Mendeleïev nous a appris le pouvoir de réfléchir profondément pour trouver des explications

Les approches de boîte noire sont de plus en plus populaires dans l'IA, l'apprentissage automatique et la science des données computationnelles. Par boîte noire, j'entends des approches informatiques qui font des prédictions sans expliquer leur logique. Par exemple, le populaire chatGPT et le menaçant chatbot Bing fournissent des informations et des conversations amusantes, mais nous ne savons pas pourquoi ils choisissent les réponses qu'ils choisissent.

De même, l'apprentissage en profondeur et les réseaux de neurones sont des outils informatiques qui font des prédictions puissantes sans révéler le mécanisme ou la justification de leurs prédictions. Cependant, nous perdons quelque chose d'important lorsque nous utilisons ces outils - l'explication du pourquoi . L'histoire de Mendeleev fournit un exemple puissant de la raison pour laquelle cela est important.

La recherche des éléments fondamentaux

Pendant des milliers d'années, les humains ont cherché à comprendre les substances qui composent le monde. Les philosophes spéculaient depuis l'Antiquité sur la composition fondamentale de la matière, mais il était difficile d'avancer sur ce problème. Les premiers philosophes grecs ont proposé que puisque l'eau est abondante et peut changer de forme de solide à liquide à vapeur, peut-être que l'eau était la base fondamentale du monde.

D'autres philosophes ont suggéré que ce pourrait être l'air qui était fondamental, puisque l'air forme des nuages, des ouragans et de la vapeur d'eau, et est tout autour de nous.

Des arguments similaires ont été avancés pour le feu et la terre.

Le philosophe Aristote a intégré ces idées et a proposé que ces quatre substances soient les quatre éléments fondamentaux qui composent le monde matériel. Pendant des milliers d'années, cette idée a prévalu et la plupart des gens croyaient que les quatre éléments fondamentaux de la matière étaient en effet l'eau, l'air, la terre et le feu. Cette hypothèse fascinante reste étrangement populaire dans la fiction, les émissions de télévision, les cercles pseudoscientifiques et dans la culture populaire, même aujourd'hui.

Les quatre éléments ne peuvent pas expliquer toute la matière

Un chercheur et médecin iconoclaste du nom de Paracelse a commencé le processus qui a conduit au démantèlement de cette hypothèse et à la recherche de l'ère moderne des éléments chimiques fondamentaux, conduisant à la naissance d'un nouveau domaine scientifique. Paracelse a été le premier à utiliser le terme chimie pour désigner les efforts visant à créer des versions pures d'éléments naturels.

Robert Boyle, souvent considéré comme le père de la chimie moderne, a publié son livre The Skeptical Chymist en 1661, dans lequel il s'opposait à l'opinion dominante selon laquelle les célèbres quatre "éléments" de l'air, du feu, de l'eau et de la terre étaient à la base de tout. matière. Il a noté que de nombreuses expériences ont montré qu'il devait y avoir plus de quatre éléments fondamentaux de la matière, et que certaines substances, comme l'or, semblaient être des éléments purs en soi, car elles ne pouvaient pas être décomposées davantage en ces quatre «substances». ”.

Boyle a fait valoir que l'identité des éléments devait être déterminée expérimentalement plutôt que par la théorie en l'absence de données, les éléments étant définis comme des substances qui ne pouvaient être décomposées en substances plus simples.

Tant d'éléments

Alors qu'un nombre ahurissant d'éléments purs était découvert, les chimistes se demandaient pourquoi il y en avait autant et comment ils pouvaient être organisés. Un chimiste russe, Dmitri Mendeleev, avait du mal à écrire un manuel de chimie complet, The Principles of Chemistry . Il essayait de résumer ce que l'on savait sur chacun des 63 éléments qui avaient été découverts, du simple hydrogène au carbone, à l'oxygène et à l'azote qui composent la plupart des matières vivantes.

La percée mécaniste de Mendeleïev

En réfléchissant à la manière de présenter les données accumulées sur chacun de ces éléments, Mendeleev a analysé les similitudes dans leurs propriétés, afin de pouvoir les classer en familles d'éléments apparentés. En étudiant la liste des éléments par ordre de poids atomique croissant, il a remarqué qu'ils avaient un schéma répétitif dans leurs propriétés, ce qui l'a amené à organiser les éléments sous la forme d'un tableau, de sorte que le schéma périodique soit évident dans chaque ligne et colonne.

L'histoire est un peu confuse quant à ce qui s'est passé ensuite : en raison d'une maladie ou d'un manque d'appréciation au début de l'impact de son schéma organisationnel, Mendeleev a demandé à son ami Nikolai Menshutkin de lui présenter sa table lors d'une réunion de la Société chimique russe. Quoi qu'il en soit, alors que Mendeleev développait son organisation des éléments dans les mois à venir, il développa une appréciation croissante du fait que sa présentation périodique lui permettait de prédire l'existence de nouveaux éléments, y compris ceux qui devinrent connus sous le nom d'aluminium, de silicium et de bore. Lorsque ces éléments ont été découverts et avaient les propriétés qu'il avait prédites, la communauté de la chimie a adopté le tableau périodique des éléments de Mendeleïev comme une profonde percée dans la compréhension des éléments constitutifs du monde matériel.

Comme l'a noté Richard Morris dans The Last Sorcerers , « C'est Mendeleev qui a découvert la loi périodique, un principe qui décrit les périodicités observées dans les propriétés des éléments chimiques. Cela lui a permis de prédire l'existence d'éléments encore inconnus, de prédire les poids atomiques et de décrire également leurs propriétés chimiques et physiques. Cette découverte se répercute aujourd'hui sur l'ensemble de la chimie et de la biologie, et son impact ne peut être surestimé.

Le tableau périodique des éléments nous donne une sorte de système de notation Netflix pour les éléments, nous apprenant que l'hélium, le néon et l'argon sont des gaz nobles non réactifs en raison de leur position dans la colonne la plus à droite du tableau. Ou que le sodium et le lithium forment des sels similaires, car ils se trouvent ensemble dans la colonne la plus à gauche du tableau.

ChatGTP ou Microsoft Bing auraient-ils pu découvrir le tableau périodique ?

Et si Mendeleïev avait utilisé chatGPT, Microsoft Bing ou un réseau d'apprentissage en profondeur pour prédire les propriétés des éléments ? Bien sûr, il aurait eu un succès fantastique, mais sans savoir pourquoi. Il n'aurait pas dévoilé la raison fondamentale des relations entre les éléments - leur structure atomique sous-jacente. Nous n'aurions pas le tableau périodique.

L'IA est puissante, mais nous avons aussi besoin de mécanismes et d'explications pour faire progresser notre connaissance fondamentale du monde.