正在阅读:AI版哥白尼 推导“日心说”so easy
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

AI版哥白尼 推导“日心说”so easy

来源:光明网2019-11-25 09:21

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  人类对天体的观测已经有了上千年的历史。公元2世纪时,古希腊天文学家托勒密提出“地心说”来解释他的天文观测数据,但直到16世纪初,哥白尼提出“日心说”,才颠覆了一千多年来的传统,再加上后面开普勒、伽利略、牛顿等人的完善,人类对天体运行的规律逐渐有了比较清楚的认识。那么如果让人工智能(以下简称AI)进行研究,它需要花多久呢?答案是只需要在一台笔记本电脑上运行几个小时便可得出。

AI版哥白尼 推导“日心说”so easy

  图1. 我们的太阳系 Credit: NASA/JPL/SPL

  会做科研的AI

  苏黎世瑞士联邦理工学院(ETH)的物理学家雷纳托·雷纳(Renato Renner)和他的合作者设计了一种新型的神经网络可以将大量的数据集提炼成几个基本的公式,就像牛顿提出简洁的万有引力定律来描述天体运行轨道一样。所谓神经网络是一种模仿大脑的神经元结构而建立的机器学习系统,从而让计算机也能像人一样具有学习、鉴别和预测的能力。

  传统的神经网络通过对大量数据集的训练来学习识别物体,如图像或声音。例如,“四条腿”、“尖尖的耳朵”和“胡须”等特征可能被AI识别是猫。然后,它们将这些特征编码到网络的“节点”(好比人脑的神经元)中。但是神经网络并没有像物理学家那样,将这些信息提炼成易于解释的规则,它像一个黑匣子,你并不能直接看清这些规律到底是什么。

  因此,雷纳的团队设计了一种好比“脑叶切除”的神经网络:它由两个通过少量的节点相互连接的子网络组成。第一个子网将从数据中学习和训练,第二个子网将使用这种“经验”来做测试和新的预测。由于连接双方的链路很少,第一个网络被迫以压缩的格式向另一个网络传递信息,就像导师需要把他们学到的知识传授给学生。

AI版哥白尼 推导“日心说”so easy

  图2. 雷纳团队设计的新神经网络的结构。所谓的“表示”可以理解为总结出来的公式,“潜”意味着它隐藏在神经网络内。

  他们对该神经网络所做的一个测试是向该网络提供从地球上看到的火星和太阳在天空中运动的模拟数据,然后它得出了哥白尼式的火星轨道公式。除此之外,它还被应用于二体碰撞、单摆、量子系统等的求解,有望被用于解决复杂的科学问题。

  哥伦比亚大学的机器人专家霍德.李普森(Hod Lipson)说:“这项工作很重要,因为它能够找出描述物理系统的关键参数。”他认为这些技术是我们理解并跟上日益复杂的物理和其他领域里现象的唯一希望。

  AI是把双刃剑

  正如机器将人类从繁重的体力劳动中解放出来,AI将人类从复杂的脑力劳动中解放出来。AI可以面对更海量的数据、以更高的效率、解决更复杂的问题,帮助我们更迅速地修筑起人类科学的参天大厦,这是人类仅凭一己之力所远远不能企及的。

  不过,譬如AlphaGo下赢了人类顶尖的棋手后,从此人间不再有棋王。有人也可能会担心,机器人会让无数从事简单机械劳动的“白丁”失业流浪,AI会不会也令满腹经纶的学者、科学家们也黯然神伤呢?如此到处“称王称霸”的AI,会不会反过来伤害或征服人类呢?

  但也有不同的声音表示,AI虽然在某些方面有一技之长,但终究是人类发明出来的,是人类智慧的延伸和拓展,不可能完全取代人类。雷纳也强调,虽然该AI推导出了这些公式,但依然需要人来解释它所得到的公式,并理解公式背后的物理含义。

  AI也许会从大量实验和海量数据中拟合抽取规律,达成对自然规律的无限逼近,但却很难如人类一般从第一性原理得到简洁优美的方程式。比如,从水星近日点的进动数据,AI很可能会发现真实引力相对于牛顿万有引力定律的偏离,但绝不可能直接得到爱因斯坦的广义相对论和场方程。由少量方程式构建的现代科学的美感也许在AI的机器语言中将会荡然无存。

  相信未来的AI完全能够发挥所长,在大量的实验和观测数据中发现潜在规律,成为人类探索未知、揭示宇宙奥秘的强大助手。这正是:

  人工智能多才俊,

  不惧繁复拓新篇。

  双子网络泄天机,

  世上从此少疑难。

  感谢中国科学院大学曲一至教授的有益讨论。

  附注:

  1.该神经网络为用简洁的“公式”来解释观测数据,它压缩信息得到的表示r(t)实为地球和火星的日心角的线性组合(详见参考文献[1]原文),可以认为AI已经知道用“日心说”的观点来解释观测数据。由此可见,AI由于没有人类长期的坚持“地心说”的偏见,更容易找到问题正确的答案;另一方面,AI能迅速分析大量数据并在短时间找出其中规律的这一优势,是人类难以望其项背的。

  2.该神经网络源代码在GitHub网站上可以获取(见下),可以下载到自己的电脑玩一玩哦~https://github.com/eth-nn-physics/nn_physical_concepts

  参考文献

  [1] Iten, R., Metger, T., Wilming, H., Rio, L. D., & Renner, R. (2018). Discovering physical concepts with neural networks. arXiv:1807.10300

  [2] Davide Castelvecchi. (2019). AI Copernicus ‘discovers’ that Earth orbits the Sun

  https://www.nature.com/articles/d41586-019-03332-7

  作者简介

  郭潇,中科院国家天文台博士研究生,研究领域涉及脉冲星计时阵探测引力波、引力波的引力透镜效应等

  陆由俊,中国科学院国家天文台研究员,中国科学院大学岗位教授,主要研究领域为理论天体物理,包括黑洞物理、引力波天体物理、活动星系核和类星体等。

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室

  • 邕江引水工程建设进展顺利

独家策划

推荐阅读
近年来,从基础研究到成果转化、生产应用,香港在上中下游“全链发力”、促进“环环相扣”,发展新质生产力的战略愈发清晰,投入力度不断加大。
2024-12-03 16:02
12月2日,南水北调中线引江补汉工程首台硬岩掘进机(TBM)“江汉先锋号”在土建4标8号平洞顺利始发掘进,标志着引江补汉工程正式进入TBM掘进施工新阶段。
2024-12-03 09:05
山西省考古研究院日前对外公布了运城市夏县崔家河遗址考古发掘资料,该遗址属于距今5000余年的仰韶中期庙底沟文化,并出土一件同时期罕见的彩陶鱼纹盆。
2024-12-03 04:15
近日,科学技术普及法修订草案首次提请全国人大常委会会议审议,这是科普法自2002年公布施行以来的首次修订。此次修订聚焦科普工作中的突出问题,强化了社会各界的科普责任,
2024-12-03 04:50
记者2日从工业和信息化部获悉,我国将完善优质企业梯度培育体系,探索建立专精特新赋能体系,健全与专精特新中小企业成长相适应的要素保障制度。
2024-12-03 04:50
一件采集于内蒙古自治区阿拉善左旗的早白垩世恐龙标本被认定为窃蛋龙类恐龙新类群——百年鸳鸯龙。这一最新研究成果近日发表在国际学术期刊《白垩纪研究》上。
2024-12-03 04:50
记者从中国气象局获悉,南极中山国家大气本底站(以下简称“中山本底站”)1日正式业务运行。这是我国首个境外大气本底站,将对南极大气成分浓度变化进行连续、
2024-12-03 04:50
11月30日晚间,海南商业航天发射场圆满完成首次发射任务,验证了我国首个商业航天发射场在硬件、软件、人员等各方面已具备常态化发射能力。
2024-12-02 08:55
房元鹏分析,比较来看,我国的天舟飞船属于大型货物运输飞行器,上行装载货物能力强。
2024-12-02 08:50
从农业农村部获悉,12月1日,由农业农村部主办的第二十一届中国国际农产品交易会在广东省广州市落下帷幕。
2024-12-02 03:45
推进中国式现代化,科技要打头阵。科技创新是必由之路。近日,习近平总书记在湖北考察期间,到武汉产业创新发展研究院考察,观看科技创新供应链平台成功案例展示和科技创新成果,
2024-12-02 03:40
科学与哲学关系密切,恩格斯早就提出,“随着自然科学领域中每一个划时代的发现,唯物主义也必然要改变自己的形式”,有着独特思维方式的哲学必然随着科学的发展而自觉改变其本身的形式。
2024-12-02 03:45
提供更加精细化、专业化、多样化的服务。
2024-12-02 03:40
让年轻人在科技创新中“挑大梁”,要遵循人才成长规律和科研规律,在技术攻关中敢于给他们压担子,并对他们可能遭遇的失败给予一定的宽容度。
2024-11-29 09:51
国家医保局28日举行新闻发布会,发布2024年国家医保药品目录调整情况。据介绍,自成立以来,国家医保局已连续7年开展药品目录调整工作,累计将835种药品新增进入国家医保药品目录,其中谈判新增530种,竞价新增38种。
2024-11-29 09:49
第二届链博会聚焦发展新质生产力,新增先进制造链展区,从研发设计、新材料运用、关键零部件及加工、智能制造及高端装备等四个方面,展现全球先进制造领域从前端设计到终端产品应用的全产业链。
2024-11-29 09:48
持续打造服务农民生产生活和促进现代农业发展的综合平台,当好党和政府密切联系农民群众的桥梁纽带,奋力谱写供销合作事业高质量发展新篇章,为推进乡村全面振兴、加快建设农业强国作出更大贡献。
2024-11-29 09:47
根据规划,中国计划2025年完成下一代北斗系统关键技术攻关;2027年左右发射3颗先导试验卫星,开展下一代新技术体制试验;2029年左右开始发射下一代北斗系统组网卫星,2035年完成下一代北斗系统建设。
2024-11-29 09:35
在科技成果转移转化过程中,有一道看似难以跨越的鸿沟——科技人员通常不熟悉市场、经营和生产,企业经营者往往搞不懂前沿科技。
2024-11-28 02:50
在光通信系统中,硅基调制器是信息传输与处理的关键一环,是整个电光信息转换的“心脏”——信息经过这个枢纽来去、流转,高效搭上光的“顺风车”,奔赴不同目的地。
2024-11-28 02:50
加载更多