Mendeleev nos ensinou o poder de pensar profundamente para encontrar explicações

As abordagens de caixa preta são cada vez mais populares em IA, aprendizado de máquina e ciência de dados computacionais. Por caixa preta, quero dizer abordagens computacionais que fazem previsões sem explicar sua lógica. Por exemplo, o popular chatGPT e o ameaçador chatbot Bing fornecem informações e conversas divertidas, mas não sabemos por que eles escolhem as respostas que escolhem.

Da mesma forma, o aprendizado profundo e as redes neurais são ferramentas computacionais que fazem previsões poderosas sem revelar o mecanismo ou a justificativa de suas previsões. No entanto, perdemos algo importante quando usamos essas ferramentas – a explicação de por que . A história de Mendeleev fornece um exemplo poderoso de por que isso é importante.

A busca pelos elementos fundamentais

Por milhares de anos, os humanos buscaram entender as substâncias que compõem o mundo. Os filósofos especularam desde os tempos antigos sobre a composição fundamental da matéria, mas era difícil avançar nesse problema. Os primeiros filósofos gregos propuseram que, como a água é abundante e pode mudar de forma sólida para líquida e para vapor, talvez a água fosse a base fundamental do mundo.

Outros filósofos sugeriram que poderia ser o ar fundamental, já que o ar forma nuvens, furacões e vapor d'água e está ao nosso redor.

Argumentos semelhantes foram feitos para o fogo e a terra.

O filósofo Aristóteles integrou essas ideias e propôs que essas quatro substâncias são os quatro elementos fundamentais que compõem o mundo material. Por milhares de anos essa ideia dominou, e a maioria das pessoas acreditava que os quatro elementos fundamentais da matéria eram de fato água, ar, terra e fogo. Essa hipnotizante hipótese permanece estranhamente popular na ficção, programas de TV, círculos pseudocientíficos e na cultura popular até hoje.

Os quatro elementos não podem explicar toda a matéria

Um pesquisador e médico iconoclasta chamado Paracelsus iniciou o processo que levou ao desvendamento dessa hipótese e à busca da era moderna pelos elementos químicos fundamentais, levando ao nascimento de um novo campo da ciência. Paracelsus foi o primeiro a usar o termo química para se referir aos esforços para fazer versões puras de elementos naturais.

Robert Boyle, muitas vezes visto como o pai da química moderna, publicou seu livro The Skeptical Chymist em 1661, no qual argumentou contra a visão predominante de que os famosos quatro “elementos” do ar, fogo, água e terra são a base de tudo. matéria. Ele observou que muitos experimentos mostraram que deveria haver mais de quatro elementos fundamentais da matéria, e que algumas substâncias, como o ouro, pareciam ser elementos puros por conta própria, pois não podiam ser decompostas nessas quatro “substâncias”. ”.

Boyle argumentou que a identidade dos elementos tinha que ser determinada experimentalmente, em vez de teorizar na ausência de dados, com os elementos sendo definidos como substâncias que não podiam ser decompostas em substâncias mais simples.

tantos elementos

À medida que um número desconcertante de elementos puros foi descoberto, os químicos se perguntaram por que havia tantos e como eles poderiam ser organizados. Um químico russo, Dmitri Mendeleev, estava lutando para escrever um livro de química abrangente, The Principles of Chemistry . Ele estava tentando resumir o que se sabia sobre cada um dos 63 elementos que haviam sido descobertos, do simples hidrogênio ao carbono, oxigênio e nitrogênio que compõem a maior parte da matéria viva.

A descoberta mecanicista de Mendeleev

Pensando em como apresentar os dados acumulados em cada um desses elementos, Mendeleev analisou as semelhanças em suas propriedades, para que pudesse classificá-los em famílias de elementos relacionados. Ao estudar a lista dos elementos em ordem crescente de peso atômico, notou que eles apresentavam um padrão repetitivo em suas propriedades, o que o levou a organizar os elementos em forma de tabela, de forma que o padrão periódico ficasse evidente em cada linha e coluna.

A história é um pouco confusa sobre o que aconteceu a seguir: devido a uma doença ou falta de avaliação inicial do impacto de seu esquema organizacional, Mendeleev pediu a seu amigo Nikolai Menshutkin que apresentasse sua tabela para ele em uma reunião da Sociedade Russa de Química. De qualquer maneira, enquanto Mendeleev elaborava sua organização de elementos nos meses seguintes, ele desenvolveu uma apreciação crescente de que sua apresentação periódica lhe permitia prever a existência de novos elementos, incluindo aqueles que se tornaram conhecidos como alumínio, silício e boro. Quando esses elementos foram descobertos e tinham as propriedades que ele previu, a comunidade química adotou a Tabela Periódica dos Elementos de Mendeleev como um avanço profundo na compreensão dos blocos de construção do mundo material.

Como Richard Morris observou em The Last Sorcerers , “foi Mendeleev quem descobriu a lei periódica, um princípio que descreve as periodicidades que são observadas nas propriedades dos elementos químicos. Isso o permitiu prever a existência de elementos ainda não descobertos, prever pesos atômicos e também descrever suas propriedades químicas e físicas.” Essa descoberta reverbera hoje em toda a química e biologia, e seu impacto não pode ser exagerado.

A Tabela Periódica dos Elementos nos dá uma espécie de sistema de classificação da Netflix para os elementos, ensinando-nos que hélio, néon e argônio são gases nobres não reativos devido à sua posição na coluna mais à direita da tabela. Ou que o sódio e o lítio produzem sais semelhantes, porque são encontrados juntos na coluna mais à esquerda da tabela.

Poderia o chatGTP ou o Microsoft Bing ter descoberto a Tabela Periódica?

E se Mendeleev tivesse usado chatGPT, Microsoft Bing ou uma rede de aprendizado profundo para prever as propriedades dos elementos? Claro, ele teria tido um sucesso fantástico, mas sem saber por quê. Ele não teria desvendado a razão fundamental das relações entre os elementos — sua estrutura atômica subjacente. Não teríamos a tabela periódica.

A IA é poderosa, mas também precisamos de mecanismos e explicações para avançar nosso conhecimento fundamental do mundo.