人类文明的每一次跃升，都伴随着对自然规律认知的根本性突破。从“格物致知”的朴素哲学思辨，到基于实验与演绎的现代科学体系，我们拓展认知边界的步伐从未停歇。随着科学研究加速“向极宏观拓展、向极微观深入、向极端条件迈进、向极综合交叉”发力，传统研究范式已渐显局限。人工智能的崛起，不仅为我们提供了强大的新工具，更从底层逻辑上重塑了科学发现的进程，极大地拓展提升了“格物”的广度、深度和速度，引领我们开启“拓新”的智以致知之路。
人工智能作为一门典型的交叉学科，在演化中发展、于融合中升华，业已构筑起一套具有独立方法论和科学问题且内涵丰富的学科体系。在理论层面，它以“智能”为核心本体，致力于构建能够模拟、延伸乃至超越人类认知极限的逻辑系统、知识体系和方法；在智能形态上，它汲取人类行为的纷繁多态，展现出从感知、认知到决策与行动的多维能力谱系；在学科基础方面，它深度融合数学、脑科学、计算机科学、心理学等多领域知识，共同支撑起人工智能自身持续突破的“源动力”；在应用场景中，它以“人工智能 +”的模式广泛赋能科研、产业与社会治理。这种深度交融，不仅从本质上形塑了人工智能自身的知 识架构，更赋予了人工智能强大的向外辐射能力，使之呈现显著的渗透性、融合性和通用性。
人工智能赋能科学研究（AI for Science），作为这场人工智能浪潮中最为深邃的变革潜力席卷而来，推动科学探索进入了人类智慧与机器智能协同驱动的新阶段。作为通用赋能技术，人工智能如电力般渗透至科研的各个环节，全方位变革科学探索的组织模式与实施路径；作为工具、平台与方法，人工智能成为不可或缺的科研基座，拓展了科学家的感知与思维疆界，显著提高科研效率，加速科学发现；作为具有自主学习与逻辑推演能力的“科研智能体”，人工智能正从辅助工具演变为主动的合作者，甚至在某些环节成为引领探索的“主角”，与人类形成协同探索的新模式。更为重要的是，作为创新链条的“倍增器”，人工智能不仅加速了单点突破，更能通过跨学科知识的重组与融合，延展并强 化关键创新节点，进而触发科技突破的链式反应，从而显著提升全链条乃至整个系统的创新效能。
这种深度的范式跃迁，最终促成了“人工智能 + 学科”的全面爆发。这绝非简单的工具叠加，而是知识体系的深度重组与科学疆域的极限扩张。在微观物理世界，人工智能协同物理规律与海量数据，突破了数据解析与实验操控的范式；在化学与材料科学领域，它实现了从“经验试错”到“逆向按需创制”的范式跃迁；在生命科学与生物医药前沿，它解析基因图谱，跨越从机理预演到靶点发现的认知鸿沟；在天文、空间科学与深地领域，它打破了“不可见、难感知”的物理枷锁，将线性闭合的研究引向智能自适应的循环进化；在网络空间安全与遥感监测中，它构建起动态博弈与多维解译的防御坚盾，守护数字时代的安宁。从“格物”的朴素探寻到“拓新”的智慧共生，人工智能不仅极大提升了我们捕捉真理的速率，更深刻地重塑了人类理解世界的逻辑疆界。这不仅是一场技术能力的革命，更是一场认知范式的跃迁，最终将带来一场知识体系的重构。
本丛书并非一份终结性的技术报告，而是一幅快速展开的认知地图、一次面向未来的思辨构图。我们尝试呈现这场变革的广度、深度与逻辑，既为科研工作者提供范式转型的参照，也为所有关注科学命运的人士揭示其中蕴含的颠覆性能量与战略性机遇。
我们正身处一个人工智能重塑科学发现的时代，当以开放之心拥抱其无限潜能，亦以审慎之智厘清其能力边界，以共同智慧引导这股由人类智能点燃并将照亮更广阔未知的思想伟力。
吴朝晖
中国科学院院士
2025 年 12 月