ШІ відкриває закони фізики: аналіз пилової плазми
Штучний інтелект відкриває нові закони фізики: детальний аналіз пилової плазми
Фізики зробили значний крок у розумінні складних систем, використовуючи штучний інтелект для виявлення неочікуваних деталей взаємодії частинок. Дослідження, проведене експериментальними та теоретичними фізиками з Університету Еморі, зосереджене на так званих нереципрокних силах. Ці сили проявляються, коли взаємодія між двома частинками є асиметричною: одна частинка впливає на іншу інакше, ніж та у відповідь. Про це повідомляє ScienceDaily.
Об'єднавши спеціально розроблену нейронну мережу з точними лабораторними даними про пилову плазму, вчені довели, що ШІ здатен не лише аналізувати інформацію чи робити прогнози, а й відкривати абсолютно нові закони фізики.
Революційне розуміння пилової плазми
Завдяки ШІ, вчені створили одне з найдетальніших описів фізичних процесів, що керують пиловою плазмою. Ця унікальна система складається з іонізованого газу, насиченого взаємодіючими зарядженими частинками, зокрема мікроскопічними пилинками.
Розроблена нейронна мережа дозволила фізикам описати складні нереципрокні сили з надзвичайною точністю — понад 99%. Досі ці сили вважалися вкрай важкими для вимірювання та моделювання.
Науковці переконані, що розроблений метод має широке застосування. Він може бути використаний для вивчення систем з великою кількістю взаємодіючих компонентів, від промислових матеріалів (наприклад, фарб та чорнила) до складних біологічних систем, таких як групи живих клітин.
Методологія: 3D-відстеження частинок
Лабораторія Бертона спеціалізується на вивченні пилової плазми та подібних матеріалів шляхом їх відтворення в ретельно контрольованих експериментах. Для моделювання складних систем дослідники поміщають мініатюрні пластикові частинки у вакуумну камеру, заповнену плазмою. Регулювання тиску газу дозволяє імітувати різноманітні реальні умови та спостерігати за реакцією частинок на різні сили.
Ключовим елементом проєкту став розроблений вченими метод томографічної візуалізації. Він дає змогу фіксувати тривимірний (3D) рух частинок. Лазерна смуга переміщується по камері, а високошвидкісна камера записує послідовні зображення. Ці знімки потім об'єднуються для точної реконструкції положень десятків частинок у часі, забезпечуючи детальне відстеження їхньої траєкторії.
Несподівані відкриття та перегляд старих теорій
Після навчання на 3D-траєкторіях частинок, штучний інтелект успішно виявив складні взаємодії, включно з асиметричними силами. Дослідники для кращого розуміння порівнюють цю поведінку з двома човнами, що рухаються по озеру, де кожен човен створює хвилі, які впливають на інший.
Отримані результати також змушують переглянути деякі давні теорії. Наприклад, раніше вважалося, що електричний заряд частинки прямо пропорційний її розміру. Нові дані показують, що, хоча більші частинки дійсно мають більший заряд, ця залежність є значно складнішою і залежить від таких важливих факторів, як щільність та температура плазми.
