Science Relies On Modeling Komputer - Jadi Apa Yang Terjadi Apabila Ia Pergi Salah?

Science Relies On Modeling Komputer - Jadi Apa Yang Terjadi Apabila Ia Pergi Salah?

Dari penemuan penisilin yang berubah-ubah kepada teori-teori relativiti dan mekanik kuantum, sains berkembang dengan kelajuan minda yang membosankan sebelum ada komputer. Kebanyakan dari ini adalah untuk kekukuhan kaedah saintifik: keputusan saintifik disahkan dengan direplikasi dan dilanjutkan oleh saintis lain.

Tetapi cara kita melakukan sains berubah - kini kita semakin bergantung pada model komputer yang kompleks untuk memahami alam semula jadi. Dan ternyata bahawa model-model ini hampir tidak mungkin untuk menghasilkan semula - yang bermaksud batu ujian penting sains ditantang. Jadi apakah kesan-kesan dunia nyata perubahan ini dan apa yang boleh kita lakukan?

Sains pra-moden - yang dikenali sebagai "falsafah semula jadi" - adalah empirikal. Sains empirikal menggunakan pemerhatian lepas untuk membuat ramalan tentang masa depan, yang kemudiannya dapat diuji. Tycho Brahe, ahli astronomi Denmark abad 16, berjaya membuat pemerhatian yang tepat dan komprehensif di langit dengan cara ini.

Walau bagaimanapun sains moden adalah teori. Sains teori juga membuat ramalan, tetapi ia menghasilkannya daripada model matematik dan bukannya dari pemerhatian sebelumnya. Fikirkan undang-undang gerakan Isaac Newton, seperti undang-undang graviti persegi songsang.

Contohnya, terdapat persamaan yang menggambarkan orbit bumi mengelilingi matahari. Persamaan ini boleh digunakan untuk membina model komputer di mana anda boleh memasangkan pembolehubah tertentu dan melihat bagaimana penyelesaiannya berubah. Anda hanya boleh memasang tarikh yang akan datang dan membuang kedudukan Bumi pada tarikh tersebut. Anda juga boleh menggunakan program yang sama untuk memodelkan sistem planet lain - semuanya berdasarkan matematik yang sama. Apa yang perlu anda lakukan adalah pasangkan kepada orang ramai yang berlainan dan pelbagai lagi sifat badan yang terlibat.

Persamaan matematik sedemikian besar apabila ia boleh didapati - tetapi selalunya ia tidak. Sebagai contoh, kita tahu bahawa tidak ada persamaan mudah yang menyelesaikan apa yang dipanggil "masalah tiga badan"Yang menggambarkan tiga badan yang mengorbit dan mempengaruhi satu sama lain oleh daya graviti - seperti bulan, Bumi dan matahari.

Banyak sains semasa menangani sistem yang lebih rumit, dan sama sekali tidak mempunyai penyelesaian yang tepat. Model sedemikian perlu "dikompilasi" - menerangkan bagaimana sistem berubah dari satu masa ke masa berikutnya. Tetapi tidak ada cara untuk menentukan keadaan yang tepat pada suatu masa di masa depan selain dengan "mensimulasikan" evolusinya dengan cara ini. Ramalan cuaca adalah contoh biasa; sehingga kedatangan komputer di 1950s, adalah mustahil untuk meramalkan cuaca masa depan lebih cepat daripada yang sebenarnya terjadi.

Sains semasa biasanya terdiri daripada model matematik yang menggambarkan sistem rumit, kemudian mengubahnya menjadi simulasi pengiraan, dan menjalankan simulasi untuk membuat ramalan untuk mengesahkan model.

Apabila pemodelan gagal

Pemodelan digunakan di seluruh bidang saintifik - dari astrofizik dan ramalan cuaca kepada bioinformatik dan ekonomi. Tetapi ada meningkatkan perdebatan mengenai hakikat bahawa sains ini sukar untuk mengesahkan melalui pembiakan.

Ternyata hanya menggambarkan kaedah eksperimen dalam kata-kata tidak mencukupi. Itu sebahagiannya kerana bahasa semulajadi seperti bahasa Inggeris tidak begitu jelas untuk menerangkan perhitungan dengan tepat. Terdapat, bagaimanapun, satu sebab mengapa pengaturcara menggunakan bahasa pengaturcaraan. Salah satu cabaran terbesar dalam pembangunan perisian adalah untuk menukar keperluan samar-samar ke spesifikasi tingkah laku yang tepat.

Manusia - walaupun saintis - adalah selepas semua tidak dapat dimengerti. Mengubah apa-apa maklumat ke dalam program hampir selalu memperkenalkan pepijat di sepanjang jalan. Sebagai contoh, banyak saintis bergantung kepada alat penerokaan data seperti spreadsheet, yang direka untuk kemudahan penggunaan dan bukan untuk kekukuhan. Ia sangat mudah hanya untuk meringkaskan pelbagai sel yang salah dalam hamparan, tanpa mendapat sebarang amaran. Ini adalah salah satu daripada kecacatan metodologi dalam sebuah kertas bahawa Parti Republikan AS digunakan untuk mendasarkan dasar pro-penjimatan mereka.

Begitu juga a kajian baru-baru pada hamparan 15,770 yang dibuat umum semasa siasatan ke syarikat AS Enron menunjukkan bahawa 24% daripada spreadsheet yang mengandungi sekurang-kurangnya satu formula mempunyai bug nyata, seperti menambah sel kosong.

Dalam sains semulajadi, yang Pemerhati Iklim Marikh, satu siasatan angkasa yang dilancarkan di 1998 untuk mengkaji iklim di Marikh, telah hilang satu tahun kemudian kerana satu bahagian perisian kawalan secara keliru menggunakan empayar dan bukan unit metrik. Satu lagi kajian daripada sembilan pelaksanaan bebas eksperimen geosains yang sama - menggunakan dataset yang sama, algoritma, dan bahasa pengaturcaraan - menunjukkan persetujuan yang sangat kecil dalam hasil yang diperoleh.

Lebih-lebih lagi, walaupun pembaca kertas penyelidikan berjaya menafsirkan makna tepat penulis, dan kemudian menerjemahkannya secara tidak sengaja ke dalam program, masih terdapat masalah dalam melaksanakannya. Satu kelas masalah yang rumit timbul dari bagaimana komputer mengendalikan nombor: walaupun mereka boleh memanipulasi bilangan bulat seperti 42 dan -17 dengan ketepatan yang sempurna, teknik standard untuk memanipulasi nombor nyata seperti π≈3.14 dan √2≈1.414 hanya membenarkan ketepatan anggaran. Anggaran ini bermaksud bahawa cara yang sama dengan cara mengira nilai yang sama boleh hasil yang berbeza.

Jadi, apa yang boleh dilakukan? Sekiranya pemaju perisian pakar tidak dapat menghasilkan perisian yang tepat, harapan apa yang ada untuk pengaturcara amatur seperti saintis?

Satu barisan kerja adalah untuk menghasilkan alat-alat untuk mereka bentuk bahasa pengaturcaraan "khusus domain", masing-masing disesuaikan dengan masalah kelas tertentu, seperti tingkah laku agen dalam pasaran ekonomi atau penyebaran dadah di seluruh sel. Ini bertujuan untuk menjadikannya lebih mudah bagi pakar untuk menerangkan perhitungan secara langsung dalam istilah yang biasa, dan bukannya menyandarkannya secara tidak langsung dalam bahasa pengaturcaraan umum.

Pendekatan kedua bertujuan untuk reka bentuk yang lebih ekspresif tetapi masih mesra pengguna "sistem jenis" untuk program. Ini akan memudahkan untuk menangkap ralat "bodoh", seperti sel kosong dalam spreadsheet, atau mencampurkan nilai dalam unit yang berbeza. Ia tidak boleh menolak semua kesilapan logik walaupun. Baris ketiga adalah untuk membangunkan perpustakaan yang boleh digunakan kod untuk aritmetik yang tepat, mengelakkan masalah penghampiran.

Terdapat setiap peluang pendekatan ini dapat membantu menyelesaikan masalah ke depan, atau sekurang-kurangnya menghapuskan beberapa risiko. Lagipun, dunia memerlukan sains dan saintis memerlukan komputer - itu tidak mungkin berubah dalam masa terdekat.

Tentang Pengarang

Jeremy Gibbons, Profesor Pengkomputeran, University of Oxford. Ketua tema penyelidikan Bahasa Pemrograman.

Artikel ini pada asalnya muncul pada Perbualan ini

Tempah berkaitan:

InnerSelf Market

Amazon

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

ikuti InnerSelf pada

ikon facebookikon twitterikon youtubeikon instagramikon pintrestrss icon

 Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

Majalah Mingguan Inspirasi harian

KETERANGAN

Air biru dikelilingi oleh rumput putih yang mati
Peta mengesan 30 tahun salji salji melampau di seluruh AS
by Mikayla Mace-Arizona
Peta baru kejadian salji salji yang melampau selama 30 tahun terakhir menjelaskan proses yang mendorong pencairan cepat.
Es laut putih di air biru dengan matahari terbenam tercermin di air
Kawasan beku bumi menyusut 33K batu persegi setahun
by Texas A & M University
Krosfera Bumi menyusut 33,000 batu persegi (87,000 kilometer persegi) setiap tahun.
Turbin angin
Buku AS yang kontroversial memberi makan penolakan iklim di Australia. Tuntutan utamanya adalah benar, tetapi tidak relevan
by Ian Lowe, Profesor Emeritus, Sekolah Sains, Universiti Griffith
Hati saya tenggelam minggu lalu untuk melihat pengulas Australia yang konservatif Alan Jones memperjuangkan sebuah buku mengenai…
gambar
Senarai Panas Reuters 'saintis iklim secara geografis cenderung: mengapa ini penting
by Nina Hunter, Penyelidik Pasca Doktoral, Universiti KwaZulu-Natal
Senarai Panas Reuters "saintis iklim teratas di dunia" menyebabkan kegemparan dalam masyarakat perubahan iklim. Reuters…
Seseorang memegang cengkerang di tangan mereka dengan air biru
Cengkerang kuno menunjukkan tahap CO2 yang tinggi dapat kembali
by Leslie Lee-Texas A&M
Dengan menggunakan dua kaedah untuk menganalisis organisma kecil yang terdapat di teras sedimen dari dasar laut dalam, para penyelidik menganggarkan…
gambar
Matt Canavan mencadangkan cuaca sejuk bermaksud pemanasan global tidak nyata. Kami membuang ini dan 2 mitos iklim yang lain
by Nerilie Abram, Guru Besar; Fellow Future ARC; Ketua Penyiasat Pusat Kecemerlangan ARC untuk Ekstrem Iklim; Timbalan Pengarah Pusat Kecemerlangan Sains Antartika Australia, Universiti Nasional Australia
Senator Matt Canavan mengirim banyak bola mata semalam ketika dia tweet gambar pemandangan bersalji di wilayah New South…
Pengawal ekosistem membunyikan penggera bagi lautan
by Tim Radford
Burung laut dikenali sebagai penjaga ekosistem, memberi amaran kehilangan laut. Seiring dengan penurunan jumlahnya, begitu juga kekayaan…
Mengapa Berang-berang Laut adalah Pahlawan Iklim
Mengapa Berang-berang Laut adalah Pahlawan Iklim
by Zak Smith
Selain menjadi salah satu haiwan lucu di planet ini, berang-berang laut membantu mengekalkan kelp yang sihat, menyerap karbon…

VIDEOS TERKINI

Migrasi Iklim Hebat Telah Bermula
Migrasi Iklim Hebat Telah Bermula
by Super User
Krisis iklim memaksa ribuan orang di seluruh dunia untuk melarikan diri ketika kediaman mereka menjadi semakin tidak berpenghuni.
Zaman Ais Terakhir Beritahu Kami Kenapa Kita Perlukan Berhati-Hati Mengenai A Perubahan 2 ℃ Pada Suhu
Zaman Ais Terakhir Beritahu Kami Kenapa Kita Perlukan Berhati-Hati Mengenai A Perubahan 2 ℃ Pada Suhu
by Alan N Williams, et al
Laporan terbaharu dari Panel Antara Kerajaan Mengenai Perubahan Iklim (IPCC) menyatakan bahawa tanpa pengurangan ...
Bumi Telah Dihuni Selama Berbilion Tahun - Betapa Beruntungnya Kita?
Bumi Telah Dihuni Selama Berbilion Tahun - Betapa Beruntungnya Kita?
by Toby Tyrrell
Perlu evolusi 3 atau 4 bilion tahun untuk menghasilkan Homo sapiens. Sekiranya iklim benar-benar gagal hanya sekali ...
Bagaimana Memetakan Cuaca 12,000 Tahun Lalu Dapat Membantu Meramalkan Perubahan Iklim Masa Depan
Bagaimana Memetakan Cuaca 12,000 Tahun Lalu Dapat Membantu Meramalkan Perubahan Iklim Masa Depan
by Brice Rea
Akhir zaman ais terakhir, sekitar 12,000 tahun yang lalu, dicirikan oleh fasa sejuk terakhir yang disebut Dryer Muda.
Laut Caspian Akan Jatuh 9 Meter Atau Lebih Banyak Abad Ini
Laut Caspian Akan Jatuh 9 Meter Atau Lebih Banyak Abad Ini
by Frank Wesselingh dan Matteo Lattuada
Bayangkan anda berada di pantai, melihat ke laut. Di hadapan anda terletak 100 meter pasir gersang yang kelihatan seperti…
Venus Dahulu Seperti Bumi, Tetapi Perubahan Iklim menjadikannya Tidak Dapat Dihuni
Venus Dahulu Seperti Bumi, Tetapi Perubahan Iklim menjadikannya Tidak Dapat Dihuni
by Richard Ernst
Kita dapat belajar banyak mengenai perubahan iklim dari Venus, planet saudara kita. Venus kini mempunyai suhu permukaan…
Lima Kepercayaan Iklim: Kursus Kerosakan Dalam Kesalahan Maklumat Iklim
Lima Kepercayaan Iklim: Kursus Kerosakan Dalam Kesalahan Maklumat Iklim
by John Cook
Video ini adalah kursus kemalangan dalam salah maklumat iklim, merangkum hujah-hujah utama yang digunakan untuk menimbulkan keraguan terhadap kenyataan ...
Artik Tidak Panas Ini Selama 3 Juta Tahun dan Itu Berarti Perubahan Besar Untuk Planet
Artik Tidak Panas Ini Selama 3 Juta Tahun dan Itu Berarti Perubahan Besar Untuk Planet
by Julie Brigham-Grette dan Steve Petsch
Setiap tahun, penutup ais laut di Laut Artik menyusut ke titik rendah pada pertengahan September. Tahun ini mengukur hanya 1.44…

ARTIKEL TERKINI

tenaga hijau2 3
Empat Peluang Hidrogen Hijau untuk Midwest
by Christian Tae
Untuk mengelakkan krisis iklim, Midwest, seperti seluruh negara, perlu menyahkarbon sepenuhnya ekonominya dengan…
ug83qrfw
Halangan Utama kepada Tindak Balas Permintaan Perlu Diakhiri
by John Moore, Di Bumi
Jika pengawal selia persekutuan melakukan perkara yang betul, pelanggan elektrik di seluruh Midwest mungkin akan dapat memperoleh wang sementara…
pokok untuk ditanam untuk iklim2
Tanam Pokok Ini Untuk Memperbaiki Kehidupan Bandar
by Mike Williams-Rice
Satu kajian baharu menetapkan pokok oak hidup dan sycamore Amerika sebagai juara di antara 17 “pokok super” yang akan membantu menjadikan bandar…
dasar laut laut utara
Mengapa Kita Mesti Memahami Geologi Dasar Laut Untuk Memanfaatkan Angin
by Natasha Barlow, Profesor Madya Perubahan Persekitaran Kuaternari, Universiti Leeds
Bagi mana-mana negara yang diberkati dengan akses mudah ke Laut Utara yang cetek dan berangin, angin luar pesisir akan menjadi kunci untuk memenuhi…
3 pelajaran kebakaran hutan untuk bandar-bandar hutan ketika Dixie Fire memusnahkan Greenville, California yang bersejarah
3 pelajaran kebakaran hutan untuk bandar-bandar hutan ketika Dixie Fire memusnahkan Greenville, California yang bersejarah
by Bart Johnson, Profesor Senibina Landskap, Universiti Oregon
Kebakaran liar yang membakar di hutan gunung yang kering dan kering melanda bandar Gold Rush Greenville, California, pada 4 Ogos,…
China Dapat Memenuhi Matlamat Tenaga dan Iklim yang Mengatasi Kuasa Arang Batu
China Dapat Memenuhi Matlamat Tenaga dan Iklim yang Mengatasi Kuasa Arang Batu
by Alvin Lin
Pada Sidang Kemuncak Iklim Pemimpin pada bulan April, Xi Jinping berjanji bahawa China akan "secara ketat mengendalikan tenaga arang batu ...
Air biru dikelilingi oleh rumput putih yang mati
Peta mengesan 30 tahun salji salji melampau di seluruh AS
by Mikayla Mace-Arizona
Peta baru kejadian salji salji yang melampau selama 30 tahun terakhir menjelaskan proses yang mendorong pencairan cepat.
Sebuah pesawat menjatuhkan kalis api merah ke api hutan ketika anggota bomba yang diparkir di sepanjang jalan memandang ke langit jingga
Model meramalkan ledakan api liar selama 10 tahun, kemudian penurunan secara beransur-ansur
by Hannah Hickey-U. Washington
Melihat masa depan kebakaran hutan jangka panjang meramalkan ledakan awal aktiviti kebakaran hutan selama hampir satu dekad,…

 Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

Majalah Mingguan Inspirasi harian

Sikap baru - Kemungkinan Baru

InnerSelf.comIklimImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 lahirnya Penerbitan. Hak cipta terpelihara.