Mendeleev nos enseñó el poder de pensar profundamente para encontrar explicaciones

Los enfoques de caja negra son cada vez más populares en IA, aprendizaje automático y ciencia de datos computacionales. Por caja negra, me refiero a enfoques computacionales que hacen predicciones sin explicar su razón de ser. Por ejemplo, el popular chatGPT y el amenazante chatbot de Bing brindan información y conversaciones divertidas, pero no sabemos por qué eligen las respuestas que eligen.

De manera similar, el aprendizaje profundo y las redes neuronales son herramientas computacionales que hacen predicciones poderosas sin revelar el mecanismo o la justificación de sus predicciones. Sin embargo, perdemos algo importante cuando usamos estas herramientas: la explicación de por qué . La historia de Mendeleev proporciona un poderoso ejemplo de por qué esto es importante.

La búsqueda de los elementos fundamentales

Durante miles de años, los humanos buscaron comprender las sustancias que componen el mundo. Los filósofos especularon desde la antigüedad sobre la composición fundamental de la materia, pero era difícil avanzar en este problema. Los primeros filósofos griegos propusieron que, dado que el agua es abundante y puede cambiar de estado sólido a líquido ya vapor, quizás el agua era la base fundamental del mundo.

Otros filósofos sugirieron que podría ser el aire el fundamental, ya que el aire forma nubes, huracanes y vapor de agua, y está a nuestro alrededor.

Se hicieron argumentos similares para el fuego y la tierra.

El filósofo Aristóteles integró estas ideas y propuso que estas cuatro sustancias son los cuatro elementos fundamentales que conforman el mundo material. Durante miles de años esta idea dominó, y la mayoría de la gente creía que los cuatro elementos fundamentales de la materia eran agua, aire, tierra y fuego. Esta fascinante hipótesis sigue siendo extrañamente popular en la ficción, los programas de televisión, los círculos pseudocientíficos y en la cultura popular incluso hoy en día.

Los cuatro elementos no pueden explicar toda la materia.

Un investigador y médico iconoclasta llamado Paracelso inició el proceso que condujo al desentrañamiento de esta hipótesis y la búsqueda de la era moderna de los elementos químicos fundamentales, lo que condujo al nacimiento de un nuevo campo de la ciencia. Paracelso fue el primero en utilizar el término química para referirse a los esfuerzos por hacer versiones puras de los elementos naturales.

Robert Boyle, considerado a menudo como el padre de la química moderna, publicó su libro El químico escéptico en 1661, en el que argumentaba en contra de la opinión predominante de que los famosos cuatro "elementos" (aire, fuego, agua y tierra) son la base de todo asunto. Señaló que muchos experimentos mostraron que tenía que haber más de cuatro elementos fundamentales de la materia, y que algunas sustancias, como el oro, parecían ser elementos puros por sí mismos, ya que no podían descomponerse más en estas cuatro "sustancias". ”.

Boyle argumentó que la identidad de los elementos tenía que determinarse experimentalmente en lugar de teorizar en ausencia de datos, y los elementos se definían como sustancias que no podían descomponerse en sustancias más simples.

tantos elementos

A medida que se descubrió una cantidad desconcertante de elementos puros, los químicos se preguntaron por qué había tantos y cómo podían organizarse. Un químico ruso, Dmitri Mendeleev, estaba luchando por escribir un libro de texto de química completo, Los principios de la química . Estaba tratando de resumir lo que se sabía sobre cada uno de los 63 elementos que se habían descubierto, desde el hidrógeno simple hasta el carbono, el oxígeno y el nitrógeno que componen la mayor parte de la materia viva.

El avance mecanicista de Mendeleev

Al pensar en cómo presentar los datos acumulados sobre cada uno de estos elementos, Mendeleev analizó las similitudes en sus propiedades, para poder clasificarlos en familias de elementos relacionados. Mientras estudiaba la lista de los elementos en orden creciente de peso atómico, notó que tenían un patrón repetitivo en sus propiedades, lo que lo llevó a organizar los elementos en forma de tabla, de modo que el patrón periódico fuera evidente en cada fila y columna.

La historia está un poco confusa sobre lo que sucedió a continuación: ya sea por enfermedad o por no apreciar al principio el impacto de su esquema organizativo, Mendeleev le pidió a su amigo Nikolai Menshutkin que le presentara su mesa en una reunión de la Sociedad Química Rusa. De cualquier manera, a medida que Mendeleev elaboró ​​su organización de elementos en los próximos meses, desarrolló una creciente apreciación de que su presentación periódica le permitía predecir la existencia de nuevos elementos, incluidos los que se conocieron como aluminio, silicio y boro. Cuando estos elementos fueron descubiertos y tenían las propiedades que él predijo, la comunidad química abrazó la Tabla Periódica de los Elementos de Mendeleev como un gran avance en la comprensión de los componentes básicos del mundo material.

Como señaló Richard Morris en The Last Sorcerers , “Fue Mendeleev quien descubrió la ley periódica, un principio que describe las periodicidades que se observan en las propiedades de los elementos químicos. Esto le permitió predecir la existencia de elementos aún no descubiertos, predecir pesos atómicos y también describir sus propiedades químicas y físicas”. Este descubrimiento resuena hoy en toda la química y la biología, y su impacto no se puede subestimar.

La Tabla Periódica de los Elementos nos brinda una especie de sistema de calificación de Netflix para los elementos, enseñándonos que el helio, el neón y el argón son gases nobles no reactivos debido a su posición en la columna más a la derecha de la tabla. O que el sodio y el litio producen sales similares, porque se encuentran juntos en la columna más a la izquierda de la tabla.

¿Podrían chatGTP o Microsoft Bing haber descubierto la Tabla Periódica?

¿Qué pasaría si Mendeleev hubiera usado chatGPT, Microsoft Bing o una red de aprendizaje profundo para predecir las propiedades de los elementos? Claro, habría tenido un éxito fantástico, pero sin saber por qué. No habría desentrañado la razón fundamental de las relaciones entre los elementos: su estructura atómica subyacente. No tendríamos la tabla periódica.

La IA es poderosa, pero también necesitamos mecanismos y explicaciones para avanzar en nuestro conocimiento fundamental del mundo.