Mendeleev mengajari kami kekuatan berpikir secara mendalam untuk menemukan penjelasan

Pendekatan kotak hitam semakin populer di AI, pembelajaran mesin, dan ilmu data komputasi. Yang saya maksud dengan kotak hitam adalah pendekatan komputasi yang membuat prediksi tanpa menjelaskan alasannya. Misalnya, chatGPT populer dan chatbot Bing yang mengancam memberikan informasi dan percakapan lucu, tetapi kami tidak tahu mengapa mereka memilih respons yang mereka pilih.

Demikian pula, pembelajaran mendalam dan jaringan saraf adalah alat komputasi yang membuat prediksi yang kuat tanpa mengungkapkan mekanisme atau alasan untuk prediksi mereka. Namun, kita kehilangan sesuatu yang penting saat menggunakan alat ini — penjelasan mengapa . Kisah Mendeleev memberikan contoh kuat mengapa hal ini penting.

Pencarian elemen fundamental

Selama ribuan tahun, manusia berusaha untuk memahami zat yang membentuk dunia. Filsuf berspekulasi sejak zaman kuno tentang komposisi dasar materi, tetapi sulit untuk membuat kemajuan dalam masalah ini. Filsuf Yunani awal mengusulkan bahwa karena air melimpah dan dapat berubah bentuk dari padat menjadi cair menjadi uap, mungkin air adalah dasar fundamental dunia.

Filsuf lain menyarankan itu mungkin udara yang mendasar, karena udara membentuk awan, angin topan, dan uap air, dan ada di sekitar kita.

Argumen serupa dibuat untuk api dan bumi.

Filsuf Aristoteles mengintegrasikan ide-ide ini dan mengusulkan bahwa keempat substansi ini adalah empat elemen fundamental yang membentuk dunia material. Selama ribuan tahun gagasan ini bergoyang, dan kebanyakan orang percaya bahwa empat unsur dasar materi adalah air, udara, tanah, dan api. Hipotesis yang memukau ini tetap populer dalam fiksi, acara TV, lingkaran pseudoscientific, dan dalam budaya populer bahkan hingga hari ini.

Keempat unsur tidak dapat menjelaskan semua materi

Seorang peneliti dan dokter ikonoklastik bernama Paracelsus memulai proses yang mengarah pada penguraian hipotesis ini dan pencarian era modern untuk unsur-unsur kimia dasar, yang mengarah pada lahirnya bidang sains baru. Paracelsus adalah orang pertama yang menggunakan istilah kimia untuk merujuk pada upaya membuat versi murni dari unsur alam.

Robert Boyle, yang sering dipandang sebagai bapak kimia modern, menerbitkan bukunya The Skeptical Chymist pada tahun 1661, di mana dia menentang pandangan umum tentang empat "elemen" yang terkenal yaitu udara, api, air, dan tanah yang menjadi dasar dari semua unsur kimia. urusan. Dia mencatat bahwa banyak percobaan menunjukkan bahwa harus ada lebih dari empat unsur dasar materi, dan bahwa beberapa zat, seperti emas, tampaknya merupakan unsur murni dengan sendirinya, karena tidak dapat dipecah lebih jauh menjadi empat "zat" ini. ”.

Boyle berpendapat bahwa identitas unsur harus ditentukan secara eksperimental daripada berteori tanpa adanya data, dengan unsur didefinisikan sebagai zat yang tidak dapat dipecah menjadi zat yang lebih sederhana.

Begitu banyak elemen

Ketika sejumlah besar unsur murni ditemukan, ahli kimia bertanya-tanya mengapa ada begitu banyak, dan bagaimana mereka dapat diatur. Seorang ahli kimia Rusia, Dmitri Mendeleev, sedang berjuang untuk menulis buku teks kimia yang komprehensif, Prinsip-Prinsip Kimia . Dia mencoba meringkas apa yang diketahui tentang masing-masing dari 63 unsur yang telah ditemukan, dari hidrogen sederhana hingga karbon, oksigen, dan nitrogen yang menyusun sebagian besar materi hidup.

Terobosan mekanistik Mendeleev

Dalam memikirkan tentang bagaimana menyajikan data yang terkumpul pada masing-masing elemen ini, Mendeleev menganalisis kesamaan sifat mereka, sehingga ia dapat mengklasifikasikannya ke dalam keluarga elemen terkait. Ketika dia mempelajari daftar unsur-unsur dalam urutan kenaikan berat atom, dia memperhatikan bahwa mereka memiliki pola berulang dalam sifat-sifatnya, yang membuatnya mengatur unsur-unsur dalam bentuk tabel, sehingga pola periodik akan terlihat jelas dalam setiap baris dan kolom.

Sejarah agak membingungkan tentang apa yang terjadi selanjutnya: karena sakit atau kurang menghargai pada awalnya atas dampak skema organisasinya, Mendeleev meminta temannya Nikolai Menshutkin untuk menyajikan mejanya untuknya pada pertemuan Masyarakat Kimia Rusia. Apa pun itu, ketika Mendeleev menguraikan organisasi unsur-unsurnya dalam beberapa bulan mendatang, dia mengembangkan apresiasi yang berkembang bahwa presentasi periodiknya memungkinkan dia untuk memprediksi keberadaan unsur-unsur baru, termasuk yang kemudian dikenal sebagai aluminium, silikon, dan boron. Ketika unsur-unsur ini ditemukan dan memiliki sifat yang dia prediksi, komunitas kimia menggunakan Tabel Periodik Unsur Mendeleev sebagai terobosan besar dalam memahami blok bangunan dunia material.

Seperti yang dicatat Richard Morris dalam The Last Sorcerers , “Mendeleev-lah yang menemukan hukum periodik, sebuah prinsip yang menggambarkan periodisitas yang diamati dalam sifat-sifat unsur kimia. Ini memungkinkan dia untuk memprediksi keberadaan unsur-unsur yang belum ditemukan, untuk memprediksi berat atom, dan untuk menggambarkan sifat kimia dan fisiknya juga.” Penemuan ini bergema hari ini melalui semua kimia dan biologi, dan dampaknya tidak dapat dilebih-lebihkan.

Tabel Periodik Unsur memberi kita semacam sistem peringkat Netflix untuk unsur-unsur, mengajari kita bahwa helium, neon, dan argon adalah gas mulia yang tidak reaktif karena posisinya di kolom paling kanan tabel. Atau natrium dan litium membuat garam yang serupa, karena keduanya ditemukan bersama di kolom paling kiri tabel.

Bisakah chatGTP atau Microsoft Bing menemukan Tabel Periodik?

Bagaimana jika Mendeleev menggunakan chatGPT, Microsoft Bing, atau jaringan pembelajaran mendalam untuk memprediksi properti elemen? Tentu, dia akan sukses luar biasa, tetapi tanpa mengetahui alasannya. Dia tidak akan mengungkap alasan mendasar untuk hubungan di antara unsur-unsur — struktur atom yang mendasarinya. Kami tidak akan memiliki tabel periodik.

AI sangat kuat, tetapi kita juga membutuhkan mekanisme dan penjelasan untuk memajukan pengetahuan dasar kita tentang dunia.