วิทยาศาสตร์ต้องอาศัยการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ - ดังนั้นอะไรจะเกิดขึ้นเมื่อมันจะไปผิด?

วิทยาศาสตร์ต้องอาศัยการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ - ดังนั้นอะไรจะเกิดขึ้นเมื่อมันจะไปผิด?

จากการค้นพบการเปลี่ยนแปลงของเพนิซิลลินไปสู่ทฤษฎีสัมพัทธภาพและกลศาสตร์ควอนตัมวิทยาศาสตร์ก้าวหน้าด้วยความรวดเร็วเหลือเชื่อแม้กระทั่งก่อนที่จะมีคอมพิวเตอร์ สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่ลดลงถึงความแข็งแกร่งของวิธีการทางวิทยาศาสตร์: ผลลัพธ์ทางวิทยาศาสตร์ได้รับการตรวจสอบโดยการทำซ้ำและขยายโดยนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ

แต่วิธีที่เราทำวิทยาศาสตร์กำลังเปลี่ยนแปลง - ตอนนี้เราพึ่งพาแบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อทำความเข้าใจกับธรรมชาติ และปรากฎว่าแบบจำลองเหล่านี้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำซ้ำ - หมายถึงมาตรฐานทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญกำลังถูกท้าทาย ดังนั้นผลกระทบที่เกิดขึ้นจริงจากการเปลี่ยนแปลงนี้คืออะไรและเราจะทำอะไรได้บ้าง?

วิทยาศาสตร์ยุคก่อนสมัยใหม่ - รู้จักกันในนาม "ปรัชญาธรรมชาติ" - เป็นเชิงประจักษ์ วิทยาศาสตร์เชิงประจักษ์ใช้การสังเกตการณ์ในอดีตเพื่อคาดการณ์อนาคตซึ่งอาจถูกทดสอบ Tycho Braheนักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กในศตวรรษที่ 16th สามารถทำการสำรวจท้องฟ้าได้อย่างแม่นยำและครอบคลุม

วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ แต่เป็นทฤษฎี วิทยาศาสตร์ทางทฤษฎียังทำให้การคาดการณ์ แต่มันก็เกิดขึ้นได้จากแบบจำลองทางคณิตศาสตร์มากกว่าจากการสังเกตก่อน คิดว่ากฎหมายที่ไอแซกนิวตันของการเคลื่อนไหวเช่น กฎกำลังสองผกผันของความโน้มถ่วง.

ตัวอย่างเช่นมีสมการอธิบายวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ สมการนี้สามารถใช้ในการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่คุณสามารถเสียบตัวแปรบางตัวและดูวิธีการแก้ปัญหาการเปลี่ยนแปลง คุณสามารถเสียบวันที่ในอนาคตและอ่านตำแหน่งของโลกในวันนั้นได้ นอกจากนี้คุณยังสามารถใช้โปรแกรมเดียวกันเพื่อจำลองระบบดาวเคราะห์อื่น ๆ ได้ทั้งหมดนี้ใช้คณิตศาสตร์เดียวกัน สิ่งที่คุณต้องทำคือเสียบมวลที่แตกต่างกันและคุณสมบัติอื่น ๆ ของร่างกายที่เกี่ยวข้อง

สมการทางคณิตศาสตร์ดังกล่าวดีมากเมื่อมี - แต่บ่อยครั้งที่มันไม่ได้ ตัวอย่างเช่นเรารู้ว่าไม่มีสมการง่ายๆที่แก้สิ่งที่เรียกว่า“ปัญหาสามตัว"ซึ่งอธิบายสามศพโคจรไปรอบ ๆ และมีอิทธิพลต่อกันโดยแรงโน้มถ่วง - เหมือนดวงจันทร์โลกและดวงอาทิตย์

วิทยาศาสตร์ในปัจจุบันส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับระบบที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นและขาดวิธีแก้ปัญหาที่เหมือนกัน แบบจำลองดังกล่าวจะต้องเป็น "การคำนวณ" - อธิบายว่าระบบเปลี่ยนแปลงจากหนึ่งไปยังอีกต่อไปได้อย่างไร แต่ไม่มีทางที่จะกำหนดสถานะที่แน่นอนในบางเวลาในอนาคตนอกเหนือจากการ "จำลอง" วิวัฒนาการของมันในลักษณะนี้ การพยากรณ์อากาศเป็นตัวอย่างที่คุ้นเคย จนกว่าคอมพิวเตอร์ใน 1950 จะมาถึงมันเป็นไปไม่ได้ที่จะทำนายสภาพอากาศในอนาคตได้เร็วกว่าที่เกิดขึ้นจริง

โดยทั่วไปแล้ววิทยาศาสตร์ในปัจจุบันประกอบด้วยการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายถึงระบบที่ซับซ้อนจากนั้นเปลี่ยนสิ่งนี้ให้เป็นแบบจำลองการคำนวณและเรียกใช้การจำลองเพื่อคาดการณ์เพื่อตรวจสอบแบบจำลอง

เมื่อแบบจำลองล้มเหลว

การสร้างแบบจำลองถูกนำมาใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์ - ตั้งแต่ฟิสิกส์ดาราศาสตร์และ การทำนายสภาพอากาศ เพื่อชีวสารสนเทศศาสตร์และเศรษฐศาสตร์ แต่มี การอภิปรายที่เพิ่มขึ้น เกี่ยวกับความจริงที่ว่าวิทยาศาสตร์นี้ยากที่จะตรวจสอบผ่านการทำสำเนา

ปรากฎว่าการอธิบายวิธีการทดลองด้วยคำพูดนั้นไม่เพียงพอ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะภาษาธรรมชาติเช่นภาษาอังกฤษนั้นคลุมเครือเกินไปสำหรับการอธิบายการคำนวณอย่างแม่นยำ มีเหตุผลทำไมโปรแกรมเมอร์ใช้ภาษาการเขียนโปรแกรม หนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการพัฒนาซอฟต์แวร์คือการแปลงข้อกำหนดที่คลุมเครือให้เป็นข้อมูลจำเพาะที่แม่นยำของพฤติกรรม

มนุษย์ - แม้แต่นักวิทยาศาสตร์ - เป็นสิ่งที่ผิดพลาดได้ทั้งหมด การแปลงข้อมูลใด ๆ ให้เป็นโปรแกรมจะมีการแนะนำบั๊กอย่างสม่ำเสมอ ตัวอย่างเช่นนักวิทยาศาสตร์หลายคนขึ้นอยู่กับเครื่องมือสำรวจข้อมูลเช่นสเปรดชีตซึ่งออกแบบมาเพื่อการใช้งานที่ง่ายและไม่ใช่เพื่อความทนทาน มันง่ายมากที่จะสรุปช่วงที่ผิดของเซลล์ในสเปรดชีตโดยไม่ได้รับคำเตือนใด ๆ นี่คือหนึ่งใน ข้อบกพร่องวิธีการ ในเอกสารที่พรรครีพับลิกันสหรัฐใช้เพื่อยึดถือนโยบายความเข้มงวดในการกำหนดนโยบาย

ในทำนองเดียวกัน ผลการศึกษาล่าสุด บนสเปรดชีต 15,770 ที่เผยแพร่ต่อสาธารณะในระหว่างการสอบสวน บริษัท สหรัฐ Enron แสดงให้เห็นว่า 24% ของสเปรดชีตที่มีอย่างน้อยหนึ่งสูตรมีข้อบกพร่องที่เห็นได้ชัดเช่นการเพิ่มเซลล์ว่าง

ในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ ดาวอังคารสังเกตการณ์สภาพภูมิอากาศยานสำรวจอวกาศที่เปิดตัวใน 1998 เพื่อศึกษาสภาพอากาศบนดาวอังคารได้สูญเสียไปในอีกหนึ่งปีต่อมาเนื่องจากส่วนหนึ่งของซอฟต์แวร์ควบคุมที่ใช้อย่างผิดพลาดแทนจักรวรรดิแทนที่จะเป็นหน่วยเมตริก การศึกษาอื่น เก้าการใช้งานที่เป็นอิสระจากการทดลอง Geoscience เดียวกัน - การใช้ชุดเดียวกันขั้นตอนวิธีการและภาษาการเขียนโปรแกรม - แสดงให้เห็นว่าข้อตกลงน้อยมากในผลที่ได้รับ

ยิ่งไปกว่านั้นแม้ว่าผู้อ่านบทความวิจัยจะสามารถตีความความหมายที่ถูกต้องของนักเขียนได้สำเร็จและแปลมันเป็นโปรแกรมอย่างผิดพลาด แต่ก็ยังมีข้อผิดพลาดในการดำเนินการ ปัญหาที่ซับซ้อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งหนึ่งเกิดขึ้นจากวิธีที่คอมพิวเตอร์จัดการกับหมายเลข: แม้ว่าพวกเขาจะสามารถจัดการกับจำนวนเต็มเช่น 42 และ -17 ด้วยความแม่นยำที่สมบูรณ์แบบเทคนิคมาตรฐานสำหรับการจัดการกับจำนวนจริงเช่น การประมาณค่าเหล่านี้หมายความว่าวิธีที่เท่าเทียมกันในการคำนวณค่าเดียวกันสามารถ ให้ผลลัพธ์ที่แตกต่าง.

ดังนั้นสิ่งที่สามารถทำได้? ถ้าแม้แต่นักพัฒนาซอฟต์แวร์ผู้เชี่ยวชาญก็ไม่สามารถผลิตซอฟต์แวร์ที่ถูกต้องได้อย่างน่าเชื่อถืออะไรคือความหวังสำหรับโปรแกรมเมอร์มือสมัครเล่นเช่นนักวิทยาศาสตร์?

งานหนึ่งคือการผลิตเครื่องมือสำหรับการออกแบบภาษาการเขียนโปรแกรม "เฉพาะโดเมน" ซึ่งแต่ละรายการได้รับการปรับแต่งให้เข้ากับปัญหาที่เฉพาะเจาะจงเช่นพฤติกรรมของตัวแทนในตลาดเศรษฐกิจหรือการแพร่กระจายของยาข้ามเซลล์ จุดประสงค์เหล่านี้ทำให้ง่ายขึ้นสำหรับผู้เชี่ยวชาญในการอธิบายการคำนวณโดยตรงในแง่ที่คุ้นเคยแทนที่จะต้องเข้ารหัสพวกเขาในทางอ้อมในภาษาโปรแกรมวัตถุประสงค์ทั่วไป

วิธีที่สองพยายามออกแบบ "ระบบพิมพ์" ที่แสดงออกได้ง่ายขึ้น แต่ยังคงใช้งานง่ายสำหรับโปรแกรม สิ่งเหล่านี้จะทำให้ง่ายต่อการตรวจจับข้อผิดพลาด "โง่" เช่นเซลล์ว่างเปล่าในสเปรดชีตหรือผสมค่าในหน่วยต่างๆ ไม่สามารถแยกแยะข้อผิดพลาดทางตรรกะได้ทั้งหมด บรรทัดที่สามคือการพัฒนาห้องสมุดที่ใช้งานได้ของรหัสสำหรับเลขคณิตที่แน่นอนหลีกเลี่ยงปัญหาของการประมาณ

มีโอกาสทุกวิธีที่สามารถช่วยแก้ไขปัญหาในอนาคตหรืออย่างน้อยก็กำจัดความเสี่ยง ท้ายที่สุดแล้วโลกต้องการวิทยาศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์ต้องการคอมพิวเตอร์ - ที่ไม่น่าจะเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลาเร็ว ๆ นี้

เกี่ยวกับผู้เขียน

เจเรมีกิบบอนส์ศาสตราจารย์วิชาคอมพิวเตอร์มหาวิทยาลัยอ๊อกซฟอร์ด หัวหน้าชุดรูปแบบการวิจัยการเขียนโปรแกรมภาษา

บทความนี้เดิมปรากฏบนสนทนา

หนังสือที่เกี่ยวข้อง:

at ตลาดภายในและอเมซอน

 

คุณอาจจะชอบ

ติดตาม InnerSelf บน

ไอคอน Facebookไอคอนทวิตเตอร์ไอคอน YouTubeไอคอน instagramไอคอน pintrestไอคอน RSS

 รับล่าสุดทางอีเมล

นิตยสารรายสัปดาห์ แรงบันดาลใจทุกวัน

ภาษาที่ใช้ได้

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

เสียงภายใน

กลุ่มคนหลายเชื้อชาติยืนถ่ายรูปหมู่
เจ็ดวิธีที่คุณสามารถแสดงความเคารพต่อทีมที่หลากหลายของคุณ (วิดีโอ)
by Kelly McDonald
ความเคารพมีความหมายอย่างลึกซึ้ง แต่ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายใด ๆ ในการให้ ต่อไปนี้คือวิธีที่คุณสามารถสาธิตได้ (และ...
ช้างกำลังเดินอยู่หน้าพระอาทิตย์ตกดิน
ภาพรวมโหราศาสตร์และดวงชะตา: 16 - 22 พฤษภาคม 2022
by แพม ยังฮันส์
วารสารโหราศาสตร์รายสัปดาห์นี้อิงตามอิทธิพลของดาวเคราะห์ และนำเสนอมุมมองและ...
ภาพของ Leo Buscaglia จากปกหนังสือของเขา: Living, Loving and Learning
วิธีเปลี่ยนชีวิตของใครบางคนในไม่กี่วินาที
by จอยซ์ วิสเซลล์
ชีวิตของฉันเปลี่ยนไปอย่างมากเมื่อมีคนเอาวินาทีนั้นมาชี้ให้เห็นความงามของฉัน
ภาพถ่ายรวมของจันทรุปราคาเต็มดวง
ภาพรวมโหราศาสตร์และดวงชะตา: 9 - 15 พฤษภาคม 2022
by แพม ยังฮันส์
วารสารโหราศาสตร์รายสัปดาห์นี้อิงตามอิทธิพลของดาวเคราะห์ และนำเสนอมุมมองและ...
05 08 พัฒนาความคิดเห็นอกเห็นใจ 2593344 เสร็จสมบูรณ์
การพัฒนาการคิดเห็นอกเห็นใจต่อตนเองและผู้อื่น
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
เวลาคนพูดถึงความเห็นอกเห็นใจ ส่วนใหญ่จะหมายถึงการเห็นอกเห็นใจผู้อื่น...เพื่อ...
ผู้ชายกำลังเขียนจดหมาย
เขียนความจริงและปล่อยให้อารมณ์ไหล
by บาร์บาร่าเบอร์เกอร์
การเขียนสิ่งต่าง ๆ เป็นวิธีที่ดีในการฝึกพูดความจริง
หนุ่มสาวคู่หนึ่งสวมหน้ากากอนามัยยืนบนสะพาน
สะพานแห่งการรักษา: เรียน โคโรนาไวรัส...
by ลอร่า อาเวอร์ซาโน
การระบาดใหญ่ของ Coronavirus เป็นตัวแทนของกระแสในทรงกลมกายสิทธิ์และทางกายภาพของเราที่ ...
รูปเงาดำของคนนั่งหน้าคำเช่นเห็นอกเห็นใจ เอาใจใส่ ยอมรับ ฯลฯ
แรงบันดาลใจรายวัน: 6 พฤษภาคม 2022
by Marie T, Russell, InnerSelf.com
ครูแบบไหนที่อยู่ในหัวของคุณ?
ดูดวงสัปดาห์ปัจจุบัน: 18 ถึง 24 กุมภาพันธ์ 2019
ดูดวงสัปดาห์: 18 ถึง 24 กุมภาพันธ์ 2019
by แพม ยังฮันส์
วารสารโหราศาสตร์รายสัปดาห์นี้อิงตามอิทธิพลของดาวเคราะห์ และนำเสนอมุมมองและ...
กำลังมองหาความสำเร็จ? สิ่งที่คุณกำลังมองหาจริงๆ?
กำลังมองหาความสำเร็จ? สิ่งที่คุณกำลังมองหาจริงๆ?
by บาร์บาร่าเบอร์เกอร์
คุณต้องการอะไรมากกว่าสิ่งอื่นใดในโลก ถามตัวเองแล้วตอบตามความจริง...
ฤดูใบไม้ร่วง
การเปลี่ยนแปลงเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้นอย่าตกใจไป!
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
การเปลี่ยนแปลงเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ สังเกตปฏิกิริยาของคุณต่อข้อความนั้น เปลี่ยน IS อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ใส่ใจ…

อ่านมากที่สุด

05 08 พัฒนาความคิดเห็นอกเห็นใจ 2593344 เสร็จสมบูรณ์
การพัฒนาการคิดเห็นอกเห็นใจต่อตนเองและผู้อื่น (วิดีโอ)
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
เวลาคนพูดถึงความเห็นอกเห็นใจ ส่วนใหญ่จะหมายถึงการเห็นอกเห็นใจผู้อื่น...เพื่อ...
ช้อปปิ้งเมื่อพระเจ้ารักคุณ 4 8
ความรู้สึกที่พระเจ้ารักตัดทอนการใช้จ่ายเพื่อการพัฒนาตนเองอย่างไร
by มหาวิทยาลัยดุ๊ก
คริสเตียนที่มีจิตวิญญาณหรือเคร่งศาสนามักจะซื้อผลิตภัณฑ์เพื่อการพัฒนาตนเองน้อยกว่า...
สมองสีเทาและสีขาวสสาร 4 7
การทำความเข้าใจเรื่องสีเทาและสีขาวของสมอง
by คริสโตเฟอร์ ฟิลลีย์ มหาวิทยาลัยโคโลราโด
สมองของมนุษย์เป็นอวัยวะขนาด XNUMX ปอนด์ที่ยังคงเป็นปริศนา แต่คนส่วนใหญ่เคยได้ยิน...
ดวงตาทำนายสุขภาพ 4 9
สิ่งที่ดวงตาของคุณเปิดเผยเกี่ยวกับสุขภาพของคุณ
by Barbara Pierscionek, มหาวิทยาลัย Anglia Ruskin
นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ได้พัฒนาแอพสมาร์ทโฟนที่สามารถ...
ภาพเท้าเปล่าของคนยืนอยู่บนพื้นหญ้า
แนวทางปฏิบัติสำหรับการต่อสายดินและการเรียกคืนการเชื่อมต่อของคุณกับธรรมชาติ
by Jovanka Ciares
เราทุกคนมีความเชื่อมโยงกับธรรมชาติและต่อโลกทั้งโลก ต่อดิน น้ำ อากาศ และ...
05 08 พัฒนาความคิดเห็นอกเห็นใจ 2593344 เสร็จสมบูรณ์
การพัฒนาการคิดเห็นอกเห็นใจต่อตนเองและผู้อื่น
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
เวลาคนพูดถึงความเห็นอกเห็นใจ ส่วนใหญ่จะหมายถึงการเห็นอกเห็นใจผู้อื่น...เพื่อ...
การสร้างสภาพแวดล้อมใหม่ 4 14
วิธีที่นกพื้นเมืองกลับมาสู่ป่าในเมืองที่ได้รับการฟื้นฟูของนิวซีแลนด์
by Elizabeth Elliot Noe, มหาวิทยาลัยลินคอล์นและคณะ
การทำให้เป็นเมืองและการทำลายแหล่งที่อยู่อาศัยเป็นภัยคุกคามที่สำคัญต่อนกพื้นเมือง...
ภาพของ Leo Buscaglia จากปกหนังสือของเขา: Living, Loving and Learning
วิธีเปลี่ยนชีวิตของใครบางคนในไม่กี่วินาที
by จอยซ์ วิสเซลล์
ชีวิตของฉันเปลี่ยนไปอย่างมากเมื่อมีคนเอาวินาทีนั้นมาชี้ให้เห็นความงามของฉัน

ทัศนคติใหม่ - ความเป็นไปได้ใหม่

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | ตลาด InnerSelf
ลิขสิทธิ์© 1985 - 2021 InnerSelf สิ่งพิมพ์ สงวนลิขสิทธิ์.