Американські дослідники з Університету Еморі в Атланті навчили ШІ робити нові фізичні відкриття, а не просто шукати помилки або передбачати результати досліджень.

Науковці завантажили у систему штучного інтелекту експериментальні дані про загадковий стан речовини, що називається пиловою плазмою — гарячий електрично заряджений газ, наповнений дрібними частинками пилу. Після цього дослідники спостерігали, як ШІ на диво точно описує дивні сили, які до цього не були до кінця зрозумілі науковцям.

Це демонструє, що штучний інтелект може використовуватись для розкриття раніше невідомих законів, що керують взаємодією частинок у хаотичній системі. ШІ також скоректував усталені припущення щодо фізики плазми.

Дослідники об’єднали реальні експерименти з ретельно розробленою моделлю ШІ. Вони почали з вивчення пилової плазми. Цей стан речовини зустрічається всюди у Всесвіті, від кілець Сатурна та поверхні Місяця, до лісових пожеж на Землі.

Однак сили, які діють між частинками у пиловій плазмі, залишались погано вивченими. Це пов’язано з тим, що частинки впливають одна на одну з різною силою. Розуміння таких взаємодій за допомогою традиційної фізики виявилось надзвичайно складним. Тому для вирішення цієї проблеми вчені створили складну систему тривимірної візуалізації, що дозволяє спостерігати за рухом частинок пластикового пилу всередині камери, наповненої плазмою.

Дослідники використали лазерний ніж і високошвидкісну камеру для фіксації тисяч рухів дрібних частинок у трьох вимірах з плином часу. Докладні траекторії руху частинок використовувались для навчання моделі ШІ. На відміну від більшості моделей нейромереж, які потребують великих наборів даних для навчання, мережа дослідників з Університету Еморі навчалась на невеликих, однак насичених наборах даних і була спроєктована з урахуванням вбудованих фізичних правил, таких як облік гравітації, опору та сил взаємодії між частинками.

Нейромережа розклала рух частинок на три складники: ефекти швидкості, до яких увійшов спротив, сили навколишнього середовища, наприклад гравітація, та сили взаємодії між частинками. ШІ надав описи невзаємних сил із точністю 99%. Зокрема, ШІ виявив, що  частинки попереду притягують за собою ті, що відстають, а ті, що відстають, відштовхують від себе частинки, які знаходяться попереду. Подібна асиметрична взаємодія передбачалася, але ніколи раніше не моделювалася. Окрім цього ШІ виправив помилкові припущення, які роками визначали теорію плазми.

Наприклад, одне з таких припущень полягало в тому, що електричний заряд частинки збільшується пропорційно до її розміру. Виявилось, що це не так. Ця залежність корелює із щільністю та температурою навколишньої плазми. Ще одне помилкове припущення стверджувало, що сила взаємодії між частинками завжди зменшується з відстанню, незалежно від їх розміру. ШІ показав, що це зменшення також залежить від розміру частинок, що раніше ігнорувалося.

Цікаво, що ця модель ШІ ефективно працювала на звичайному комп’ютері. Вона створила універсальну структуру, яку тепер можна застосовувати до будь-яких багаточасткових систем, від фарб до міграції клітин у живих організмах. Це дослідження також демонструє, що ШІ може вийти далеко за межі простих обчислень.

Результати дослідження опубліковані у журналі PNAS

Джерело: Interesting Engineering