The Observation--Hypothesis--Prediction--Experimentation loop paradigm for scientific research has been practiced by researchers for years towards scientific discoveries. However, with data explosion in both mega-scale and milli-scale scientific research, it has been sometimes very difficult to manually analyze the data and propose new hypothesis to drive the cycle for scientific discovery. In this paper, we discuss the role of Explainable AI in scientific discovery process by demonstrating an Explainable AI-based paradigm for science discovery. The key is to use Explainable AI to help derive data or model interpretations as well as scientific discoveries or insights. We show how computational and data-intensive methodology -- together with experimental and theoretical methodology -- can be seamlessly integrated for scientific research. To demonstrate the AI-based science discovery process, and to pay our respect to some of the greatest minds in human history, we show how Kepler's laws of planetary motion and the Newton's law of universal gravitation can be rediscovered by (Explainable) AI based on Tycho Brahe's astronomical observation data, whose works were leading the scientific revolution in the 16-17th century. This work also highlights the important role of Explainable AI (as compared to Blackbox AI) in science discovery to help humans prevent or better prepare for the possible technological singularity that may happen in the future.


翻译:多年来,研究人员一直在实践科学研究的观察-理论-理论-实验-理论-实验周期范式。但随着巨型和毫克科学研究中的数据爆炸,有时很难手动分析数据并提出新的假设来推动科学发现周期。在本文中,我们讨论了可解释的AI在科学发现过程中的作用,展示了可解释的AI基础科学发现范式。关键在于使用可解释的AI帮助获得数据或模型解释以及科学发现或洞察力。我们展示了如何将计算和数据密集方法 -- -- 连同实验和理论方法 -- -- 顺利地纳入科学研究。为了展示基于AI的科学发现过程,并且为了尊重人类历史上一些最伟大的思想,我们展示了Kepler的行星运动法则和Newton的普遍引力法则是如何被(可解释的)AI所重新发现的。基于Tycho Brahe的天文观测数据,其作品引导了16-17世纪的科学革命或理论方法,从而防止了未来的科学革命,从而使得AI得以更好地实现。

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