中國科學院院士、復(fù)旦大學副校長張人禾：科學發(fā)現(xiàn)與人工智能相互促進，已形成良性循環(huán)

每經(jīng)記者 溫雅蘭    每經(jīng)編輯 張凌霄    

近年來，科學智能成為各行各業(yè)熱議的話題。它不僅改變了我們的生活，也為科學研究帶來更多可能。

中國科學院院士、復(fù)旦大學副校長張人禾在2023 Inclusion•外灘大會上表示：“受科學機理啟發(fā)而構(gòu)建的新模型的持續(xù)出現(xiàn)，形成了科學發(fā)現(xiàn)啟發(fā)人工智能升級，人工智能作為科學研究的新工具，進一步賦能科學發(fā)現(xiàn)的相互促進的良性循環(huán)。”

科技創(chuàng)新是推動我國科技跨越式發(fā)展、產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級和生產(chǎn)力整體躍升的重要戰(zhàn)略資源。張人禾表示，科學智能也是推動科學研究范式變革、重塑科學發(fā)現(xiàn)以及實現(xiàn)科技原始創(chuàng)新策源的利器。

在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域中，多數(shù)模型都遵循數(shù)學與物理定律，科學智能能夠起到解析和探索這些規(guī)律，以促進研究者對自然現(xiàn)象理解，從而推動基礎(chǔ)科學發(fā)展，改變研究范式的作用。

張人禾舉例道，在量子力學中，人工智能可被用于學習神經(jīng)波函數(shù)，探討量子多體問題的求解；在蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域，人工智能能夠在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測、蛋白質(zhì)表征學習、蛋白質(zhì)骨架生成等方面起到重要作用。

此外，科學發(fā)現(xiàn)是一個多方面的過程，涉及到假設(shè)形成、實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)收集和分析等相互關(guān)聯(lián)的過程。在此過程中，人工智能將扮演“加速器”的角色，在科學發(fā)現(xiàn)的每個階段增強和加速研究，從而重塑科學發(fā)現(xiàn)，推動新的成果與進展不斷涌現(xiàn)，進而形成科學發(fā)現(xiàn)的良性循環(huán)。

從范式角度出發(fā)，科學智能為數(shù)據(jù)驅(qū)動以及機理驅(qū)動提供了一條融合發(fā)展的路徑。

數(shù)據(jù)驅(qū)動通過對數(shù)據(jù)的分析尋找科學規(guī)律并解決實際問題，但其可解釋性較弱。機理驅(qū)動，是一種基于第一性原理的研究方式，其目標是發(fā)現(xiàn)物理事件的基本原理及其經(jīng)典案例，但機理驅(qū)動存在因計算量過大而空有原理卻無法有效使用的困境。

張人禾表示，科學智能能夠更有效地融合數(shù)據(jù)和機理，降低對大數(shù)據(jù)和大算力的依賴，提升模型準確性和可解釋性。

例如，氣象學領(lǐng)域FourCastNet的經(jīng)典案例。FourCastNet通過ERA5再分析數(shù)據(jù)訓練，將自適應(yīng)傅里葉神經(jīng)算子、降水量診斷模型等技術(shù)，進行0.25度分辨率的全球關(guān)鍵氣象要素預(yù)報，使得 AI 氣象模型首次能夠與傳統(tǒng)物理模型進行直接比較。

在未來，科技智能在經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展中可能將起到至關(guān)重要的作用。

“目前，國內(nèi)的科學智能也在迅速發(fā)展，但是仍處于起步階段，”張人禾說，“相繼涌現(xiàn)出的科學領(lǐng)域大模型，如首個工業(yè)級流體仿真大模型等，為我國近一步組織科學智能力量，聚焦基礎(chǔ)研究關(guān)鍵科學問題，構(gòu)建領(lǐng)先的模型算法和軟件工具，產(chǎn)出突破性、顛覆性科研成果，打通科學智能生態(tài)等奠定了良好的基礎(chǔ)。”