@ 2022.07.31 , 12:19

AI 自行发现了替代版本的物理学

把物理现象抽象成数学公式,从若干物理量之间找到确定的数值对应关系,这代表着人类对客观真理的掌握。同一个物理量的数值可以被不同的其它物理量组合所决定。比如说,电功率=电压*电流,同时,电功率=电压*电压/电阻。当然,这两个公式都成立的内在原因是 欧姆定律: 电流=电压÷电阻。(另一方面,假若在科学史中,最开始先经过实验得到了电功率的两个公式,那我们也能经由此发现欧姆定律。)

现在,哥伦比亚大学团队开发的人工智能,似乎从其它路径发现了一个替代版本的物理学。

当向人工智能展示地球上的物理现象时,AI并没有重新创立我们当前版本的物理学;相反,它实际上使用不同的物理参数得到了同一公式。

就像第一段括号内文字简单描述的情形,在世界的另一条时间线里,我们可能会以不同的方式构建物理学。

当然,AI还未能创立一整套物理体系——毕竟我们仅向它展示了少数物理现象。实际上,我们也不能很好地向AI描述各种物理现象,保证AI能够真正“理解”发生了什么。

“我一直想知道,如果我们遇到了一个聪明的外星文明,他们会使用与我们相同版本的物理学,还是会以不同的方式描述宇宙?”哥伦比亚创意机器实验室的机器人专家Hod Lipson 说。

除此之外,该团队还想知道AI是否真的可以找到用新参量描述的公式,从而帮助我们找到类似之前 欧姆定律——也就是在不同公式之间充当桥梁——的东西,填补我们目前理论上的空白。

例如,大型强子对撞机等大型实验中出现的新数据暗示了新的物理学。

那么AI是如何发现替代物理学的呢?首先,团队向系统输入他们已经理解的现象,并向程序提出一个简单的问题:描述正在发生的事情所需的最少的基本变量的个数是几?

第一个视频展示了一个摆动的双摆,已知它有四个状态变量在起作用:两个摆的角度和角速度。

人工智能思考了几个小时,然后吐出一个答案:这种现象需要 4.7 个变量来刻画。

这与我们所知道的答案非常接近,但我们无法得知AI使用的变量是哪些。

尽管如此,AI可以用自己的公式,准确预测系统接下来的运动,因此团队认为AI一定是掌握了现在他们还不了解的东西。

“我们尝试将其他变量与我们能想到的任何事物联系起来:角速度和线速度、动能和势能,以及已知量的各种组合。”领导团队工作的软件研究员陈博远介绍说。他现在是杜克大学的助理教授。

“但似乎没有能完美匹配的……我们还不理解AI所使用的数学语言。”

然后,该团队继续向AI展示其他现象。如丝带在风中波浪形的“舞动”(人工智能说需要8个变量)。火焰现象,AI认为有24个变量。

同时,重复实验,AI返回的变量数都是固定的。

研究人员在论文中写道:“在没有任何基础物理知识的情况下,我们的算法可以发现观察到的动力学的内在维度并识别候选状态变量集。”

该研究已发表在《自然·计算科学》上。

https://www.sciencealert.com/ai-has-discovered-alternate-physics-on-its-own


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