A tudomány a számítógépes modellezésre támaszkodik - mi történik, ha rosszul történik?

A tudomány a számítógépes modellezésre támaszkodik - mi történik, ha rosszul történik?

A penicillin felfedezésétől a relativitáselmélet és a kvantummechanika elméleteinek átalakításáig a tudomány még a számítógépek megléte előtt is elképesztő sebességgel haladt előre. Ennek nagy része a tudományos módszer robusztusságán múlik: a tudományos eredményeket validálják más tudósok által végzett ismételt és kibővített adatokkal.

De a tudomány fejlődésének módja változik - most egyre inkább összetett számítógépes modellekre támaszkodunk a természet megértése érdekében. És kiderül, hogy ezeket a modelleket szinte lehetetlen reprodukálni - ami azt jelenti, hogy a tudomány fontos mérföldköve kihívást jelent. Tehát milyen következményekkel jár ez a változás a valós világban, és mit tehetünk vele?

A premodern tudomány - a „természetes filozófia” néven - empirikus volt. Az empirikus tudomány a múltbeli megfigyelések alapján előrejelzéseket készít a jövőről, amelyeket kipróbálhat. Tycho Braheszázadi dán csillagásznak sikerült pontosan és átfogóan megfigyelnie az eget.

A modern tudomány azonban elméleti. Az elméleti tudomány szintén előrejelzéseket fogalmaz meg, de inkább a matematikai modellekből, nem pedig az előző megfigyelésekből származtatja őket. Gondolj Isaac Newton mozgási törvényeire, mint például a gravitáció fordított négyzet törvénye.

Például van egy olyan egyenlet, amely leírja a Föld körüli pályáját a Nap körül. Ez az egyenlet felhasználható egy számítógépes modell felépítésére, amelybe csak egyes változókat csatlakoztathat, és megnézheti, hogyan változik a megoldás. Csatlakozhat egy jövőbeli dátumhoz, és elolvashatja a Föld helyzetét abban az időpontban. Ugyanazt a programot felhasználhatja más bolygórendszerek modellezésére is - ez mind ugyanazon a matematikán alapul. Csak annyit kell tennie, hogy csatlakoztatja a test különböző tömegeit és egyéb tulajdonságait.

Az ilyen matematikai egyenletek nagyszerűek, ha rendelkezésre állnak - de gyakran nem. Például, tudjuk, hogy nincs egyszerű egyenlet, amely megoldja az úgynevezett „három test problémája”, Amely leírja a három testet, amelyek körül keringnek és egymást gravitációs erők befolyásolják - mint például a hold, a föld és a nap.

A jelenlegi tudomány nagy része még bonyolultabb rendszerekkel foglalkozik, és hasonlóképpen hiányoznak a pontos megoldások. Az ilyen modelleknek „számítógépesnek” kell lenniük - leírniuk kell, hogyan változik a rendszer egy pillanatra a másikra. A pontos állapotot azonban a jövőben nem lehet meghatározni, csak azáltal, hogy így „szimuláljuk” fejlődését. Az időjárás-előrejelzés ismerős példa; a számítógépek megjelenéséig az 1950-kben lehetetlen volt előre jelezni a jövőbeli időjárást, mint valójában történt.

A jelenlegi tudomány általában egy bonyolult rendszert leíró matematikai modell kidolgozását foglalja magában, majd ezt számítási szimulációvá alakítja, és a szimuláció futtatásával előrejelzéseket készít a modell validálása céljából.

Ha a modellezés sikertelen

A modellezést a tudományos területeken alkalmazzák - az asztrofizikától és a éghajlati előrejelzés a bioinformáció és a közgazdaságtan felé. De van egy egyre növekvő vita arról a tényről, hogy ezt a tudományt nehéz reprodukcióval igazolni.

Kiderült, hogy a kísérleti módszerek szavakkal történő egyszerű leírása nem elég. Ez részben azért van, mert a természetes nyelvek, például az angol, egyszerűen túl homályosak a számítások pontos leírására. Végül is van egy ok, amiért a programozók használják a programozási nyelveket. A szoftverfejlesztés egyik legnagyobb kihívása a homályos követelményeknek a viselkedés pontos specifikációkká alakítása.

Az emberek - még a tudósok is - végül is hibáznak. Bármely információ programmá történő átalakítása szinte változatlanul hibákat vezet be az út mentén. Például sok tudós függ az adatfeldolgozó eszközöktől, például a táblázatoktól, amelyeket a könnyű használat, és nem a robusztusság érdekében terveztek. Nagyon könnyű egyszerűen összefoglalni a táblázat celláinak hibás tartományát, anélkül, hogy bármilyen figyelmeztetést lennie kellene. Ez volt az egyik módszertani hibák egy olyan cikkben, amelyen az Egyesült Államok republikánus pártja alapozta megszorító politikáját.

Hasonlóképpen a nemrégiben készült tanulmány Az amerikai vállalatnál végzett vizsgálat során nyilvánosságra hozott 15,770 táblázatokon az Enron kimutatta, hogy a legalább egy képletet tartalmazó táblázatok 24% -ában nyilvánvaló hibák vannak, például üres cellák összeadása.

A természettudományokban a A Mars klímamegfigyelője, a 1998-ben a Mars éghajlatának tanulmányozására elindított űrszonda, egy évvel később elveszett, mert a vezérlőszoftver egyik része tévesen imperialis, a metrikus egységek helyett használt. Egy másik tanulmány Ugyanazon geostudományi kísérlet kilenc független megvalósítása - ugyanazon adatkészlet, algoritmusok és programozási nyelv felhasználásával - nagyon kevés egyetértést mutatott a kapott eredményekben.

Sőt, még ha egy kutatási cikk olvasója is sikeresen tudja értelmezni az író pontos jelentését, és azt hibátlanul átírni egy programra, továbbra is hiányosságok merülnek fel annak végrehajtásában. A problémák egyik különösen bonyolult osztálya abból adódik, hogy a számítógépek hogyan kezelik a számokat: bár képesek olyan pontossággal manipulálni az egész számot, mint például az 42 és -17, a valós számok, például π≈3.14 és √2≈1.414 manipulálására szolgáló szokásos technikák csak megközelítő pontosságot tesznek lehetővé. Ezek a közelítések azt jelentik, hogy ugyanazon érték kiszámításának látszólag egyenértékű módjai képesek eltérő eredményt adnak.

Szóval, mit lehet tenni? Ha még a szakértő szoftverfejlesztők sem tudnak megbízhatóan előállítani a megfelelő szoftvert, mi remény van az amatőr programozók számára, mint például a tudósok?

Az egyik munka az, hogy eszközöket állítson elő a „domain-specifikus” programozási nyelvek tervezéséhez, mindegyiket egy adott problémacsoportra szabva, például az ügynökök viselkedését a gazdasági piacokon vagy a gyógyszerek diffúzióját a cellák között. Ezek célja, hogy sokkal könnyebbé tegyék a szakemberek számára a számítások közvetlen, ismert módon történő leírását, ahelyett, hogy azokat közvetett módon kódolni kellene egy általános célú programozási nyelven.

A második megközelítés kifejezettebb, de mégis felhasználóbarát „típusú rendszereket” tervez a programok számára. Ez megkönnyítené az „ostoba” hibák felismerését, például a táblázatok üres celláit vagy az értékeket különböző egységekben összekeverve. Nem zárhatja ki az összes logikai hibát. A harmadik sor a felhasználható kódkönyvtárak fejlesztése a pontos aritmetika számára, elkerülve a közelítés problémáit.

Minden esély van arra, hogy ezek a megközelítések elősegíthetik a probléma előrehaladását, vagy legalábbis kiküszöbölhetik a kockázatot. Végül is a világnak tudományra van szüksége, a tudósokra pedig számítógépekre van szükség - ez nem valószínű, hogy hamarosan megváltozik.

A szerzőről

Jeremy Gibbons, az Oxfordi Egyetem számítástechnikai professzora. A programozási nyelvek kutatási témájának vezetője.

Ez a cikk eredetileg a The Conversation oldalon jelent meg

Kapcsolódó könyv:

InnerSelf piac

amazon

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

kövesse az InnerSelf oldalt

facebook ikonratwitter ikonrayoutube ikonrainstagram ikonrapintrest ikonrarss ikonra

 Szerezd meg a legújabb e-mailben

Heti magazin Napi inspiráció

BIZONYÍTÉK

Kék víz holt fehér fűvel körülvéve
A térkép 30 év extrém hóolvadását mutatja be az Egyesült Államokban
by Mikayla Mace-Arizona
Az elmúlt 30 év extrém hóolvadási eseményeinek új térképe tisztázza a gyors olvadást előidéző ​​folyamatokat.
Fehér tengeri jég kék vízben, a lenyugvó nap tükröződik a vízben
A Föld fagyott területei évente 33 ezer négyzetkilométerre zsugorodnak
by Texas A&M Egyetem
A Föld krioszférája évente 33,000 87,000 négyzetkilométerrel (XNUMX XNUMX négyzetkilométerrel) zsugorodik.
szélturbinák
Egy ellentmondásos amerikai könyv táplálja az éghajlat tagadását Ausztráliában. Központi állítása igaz, ugyanakkor lényegtelen
by Ian Lowe, emeritusprofesszor, Griffith Egyetem Természettudományi Kar
A múlt héten elszorult a szívem, amikor láttam, hogy a konzervatív ausztrál kommentátor, Alan Jones vitatott egy vitatott könyvről…
kép
A Reuters klímatudósítók listája földrajzilag torz: miért fontos ez
by Nina Hunter, posztdoktori kutató, KwaZulu-Natali Egyetem
A Reuters “A világ legjobb klímatudósítói” listája felbuzdulást okoz az éghajlatváltozási közösségben. Reuters…
Egy személy kagylót tart a kezében kék vízben
Az ősi kagylók arra utalnak, hogy a magas CO2-szint már visszatérhet
by Leslie Lee-Texas A&M
A kutatók két módszerrel elemezték a mély tengerfenék üledékmagjában található apró organizmusok elemzését…
kép
Matt Canavan azt javasolta, hogy a hideg pillanat azt jelenti, hogy a globális felmelegedés nem valós. Leromboljuk ezt és további 2 klímamítoszt
by Nerilie Abram, professzor; ARC jövőbeli munkatársa; Az ARC éghajlati szélsőségek kiválósági központjának vezető nyomozója; Az Ausztrál Nemzeti Egyetem Antarktiszi Tudomány Ausztrál Kiválósági Központjának igazgatóhelyettese
Matt Canavan szenátor sok szemgolyót küldött tegnap, amikor tweetelt a havas jelenetek fényképeiről a regionális Új-Dél régióban ...
Az ökoszisztéma őrzői riasztást jelentenek az óceánok számára
by Tim Radford
A tengeri madarakat ökoszisztéma őrszemekként ismerik, figyelmeztetve a tengeri veszteségekre. Ahogy csökken a számuk, csökkenhet a…
Miért a tengeri vidrák az éghajlat harcosai?
Miért a tengeri vidrák az éghajlat harcosai?
by Zak Smith
Amellett, hogy a bolygó egyik legaranyosabb állata, a tengeri vidrák segítenek fenntartani az egészséges, szénszívó moszatot

A LEGNAGYOBB VIDEÓK

Megkezdődött a nagy klímavándorlás
Megkezdődött a nagy klímavándorlás
by Super User
Az éghajlatválság a világ ezreit kényszeríti menekülésre, mivel otthonaik egyre lakhatatlanabbá válnak.
Az utolsó jégkorszak elmondja nekünk, hogy miért kell törődnünk a 2 ℃ hőmérsékletváltozással
Az utolsó jégkorszak elmondja nekünk, hogy miért kell törődnünk a 2 ℃ hőmérsékletváltozással
by Alan N Williams és munkatársai
Az éghajlatváltozással foglalkozó kormányközi testület (IPCC) legfrissebb jelentése szerint jelentős csökkenés nélkül…
A Föld évmilliárdokig lakható volt - pontosan mennyire volt szerencsénk?
A Föld évmilliárdokig lakható volt - pontosan mennyire volt szerencsénk?
by Toby Tyrrell
A fejlődésnek 3 vagy 4 milliárd év kellett a Homo sapiens előállításához. Ha ebben az éghajlat csak egyszer teljes kudarcot vallott volna…
Hogyan segíthet az időjárás feltérképezése 12,000 XNUMX évvel ezelőtt a jövőbeni éghajlatváltozás előrejelzésében
Hogyan segíthet az időjárás feltérképezése 12,000 XNUMX évvel ezelőtt a jövőbeni éghajlatváltozás előrejelzésében
by Brice rea
Az utolsó jégkorszak végét, mintegy 12,000 XNUMX évvel ezelőtt, egy utolsó hideg fázis jellemezte, az úgynevezett Younger Dryas.
A Kaszpi-tenger 9 méteres vagy annál nagyobb zuhanás várható ebben az évszázadban
A Kaszpi-tenger 9 méteres vagy annál nagyobb zuhanás várható ebben az évszázadban
by Frank Wesselingh és Matteo Lattuada
Képzelje el, hogy a tengerparton van, és a tengerre néz. Előtted fekszik 100 méter kopár homok, amely úgy néz ki, mint egy…
A Vénusz ismét földszerű volt, de az éghajlatváltozás lakhatatlanná tette
A Vénusz ismét földszerű volt, de az éghajlatváltozás lakhatatlanná tette
by Richard Ernst
Sokat tanulhatunk a klímaváltozásról a Vénuszról, testvérbolygónkról. A Vénusz felületi hőmérséklete jelenleg…
Öt klíma hitetlenkedés: összeomlási tanfolyam az éghajlati félretájékoztatásban
Az öt klíma hitetlenkedés: összeomlási tanfolyam az éghajlati félretájékoztatásban
by John Cook
Ez a videó az éghajlati félretájékoztatás összeomlási tanfolyama, amely összefoglalja azokat a legfontosabb érveket, amelyekkel kétségbe vonják a valóságot…
Az Északi-sark 3 millió éve nem volt ilyen meleg, és ez nagy változásokat jelent a bolygón
Az Északi-sark 3 millió éve nem volt ilyen meleg, és ez nagy változásokat jelent a bolygón
by Julie Brigham-Grette és Steve Petsch
Évente a Jeges-tenger borítja a Jeges-tenger mélységét szeptember közepén. Ebben az évben mindössze 1.44 mérhető…

LEGFRISSEBB CIKKEK

zöld energia2 3
Négy zöld hidrogén lehetőség a középnyugaton
by Christian Tae
A klímaválság elkerülése érdekében a Közép-Nyugatnak, az ország többi részéhez hasonlóan, teljesen dekarbonizálnia kell gazdaságát…
ug83qrfw
Meg kell szűnni a keresletreakció fő akadálya
by John Moore, A Földön
Ha a szövetségi szabályozó hatóságok helyesen járnak el, a villamosenergia-fogyasztók Közép-Nyugaton hamarosan pénzt kereshetnek, miközben…
klímához ültetendő fák2
Ültesse ezeket a fákat, hogy javítsa a város életét
by Mike Williams-Rice
Egy új tanulmány szerint az élő tölgyek és az amerikai platánok bajnokok a 17 „szuperfa” között, amelyek elősegítik a városok létrehozását…
északi-tengeri tengerfenék
Miért kell megértenünk a tengerfenék geológiáját a szelek kihasználásához?
by Natasha Barlow, a Leedsi Egyetem negyedidőszaki környezetváltozással foglalkozó docense
Bármely ország számára, amely könnyen elérhető a sekély és szeles Északi-tengerhez, a tengeri szél kulcsfontosságú lesz a net…
3 erdőtűz lecke erdei városoknak, mivel a Dixie Fire elpusztítja a történelmi Greenville -t, Kaliforniában
3 erdőtűz lecke erdei városoknak, mivel a Dixie Fire elpusztítja a történelmi Greenville -t, Kaliforniában
by Bart Johnson, az Oregoni Egyetem tájépítészeti professzora
A forró, száraz hegyi erdőben égő tűzvész söpört végig a kaliforniai Greenville -i Gold Rush városon augusztus 4 -én,…
Kína teljesítheti az energia- és éghajlati célokat, amelyek korlátozzák a szénerőművet
Kína teljesítheti az energia- és éghajlati célokat, amelyek korlátozzák a szénerőművet
by Alvin Lin
A vezető áprilisi klímacsúcsán Hszi Csin-ping ígéretet tett arra, hogy Kína „szigorúan ellenőrzi a széntüzelésű energiát…
Kék víz holt fehér fűvel körülvéve
A térkép 30 év extrém hóolvadását mutatja be az Egyesült Államokban
by Mikayla Mace-Arizona
Az elmúlt 30 év extrém hóolvadási eseményeinek új térképe tisztázza a gyors olvadást előidéző ​​folyamatokat.
Egy repülőgép vörös tűzgátlót dob ​​az erdőtűzre, miközben az út mentén parkoló tűzoltók felnéznek a narancssárga égboltra
A modell 10 éves futótüzet, majd fokozatos hanyatlást jósol
by Hannah Hickey-U. Washington
Az erdőtüzek hosszú távú jövőjére vetített pillantások előrevetítik a vadonatüzek kezdeti, nagyjából évtizedes kitörését,…

 Szerezd meg a legújabb e-mailben

Heti magazin Napi inspiráció

Új hozzáállás - új lehetőségek

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf piac
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf kiadványok. Minden jog fenntartva.