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
新政后!苏州涨幅全国第一!

新政后!苏州涨幅全国第一!

华瑶说房
2026-09-08 12:15:49
中国不愧是游击战的祖宗,只用3年,就消灭了肆虐34年的猛虎组织

中国不愧是游击战的祖宗,只用3年,就消灭了肆虐34年的猛虎组织

蜉蝣说
2026-09-07 15:41:41
老板娘问我她身材好不好?我该怎么回答?

老板娘问我她身材好不好?我该怎么回答?

太急张三疯
2026-09-08 12:25:11
2换3!湖人快船交易方案,冠军中锋来投,锋线3D再次辅佐东契奇

2换3!湖人快船交易方案,冠军中锋来投,锋线3D再次辅佐东契奇

球毛鬼胎
2026-09-08 10:13:49
郭德纲篡改红歌事件通报来了:相关单位合计被罚没近65万,郭德纲的处罚一句带过

郭德纲篡改红歌事件通报来了:相关单位合计被罚没近65万,郭德纲的处罚一句带过

Mr王的饭后茶
2026-09-07 19:13:17
欧盟市场留给我们的窗口期只剩下16个月。

欧盟市场留给我们的窗口期只剩下16个月。

流苏晚晴
2026-09-02 19:04:44
“儿子只能用卫生纸自娱自乐了”,陪读爸爸晒窒息一幕,还不自知

“儿子只能用卫生纸自娱自乐了”,陪读爸爸晒窒息一幕,还不自知

泽泽先生
2026-09-06 12:24:18
WTT澳门冠军赛:国乒开门红!陈熠3:0零封对手,率先晋级女单16强

WTT澳门冠军赛:国乒开门红!陈熠3:0零封对手,率先晋级女单16强

国乒二三事
2026-09-08 11:34:44
“秋天吃3黄,医生不用忙”!白露后,再忙也要给家人吃,脾胃舒服,远离秋燥

“秋天吃3黄,医生不用忙”!白露后,再忙也要给家人吃,脾胃舒服,远离秋燥

花小厨
2026-09-08 11:30:54
雷军回应小米18 Fold价格:内存实在太贵,起售价6999不太可能

雷军回应小米18 Fold价格:内存实在太贵,起售价6999不太可能

鲁中晨报
2026-09-07 19:47:23
定期存单到期,别傻傻当天就取!牢记“两要两不要”

定期存单到期,别傻傻当天就取!牢记“两要两不要”

花小猫的美食日常
2026-09-08 04:57:10
过去车队敢怒不敢言,这次直接掀桌子,国内赛事的甲乙方要复位了

过去车队敢怒不敢言,这次直接掀桌子,国内赛事的甲乙方要复位了

天天热点见闻
2026-09-08 06:27:22
不是杨舒予也不是韩旭!力克意大利,低调陈明伶才是隐形最大功臣

不是杨舒予也不是韩旭!力克意大利,低调陈明伶才是隐形最大功臣

阅尽天下精彩
2026-09-08 13:59:56
郭德纲风波完全失控!杨议再表态、曹云金看不下去、于谦电影定档

郭德纲风波完全失控!杨议再表态、曹云金看不下去、于谦电影定档

天马幸福的人生
2026-09-08 01:24:16
停掉你的兴趣班!张雪峰大实话:小学抓好8件“破事”,稳赢12年

停掉你的兴趣班!张雪峰大实话:小学抓好8件“破事”,稳赢12年

户外阿毽
2026-09-07 16:29:14
“连糊弄都懒得糊弄”,中央巡查组把29亿上市酒企的老底全揭了

“连糊弄都懒得糊弄”,中央巡查组把29亿上市酒企的老底全揭了

史行途
2026-08-22 17:47:51
就在刚刚,世界杯太激烈!日本遗憾出局,中国女篮双喜临门,8强赛对阵揭晓

就在刚刚,世界杯太激烈!日本遗憾出局,中国女篮双喜临门,8强赛对阵揭晓

远梦归晓r
2026-09-08 06:51:26
中疾控提醒:满13周岁的女生,秋季开学后尽快接种HPV疫苗

中疾控提醒:满13周岁的女生,秋季开学后尽快接种HPV疫苗

极目新闻
2026-09-07 18:17:58
我娶了个乌克兰老婆,洞房夜才知道,她们这里竟有如此简陋的习俗

我娶了个乌克兰老婆,洞房夜才知道,她们这里竟有如此简陋的习俗

千秋文化
2026-09-07 20:31:39
9月8日,人社部、财政部正式公布2026年退休人员养老金调整通知了吗?

9月8日,人社部、财政部正式公布2026年退休人员养老金调整通知了吗?

骑驴追光者
2026-09-08 07:35:19
2026-09-08 15:07:00
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

小米再次背水一战

头条要闻

牛弹琴:特朗普彻底玩嗨了 全世界都大开眼界啧啧称奇

头条要闻

牛弹琴:特朗普彻底玩嗨了 全世界都大开眼界啧啧称奇

体育要闻

韩旭:我一定会再次走出去

娱乐要闻

郭德纲乱改抗战歌曲被重罚!

财经要闻

全球黄金“回家”

汽车要闻

领克20 领克的纯电小钢炮这次更运动了

态度原创

教育
房产
数码
手机
时尚

教育要闻

4月4日出生、高考444分被殡葬专业录取的学生已入学!

房产要闻

真快啊!海口这个超级城更,又有大动作!

数码要闻

玩家自制Mod复活多GPU架构 实现最高127%帧率暴涨

手机要闻

拆解曝光麒麟9050Pro!华为Mate XT2三折叠,看看修屏幕多少钱?

白露食白——露从今夜白,味从此时鲜

无障碍浏览 进入关怀版