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20世纪重大科技发明创造_20世纪重大科技发明

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学习爱因斯坦:深入思考 大胆设想

2005年是联合国大会通过的“国际物理年”,纪念伟大的物理学家爱因斯坦在1905年做出3项伟大成绩100周年。

爱因斯坦于1900年在苏黎世联邦工业大学毕业,为了生活做了专利所的小职员。他认为当时的物理学家“欠缺深度”,就利用工作余暇自己研究物理学。他的研究工作除了狭义和广义相对论之外,还涉及量子力学和统计力学,化学和生物技术也得益于爱因斯坦关于分子和分子运动的见解。

在这奇迹的一年(1905年)中,爱因斯坦的贡献足以和牛顿在1665年和1666年发明微积分、万有引力和颜色理论相媲美。1905年3月17日他完成了《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文,第一次肯定地提出光量子、粒子的波粒二象性和有关光电效应的方程,符合实验结果。同年5月11日他完成了第二篇论文《关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》,推进了布朗运动和分子存在的观点。同年6月30日爱因斯坦提出有关狭义相对论的第一篇论文《论动体的电动力学》,断言光速不变。到9月27日又提出另一篇《物体的惯性是否决定其内能?》,这就是他的著名公式E=mc2的来源。这都是刊登在德国著名的物理期刊上。此外,这一年他还有一篇于4月30日完成的论文:《分子大小的新测定》。这真是伟大!一年5篇论文,3个划时代的问题,真是了不起!

过去几百年,牛顿以其准确的数学术语审查了已知物质世界的所有现象,使物质世界对人类可知。物质世界为因果论所统治:有因必有果,有果必有因。爱因斯坦的狭义相对论假设指出,仅靠对外部世界的近距离观察,也许无法掌握自然界的伟大真理;相反,科学家有时应该从他们的思想出发,创造出只有在未来才能得到实验验证的假设和逻辑系统。这就是,未做实验,先得结果。这种认识大大开阔了科学家的思路,这种理论促进了科学的发展,有助于推进人类工业和健康的新机器的发明。结果,20世纪的科学技术进步和工业发展超过以往几个世纪。

据估计第二次世界大战至今的经济发展中,科学技术的贡献约占一半,日本可能更高些,我国也许只有20%。物理学是多科技术的基础,所以在我国物理和工业的努力空间还很大。爱因斯坦1905年的伟大成就固然使我们羡慕,他的研究工作方法更值得我们学习,以加快我国物理科学和工业发展,使我们赶得更快些。

爱因斯坦的研究工作成功方法何在?就是深入思考和大胆设想!深入思考非常重要,一些科学家往往不加重视,甚至想都不想,就开始数学分析或实验,这可能会失去主要目标。1901年,爱因斯坦就认为当时的物理学家“欠缺深度”,他不赞成对科学问题急急做数学处理或实验,而是对问题首先深思熟虑,有了深入了解再去处理。在处理过程中必要时大胆提出自己的设想或假设以解决问题。他用了几年业余时间深入思考和假设,到1905年做出划时代的伟大贡献。

对我国科学家来说,深入思考不成问题,因为一般科学家和技术家对自己的专业都很熟悉,了解其发展情况。大胆设想则是关键,中国知识分子向来尊重长者,尊重权威,提出自己的设想的确需要非常大胆。很多人一般不敢或不愿提出自己的见解,更不用说革命性的见解了。这种现象需要彻底改变,否则不能取得重要成绩。科学研究就是竞争,没有竞争,科学没有进步!另一方面,也要了解就是革命性的见解也并非是难的不得了的事。以爱因斯坦的特殊相对论为例。他年轻时,常常幻想追逐光线。爱因斯坦后来回忆:“在16岁时,曾想过如果跑得快,能追上光的话,光就会像是在空间固定波形的电场和磁场。”爱因斯坦也看到“这种现象似乎不可能存在”。10年后,这个见解就开花结果,形成特殊相对论,推翻了古代时空观念,构成现代物理学的基础。想到追光,又看到不可能追上光,更深入一步就能设想到光速不变,但一般人都“不敢越雷池一步”,不敢想!这就需要勇气!主要是不受现有理论、习惯或经验的束缚,要自由设想甚至猜想,但不可幻想。

爱因斯坦早在《物理学的进化》一书中就说过,“提出一个问题比解决一个问题更为重要。因为解决一个问题也许是一个数学上或实验上的技巧,而提出新的问题、新的可能性,从新的方向看旧问题,则需要创造性的想象力,而且标志着科学的真正进步”。新的问题主要来自科学家或技术家的求知欲、好奇心或兴趣,实际需要解决的问题也必须要经科学家变成科学问题。所以科学家和技术家是提出和解决新科学问题的主要人物,是科学技术进步的真正主角,解决科学问题必须依靠科学家!

科学研究,科学家必须全神贯注、深入思考、破除迷信、大胆设想、发挥创造性和想象力,做出重大成绩,甚至原来都没有想到的成绩!这就需要有学术自由,否则,都是科学匠,还能有什么创新、什么发展?科学家在其研究工作范围内应该完全有自由决定工作计划,选择问题,决定研究路线、实验方法等等,在工作中不受任何干扰。科学家对科学和对科学研究的兴趣、热爱和责任心则是科研必需的。

科学领导的主要责任是尽量使科学工作做出成绩,出成绩、出人才就是科学领导的成绩。科学领导除搞好科技人员的工作条件和生活环境外,不应向科技人员提烦琐要求,只要求研究工作年度报告;负责对单位和每个科学家的研究工作的水平以及奖惩、升降等的评议工作;组织学术讨论会、学术会议;收集与本单位有关的问题和重大问题供参考。评议工作应一律请较高水平科学家匿名进行,以业绩为唯一标准。但最主要的问题是开放,要保证学术自由,使科学家能自由发挥,达到最高水平。否则,科技前沿,自主产权,都只是空论。科技工作的开放已刻不容缓

来源:《科学网》

人工智能──机器会比人聪明吗?

·姜岩·

  机器会不会比人更聪明,我们现在无法回答这一问题。事实上, 很多大胆的设想都是可能的。比如,机器将可能与人体结合在一起, 未来将微型超级计算机植入人脑也可能变成现实,那时人到底是机 器,还是人,是一个非常难以回答的问题。   为了实现人工智能,需要从生物学角度揭开人类思维之谜,为 人工智能的研究提供参考;需要从材料学角度研制适合的材料,为 人工智能计算机的研制提供基础;还需要以信息技术作为主力军, 最终完成人工智能计算机的研制工作。一个以人工智能为龙头、以 各种高新技术产业为主体的"智能时代"将彻底改变人类社会。智能 时代将是成熟的知识经济时代。

第一节 计算机打败国际象棋冠军

一、世界冠军败北

  1997年,世界科技界发生了两件令人深思的事情。一是1997 年2月英国科学家宣布培养出世界第一个克隆动物小羊多利,另一 个则是1997年5月,美国IBM公司的“深蓝”超级计算机首次击 败国际象棋男子世界冠军卡斯帕罗夫。   1997年5月11日,在国际象棋“人机大战”最后一局较量中, IBM超级计算机“深蓝”仅用了一个小时便轻松战胜国际象棋特 级大师卡斯帕罗夫,并以3.5比2.5的总比分赢得胜利和70万美元 的奖金。   在前5局比赛中,卡斯帕罗夫先拔头筹,紧接着“深蓝”扳回 一局。之后双方连续3局战平,各积2.5分。因此最后一局比赛就 成为关键一仗,格外引人瞩目。这局比赛,“深蓝”执白以王兵开局。 卡斯帕罗夫背水一战,开始依然采取稳扎稳打的战略,构筑防线。 但他有步棋走错了顺序,白棋乘机在第八步用以“象”换“卒”的 方法赢得了先手 。   第十八步,卡斯帕罗夫用杀伤力最强的“皇后”交换对方的“车” 和“象”,看似不很吃亏,但盘面上自己的一个“象”或“车”有可 能丢掉。等计算机又将一“兵”拱进一步之后,卡斯帕罗夫再也无 心恋战,投子认输。输棋之后,卡斯帕罗夫很快起身,耸了耸肩, 作出无可奈何的样子离开了棋室。   卡斯帕罗夫和“深蓝”小组的负责人谭崇仁接受了奖品与奖金 之后,回答了记者尖锐的提问。卡斯帕罗夫对自己今天的表现表示 歉意,认为辜负了观众的期望。但他认为IBM公司专门开发针对 他的下棋软件,并将他下过的棋谱大量输入电脑,使他一直在明处 被动挨打,而他却没有多少机会熟悉“深蓝”的棋路,有失公允。   在第二局输棋之后卡斯帕罗夫就曾表示有一“上帝之手”在助 “深蓝”一臂之力,认为电脑不可能有那几步超人的应对。   一直在纽约观战的国际象棋专家认为,卡斯帕罗夫虽然1996年 以4:2胜出,但此次似乎准备不足。第二局将可以和棋的棋下输后, 他又摆脱不了阴影,对计算机的戒惧感加重,身心俱疲,最后导致 输棋。   但“深蓝”的代表谭崇仁不这样认为。他说,改进之后的“深 蓝”锐不可当,好在“棋王”没怎么出错,否则早就败给计算机了。 据悉,“深蓝”赢得的70万美元奖金除了少部分拿来奖励设计小组 成员和顾问之外,大部分将继续用于“深蓝计划”的开发。

  二、“深蓝”的真面目

  “深蓝”一举击败世界冠军卡斯帕罗夫震动世界棋坛。被卡斯 帕罗夫称之为很难对付的怪物的“深蓝”计算机是这家公司1993年 开始研制的高科技产品。初一看,它的模样类似两个并排站立的黑 色保险柜,放在绿色的底座上,有点象座特殊的纪念碑。透过布满 小孔的铁门,仅能看到两排亮着的绿色指示灯。每个灯代表着一个 高速处理器的运行状态。这是一台带有32个处理器的可扩充的并行 大型计算机。   “深蓝”的前辈“深思一代”和“深思二代”分别诞生于1988 年和1989年,其运行速度可达每秒75万次,也有打败其他国际特 级大师的记录。但1997年的“深蓝”已经比1996年快了一倍,程 序设计得到了前全美国际象棋冠军本杰明的鼎立相助,更加 强大,因此也有人称其为“更深的蓝”。   IBM公司将“深蓝”与棋王卡斯帕罗夫作了有趣的对比── 身高:卡斯帕罗夫5英尺10英寸,“深蓝”6英尺5英寸;体重: 卡斯帕罗夫176磅,“深蓝”1.4吨;年龄:卡斯帕罗夫34岁,“深 蓝”4岁;每秒行棋速度:卡斯帕罗夫2步,“深蓝”2亿步。   “深蓝”并无需每秒思考2亿步棋,这不过代表了超级计算机 每秒上亿次的运行速度。两者的最主要差别在于前者的随机应变能 力强,但思路容易受身体条件、情绪和周围环境的影响;而后者记 忆力强,计算平稳且不受环境干扰。棋王老谋深算,经验丰富,“深 蓝”却是个刚刚涉足棋坛的小学生。不过这个学生正以非同寻常的 速度在吸收众家之长,为其所用,因此其能力实不可小视。   在与卡斯帕罗夫开赛前的一星期,“深蓝”离开了距纽约80公 里的诞生地,来到设在50层高的曼哈顿“公平保险公司”办公大楼 第35层的赛场。它在临时的小屋内需要用一个台式摇头电扇帮助降 温。   赛场内比赛桌的一侧放有一台带有液晶显示器的黑色电脑,这 是与“深蓝”沟通的主要工具。比赛期间,坐在卡斯帕罗夫对面的 “深蓝”小组的成员不必为棋盘上的风云变幻操心,但必须将双方 的每一步棋准确地用右侧的键盘输入电脑,并代表“深蓝”一方记 棋谱和按下计时钟。这一切受到现场的裁判监督。   人脑与电脑的比赛规则基本相同。电脑不会悔棋,即使操作者 发现其走了“臭棋”也不得帮它反悔。“深蓝”比较“认死理”,只 要没出现死棋,就会百折不挠地走下去。如果后台的专家认为应该 和棋了,只能通过电话通知场上的“ 深蓝”代表来求和,这种情况 在1996年的比赛中就出现过。 “深蓝”的主要设计者,来自中国台北的许峰雄说,首场比赛失利 后,他们仅对“深蓝”作了一些微调。但有的国际大师认为,“深蓝” 的下法已经有了人工智能的味道。它在第二局中充分发挥了白棋的 先行优势,整个行棋流畅,极有章法;对卡斯帕罗夫求稳保守的下 法,主动进攻,步步紧逼,一举奠定了胜利基础。

三、人类败了吗?

  卡斯帕罗夫怎么会输给一台被他称为“怪物”的计算机呢?这 位当今、也是有史以来实力最强的国际象棋大师自1985年夺得世界 冠军以来,其世界第一高手的地位从未动摇过。赛前卡斯帕罗夫认 为,人只要不犯错误总能战胜计算机。 然而,人不可能不犯错误,卡斯帕罗夫在比赛中不止一次地出现失 误。他慨叹道,仿佛有一只“上帝之手”在帮助“深蓝”。其实何至 一只“上帝之手”,在“深蓝”背后有5位计算机专家在为其编写程 序,有一位美国的国际象棋特级大师在做它的专职顾问,还有许多 棋坛高手在为它出谋划策。准确地说,卡斯帕罗夫与“深蓝”之间 的比赛不是“人机大战”,而是许多国际象棋大师在软件专家的帮助 下借助一台超级计算机联手对付他一个人。所以,他的对手并不是 “深蓝”,“深蓝”只不过是一个工具而已。他真正的对手是“深蓝” 背后的棋坛高手和计算机专家,甚至还包括他自己。   其实,人脑的弱点正是人性的本质。棋王这次失败,主要是败 在自己的手上。棋王为了避开“深蓝”的计算优势,不惜放弃自己 最擅长的攻击棋路,刻意营造“捉摸不定”的布局。但是“深蓝” 下棋只有“穷举法”这一招,根本没有任何学习功能。棋王的“攻 心为上”碰到“深蓝”的“无心可攻”,不仅白费力气,而且为自己 带来无限的挫折和焦虑。   在比赛过程中,卡斯帕罗夫时而神情沮丧,时而气急败坏,甚 至出现了以前少有的彻夜难眠。由此可见,卡氏一直没有摆脱精神 压力,他对“深蓝”戒惧太多,谨慎有余,大胆不足,进而表现失 常。难怪美国国际象棋特级大师罗恩·亨利说,“他没有把全部潜力 和天才发挥出来”。   尽管“深蓝”的胜利是与卡斯帕罗夫的心理压力、表现失常等 原因不无关系,但对“深蓝”的进步和成绩也是应该予以充分肯定 的。   卡斯帕罗夫是国际象棋之王,其水平目前尚无人与之相比。IBM 公司开发的名为“深蓝”的RS/6000SP超级电脑也是世界上最好的 “下棋机器”。IBM公司为此进行了巨大投入。它不仅集中了1946 年计算机问世以来的许多新成果、新创造,而且有许峰雄等一批杰 出的计算机专家为此作出了多年的努力。目前,这台“深蓝”重量 达1.4吨,有32个节点,每个节点有8块专门为进行国际象棋对奕 设计的处理器,平均运算速度为每秒200万步。总计256块处理器 集成在RS/6000SP并行计算系统中,从而拥有每秒钟超过2亿步的 惊人速度。美国国际象棋特级大师本杰明加盟“深蓝”专家组,更 是提高了它的棋艺。比赛结束后,“深蓝”小组公布了一个秘密:每 场对局之后,专家小组都会根据卡斯帕罗夫的情况相应地修改特定 的参数。“深蓝”虽不会思考,但这些工作实际上起到了强迫它学习 的作用,这是一个重大的改进。无论如何,“深蓝”的此次胜利,标 志着电脑科技又上了一个新台阶,为日后在医疗、气象预报等更广 泛领域的应用奠定了基础。 有文章说,“深蓝”每秒钟思考2亿步,而世界顶尖棋手卡斯帕罗夫 每秒钟仅能思考3步,因此人的失败几乎是注定的,这种说法是经 不起推敲的。如果这种说法成立,那么上次“深蓝”每秒思考1亿 步,也大大超过了卡氏的3步,为什么“深蓝”输了呢?此次“深 蓝”不也输了一局吗?其实,这个对比,既说明电脑比人脑的某些 优越之处,也说明了电脑不如人脑的劣势(不会思考)。由此次“深 蓝”的胜利得出电脑战胜人脑的结论更是不科学的。事实是,电脑 在某些个别方面的个别功能超过人脑是完全有可能的,但要全面超 过人脑,可以说是遥遥无期的。因为人类对自己的认识还不够深刻, 其未知空白还无以计数。要搞明白人脑的思维和智能机制,还说不 清要过多少年,要超过它,更是一个未知数。   电脑下棋所涉及的领域可以归结到人工智能这门科学上来。40 年代电子计算机问世的同时,就有人提出了人工智能的理论。1956 年召开了世界上第一次人工智能大会。当初的一些进展和成果曾使 人们过于乐观,一些专家预言,不出10年,计算机将要成为为国际 象棋世界冠军。实际上这一时刻的到来推迟了20多年!人工智能的 发展历尽坎坷,至今在一些理论问题上仍然争论不休。许多专家认 为,目前,人工智能的水平还在婴儿时期,没有什么重大的突破性 的进展。   严格说来,“深蓝”只有并行操作和资料搜寻的技术,谈不上“智 能”二字。它不能自己选择目标,也不能修改用来权衡进展的标准, 更无法进行多元的价值取舍。如果将“深蓝”的赢棋目标改为“赢 棋,而且让对手还想再下一盘”,或是“赢棋,而且让对手信任我作 为将来的生意伙伴”,这对人脑只是一个小插曲,“见机行事”即可, 但是“深蓝”将连第一步棋都走不出去。   “深蓝”的成就虽然可观,却也代表“简单”问题的时代即将 结束。电脑接下来所面临的问题,都需要自我学习的技能,即使只 考虑下棋,中国的围棋变化万端,“深蓝”的“穷举法”就一筹莫展。 电脑目前在学习功能等方面甚至不如新生婴儿,人们在人工智能道 路上的摸索还只是刚起步而已。   人类向来有一种根深蒂固的“失控情结”,忧虑自己终将无法驾 驭自己所创造的事物,甚至被其取代。国际象棋在西方社会中具有 相当特殊的意义,一直被看作是最具代表性的纯智慧活动。很多人 虽然对于人类体能远不如机器的事实毫不在意,但是却无法想象人 类在国际象棋上也将对机器称臣。棋王卡斯帕罗夫在赛前扬言,他 是为人类智慧的尊严而战,媒体也立刻将他形容为“人文的最后防 线”。这是否夸大之词,受各方争议,但是这场比赛的确给人们带来 许多启示。 

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