文｜新氪度

引言：從宇宙到數(shù)據(jù)，2024年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)嵏矀鹘y(tǒng)認(rèn)知，是物理學(xué)獎(jiǎng)還是機(jī)器學(xué)習(xí)獎(jiǎng)？2024諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)引發(fā)新爭(zhēng)議……爭(zhēng)議中的 2024 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，開啟了科學(xué)跨界的新時(shí)代！ 

2024年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)禮上，一切都如往常一樣莊嚴(yán)而隆重。但當(dāng)獲獎(jiǎng)?wù)叩拿直恍汲鰜?lái)時(shí)，觀眾中卻有不少人微微皺了皺眉。這次獲獎(jiǎng)的并不是傳統(tǒng)意義上在實(shí)驗(yàn)室中解鎖宇宙奧秘的物理學(xué)家，而是來(lái)自機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究者。這讓那些期待“純粹物理學(xué)”探索的人感到迷惑不解。 

社交媒體上，網(wǎng)友們的評(píng)論更是充滿戲謔：“物理學(xué)家無(wú)所作為，AI才是王道?！庇腥松踔涟l(fā)問(wèn)：“這次的諾貝爾獎(jiǎng)，是物理學(xué)獎(jiǎng)，還是數(shù)學(xué)獎(jiǎng)？” 這些質(zhì)疑聲不絕于耳，仿佛這個(gè)一直象征著至高無(wú)上科學(xué)榮譽(yù)的獎(jiǎng)項(xiàng)，在這個(gè)瞬間變得有些陌生。 

然而，放下這些表象的爭(zhēng)論，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)此次獲獎(jiǎng)的背后，其實(shí)隱藏著更深的科學(xué)變革和跨學(xué)科探索。這些曾被認(rèn)為互不相干的領(lǐng)域，如今正以一種嶄新的方式聯(lián)結(jié)在一起。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，或許正通過(guò)這次爭(zhēng)議，為我們揭示了未來(lái)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)新方向。 

機(jī)器學(xué)習(xí)與物理學(xué)的“交叉口”

在許多人眼中，物理學(xué)是關(guān)于宇宙起源、黑洞、粒子碰撞等深?yuàn)W問(wèn)題的學(xué)科。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)?wù)?，通常也是那些在?shí)驗(yàn)室里操縱粒子加速器、深挖自然法則的科學(xué)家。然而，2024年的獲獎(jiǎng)?wù)?，約翰?J?霍普菲爾德和杰弗里?E?辛頓，明顯與這個(gè)傳統(tǒng)形象有些距離。他們的研究領(lǐng)域，是機(jī)器學(xué)習(xí)。 

那么，機(jī)器學(xué)習(xí)與物理學(xué)到底有什么關(guān)系呢？這恐怕是許多人感到困惑的地方。我們習(xí)慣性地認(rèn)為物理學(xué)應(yīng)當(dāng)是研究“真實(shí)世界”的自然現(xiàn)象，而機(jī)器學(xué)習(xí)則屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)據(jù)、代碼和算法的范疇。 

但其實(shí)，霍普菲爾德與辛頓的研究早已跨越了學(xué)科的邊界。早在20世紀(jì)80年代，霍普菲爾德便提出了著名的霍普菲爾德網(wǎng)絡(luò)，這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型借鑒了物理學(xué)中的自旋相互作用原理，用來(lái)模擬大腦中的記憶存儲(chǔ)與重構(gòu)。辛頓則通過(guò)引入玻爾茲曼分布的概念，發(fā)展出了玻爾茲曼機(jī)，這一模型為機(jī)器學(xué)習(xí)中的深度生成模型奠定了基礎(chǔ)。 

這些研究表明，物理學(xué)不僅僅是關(guān)于宇宙和粒子的學(xué)科，它也是理解復(fù)雜系統(tǒng)的重要工具。而機(jī)器學(xué)習(xí)，作為一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，恰恰需要這樣的工具來(lái)幫助它解開復(fù)雜的數(shù)據(jù)模式和智能行為。 

物理學(xué)工具箱里的“意外驚喜”

讓我們從霍普菲爾德的故事說(shuō)起。20世紀(jì)80年代，人工智能還處于一個(gè)萌芽階段，科學(xué)家們?cè)趪L試讓機(jī)器模擬大腦的工作方式，但進(jìn)展緩慢?；羝辗茽柕?，這位物理學(xué)家，在觀察神經(jīng)元如何協(xié)同工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：神經(jīng)元之間的相互作用可以類比為物理學(xué)中自旋系統(tǒng)的相互作用。這個(gè)想法啟發(fā)了他，提出了霍普菲爾德網(wǎng)絡(luò)模型，用來(lái)解釋大腦如何存儲(chǔ)和提取記憶。 

在霍普菲爾德的網(wǎng)絡(luò)中，記憶被存儲(chǔ)為網(wǎng)絡(luò)的“穩(wěn)定狀態(tài)”，而這些穩(wěn)定狀態(tài)可以通過(guò)輸入的噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行回憶。這種機(jī)制，類似于物理學(xué)中自旋玻璃中的自組織現(xiàn)象。這個(gè)模型不僅為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究帶來(lái)了新的思路，也讓物理學(xué)的思想走入了人工智能的世界。 

辛頓的故事同樣讓人稱奇。作為一名計(jì)算機(jī)科學(xué)家，辛頓深知機(jī)器學(xué)習(xí)的瓶頸之一是如何有效地處理大規(guī)模數(shù)據(jù)。而物理學(xué)中的玻爾茲曼分布，提供了一個(gè)極具吸引力的工具。通過(guò)這種統(tǒng)計(jì)物理學(xué)方法，辛頓發(fā)展了玻爾茲曼機(jī)，讓機(jī)器可以通過(guò)模擬自然界的概率過(guò)程，學(xué)習(xí)并生成數(shù)據(jù)。這種思想，后來(lái)被用于深度學(xué)習(xí)，極大地推動(dòng)了人工智能的進(jìn)步。 

從爭(zhēng)議到認(rèn)可

盡管霍普菲爾德和辛頓的工作對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，但他們的研究成果被歸為“物理學(xué)”的一部分，仍然引發(fā)了廣泛的爭(zhēng)議。 

有網(wǎng)友提出：“這是在拉低物理學(xué)的門檻。” 另一位網(wǎng)友則調(diào)侃：“物理學(xué)獎(jiǎng)可能只是諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)為了照顧機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展?！?這些言論背后，反映了大眾對(duì)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的期待和定位——他們希望物理學(xué)獎(jiǎng)能夠繼續(xù)表彰那些揭示自然世界基本規(guī)律的突破性工作，而非跨界研究或應(yīng)用。 

但從科學(xué)的角度看，霍普菲爾德和辛頓的貢獻(xiàn)不僅僅是對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)的推動(dòng)，它們?cè)诟旧戏从沉宋锢韺W(xué)工具的普適性。正如霍普菲爾德曾在接受采訪時(shí)提到的那樣：“物理學(xué)的方法能夠讓我們看到更廣闊的世界，而這個(gè)世界不僅僅是物質(zhì)的世界，也包括信息的世界?！?nbsp;

《財(cái)經(jīng)》雜志對(duì)此也做出了深刻的分析，指出兩位獲獎(jiǎng)?wù)叩墓餐c(diǎn)在于他們“玩跨界”，并通過(guò)物理學(xué)的視角，為機(jī)器學(xué)習(xí)提供了新的理論基礎(chǔ)。在這個(gè)意義上，他們的貢獻(xiàn)絕不僅僅是對(duì)某一領(lǐng)域的技術(shù)突破，而是在學(xué)科交叉點(diǎn)上的深刻洞察。 

科學(xué)的“跨界”時(shí)代

在當(dāng)代科學(xué)領(lǐng)域，跨界已經(jīng)成為一種新的常態(tài)。傳統(tǒng)的學(xué)科界限正在模糊，物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科的工具與方法，越來(lái)越多地被融合在一起，解決那些單一學(xué)科無(wú)法處理的問(wèn)題。 

這次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的頒發(fā)，正是對(duì)這種跨學(xué)科趨勢(shì)的認(rèn)可。物理學(xué)作為一門基礎(chǔ)科學(xué)，擁有深厚的理論和方法儲(chǔ)備，而這些儲(chǔ)備可以被應(yīng)用到其他學(xué)科中，產(chǎn)生出令人意想不到的成果。正如霍普菲爾德和辛頓的工作所展示的那樣，物理學(xué)的思想不僅可以用于理解物質(zhì)世界，也可以用于理解信息、認(rèn)知和智能。 

未來(lái)，隨著科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，我們或許會(huì)看到更多類似的“跨界”諾貝爾獎(jiǎng)?wù)Q生。一個(gè)物理學(xué)家不再局限于宇宙和粒子的研究，而可能在數(shù)據(jù)科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域大放異彩。而計(jì)算機(jī)科學(xué)家、生物學(xué)家，也同樣可能從物理學(xué)的工具中找到靈感，推動(dòng)他們自己的學(xué)科向前發(fā)展。 

從機(jī)器學(xué)習(xí)看未來(lái)的諾貝爾獎(jiǎng)

回顧過(guò)去幾十年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的得主，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的多樣性正在逐漸增加。20世紀(jì)中期，物理學(xué)獎(jiǎng)多半授予那些在量子力學(xué)、相對(duì)論、粒子物理等領(lǐng)域取得突破的科學(xué)家，而到了21世紀(jì)，獲獎(jiǎng)的研究項(xiàng)目開始涉及更多跨學(xué)科領(lǐng)域，例如2018年的激光物理學(xué)研究、2017年的引力波發(fā)現(xiàn)，甚至2020年的關(guān)于黑洞的工作。 

2024年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的頒發(fā)，再次證明了科學(xué)的邊界在不斷擴(kuò)展，未來(lái)的諾貝爾獎(jiǎng)也將越來(lái)越多地表彰那些跨學(xué)科的突破性成果。機(jī)器學(xué)習(xí)的成功，展示了物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域如何結(jié)合在一起，創(chuàng)造出一個(gè)全新的研究方向。而未來(lái)，隨著更多學(xué)科之間的融合，科學(xué)家們將在新的交叉點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)更多的未知領(lǐng)域。 

結(jié)語(yǔ)：科學(xué)的邊界與跨越

在這場(chǎng)關(guān)于2024年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的爭(zhēng)論中，我們看到的不僅僅是對(duì)物理學(xué)純粹性的捍衛(wèi)或?qū)C(jī)器學(xué)習(xí)的質(zhì)疑。更重要的是，它提醒我們，科學(xué)本身是不斷進(jìn)化的。正如物理學(xué)不再局限于傳統(tǒng)的“物質(zhì)”研究，其他學(xué)科也在借助物理學(xué)的工具不斷向前探索。 

未來(lái)的科學(xué)，不再是封閉在單一領(lǐng)域中的象牙塔，而是一個(gè)開放的、多學(xué)科交融的巨大網(wǎng)絡(luò)?；羝辗茽柕潞托令D的工作，僅僅是這張網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，而更多的節(jié)點(diǎn)正在不斷被發(fā)現(xiàn)和連接起來(lái)。 

或許下一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，頒發(fā)的將不僅僅是“物理學(xué)”領(lǐng)域的科學(xué)家，而是那些在廣闊的科學(xué)網(wǎng)絡(luò)中，勇敢探索、不斷跨越界限的探索者。其實(shí)“科學(xué)的魅力在于，它讓我們能夠跨越我們所能想象的界限，去探索未知的世界。”在這個(gè)充滿可能性的時(shí)代，誰(shuí)又能預(yù)測(cè)科學(xué)未來(lái)的樣貌呢？