Теоретики от современной физики из Columbia Engineering дали компьютерной программе, которую они называют “искусственным интеллектом”, наблюдения за физическими явлениями с помощью видеокамеры. Программа должна была найти минимальный набор фундаментальных переменных, которые описывают наблюдаемое.
В одном случае, они загрузили видео о качающемся двойном маятнике, который, как известно, имеет ровно четыре «переменные состояния» — угол и угловую скорость каждого из двух маятников. После нескольких часов анализа ИИ выдал некий ответ: 4,7.
Теоретики приступили к визуализации того, что определила программа. Извлечь сами переменные было непросто, поскольку программа не могла описать их интуитивно понятно для человека. Вроде бы получилось, что две выбранные программой переменные примерно соответствуют углам наклона рычагов, но две другие остались загадочными.
«Мы пытались сопоставить другие переменные со всем, что только могли придумать: угловыми и линейными скоростями, кинетической и потенциальной энергией и различными комбинациями известных величин, — объяснил Боюань Чен, доктор философии 2022 года, ныне доцент Университета Дьюка, который руководил работой. — Но, похоже, ничто не подходило идеально». Команда была уверена, что ИИ нашёл правильный набор из четырёх переменных, поскольку он делал хорошие прогнозы, «но мы пока не понимаем математический язык, на котором он говорит», — объяснил он.
После проверки физических систем с известными решениями исследователи загрузили в программу видео с системами, для которых у них не было чёткого ответа.
На первых видео «воздушная танцовщица» раскачивалась перед местной свалкой подержанных автомобилей. После нескольких часов анализа программа выдала 8 переменных. Видео с лавовой лампой также выдало 8 переменных. Затем они загрузили в программу видео с пламенем из праздничного камина, и программа выдала 24 переменные.
Особенно интересным для теоретиков был вопрос о том, является ли набор переменных уникальным для каждой системы или при каждом перезапуске программы создаётся новый набор.
«Я всегда задавался вопросом: если бы мы когда-нибудь встретили разумную инопланетную расу, открыли бы они те же физические законы, что и мы, или могли бы они описать Вселенную по-другому?» — сказал Липсон. «Возможно, некоторые явления кажутся загадочно сложными, потому что мы пытаемся понять их, используя неправильный набор переменных».
Оказалось, что в ходе экспериментов количество переменных выдаваемых программой для каждого случая оставалось неизменным при перезапусках программы, но конкретные переменные каждый раз были разными.
«Хотя в этой работе мы использовали видеоданные, можно использовать любой источник данных — например, радарные или ДНК-массивы», — объяснил Куанг Хуанг, доктор философии 2022 года, соавтор статьи.
В общем, авторы работы пришли к выводу, что те константы, которые приняты ими как инструменты для описания мира, вполне могут быть заменены на другие. И что выбор имеющихся констант не идеален.
Эта работа является частью многолетнего интереса профессора математики Цян Ду из Фонда Липсона и Фу к созданию алгоритмов, которые могут преобразовывать данные в научные законы.
Работа была опубликована в журнале Nature Computational Science.