يعتمد العلم على نمذجة الحاسوب - إذن ما الذي يحدث عندما يحدث خطأ؟

يعتمد العلم على نمذجة الحاسوب - إذن ما الذي يحدث عندما يحدث خطأ؟

من التغير في اكتشاف البنسلين إلى نظريات النسبية والميكانيكا الكمومية ، تقدم العلم بسرعة مذهلة حتى قبل وجود أجهزة الكمبيوتر. الكثير من هذا يرجع إلى متانة الطريقة العلمية: يتم التحقق من صحة النتائج العلمية من خلال تكرارها وتوسيعها من قبل علماء آخرين.

لكن الطريقة التي نقوم بها بالعلم تتغير - فنحن الآن نعتمد بشكل متزايد على نماذج الكمبيوتر المعقدة لفهم الطبيعة. واتضح أن هذه النماذج يمكن أن تكاد تكون مستحيلة التكاثر - بمعنى أن هناك محكًا هامًا للعلوم يتم تحديه. إذن ما هي تداعيات هذا التغيير في العالم الحقيقي وما الذي يمكننا فعله حيال ذلك؟

كان العلم ما قبل الحديث - المعروف باسم "الفلسفة الطبيعية" - تجريبيًا. يستخدم العلم التجريبي الملاحظات السابقة لعمل تنبؤات حول المستقبل ، والتي قد يتم اختبارها بعد ذلك. تايكو براهيتمكن عالم الفلك الدنماركي في القرن العاشر من القرن الحادي والعشرين من إجراء ملاحظات دقيقة وشاملة على السماء بهذه الطريقة.

العلم الحديث ، ومع ذلك ، هو نظري. كما يجعل العلم النظري التنبؤات ، ولكنه يستمدها من النماذج الرياضية وليس من الملاحظات السابقة. فكر في قوانين اسحق نيوتن للحركة ، مثل قانون معكوس المربعة للجاذبية.

على سبيل المثال ، هناك معادلة تصف مدار الأرض حول الشمس. يمكن استخدام هذه المعادلة لإنشاء نموذج كمبيوتر حيث يمكنك فقط توصيل بعض المتغيرات ومعرفة كيف يتغير الحل. يمكنك فقط توصيل تاريخ مستقبلي وقراءة موقع الأرض في ذلك التاريخ. يمكنك أيضًا استخدام نفس البرنامج لتكوين نماذج لأنظمة كوكبية أخرى - تعتمد جميعها على نفس الرياضيات. كل ما عليك القيام به هو توصيل كتل مختلفة ومختلف الخصائص الأخرى للهيئات المعنية.

مثل هذه المعادلات الرياضية كبيرة عندما تكون متاحة - ولكن في كثير من الأحيان ليست كذلك. على سبيل المثال ، نعلم أنه لا توجد معادلة بسيطة تحل ما يسمى بـ "مشكلة ثلاثة أجسام"، والتي تصف ثلاث جسيمات تدور حول بعضها وتؤثر على قوى الجاذبية - مثل القمر والأرض والشمس.

يتعامل الكثير من العلوم الحالية مع أنظمة أكثر تعقيدًا ، ويفتقر أيضًا إلى حلول دقيقة. يجب أن تكون هذه النماذج "حاسوبية" - تصف كيف يتغير النظام من لحظة إلى أخرى. ولكن لا توجد طريقة لتحديد الحالة الدقيقة في وقت ما في المستقبل بخلاف "محاكاة" تطورها بهذه الطريقة. التنبؤ بالطقس هو مثال مألوف ؛ حتى ظهور أجهزة الكمبيوتر في 1950s ، كان من المستحيل التنبؤ بالطقس المستقبلي بشكل أسرع مما حدث بالفعل.

يتكون العلم الحالي عادة من ابتكار نموذج رياضي يصف نظامًا معقدًا ، ثم يحول ذلك إلى محاكاة حسابية ، وتشغيل المحاكاة لعمل تنبؤات من أجل التحقق من صحة النموذج.

عندما تفشل النمذجة

يتم استخدام النمذجة عبر المجالات العلمية - بدءا من الفيزياء الفلكية و التنبؤ المناخ إلى المعلوماتية الحيوية والاقتصاد. لكن هناك زيادة النقاش عن حقيقة أن هذا العلم يصعب التحقق من صحته من خلال التكاثر.

اتضح أن مجرد وصف الأساليب التجريبية في الكلمات لا يكفي. هذا جزئيا لأن اللغات الطبيعية مثل اللغة الإنجليزية هي ببساطة غامضة للغاية لوصف الحسابات بدقة. هناك ، بعد كل شيء ، السبب الذي يجعل المبرمجين يستخدمون لغات البرمجة. يتمثل أحد أكبر التحديات في تطوير البرمجيات في تحويل المتطلبات الغامضة إلى مواصفات محددة للسلوك.

البشر - حتى العلماء - بعد كل شيء غير قابل للخطأ. تحويل أي معلومات إلى برنامج يقدم دائما الخلل على طول الطريق. على سبيل المثال ، يعتمد العديد من العلماء على أدوات استكشاف البيانات مثل جداول البيانات ، والتي تم تصميمها لسهولة الاستخدام وليس للمتانة. من السهل للغاية فقط تلخيص نطاق خاطئ من الخلايا في جدول البيانات ، دون الحصول على أي تحذيرات. كان هذا واحدا من العيوب المنهجية في ورقة استخدمها الحزب الجمهوري الأمريكي لبناء سياساته المؤيدة للتقشف.

وبالمثل دراسة حديثة في جداول 15,770 التي تم الإعلان عنها خلال التحقيق في شركة إنرون الأمريكية أظهرت أن نسبة 24٪ من جداول البيانات التي تحتوي على صيغة واحدة على الأقل كانت تحتوي على أخطاء واضحة ، مثل إضافة خلايا فارغة.

في العلوم الطبيعية ، و المريخ المناخ المراقبتم فقد مسبار فضائي أُطلق في 1998 لدراسة المناخ على كوكب المريخ بعد عام واحد لأن جزءًا من برنامج التحكم استخدم عن طريق الخطأ وحدات إمبريالية بدلاً من وحدات متريّة. دراسة أخرى من تسعة تطبيقات مستقلة لنفس التجربة الجيولوجية - باستخدام نفس مجموعة البيانات ، الخوارزميات ، ولغة البرمجة - أظهر القليل من التوافق في النتائج التي تم الحصول عليها.

والأكثر من ذلك ، حتى لو تمكن قارئ ورقة البحث من تفسير المعنى الدقيق للكاتب ، ومن ثم ترجمته بشكل كامل إلى برنامج ، فلا تزال هناك عوائق في تنفيذه. تنبع إحدى المشكلات الصعبة بشكل خاص من كيفية تعامل أجهزة الكمبيوتر مع الأرقام: على الرغم من أنها تستطيع التعامل مع الأعداد الصحيحة مثل 42 و -17 بدقة تامة ، إلا أن التقنيات القياسية لمعالجة الأرقام الحقيقية مثل π≈3.14 و √2≈1.414 لا تسمح إلا بالدقة التقريبية. هذه التقريبية تعني أن الطرق المكافئة على ما يبدو لحساب القيمة نفسها يمكن تعطي نتائج مختلفة.

إذن ما الذي يمكن عمله؟ إذا لم يتمكن مطورو البرمجيات الخبراء من إنتاج البرامج الصحيحة بشكل موثوق ، فما هو الأمل في وجود مبرمجي الهواة مثل العلماء؟

يتمثل أحد أساليب العمل في إنتاج أدوات لتصميم لغات برمجة "خاصة بالنطاق" ، كل منها مصمم خصيصًا لفئة معينة من المشكلات ، مثل سلوك العوامل في الأسواق الاقتصادية أو انتشار العقاقير عبر الخلايا. يهدف هذا إلى جعل الأمر أكثر سهولة على الأخصائيين لوصف الحسابات بشكل مباشر ، بدلاً من الاضطرار إلى تشفيرها بشكل غير مباشر بلغة برمجة ذات أغراض عامة.

يسعى النهج الثاني إلى تصميم "أنظمة كتابة" أكثر تعبيرًا ولكنها سهلة الاستخدام للبرامج. من شأن ذلك أن يسهل اكتشاف الأخطاء "السخيفة" ، مثل الخلايا الفارغة في جداول البيانات ، أو خلط القيم في وحدات مختلفة. لا يمكن استبعاد جميع الأخطاء المنطقية رغم ذلك. والخط الثالث هو تطوير مكتبات قابلة للاستخدام من التعليمات البرمجية لحساب دقيق ، وتجنب مشاكل التقريب.

هناك كل فرصة يمكن لهذه الطرق أن تساعد في حل المشكلة في المستقبل ، أو على الأقل إزالة بعض المخاطر. بعد كل شيء ، يحتاج العالم إلى العلم والعلماء يحتاجون إلى أجهزة الكمبيوتر - وهذا ليس من المرجح أن يتغير في أي وقت قريب.

نبذة عن الكاتب

جيريمي جيبونز ، أستاذ الحوسبة ، جامعة أكسفورد. رئيس موضوع البحث في لغات البرمجة.

هذه المقالة نشرت أصلا في والمحادثة

كتاب ذات الصلة:

InnerSelf سوق

أمازون

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةرمز youtubeرمز الانستغرامرمز pintrestأيقونة آر إس إس

 احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

مجلة أسبوعية يوميا الإلهام

دليل

المياه الزرقاء محاطة بالعشب الأبيض الميت
خريطة تتتبع 30 عامًا من الذوبان الشديد للثلوج في جميع أنحاء الولايات المتحدة
by ميكايلا ميس أريزونا
توضح خريطة جديدة لأحداث ذوبان الجليد الشديد على مدى الثلاثين عامًا الماضية العمليات التي تؤدي إلى الذوبان السريع.
جليد البحر الأبيض في المياه الزرقاء مع غروب الشمس ينعكس في الماء
تتقلص المساحات المتجمدة على الأرض بمقدار 33 ألف ميل مربع في السنة
by جامعة تكساس ايه اند ام
يتقلص الغلاف الجليدي للأرض بمقدار 33,000 ميل مربع (87,000 كيلومتر مربع) سنويًا.
الرياح التوربينات
يغذي كتاب أمريكي مثير للجدل إنكار المناخ في أستراليا. ادعاءها المركزي صحيح ، لكنه غير ذي صلة
by إيان لوي ، أستاذ فخري ، كلية العلوم ، جامعة جريفيث
غرق قلبي الأسبوع الماضي لرؤية المعلق الأسترالي المحافظ آلان جونز يناصر كتابًا مثيرًا للجدل حول ...
صورة
قائمة رويترز الساخنة لعلماء المناخ منحرفة جغرافيا: لماذا هذا مهم
by نينا هانتر ، باحثة ما بعد الدكتوراه ، جامعة كوازولو ناتال
تسبب قائمة رويترز الساخنة "لأفضل علماء المناخ في العالم" ضجة كبيرة في مجتمع تغير المناخ. رويترز ...
شخص يمسك بيده قذيفة من الماء الأزرق
تشير القذائف القديمة إلى أن مستويات ثاني أكسيد الكربون المرتفعة قد تعود
by ليزلي لي تكساس ايه اند ام
باستخدام طريقتين لتحليل الكائنات الدقيقة الموجودة في قلب الرواسب من قاع البحر العميق ، قدر الباحثون ...
صورة
اقترح مات كانافان أن البرودة المفاجئة تعني أن الاحتباس الحراري ليس حقيقيًا. نحن نخرق هذا بالإضافة إلى خرافات مناخية أخرى
by نيريلي أبرام ، أستاذ ؛ زميل المستقبل في ARC ؛ كبير الباحثين في مركز التميز التابع لوكالة ARC للظواهر المناخية المتطرفة ؛ نائب مدير المركز الأسترالي للتميز في علوم القطب الجنوبي ، الجامعة الوطنية الأسترالية
أرسل السناتور مات كانافان العديد من مقل العيون تتدحرج بالأمس عندما غرد صورًا لمشاهد ثلجية في نيو ساوث الإقليمية ...
ينبه حراس النظام البيئي للمحيطات
by تيم رادفورد
تُعرف الطيور البحرية باسم حراس النظام الإيكولوجي ، وتحذر من الخسارة البحرية. مع انخفاض أعدادهم ، تنخفض ثروات ...
لماذا ثعالب البحر هم محاربو المناخ
لماذا ثعالب البحر هم محاربو المناخ
by زاك سميث
بالإضافة إلى كونها واحدة من أفضل الحيوانات على هذا الكوكب ، تساعد ثعالب البحر في الحفاظ على عشب البحر الصحي الذي يمتص الكربون ...

أحدث الفيديوهات

بدأت الهجرة المناخية الكبرى
بدأت الهجرة المناخية الكبرى
by معلن
تجبر أزمة المناخ الآلاف حول العالم على الفرار حيث أصبحت منازلهم غير صالحة للسكن بشكل متزايد.
آخر عصر جليدي يخبرنا لماذا نحتاج إلى الاهتمام بتغير 2 في درجة الحرارة
آخر عصر جليدي يخبرنا لماذا نحتاج إلى الاهتمام بتغير 2 في درجة الحرارة
by آلان وليامز ، وآخرون
يذكر أحدث تقرير صادر عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) أنه بدون انخفاض كبير ...
ظلت الأرض صالحة للسكنى لمليارات السنين - بالضبط ما مدى حظنا؟
ظلت الأرض صالحة للسكنى لمليارات السنين - بالضبط ما مدى حظنا؟
by توبي تيريل
استغرق التطور 3 أو 4 بلايين سنة لإنتاج الإنسان العاقل Homo sapiens. إذا كان المناخ قد فشل مرة واحدة فقط في ذلك ...
كيف يمكن لرسم خرائط الطقس قبل 12,000 عام أن يساعد في التنبؤ بتغير المناخ في المستقبل
كيف يمكن لرسم خرائط الطقس قبل 12,000 عام أن يساعد في التنبؤ بتغير المناخ في المستقبل
by برايس ريا
تميزت نهاية العصر الجليدي الأخير ، منذ حوالي 12,000 عام ، بمرحلة باردة نهائية تسمى أصغر درياس. ...
من المقرر أن ينخفض ​​بحر قزوين بمقدار 9 أمتار أو أكثر هذا القرن
من المقرر أن ينخفض ​​بحر قزوين بمقدار 9 أمتار أو أكثر هذا القرن
by فرانك ويسلينج وماتيو لاتوادا
تخيل أنك على الساحل وتطل على البحر. أمامك 100 متر من الرمال القاحلة التي تبدو وكأنها ...
كانت كوكب الزهرة شبيهة بالأرض مرة أخرى ، لكن تغير المناخ جعلها غير صالحة للسكن
كانت كوكب الزهرة شبيهة بالأرض مرة أخرى ، لكن تغير المناخ جعلها غير صالحة للسكن
by ريتشارد ارنست
يمكننا تعلم الكثير عن تغير المناخ من كوكب الزهرة ، كوكبنا الشقيق. تبلغ درجة حرارة سطح الزهرة حاليًا ...
خمسة معتقدات مناخية: دورة مكثفة في التضليل المناخي
المعتقدات المناخية الخمسة: دورة مكثفة في التضليل المناخي
by جون كوك
هذا الفيديو عبارة عن دورة تدريبية مكثفة في المعلومات الخاطئة عن المناخ ، ويلخص الحجج الرئيسية المستخدمة للتشكيك في الواقع ...
لم يكن القطب الشمالي دافئًا على هذا النحو لمدة 3 ملايين عام وهذا يعني تغييرات كبيرة للكوكب
لم يكن القطب الشمالي دافئًا على هذا النحو لمدة 3 ملايين عام وهذا يعني تغييرات كبيرة للكوكب
by جولي بريغهام جريت وستيف بيتش
في كل عام ، يتقلص الغطاء الجليدي البحري في المحيط المتجمد الشمالي إلى نقطة منخفضة في منتصف سبتمبر. هذا العام يقيس 1.44 فقط ...

أحدث المقالات

الطاقة الخضراء 2 3
أربع فرص للهيدروجين الأخضر للغرب الأوسط
by كريستيان تاي
لتجنب أزمة المناخ ، سيحتاج الغرب الأوسط ، مثل بقية البلاد ، إلى إزالة الكربون من اقتصادها بالكامل عن طريق ...
ug83qrfw
حاجز رئيسي أمام طلب الاستجابة يحتاج إلى إنهاء
by جون مور على الأرض
إذا فعل المنظمون الفيدراليون الشيء الصحيح ، فقد يتمكن عملاء الكهرباء في الغرب الأوسط قريبًا من كسب المال بينما ...
الأشجار للزراعة من أجل المناخ 2
ازرع هذه الأشجار لتحسين حياة المدينة
by مايك وليامز رايس
توصلت دراسة جديدة إلى أن أشجار البلوط الحية والجميز الأمريكي أبطال من بين 17 "شجرة خارقة" من شأنها أن تساعد في جعل المدن ...
قاع البحر الشمالي
لماذا يجب أن نفهم جيولوجيا قاع البحار لتسخير الرياح
by ناتاشا بارلو ، أستاذ مشارك في التغيير البيئي الرباعي ، جامعة ليدز
بالنسبة إلى أي بلد ينعم بسهولة الوصول إلى بحر الشمال الضحل والرياح ، ستكون الرياح البحرية مفتاحًا للالتقاء بشبكة ...
3 دروس حرائق الغابات لمدن الغابات بينما دمر ديكسي فاير مدينة جرينفيل التاريخية ، كاليفورنيا
3 دروس حرائق الغابات لمدن الغابات بينما دمر ديكسي فاير مدينة جرينفيل التاريخية ، كاليفورنيا
by بارت جونسون ، أستاذ هندسة المناظر الطبيعية ، جامعة أوريغون
اجتاح حريق هائل في غابة جبلية حارة وجافة مدينة جولد راش في جرينفيل ، كاليفورنيا ، في 4 أغسطس ، ...
يمكن للصين تحقيق أهداف الطاقة والمناخ التي تحد من طاقة الفحم
يمكن للصين تحقيق أهداف الطاقة والمناخ التي تحد من طاقة الفحم
by ألفين لين
في قمة المناخ للزعيم في أبريل ، تعهد شي جين بينغ بأن الصين "ستسيطر بصرامة على الطاقة التي تعمل بالفحم ...
المياه الزرقاء محاطة بالعشب الأبيض الميت
خريطة تتتبع 30 عامًا من الذوبان الشديد للثلوج في جميع أنحاء الولايات المتحدة
by ميكايلا ميس أريزونا
توضح خريطة جديدة لأحداث ذوبان الجليد الشديد على مدى الثلاثين عامًا الماضية العمليات التي تؤدي إلى الذوبان السريع.
طائرة تسقط مثبطات حريق حمراء على حريق غابة بينما ينظر رجال الإطفاء المتوقفون على طول الطريق إلى السماء البرتقالية
يتوقع النموذج اندلاع حرائق الغابات لمدة 10 سنوات ، ثم انخفاض تدريجي
by هانا هيكي يو. واشنطن
تتنبأ نظرة على مستقبل حرائق الغابات على المدى الطويل بحدوث انفجار أولي لنشاط حرائق الغابات لمدة عقد تقريبًا ، ...

 احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

مجلة أسبوعية يوميا الإلهام

مواقف جديدة - إمكانيات جديدة

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf سوق
حقوق التأليف والنشر © 1985 - 2021 إينيرسيلف المنشورات. كل الحقوق محفوظة.