在人类探索未知世界的历程中，计算与人工智能正扮演着越来越重要的角色。它们不仅仅是技术工具，更是一种思维方式，一种推动科学进步的核心力量。从早期的理论萌芽到今天的实际应用，计算与人工智能已经深刻改变了我们对世界的理解，并为人类迈向更广阔的宇宙，如火星探索，奠定了坚实基础。本文将从计算与智能的关系谈起，探讨其历史发展、当前应用以及未来潜力，特别是如何助力人类实现火星梦想。
计算与人工智能的关系，可以比作一枚硬币的两面。早在20世纪40年代末，一位早期计算机科学家在其首篇论文中提出了计算与智能的关联。他以“通用机器”的概念来描述人类的本质，认为笔和纸是强大的工具，其功能类似于今天的计算机。在当时，“计算机”一词还不是指机器，而是指从事计算工作的人。这位先驱者设想出“数字计算机”，即一种由人或设备执行任务的系统。这种设想超越了时代，突出了计算作为一种基础思维模式的重要性。
计算不仅仅是工具，它更是一种帮助我们思考和解决问题的方法。从学科角度看，计算与物理学、生命科学一样，是一门极其基础的学科。它提供了分析和处理信息的框架，使得人工智能能够在此基础上蓬勃发展。人工智能的核心在于模拟智能行为，但其根基在于计算理论。例如，早期的人工智能研究往往与心理学交叉，因为心理学关注人类本质，而人工智能则试图扩展人类的创造力。这种交叉融合表明，人工智能并非要取代人类智能，而是作为一种增强工具，帮助人类实现以往难以企及的目标。
回顾人工智能的发展，近些年来取得了显著突破。去年，一些人工智能先驱因他们的贡献获得了国际奖项，这被媒体称为人工智能的“青霉素时刻”，意味着这项技术正迎来重要转折点。人工智能开始为人类福祉做出实质性贡献，例如在医疗、科研等领域的应用。更值得注意的是，人工智能正改变科研方式。一位著名杂志在介绍一位人工智能专家时，称他为认知心理学家、计算机科学家和“人工智能教父”。这反映出人工智能的多学科背景，以及它与人类思维的紧密联系。
在实际应用中，人工智能已经展现出巨大潜力。以地球科学为例，几年前，一位地质学家在一篇论文中提出了科研需求的简单描述：共享所有研究数据、开放研究成果、建立协作基础设施。这些需求看似基础，却正是人工智能能够发挥作用的领域。受此启发，一个研究机构在三年前启动了一个地球科学人工智能项目。该项目旨在构建一个专门处理地球科学数据的智能系统，帮助全球科学家更好地开展研究。通过人工智能技术，科学家们能够在化石分类等领域取得突破性进展，例如将已知化石类型从少量扩展到数千种。这种进步不仅提升了研究效率，还促进了全球科学协作，特别是在发展中国家，通过研讨会等形式，助力当地科研人员。
这个项目不仅是一个工具，更体现了开放科学的精神。它建立了一套开放式人工智能架构，允许用户自由选择不同的开源模型，从而兼顾灵活性和专业性。同时，项目注重治理问题，如安全、隐私和知识产权，确保技术服务于人类福祉。这种模式被视为开放科学的成功案例，展示了人工智能如何推动科学发现。
除了地球科学，计算与人工智能正扩展到更广阔的领域，尤其是太空探索。太空激发了人类的无限想象力。在20世纪40年代末，当计算概念刚萌芽时，一位英国科学家就设想从太空拍摄地球照片。当时还没有卫星，但这个愿景最终促进了我们对地球的深刻理解。例如，一张著名的地球照片让人类意识到地球的脆弱性，从而推动了环境保护。今天，计算与人工智能在太空中的应用更加深入。历史上，早期太空任务首次将计算技术带入太空，使用的晶体管数量远超当时的地面设备。这表明，太空不仅是技术的应用场，更是技术创新的试验田。
当前，全球面临气候变化、自然灾害等挑战，地球观测变得至关重要。人工智能可以帮助我们处理海量卫星数据，实现“地球智能”，即通过数据洞察地球变化。更进一步，太空计算的概念正在兴起。传统云计算局限于地面，但现在我们有机会将计算引入太空。这可能导致新一代卫星的出现：计算卫星。这些卫星可以在轨道上直接处理数据，无需传回地球，从而提高效率。例如，观测天文现象如伽马射线暴，需要多颗卫星实时协作，在太空完成计算。这不仅是优化手段，更是不可或缺的核心技术。
为了推动这一愿景，一个全球倡议被提出，旨在构建一个协作式的计算星座。这个倡议强调多组织参与，即使只拥有一颗卫星，也可以加入共同实现目标。其灵感来源于科学中的“三体问题”，即多个物体协作的复杂性，但这正体现了全球协作的必要性。通过这种努力，我们可以更好地理解太阳对地球的影响，例如通过部署卫星到日地拉格朗日点，那里数据传回缓慢，需依赖太空计算。这为人类探索火星提供了基础。
计算与人工智能之所以是人类迈向火星的同路人，是因为没有它们，火星任务将难以实现。火星探索需要高度自主的系统，能够在遥远距离下实时决策。人工智能可以处理复杂环境数据，计算则提供底层支持。从历史看，每一次太空进步都依赖计算创新。未来，火星任务可能依赖人工智能机器人进行勘探，或使用计算模型模拟火星环境。更重要的是，这种探索不仅是技术挑战，更是人类协作的体现。计算与人工智能促进了开放科学，让全球科学家共享资源，共同解决难题。
总之，计算与人工智能已经从理论走向实践，成为人类进步的关键驱动力。它们不仅优化了现有工作，还开启了新的可能性。在迈向火星的旅程中，计算与人工智能将是不可或缺的伙伴，帮助人类克服距离、环境等挑战。通过持续创新和全球协作，我们可以期待一个更加智能的未来，其中计算与人工智能不仅助力地球问题解决，更推动人类走向星辰大海。
