网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

AI带给科学的5点“大不同”

0
分享至


随着AI在科学研究中占据越来越重要的位置,科学范式正悄然改变。

文|钱学胜

复旦大学智慧城市研究中心高级研究员,《科学画报》编委会人工智能专委会副主任委员,上海中小学前沿科学前沿技术创新课程平台专家。

人工智能赋能科学研究(AI for Science,简称AI4S)浪潮席卷全球,“智能范式”正在加速崛起。作为被认为继实验科学、理论科学、计算科学、数据密集科学之后的第五种全新科学范式,AI4S极大地降低了科学探索的时间成本和经济成本,改变了科研所需的知识结构,更深刻重塑了学科知识的应用方式,变革了科学研究的系统方法,引发了关于科学本质的全新讨论。

01.

翻转科学逻辑

我们在基础教育中接触到的科学发现,几乎都遵循着“观察—假设—实验—验证”的研究路径。正是这种“假设—演绎”的推理路径与还原论的分解策略,确立了近代科学的主流根基。

然而,我们的客观世界并不总是线性的,各变量不都是孤立的,而是更多呈现出整体大于部分之和的系统特性。因此,在面对气候变化、生物结构、脑神经网络等复杂系统时,上述传统科学逻辑就显得捉襟见肘。

AI4S改变了这一局面。得益于AI在海量混沌的“数据洪流”中直接捕捉高维非线性规律的能力,科学家现在不必事先构建完整、精确的理论模型,就可以尝试将海量数据“喂”给AI,继而由AI自动挖掘出隐藏在数据背后的规律。这类由数据反向生成科学假设的路径,也被概括为“数据驱动发现”。

不仅如此,这种使用AI的全局性分析还特别适合捕捉涌现行为。例如,用图神经网络模拟分子动力学,我们不仅能知道单个原子的动力学特征,还能看到整个蛋白质分子如何像“呼吸”一样发生整体构象变化。这使科学逻辑不仅限于自上而下的推导,更多了自下而上的涌现式的发现。

这一变革“翻转”了经典的科学逻辑,让研究者可以从数据中先识别模式、生成候选假设,再回到理论与实验中检验,突破了科学假设需要依赖人类认知、经验乃至直觉的局限,同时也让科学研究超越了传统线性思维,迈向对复杂系统不同因素间深层关联的探索。

02.

消融学科界限

如果说近代科学发展的趋势是不断的细分,那么AI的出现则按下了跨学科融合的“快进键”。2024年诺贝尔奖给我们带来的震撼记忆犹新——当AI科学家也能获得诺贝尔物理学奖、化学奖,传统的学科边界因AI而变得不再“泾渭分明”。

原本不管是物理学、化学,还是生物学、天文学,都有着基于自身独特知识的“语言体系”,而AI4S正在创造一种全新的“元范式”:无论是预测分子性质、模拟气候系统,还是分析天文图像、设计药物分子,底层用的都是相似的神经网络架构、优化算法和表示学习。通过构建学科间数据、理论和实验的桥梁,AI帮助科学跨越知识的壁垒,越来越成为智能时代科学研究的“通用语言”。

在最新的研究中,我们看到物理学家用AI预测材料分子的生物毒性,生物学家用AI结合量子化学计算蛋白质的动力学变化。AI与传统学科的深度融合,正在催生一系列“AI+”的全新交叉领域。或许,未来的科学界将不再严格区分物理学家、化学家、生物学家,取而代之的是融合多领域知识和AI能力的“跨界科学家”。

03.

破局复杂计算

计算科学时代的最大困局,不是“有没有公式”,而是“有公式,也算不动;能算,也算不完”。这就是“维数灾难”:问题越来越复杂,变量数量迅速增加,相应可能的组合会呈指数级膨胀,这使得传统计算方法难以应付。

例如:材料开发中,组分、结构、温度、压力等变量交织,实验和模拟难以穷尽;药物分子设计空间极其巨大,理论上可供探索的小分子数量几乎是天文数字;在天文观测和粒子物理中,海量数据流要求系统具备自动筛选、识别与建模能力。以上这些问题的计算,动辄需要超级计算机运行数月甚至数年。

AI恰好具备了处理高维复杂问题的惊人能力。机器学习可以通过训练得到近似模型,用更低的成本完成原本昂贵的模拟任务;深度学习能够在高维空间中提取有效特征,缩小搜索范围;生成模型可以直接生成候选分子、材料结构或反应路径,无须盲目遍历;强化学习可用于优化高维参数空间中的计算资源配置。

总的来说,AI4S增加了复杂问题的可处理性,使科学家能在更短时间内从海量可能性中逼近更优答案,让“维数灾难”不再那么令人望而生畏。

04.

突破实验瓶颈

实验是科学探索中最昂贵、最耗时、最受资源约束的环节,不少领域还需要反复通过“试错”来“碰运气”。例如:研发一款新药通常需要10年时间和10亿美元,发现一种新材料需要尝试数百万种化合物,验证一个核聚变反应堆的设计则需要建造耗资巨大的实验装置。

AI4S正在改变这一局面。生成式AI能快速设计、生成出虚拟的全新对象(如新蛋白结构、新材料结构),并在计算机中进行成千上万次的仿真模拟测试;AI驱动的自主实验室可以不眠不休地快速完成科学实验的自动化闭环。除此之外,AI还能极大地优化实验设计、加速实验流程。它能告诉科学家:下一步最值得尝试的实验参数是什么,哪条合成路径成功率最高且成本最低。

AI的参与让科学研究的实验周期从“年”缩短到了“月”甚至“天”,并大大降低试错成本,使原本周期长、成本高、成功率低的实验不再那么艰难,也使科学家能从烦琐的实验中抽身,回归到定义问题与机理解释等更高层级的智力活动中来。

05.

进化科研工具

长期以来,我们习惯于把算法当作协助科学探索的工具。随着越来越多的专家级AI4S基础设施平台的推出,AI已经进化为能“自动有为”,甚至“主动作为”的“科研合伙人”。研究者与AI之间的关系,不再只是命令与执行,而转向了启发和协同。未来的实验室也许也不再是“导师+学生+仪器”,而是“研究团队+自动化平台+科学大模型”的混合系统。

与此同时,我们也要清醒地认识到,AI这位科研伙伴仍然存在幻觉、黑箱等问题,在科学探索中,还有可解释性不足、结果不可复现、因果推断困难等局限。更关键的是,AI不具备真正的科学理解能力,更无法独立承担科学责任。它生成的结果可能有用,但未必正确;它提出的假设可能新颖,但未必可证。因此,AI越像伙伴,就越需要我们人类保持主导的地位和审慎的态度。

归根结底,科学从来不只是为了“得到答案”,更在于探索未知的历程本身。无论陪伴探索的工具如何迭代,真正驱动科学前进的始终是人类对未知世界永不熄灭的好奇心,以及在不确定中坚持求真的科学精神。

*本文刊登于《科学画报》2026年第5期,更多相关内容欢迎订阅。

全年订阅


特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
下重手!广州暴雷旧改,要批量清退了!

下重手!广州暴雷旧改,要批量清退了!

广州楼市发布
2026-09-09 21:39:49
苹果秋季发布会演讲稿曝光 iPhone Ultra起售价2199美元

苹果秋季发布会演讲稿曝光 iPhone Ultra起售价2199美元

CNMO科技
2026-09-07 22:50:07
长期服用他达拉非或与青光眼风险升高相关

长期服用他达拉非或与青光眼风险升高相关

万物皆可科普啊
2026-09-08 22:14:27
王菲和男闺蜜关系越界后,谢霆锋心寒被曝和前妻有联系,爱的太卑微

王菲和男闺蜜关系越界后,谢霆锋心寒被曝和前妻有联系,爱的太卑微

清晨的世界
2026-09-08 21:24:35
涉案金额过亿 刘应成(原法名释永信)一审被判有期徒刑24年

涉案金额过亿 刘应成(原法名释永信)一审被判有期徒刑24年

每日经济新闻
2026-05-30 00:42:59
A股:今天,上涨到3951,做好准备,明天周四可能这样走

A股:今天,上涨到3951,做好准备,明天周四可能这样走

明心
2026-09-09 15:10:39
重要发布会,就在明天下午3时

重要发布会,就在明天下午3时

中国基金报
2026-09-09 18:04:23
冰箱里冻了半个月的鸡肉、鱼肉、猪肉,还能吃吗?告诉你答案

冰箱里冻了半个月的鸡肉、鱼肉、猪肉,还能吃吗?告诉你答案

全球军事记
2026-09-01 22:20:03
赵一鸣跌落神坛,是毁在了一台电子秤?还是创始人的初心破灭?

赵一鸣跌落神坛,是毁在了一台电子秤?还是创始人的初心破灭?

再战五百回合
2026-09-07 22:33:58
【观察】吕孟洋签约西班牙人梯队的意义

【观察】吕孟洋签约西班牙人梯队的意义

体坛周报
2026-09-09 19:03:35
“被指摸臀”男童父亲称会应诉,应尽快还孩子一个公道和安宁

“被指摸臀”男童父亲称会应诉,应尽快还孩子一个公道和安宁

极目新闻
2026-09-09 14:46:14
美论坛曾言:倘若日本再度侵华,在美方的支援下日本能得逞吗?

美论坛曾言:倘若日本再度侵华,在美方的支援下日本能得逞吗?

历史点行
2026-09-09 12:26:18
德比斯:马西亚赛车不合法+连续作弊!恩居以前会故意撞倒对手

德比斯:马西亚赛车不合法+连续作弊!恩居以前会故意撞倒对手

念洲
2026-09-09 13:41:26
10万亿!中国或将成为全球,乃至人类历史上,第一个“电力王国”

10万亿!中国或将成为全球,乃至人类历史上,第一个“电力王国”

福建睿平
2026-08-14 07:35:06
柳传志之女柳青:患癌五年离异带三娃,一路把滴滴做成行业老大

柳传志之女柳青:患癌五年离异带三娃,一路把滴滴做成行业老大

糺缦缭虹霓
2026-09-08 06:00:14
京东物流宣布5年内采购300万台机器人

京东物流宣布5年内采购300万台机器人

IT之家
2026-09-09 13:40:13
终极冠军赛突调规则,严子怡面临巨大挑战,只投四轮,几乎“枪枪硬核”

终极冠军赛突调规则,严子怡面临巨大挑战,只投四轮,几乎“枪枪硬核”

智科社Neo
2026-09-09 06:49:30
印度在上合又拒签"一带一路"了,八年次次不落!但这次中方压根没搭理,反手就把中吉乌铁路隧道贯通了

印度在上合又拒签"一带一路"了,八年次次不落!但这次中方压根没搭理,反手就把中吉乌铁路隧道贯通了

扶苏聊历史
2026-09-08 12:17:36
3-4惜败!就在刚刚,斯诺克英格兰公开赛爆大冷:世界第81掀翻世界第11,中国军团5胜3负!肖国栋3-1领先惨遭三连鞭绝杀

3-4惜败!就在刚刚,斯诺克英格兰公开赛爆大冷:世界第81掀翻世界第11,中国军团5胜3负!肖国栋3-1领先惨遭三连鞭绝杀

锐评利物浦
2026-09-09 09:15:19
美以伊最新局势:伊朗传出爆炸声,美军袭击伊多艘油轮,伊警告将袭击科威特及巴林港口油轮

美以伊最新局势:伊朗传出爆炸声,美军袭击伊多艘油轮,伊警告将袭击科威特及巴林港口油轮

荷兰豆爱健康
2026-09-09 06:59:06
2026-09-10 01:44:49
科学画报 incentive-icons
科学画报
中国最悠久的综合性科普期刊
660文章数 31936关注度
往期回顾 全部

科技要闻

AI重大突破!OpenAI称解开近百年数学难题

头条要闻

男子资助女生5年后停止 遭质问"快打过来 不然曝光你"

头条要闻

男子资助女生5年后停止 遭质问"快打过来 不然曝光你"

体育要闻

16年后再破门,被皇马放弃的少年没认输

娱乐要闻

郭德纲的商业版图,藏着不知道的真相

财经要闻

知情人士证实DeepSeek备战科创板IPO

汽车要闻

腾势Z9GT易三方闪充尊越型32.98万元上市

态度原创

教育
艺术
游戏
亲子
房产

教育要闻

济南多所中小学实现午休躺睡,目前天桥区全区实现初三午休躺睡

艺术要闻

贝格玛镜头下的少女,一张张看下去,我竟然忘了呼吸……

《星际火狐》登陆Switch2!追加免费更新

亲子要闻

当妈妈生病时

房产要闻

设计之都、中央法务区、均禾大道南侧……白云甩出3宗硬核宅地!

无障碍浏览 进入关怀版