2024年諾貝爾物理學獎授予霍普菲爾德和欣頓，以表彰他們在使用人工神經網路的機器學習方面的基礎性發現和發明。在第二天頒發的化學獎中，人工智慧也占有一席之地，兩個獲獎者透過人工智慧模型實作了一個50年的夢想——預測蛋白質的復雜結構。
全文5558字，閱讀約需11分鐘
新京報記者 欒若曦 編輯 胡傑 校對 趙琳
從當地時間10月8日一早開始，埃倫·穆恩斯（Ellen Moons）的一天格外忙碌。
穆恩斯在三年前加入諾貝爾物理學委員會，今年是她首次輪值擔任諾貝爾物理學委員會主席。前期她在篩選諾貝爾物理學獎提名的工作中投入了大量的心血，隨後又馬不停蹄地參與籌備宣布獎項的新聞釋出會。
「作出諾貝爾物理學獎最終歸屬的決定只比直播的新聞釋出會早上幾個小時。」穆恩斯說，那是非常漫長而緊張的一天，早上開會作出最終決定，再想辦法聯系獲獎者本人，召開新聞釋出會，回答不同記者的采存取題，「但這也是非常奇妙的一天，能作為其中的一員，近距離體驗這些步驟，真是太棒了。」
當天瑞典皇家科學院宣布，將2024年諾貝爾物理學獎授予美國科學家約翰·霍普菲爾德和英國裔加拿大科學家傑佛瑞·欣頓，以表彰他們在使用人工神經網路的機器學習方面的基礎性發現和發明。
頒獎結果也讓不少人頗感意外，認為將物理學獎項頒發給機器學習及人工智慧領域的專家略顯牽強。甚至還有科學家毫不客氣地評價稱，「諾貝爾獎已被人工智慧熱潮所裹挾。」
瑞典皇家科學院在發表的公報上進一步解釋道，兩位諾貝爾物理學獎得主使用了物理學工具，為當今強大的機器學習技術奠定了基礎。「諾貝爾獎是件大事，很多人都對此有自己的看法。」穆恩斯指出，幾乎每一年的獎項都會引發討論甚至爭議，這在科學領域並不奇怪，委員會的觀點是他們的研究與發現確實值得這一榮譽。
━━━━━
一場漫長的篩選
當地時間10月8日上午11時45分左右，宣布諾貝爾物理學獎的新聞釋出會正式開始。根據流程安排，由瑞典皇家科學院常任秘書漢斯·埃勒葛倫先宣布今年諾貝爾物理學獎得主，再由穆恩斯對他們的研究進行一個簡單的總結。
面對著世界各地通訊社架在屋內的攝影機，穆恩斯介紹道，霍普菲爾德和欣頓利用統計物理的基本概念設計了人工神經網路，構建了機器學習的基礎。
「具體來說，霍普菲爾德研究出一個類似於人類大腦運作的聯想記憶模型。」穆恩斯對新京報記者進一步解釋，當人收到不完全的資訊並試圖理解其內容時，會聯想起之前的知識或記憶，這也正是人工神經網路聯想記憶所做的工作。
欣頓又在此基礎上完成進一步的突破。穆恩斯指出，在霍普菲爾德網路的基礎上，欣頓將其統計化，添加了「隱藏節點」和「反向傳播」等概念，使得為神經網路提供一組數據成為可能。一個便於簡單理解的例子是，神經網路可以根據之前看過的電影和喜歡過的電影為人們提供電影建議。
▲瑞典皇家科學院當地時間10月8日宣布，將2024年諾貝爾物理學獎授予約翰·J·霍普菲爾德（John J. Hopfield）和傑佛瑞·E·欣頓（Geoffrey E. Hinton），表彰他們在使用人工神經網路進行機器學習的基礎性發現和發明。受訪者供圖
在選出今年的諾貝爾物理學獎獲獎者之前，穆恩斯經歷了一場漫長而嚴謹的篩選工作。
根據諾貝爾獎官網的介紹，從前一年9月份開始，成千上萬的科學院成員、大學教授、科學家、以前的諾貝爾獎獲得者等都被邀請送出下一年的諾貝爾獎候選人，提名階段截至次年1月31日。接下來幾個月的時間裏，諾貝爾物理學委員會將篩選出初步候選人，並咨詢專家對此工作進行評估，撰寫報告。9月份，諾貝爾物理學委員會送出最終候選人的建議。瑞典皇家科學院在頒獎當天早些時候負責評選最終的諾貝爾物理學獎得主，並召開釋出會通報。
要對不同物理學領域中的傑出成就進行選擇，本身就是一件極具挑戰性的事。同樣參與諾貝爾物理學獎評選流程的諾貝爾物理學委員會成員、瑞典烏普莎拉大學教授奧爾·艾瑞克森（Olle Eriksson）對新京報記者表示，篩選過程就好像奧運會的馬拉松比賽，不同的是，在科學界的這場馬拉松裏，有十個人幾乎同時跨越終點線，他們又要在這十個人之中選出略微領先的人。
諾貝爾基金會的章程規定，50年內不得公開或私下披露有關提名的資訊。盡管無法給出與其他獎項的比較細節，穆恩斯強調，僅就兩位獲獎者的研究來說，他們對人工神經網路發展的早期階段做出了巨大貢獻，如今的深度學習網路依然基於這兩位諾貝爾獎得主在上世紀80年代所發明與發現的原理。
相關技術已被用於推動多個領域的研究，包括粒子物理、材料科學和天體物理等，也已被用於日常生活之中。「這的確符合艾爾弗雷德·諾貝爾的遺願，將獎項授予那些對人類利益做出最大貢獻的人。」穆恩斯說。
━━━━━
頒獎後的「跨界」爭議
不過，今年諾貝爾物理學獎的歸屬還是讓外界感到十分驚訝，連獲獎者欣頓本人也表示「大吃一驚」。畢竟大多數人想到物理學時，腦海中很難第一個想到人工智慧。
獎項出爐後也在電腦科學界引發不小漣漪。有專家認為，這反映出人工智慧正在產生深遠的影響，隨著人工神經網路的發展，使用過去甚至不可想象的方式分析數據成為可能，如今人們正處在科學史上的一個非凡時刻。但也有專家指出，獎項的授予未免有些牽強，不確定將人工神經網路本身說成是物理研究的結果是否公平，甚至懷疑諾貝爾獎的頒發受到人工智慧熱潮的影響。
諾貝爾物理學委員會對此的解釋是，他們采取了更為廣泛的觀點，認為兩位研究人員將他們的神經網路研究建立在物理學的基本概念和方法之上，而他們的發現與創造又為人工智慧的繁榮鋪平道路。
▲諾貝爾物理學委員會主席埃倫·穆恩斯。受訪者供圖
從整體上來看，霍普菲爾德和欣頓的研究本身就橫跨多種學科，將物理學、數學、電腦科學和神經科學結合在一起。1982年，霍普菲爾德發表了一篇論文，其中描述了一種由單層相互連線的神經元構成的神經網路，可以從任何合理大小的子部件中保留「記憶」，這篇文章最初還被歸類為「生物物理學」範疇。
欣頓在此基礎上進行了擴充套件，提出了「波茲曼機」，這是一種更復雜的神經網路，這種結構允許網路不僅能辨識已知模式，還能生成新的、相似的模式。在研究中，欣頓利用了統計力學，即用統計學來描述系統中粒子行為的物理學領域，他與其他合著者還借用物理學家路德維希·波茲曼的名字來命名他們的網路。
艾瑞克森指出，物理定律深入到神經網路的工作原理之中，統計定律和基本方程式也深深根植其中。所以要從更純粹的物理角度出發，而不是僅僅考慮它的套用。
在某種程度上，外界的討論與爭執並不太讓穆恩斯意外，科學界總是有著各種不同的觀念。「幾乎每一年的獎項都會引發討論甚至爭議，報紙媒體也會有諸多報道，今年情況也是如此。這對我們來說並不奇怪，委員會對外的所有溝通交流中，我們都在試圖說清楚為什麽他們兩人的研究值得一個諾貝爾獎。」穆恩斯說。
事實上，不只是諾貝爾物理學獎與人工智慧相關，在第二天頒發的化學獎中，人工智慧也占有一席之地。其中兩個獲獎者透過人工智慧模型實作了一個50年的夢想——預測蛋白質的復雜結構。
值得註意的是，人工智慧在兩個獎項中的角色並不相同。穆恩斯指出，諾貝爾獎項間相互獨立，物理學獎和化學獎都頒發給了真正有突破性的研究，它們都值得獲獎。物理學獎表彰的是基於統計物理學的人工神經網路早期發展。在化學獎中，獲獎者更多使用人工智慧作為工具。「今年發生的事情證明了人工智慧具有重要的意義，它也將成為眾多研究領域的科學工具。」
━━━━━
人工智慧的正反面
根據諾貝爾物理學委員會的說法，如今人工智慧已經成為人們日常生活的一部份，包括面部辨識和語言轉譯的套用。
在與艾瑞克森視訊采訪時，他對新京報記者舉例稱，「拿我們間的采訪溝通來說，我想再過幾年時間，（人工智慧會讓）溝通更自如，我是瑞典人說瑞典語，你是中國人說中文，我們間的傳送和接收可以簡單地來回轉譯，甚至不需要考慮語音障礙，彼此完全用母語交流。」
艾瑞克森認為，在霍普菲爾德和欣頓研究基礎上的許多套用都讓人們的生活變得更好，在某種程度上連線了世界，使世界變得更小、彼此間更緊密友好。此外，神經網路也已經被用於許多前沿研究，在生活和科研中都能找到其套用的身影。
與此同時，人工智慧的快速發展也引起了外界對未來的擔憂。
▲諾貝爾物理學獎委員會成員、瑞典烏普莎拉大學教授奧爾·艾瑞克森。受訪者供圖
兩位諾貝爾獎得主也表達了類似的憂慮。霍普菲爾德稱人工智慧的未知潛力和局限性十分令人不安。欣頓在新聞釋出會上的電話連線說，他們也擔心人工智慧的不良後果，尤其是當這些事情失控後可能帶來的威脅，「我擔心，這種情況的總體後果可能是，比我們更智慧的系統最終會控制一切。」
作為人工智慧的先驅，欣頓長期以來敦促人們對這項技術保持謹慎。他曾經在其他媒體采訪中警告道，人工智慧知道如何編程，它可能會繞過人們施加的限制，甚至想辦法操縱人們做它想做的事。
相比於其他人的擔憂，艾瑞克森對人工智慧的未來顯得十分樂觀，「說實話，我對此一點都不擔心，人類的大腦是一個非常神奇的‘機器’，神經網路想要取代我們還有很長一段路要走，如果這一幕真的會發生的話。」
退一步來說，不僅是人工智慧，幾乎所有科學研究都有正反兩面，既能造福人類，又有一定風險。穆恩斯指出，重要的是，人們要對此進行討論，充分分析風險，科學家和決策者可以共同就如何使用它達成協定，
就人工智慧而言，穆恩斯認為，眼下科學界乃至整個社會的討論可能會促成關於如何使用機器學習技術的國際協定。與此同時，這些技術知識也在被廣泛傳播，不會只集中在少數人身上，這也在某種程度上降低了濫用技術的風險。
這樣的工作已在進行之中。去年年底，首屆人工智慧安全峰會在英國布萊奇利園舉行。近30個國家和地區代表、多家國際組織和研究機構代表、人工智慧領域知名專家和業界領袖就前沿人工智慧帶來的風險型別、不同參與方應對這些風險的作用、人工智慧在不同領域的發展機遇等展開跨學科對話和討論。
世界多國政府都在邁步介入人工智慧發展。歐盟正制定人工智慧監管法規。法國、德國和義大利近期就人工智慧監管達成一致，支持人工智慧基礎模型「以行為準則方式強制自我監管」。美國政府有意敦促國會出台人工智慧監管法規。
中國也在完善生成式人工智慧發展和管理機制。據新華社報道，今年7月，【中共中央關於進一步全面深化改革、推進中國式現代化的決定】提出，加強網路安全體制建設，建立人工智慧安全監管制度。
━━━━━
「走出自己的路」
從1901年開始，諾貝爾物理學獎已斷斷續續地頒發了上百年的時間，被認為是世界上物理學界最負盛名的獎項。物理學也是艾爾弗雷德·諾貝爾在1895年的遺囑中首先提到的獎項領域。
諾貝爾獎官網中寫道，「19世紀末，許多人都認為物理是最重要的學科，也許諾貝爾本人也這樣認為。」
等待重磅獎項揭曉之時，人們也試圖從中找出規律，想要預測出哪一領域研究有可能是斬獲桂冠的最大熱門。穆恩斯回顧了諾貝爾物理學獎的歷史，稱從她個人觀察來看，在判斷哪個物理學分支領域會獲得諾貝爾物理學獎這一方面，似乎並不存在某種趨勢，因此想要預測下一個被授予榮譽的物理學分支領域將非常困難，「幾乎不太可能。」
但在過往的頒獎之中，也不是毫無特點可以總結。從1901年至2024年，諾貝爾物理學獎共頒發了118次。其中，47次的物理學獎授予單一獲獎者，33次的物理學獎由兩位獲獎者共同獲得，38次的物理學獎由三位獲獎者分享。
穆恩斯說，「如果比較一下歷史和現在，會發現眼下科學研究更多在合作中完成。最初的1901年、1902年，通常只有一位科學家獲獎，而現在更常見的情況是，榮譽會被授予多個科學家。」
每當進入「諾獎周」，科學家們及其突破性研究會吸引全球各地的目光，頒獎前的預測，以及獎項公布後的科普。在穆恩斯看來，這也是諾貝爾物理學獎的價值所在，它標誌著科學史上的裏程碑，既讓年輕人看到科學的歷史和發展，有一定教育意義，也激起了整個社會對科學的興趣，讓更多人了解這些知識。
參與諾貝爾物理學獎評選的工作，也不全是嚴肅緊張的。艾瑞克森回憶自己這兩年的工作稱，整個工作過程有趣且愉快，他周圍都是優秀的同事，他們擁有其他物理學領域的知識，討論與評選過程對他而言也是一個學習的過程。
穆恩斯最激動的時刻則是在最終獲獎名單確認後，聯系諾獎得主的時候。「我們經常處於不同的時區，有時他們正處在午夜，很難聯系，但當我們最終成功與他們對話時，可以聽到他們的興奮和驚訝，那一刻非常美好。」
作為諾貝爾物理學委員會主席，談及未來諾貝爾物理學獎的方向及應該進行的改變。穆恩斯認為，仍要堅持艾爾弗雷德·諾貝爾遺囑中的標準和話語。重要的是，確定對人類貢獻最大、造福最大的發現和發明。在此基礎上，盡可能獲得多樣化提名，涵蓋物理學的不同領域，地域也需要多樣化，盡量在性別以及年齡方面取得平衡。
也有一些物理學家將獲得諾貝爾獎看作自己的職業目標。對於他們，艾瑞克森建議道，科學家應該獨立思考，追隨自己的夢想和興趣，這永遠是第一位，「我不認為自1901年以來，有任何一位諾貝爾獎得主是別人的追隨者，他們都走出了自己的路。」
除此之外，穆恩斯也補充了與他人合作的重要性，今年兩位贏得諾貝爾物理學獎的科學家就是很好的例子，他們跨越了許多不同的分支學科，「從固態物理學、材料物理學到生物物理學，甚至電腦科學，他們這一路非常精彩。如果沒有來自其他領域、其他科學家的靈感激發，可能很難走通這條路。聽聽其他領域科學家的意見，說不定會激發出好的想法。」
值班編輯 康嘻嘻
