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深夜食堂31

科學模擬:從天氣預報、黑洞到人工智慧,我們如何為整個宇宙建立模型?

模擬的本質不在「找到絕對真理」,而是學會在不確定中建立秩序,重塑對現實的理解。
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書店員導讀

這本書帶領讀者深入探索科學模擬的奧秘。從預測天氣的航海需求到現代黑洞研究與人工智慧的發展,書中剖析了電腦模型如何幫助科學家應對龐大的變數與算力極限。它不僅說明模擬如何成為最重要的科學工具,更提醒我們模擬的本質不在於尋找絕對真理,而是學會在不確定中建立秩序。

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內容簡介

理解宇宙,先把世界塞進電腦裡
◎第一本關於科學模擬的全面介紹
  建立模型、進行模擬可以讓我們看清楚每個變數和條件影響下,整個系統如何運作。這對於研究範圍廣大、結構與成分複雜的科學現象,從氣象到宇宙,甚至神經元連結與意識的形成等有很大的幫助。
從天氣到宇宙——模擬的力量
  從航海時代預測天氣的需求開始,科學家試圖用數學運算推演複雜系統的變化。隨著數據愈來愈完整,加上電腦的發明與革新,模擬的技術讓氣象學家能夠更精準地預測颱風路徑以及氣候變遷。到了現在,電腦模擬已不限於天氣預報,更包括流行病學、神經科學、財務規劃、飛機設計到暑期大片的特效,甚至近期的AI都是一種「模擬」。
我們真的能相信模擬嗎?
  我們試圖用各種科學模型模擬氣候、宇宙,甚至意識,但如果過度依賴科學模擬,也可能帶來全面的誤導。就像金融專家期待以物理理論預測市場,最終迎來2008年的金融危機。反過來說,全盤否定模擬的結果則等於放棄我們唯一能實驗的方式。模擬既像是小說家的想像,又像是工程師的藍圖。它既可能帶來最偉大的發現,也可能將我們引入歧途。
算力與解析度之爭——模擬的極限
  既然電腦模型能夠模擬世界,我們會不會是生活在一個巨大的模擬系統裡?作者指出,模擬根基於運算,而模擬的解析度愈高,需要的運算能力就愈大。如果整個世界都是一場模擬,那樣的運算系統顯然並不存在。模擬所做的,是透過預測每個假設下會產生的數據內容,把現實與理論假設連結起來。
  模擬的本質不在「找到絕對真理」,而是學會在不確定中建立秩序,並在每一次模擬與觀測的交會點上,重塑我們對現實的理解。本書跨越氣象學、宇宙學、量子物理與人工智慧,帶領我們認識科學模擬從何而來,又將把科學研究帶往何處。


各方推薦
一部真正傑出的著作,深入闡述了一項既迷人、又鮮少被理解、同時極為重要的科學活動。它讓我茅塞頓開,驚嘆不已,並深受震撼。在這個科普寫作佳作頻出的時代,我很少見過一本書能如此清晰、生動。
——菲力普.普曼,《黑暗物質三部曲》作者
這本書的主題複雜,作者卻能以令人欽佩的輕快筆調推進。
——《泰晤士報》
一部令人振奮的宇宙新史,講述了宇宙如何相互關聯,以及人類為解開其奧祕所做的努力。
——漢娜.弗萊,《打開演算法黑箱》作者
將嚴謹的科學和深奧的理論編織成引人入勝的敘事……使複雜的問題變得通俗易懂。
——《新科學家》
來自宇宙學前線令人振奮、坦誠的報導。
——《華爾街日報》
忘掉望遠鏡和顯微鏡吧,龐岑的實驗室就在他的電腦裡,它正迅速成為科學界最重要的工具。
——吉姆.艾爾—卡利里,《悖論》作者

作者

杜漢大學宇宙學教授,曾為倫敦大學學院天文粒子計畫共同主持人。也曾為《BBC仰望夜空》雜誌撰稿。研究領域涵括天文物理、高能物理、宇宙學以及電腦運算。

譯者

讀過物理與神經科學,做過科普編輯,現為自由譯者。譯有《為何信任科學:科學的歷史、哲學、政治與社會學觀點》。

目錄

第一章:天氣預報和電腦模擬
第二章:暗物質、暗能量、宇宙網
第三章:暗物質與銀河系演化
第四章:黑洞
第五章:量子力學與宇宙的起點
第六章:機器學習
第七章:模擬、科學、現實

序/導讀

序言

我們會寫這本書,靈感是源自一個關於人工智慧(artificial intelligence,後稱AI)的激進構想。然而,出乎意料的是,書中討論的內容遠遠不止於此。我起初只想探討AI演算法,而唯有像我這種電腦科學家才會對這些程式感興趣。這些演算法通常都有明確的目標和目的。然而,我開始發現,演算法就算沒有明確的目標,也能做出令人驚嘆的事情,獲得的成果甚至可能比設定目標的演算法更讓人吃驚。我做了實驗來驗證這點,得到某些令人驚訝的結果,其中一些收錄於這本書。如果你是電腦科學家,一定會對此很感興趣。

後來發生了不尋常的事。我開始體會到,我從中獲取的洞見不僅關乎演算法,也關乎生命,而且不僅關乎生命,更牽涉到文化、社會、人類如何推動創新、如何達到成就、如何解釋生物學等等。您如果不明白我為何說這很不尋常,不妨想想看:假使電腦演算法能夠改變人對生命的看法,這會有多麼罕見或怪異。說句實話,你不會每次打開筆電就陷入人生意義危機(existential crisis)。然而,這個想法(洞見)影響極為深遠,讓我震驚不已,所以我起初把它拋在腦後,但那些聲音卻日漸清晰,揮之不去。

我身為大學教授,偶爾會受邀去公開演講,談一談研究成果。因此,我公開演講時就會做個實驗,當談論這個構想時,也提及它與人類的生命及社會的關係。每一次聽眾熱情回應時,我傳達的訊息便有了新生命,因為我看到這些訊息的意義遠遠超出它們的起源領域(電腦界)。我當時認為,一定要有人來寫這本書,至少要努力傳遞這種新穎的洞見。各位拿到了這本書,翻閱篇章以後,必定會有獨特的體驗。我想跟各位分享一則故事,聊聊關於AI的一個想法,同時探討它如何逐步發展,最終激盪出更深遠的影響。然而,這也是一場令人目眩神迷的思維探索,範圍極廣:從私密的約會戀愛到科學演進的巨輪,最終談到人類大腦的演化。希望您會喜歡這場旋風之旅,一路溫習曾經熟悉的概念,卻是透過讓人迷幻的新鏡頭去觀察體悟。

還有一件重要的事:本書其實是由兩人共同執筆。從最早的實驗到其影響層面越來越大,與我合寫內容的喬爾.雷曼(Joel Lehman)一直扮演至關重要的角色。書中的許多想法,都是我倆交流和辯論多年的結果,因此本書的確是我們的智慧結晶。我們從第一章起就會採用單一敘述者的口吻,引領大家踏上這段神奇之旅。

為了方便不同的讀者閱讀,本書分為兩部分。第一部分(前九章)逐漸提出反對「設定目標」的主要論點,並從生活和社會領域切入來提供普遍認同的證據,指出設定目標所耗費的成本。讀者若想更詳細了解特定科學領域(特別是生物學和AI)的目標迷思,本書結尾還附上兩個個案研究。如此一來,大家既能從前九章吸收主要觀點,又可根據個案研究更加深入探討。希望大家滿意這種編排方式。

肯尼斯.史丹利
美國新墨西哥州聖塔非市,聖塔非研究所
2015年3月10日

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    • 語言
    • 中文繁體
    • 裝訂
    • 紙本平裝
    • ISBN
    • 9789862628690
    • 分級
    • 普通級
    • 頁數
    • 352
    • 商品規格
    • 21*14.8*2.30
    • 出版地
    • 台灣
    • 適讀年齡
    • 全齡適讀
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