tra tập đoàn Enron của Hoa Kỳ cho thấy 24% của bảng tính chứa ít nhất một công thức có lỗi rõ ràng, chẳng hạn như thêm các ô trống.

Trong khoa học tự nhiên, Đài quan sát khí hậu sao Hỏa, một tàu thăm dò không gian được đưa ra trong 1998 để nghiên cứu khí hậu trên Sao Hỏa, đã bị mất một năm sau đó vì một phần của phần mềm điều khiển đã sử dụng nhầm lẫn đế quốc thay vì đơn vị số liệu. một nghiên cứu khác trong số chín triển khai độc lập của cùng một thí nghiệm khoa học địa lý - sử dụng cùng một bộ dữ liệu, thuật toán và ngôn ngữ lập trình - cho thấy rất ít sự đồng ý trong kết quả thu được.

Hơn nữa, ngay cả khi người đọc một bài nghiên cứu có thể diễn giải thành công ý nghĩa chính xác của nhà văn, và sau đó dịch sai nó thành một chương trình, vẫn còn những cạm bẫy trong việc thực hiện nó. Một loại vấn đề đặc biệt khó phát sinh từ cách máy tính xử lý số: mặc dù chúng có thể điều khiển các số nguyên như 42 và -17 với độ chính xác hoàn hảo, các kỹ thuật tiêu chuẩn để thao tác các số thực như π such3.14 và √2≈1.414 chỉ cho phép độ chính xác gần đúng. Các phép tính gần đúng này có nghĩa là các cách rõ ràng tương đương để tính toán cùng một giá trị có thể mang lại kết quả khác nhau.

Vậy thì cái gì có thể làm được? Nếu ngay cả các chuyên gia phát triển phần mềm không thể tạo ra phần mềm chính xác, thì hy vọng gì cho các lập trình viên nghiệp dư như các nhà khoa học?

Một công việc là sản xuất các công cụ để thiết kế các ngôn ngữ lập trình dành riêng cho miền tên miền, từng được điều chỉnh theo một loại vấn đề cụ thể, chẳng hạn như hành vi của các tác nhân trong thị trường kinh tế hoặc khuếch tán thuốc qua các tế bào. Những mục đích này giúp các chuyên gia mô tả các tính toán trực tiếp theo các thuật ngữ quen thuộc dễ dàng hơn nhiều, thay vì phải mã hóa chúng một cách gián tiếp bằng ngôn ngữ lập trình đa năng.

Cách tiếp cận thứ hai tìm cách thiết kế các hệ thống kiểu biểu hiện rõ ràng hơn nhưng vẫn thân thiện với người dùng. Những điều này sẽ giúp dễ dàng bắt các lỗi ngớ ngẩn của Wap, chẳng hạn như các ô trống trong bảng tính hoặc trộn các giá trị trong các đơn vị khác nhau. Nó không thể loại trừ tất cả các lỗi logic mặc dù. Dòng thứ ba là phát triển các thư viện mã có thể sử dụng cho số học chính xác, tránh các vấn đề gần đúng.

Có mọi cơ hội những cách tiếp cận này có thể giúp khắc phục vấn đề trong tương lai, hoặc ít nhất là loại bỏ một số rủi ro. Rốt cuộc, thế giới cần khoa học và các nhà khoa học cần máy tính - điều đó không có khả năng thay đổi bất cứ lúc nào sớm.

Giới thiệu về Tác giả

Jeremy Gibbons, Giáo sư Điện toán, Đại học Oxford. Trưởng chủ đề nghiên cứu Ngôn ngữ lập trình.

Bài viết này ban đầu xuất hiện trên The Conversation

Sách liên quan:

Thị trường nội địa

đàn bà gan dạ

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

theo dõi Nội bộ trên

icon facebookicon twitterbiểu tượng youtubebiểu tượng instagrambiểu tượng pintrestbiểu tượng rss

 Nhận tin mới nhất qua email

Tạp chí hàng tuần Cảm hứng hàng ngày

BẰNG CHỨNG

Nước trong xanh bao quanh bởi cỏ trắng chết chóc
Bản đồ theo dõi 30 năm tuyết tan khắc nghiệt trên khắp Hoa Kỳ
by Mikayla Mace-Arizona
Một bản đồ mới về các hiện tượng tuyết tan khắc nghiệt trong 30 năm qua làm rõ các quá trình thúc đẩy quá trình tan chảy nhanh chóng.
Biển băng trắng trong làn nước xanh với mặt trời lặn phản chiếu trong nước
Các khu vực đóng băng của Trái đất đang thu hẹp lại 33 nghìn dặm vuông mỗi năm
by Đại học Texas A & M
Tầng đông lạnh của Trái đất đang thu hẹp lại 33,000 dặm vuông (87,000 km vuông) mỗi năm.
tua-bin gió
Một cuốn sách gây tranh cãi của Hoa Kỳ đang gây ra sự phủ nhận khí hậu ở Úc. Tuyên bố trung tâm của nó là đúng, nhưng không liên quan
by Ian Lowe, Giáo sư danh dự, Trường Khoa học, Đại học Griffith
Trái tim tôi chùng xuống vào tuần trước khi thấy nhà bình luận bảo thủ người Úc Alan Jones đã vô địch một cuốn sách gây tranh cãi về…
hình ảnh
Danh sách nóng của các nhà khoa học khí hậu của Reuters bị lệch về mặt địa lý: tại sao điều này lại quan trọng
by Nina Hunter, Nhà nghiên cứu sau Tiến sĩ, Đại học KwaZulu-Natal
Danh sách Nóng của Reuters về "các nhà khoa học khí hậu hàng đầu thế giới" đang gây ra tiếng vang trong cộng đồng biến đổi khí hậu. Reuters…
Một người cầm trong tay một cái vỏ trong làn nước xanh
Vỏ sò cổ xưa cho thấy mức CO2 cao trong quá khứ có thể quay trở lại
by Leslie Lee-Texas A&M
Sử dụng hai phương pháp để phân tích các sinh vật nhỏ bé được tìm thấy trong lõi trầm tích từ đáy biển sâu, các nhà nghiên cứu đã ước tính…
hình ảnh
Matt Canavan gợi ý rằng thời điểm lạnh giá có nghĩa là sự nóng lên toàn cầu là không có thật. Chúng tôi phá vỡ điều này và 2 huyền thoại khí hậu khác
by Nerilie Abram, Giáo sư; Thành viên tương lai của ARC; Điều tra viên trưởng của Trung tâm Xuất sắc về Khí hậu Cực đoan của ARC; Phó Giám đốc Trung tâm Xuất sắc Úc về Khoa học Nam Cực, Đại học Quốc gia Úc
Thượng nghị sĩ Matt Canavan đã khiến nhiều người tròn mắt ngạc nhiên vào ngày hôm qua khi anh ấy tweet những bức ảnh về cảnh tuyết rơi ở khu vực New South…
Hệ sinh thái báo động bằng âm thanh cho các đại dương
by Tim Radford
Các loài chim biển được mệnh danh là lính canh hệ sinh thái, cảnh báo về sự mất mát của sinh vật biển. Khi số lượng của họ giảm, sự giàu có của…
Tại sao rái cá biển là chiến binh khí hậu
Tại sao rái cá biển là chiến binh khí hậu
by Zak Smith
Ngoài việc là một trong những loài động vật dễ thương nhất hành tinh, rái cá biển giúp duy trì sức khỏe của tảo bẹ hấp thụ carbon…

NHỮNG VIDEO MỚI NHẤT

Cuộc di cư khí hậu vĩ đại đã bắt đầu
Cuộc di cư khí hậu vĩ đại đã bắt đầu
by super User
Cuộc khủng hoảng khí hậu đang buộc hàng nghìn người trên thế giới phải chạy trốn khi nhà cửa của họ ngày càng trở nên không thể ở được.
Kỷ băng hà cuối cùng cho chúng ta biết lý do tại sao chúng ta cần quan tâm đến sự thay đổi nhiệt độ 2oC
Kỷ băng hà cuối cùng cho chúng ta biết lý do tại sao chúng ta cần quan tâm đến sự thay đổi nhiệt độ 2oC
by Alan N Williams và cộng sự
Báo cáo mới nhất từ ​​Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) tuyên bố rằng không có sự sụt giảm đáng kể
Trái đất đã tồn tại được môi trường sống trong hàng tỷ năm - Chính xác là chúng ta đã may mắn đến mức nào?
Trái đất đã tồn tại được môi trường sống trong hàng tỷ năm - Chính xác là chúng ta đã may mắn đến mức nào?
by Toby Tyrrell
Phải mất 3 hoặc 4 tỷ năm tiến hóa để tạo ra Homo sapiens. Nếu khí hậu hoàn toàn thất bại chỉ một lần trong đó…
Lập bản đồ thời tiết 12,000 năm trước có thể giúp dự đoán biến đổi khí hậu trong tương lai như thế nào
Lập bản đồ thời tiết 12,000 năm trước có thể giúp dự đoán biến đổi khí hậu trong tương lai như thế nào
by Brice Rea
Sự kết thúc của kỷ băng hà cuối cùng, khoảng 12,000 năm trước, được đặc trưng bởi một giai đoạn lạnh cuối cùng được gọi là Younger Dryas.…
Biển Caspi sẽ giảm 9 mét hoặc hơn thế kỷ này
Biển Caspi sẽ giảm 9 mét hoặc hơn thế kỷ này
by Frank Wesselingh và Matteo Lattuada
Hãy tưởng tượng bạn đang ở trên bờ biển, nhìn ra biển. Trước mặt bạn là 100 mét cát cằn cỗi trông giống như một…
Sao Kim giống Trái đất hơn, nhưng biến đổi khí hậu khiến nó không thể ở được
Sao Kim giống Trái đất hơn, nhưng biến đổi khí hậu khiến nó không thể ở được
by Richard Ernst
Chúng ta có thể học được nhiều điều về biến đổi khí hậu từ Sao Kim, hành tinh chị em của chúng ta. Sao Kim hiện có nhiệt độ bề mặt là…
Năm sự hoài nghi về khí hậu: Khóa học về sự cố trong thông tin sai lệch về khí hậu
Năm sự hoài nghi về khí hậu: Khóa học về sự cố trong thông tin sai lệch về khí hậu
by John Cook
Video này là một khóa học về thông tin sai lệch về khí hậu, tóm tắt các lập luận chính được sử dụng để gây nghi ngờ về thực tế…
Bắc Cực đã không ấm thế này trong 3 triệu năm và điều đó có nghĩa là những thay đổi lớn đối với hành tinh
Bắc Cực đã không ấm thế này trong 3 triệu năm và điều đó có nghĩa là những thay đổi lớn đối với hành tinh
by Julie Brigham-Grette và Steve Petsch
Hàng năm, lượng băng biển bao phủ ở Bắc Băng Dương giảm xuống mức thấp vào giữa tháng 1.44. Năm nay, nó chỉ đo được XNUMX…

BÀI VIẾT MỚI NHẤT

năng lượng xanh2 3
Bốn cơ hội về hydro xanh cho vùng Trung Tây
by Christian Tae
Để ngăn chặn một cuộc khủng hoảng khí hậu, Trung Tây, giống như phần còn lại của đất nước, sẽ cần phải khử cacbon hoàn toàn nền kinh tế của mình bằng cách…
ug83qrfw
Rào cản chính đối với nhu cầu đáp ứng nhu cầu cần kết thúc
by John Moore, Trên Trái đất
Nếu các cơ quan quản lý liên bang làm đúng, khách hàng sử dụng điện trên khắp Trung Tây có thể sớm kiếm được tiền trong khi…
cây để trồng cho khí hậu2
Trồng những cây này để cải thiện cuộc sống thành phố
by Mike Williams-Rice
Một nghiên cứu mới xác định cây sồi sống và cây sung Mỹ là những nhà vô địch trong số 17 “siêu cây” sẽ giúp tạo ra các thành phố…
đáy biển phía bắc
Tại sao chúng ta phải hiểu địa chất đáy biển để khai thác gió
by Natasha Barlow, Phó Giáo sư về Thay đổi Môi trường Đệ tứ, Đại học Leeds
Đối với bất kỳ quốc gia nào được thiên nhiên ưu đãi dễ dàng tiếp cận Biển Bắc cạn và nhiều gió, gió ngoài khơi sẽ là chìa khóa để đáp ứng mạng lưới…
3 bài học về cháy rừng cho các thị trấn trong rừng khi Dixie Fire phá hủy lịch sử Greenville, California
3 bài học về cháy rừng cho các thị trấn trong rừng khi Dixie Fire phá hủy lịch sử Greenville, California
by Bart Johnson, Giáo sư Kiến trúc Cảnh quan, Đại học Oregon
Một đám cháy rừng bùng cháy trong khu rừng núi khô nóng quét qua thị trấn Cơn sốt vàng ở Greenville, California, vào ngày 4 tháng XNUMX,…
Trung Quốc có thể đáp ứng các mục tiêu về năng lượng và khí hậu Giới hạn năng lượng than
Trung Quốc có thể đáp ứng các mục tiêu về năng lượng và khí hậu Giới hạn năng lượng than
by Alvin Lin
Tại Hội nghị thượng đỉnh về khí hậu của Nhà lãnh đạo vào tháng XNUMX, Tập Cận Bình cam kết rằng Trung Quốc sẽ “kiểm soát chặt chẽ nhiệt điện than…
Nước trong xanh bao quanh bởi cỏ trắng chết chóc
Bản đồ theo dõi 30 năm tuyết tan khắc nghiệt trên khắp Hoa Kỳ
by Mikayla Mace-Arizona
Một bản đồ mới về các hiện tượng tuyết tan khắc nghiệt trong 30 năm qua làm rõ các quá trình thúc đẩy quá trình tan chảy nhanh chóng.
Một chiếc máy bay thả chất chống cháy đỏ vào đám cháy rừng khi các nhân viên cứu hỏa đậu dọc con đường nhìn lên bầu trời màu cam
Mô hình dự đoán đợt cháy rừng kéo dài 10 năm, sau đó suy giảm dần
by Hannah Hickey-U. Washington
Nhìn vào tương lai dài hạn của cháy rừng dự đoán một đợt bùng phát cháy rừng ban đầu kéo dài khoảng một thập kỷ,…

 Nhận tin mới nhất qua email

Tạp chí hàng tuần Cảm hứng hàng ngày

Thái độ mới - Khả năng mới

Nội địa.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | Thị trường nội địa
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf Publications. Tất cả các quyền.