Ang Bagong Teorya sa Pag-aaral ng Makina ay Nagtataas ng Mga Katanungan Tungkol sa Kalikasan ng Agham

Ang isang bagong algorithm ng computer o hanay ng mga patakaran na tumpak na hinuhulaan ang mga orbit ng mga planeta sa solar system ay maaaring iakma upang mas mahusay na mahulaan at makontrol. plasma Ang mga nagpapatakbo ng mga pasilidad na pagsasanib na dinisenyo upang magamit ang lakas na pagsasanib na nagbibigay lakas sa araw at mga bituin sa Earth.

Ang algorithm na dinisenyo ng isang siyentista sa US Department of Energy’s (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) inilalapat ang pag-aaral ng makina, isang uri ng artipisyal na katalinuhan (AI) na natututo mula sa karanasan, upang mapabuti ang mga hula. “Karaniwan sa pisika, gumawa ka ng mga obserbasyon, lumikha ka ng teorya batay sa mga obserbasyong ito, at pagkatapos ay ginagamit mo ang teoryang iyon upang mahulaan ang mga bagong obserbasyon,” sabi ng pisika ng PPPL na si Hong Qin, “ Mga Ulat na Pang-Agham. “Ang ginagawa ko ay pinapalitan ang prosesong ito ng ilang uri ng itim na kahon na maaaring makabuo ng tumpak na mga hula nang hindi gumagamit ng isang tradisyunal na teorya o batas.”

Qin (binibigkas ChinLumikha siya ng isang programa sa computer na nagpapakain ng data mula sa mga nakaraang obserbasyon ng orbit ng Mercury, Venus, Mundo, Awitin, Jupiterat ang duwende na planeta Ceres. Ang program na ito, kasama ang isang karagdagang programa na kilala bilang “algorithm ng serbisyo,” pagkatapos ay gumawa ng tumpak na mga hula ng mga orbit ng iba pang mga planeta sa solar system nang hindi ginagamit ang mga batas sa paggalaw at gravity ni Newton. “Mahalaga, nilaktawan ko ang lahat ng pangunahing mga sangkap ng pisika. “Dumidiretso ako mula sa data hanggang sa data,” sabi ni Qin. Walang batas ng pisika.

Hong qin

Ang physicist ng PPPL na si Hong Qin ay nasa harap ng mga imahe ng mga planetary orbit at computer code. Kredito: Elle Starkman / PPPL Communication Office

Ang programa ay hindi nangyari nang hindi sinasadya na may tamang hula. “Itinuro ni Hong sa programa ang pangunahing prinsipyong ginamit ng kalikasan upang matukoy ang dynamics ng anumang pisikal na sistema,” sinabi ng pisisista na si Joshua Burby, na tumanggap ng kanyang PhD sa Los Alamos National Laboratory ng DOE. Sa ilalim ng tagapayo ni Qin sa Princeton. “Ang resulta ay natutunan ng network ang mga batas ng paggalaw ng planeta matapos masaksihan ang napakakaunting mga halimbawa ng pagsasanay. Sa madaling salita, ang kanyang code ay talagang ‘natututo’ ng mga batas ng pisika. “

Ang pag-aaral ng makina ang nagbibigay-daan sa mga program ng computer tulad ng Google Translate. Sinusuri ng Google Translate ang isang malaking halaga ng impormasyon upang matukoy kung gaano kadalas ang isang salita sa isang wika ay naisasalin sa isang salita sa isa pa. Sa ganitong paraan, ang programa ay maaaring gumawa ng isang tumpak na pagsasalin nang hindi natututo ng parehong wika.

Nangyayari rin ang proseso sa mga eksperimento sa kaisipang pilosopiko kagaya ng John Searle’s China Room. Sa senaryong ito, ang isang tao na hindi marunong mag-Intsik ay maaari pa ring “isalin” ang isang pangungusap na Intsik sa Ingles o ibang wika gamit ang isang hanay ng mga tagubilin o alituntunin upang mapalitan ang pag-unawa. Ang eksperimentong pag-iisip ay karaniwang nagtataas ng mga katanungan tungkol sa kung ano ang ibig sabihin upang maunawaan ang anupaman at kung ang pag-unawa ay nagpapahiwatig na may iba pang nasa isip bukod sa pagsunod sa mga patakaran.

Si Qin ay bahagyang inspirasyon ng pilosopikal na pag-iisip ng pilosopong Oxford na si Nick Bostrom na ang uniberso ay isang simulate ng computer. Kung totoo ito, dapat ihayag ng mga pangunahing batas ng pisika na ang uniberso ay binubuo ng mga indibidwal na piraso ng space-time, tulad ng mga pixel sa isang video game. “Kung nabubuhay tayo sa isang simulation, ang ating mundo ay dapat na hiwalay,” sabi ni Qin. Ang diskarteng itim na kahon na dinisenyo ng Qin ay hindi nangangailangan ng mga physicist na ganap na maniwala sa palagay ng simulation, ngunit umaasa sa ideyang ito upang lumikha ng isang programa na gumagawa ng tumpak na mga hula sa pisikal.

Pixelated view ng mundo, katulad ng na nakalarawan sa pelikula Matrixay kilala bilang isang discrete field theory na nakikita ang uniberso na binubuo ng mga indibidwal na piraso at naiiba mula sa mga teoryang karaniwang nilikha ng mga tao. Habang ang mga siyentipiko ay karaniwang naka-plano ng buong konsepto ng kung paano kumilos ang pisikal na mundo, ang mga computer ay lumilikha lamang ng isang koleksyon ng mga puntos ng data.

Qin at Eric Palmerduca, unibersidad ng Princeton Ang Plasma Physics Program ay kasalukuyang bumubuo ng mga paraan upang magamit ang mga discrete na teorya sa larangan upang mahulaan ang pag-uugali ng mga particle ng plasma sa mga eksperimentong pagsasanib na isinasagawa ng mga siyentista sa buong mundo. Ang pinakalawak na ginagamit na mga halaman ng pagsasanib ay mga annular tokamak na nakakulong sa plasma sa mga malalakas na magnetic field.

Ang pagsasanib, ang puwersa na nagtutulak sa araw at mga bituin, ay nagsasama ng mga ilaw na elemento sa anyo ng plasma upang makagawa ng malaking halaga ng enerhiya – ang maiinit, sisingilin na estado ng bagay na binubuo ng mga libreng electron at atomic nuclei na kumakatawan sa 99% ng nakikitang uniberso. Sinusubukan ng mga siyentista na magtiklop ng pagsasanib sa Lupa para sa isang halos hindi maubos na mapagkukunan ng kuryente upang makabuo ng elektrisidad.

“Sa isang magnetikong pagsasama-sama ng aparato, ang mga dynamics ng plasmas ay kumplikado at multiscale, at ang mga mabisang batas sa pamamahala o mga modelo ng computational ay hindi palaging malinaw para sa isang partikular na prosesong pisikal na kinakaharap natin,” sabi ni Qin. “Sa mga sitwasyong ito, mailalapat namin ang diskarteng natutunan ng makina na binuo ko upang lumikha ng isang hiwalay na teorya sa larangan, at pagkatapos ay ilapat ang magkakahiwalay na teoryang ito sa larangan upang maunawaan at mahulaan ang mga bagong obserbasyong pang-eksperimentong.”

Ang proseso na ito ay nagtataas ng mga katanungan tungkol sa likas na katangian ng agham. Hindi ba nais ng mga siyentista na bumuo ng mga teoryang pisika na nagpapaliwanag sa mundo sa halip na mangolekta lamang ng data? Hindi ba mahalaga ang mga teorya para sa pagpapaliwanag at pag-unawa sa pundasyon at kababalaghan para sa pisika?

“Gusto kong magtaltalan na ang pangwakas na layunin ng sinumang siyentista ay paghula,” sabi ni Qin. “Maaaring hindi mo kailangan ng batas. Halimbawa, kung perpektong mahuhulaan ko ang orbit ng isang planeta, hindi ko kailangang malaman ang mga batas ng gravity at paggalaw ni Newton. Maaari mong i-claim na sa paggawa nito ay hindi mo mauunawaan ang mga batas ni Newton kaysa sa alam mo. Sa paraang ito ay totoo. Ngunit ito ay isang praktikal na hitsura. Sa mga tuntunin niyan, ang paggawa ng tumpak na mga hula ay walang mas mababa. “

Ang pag-aaral ng makina ay maaari ring magbukas ng mga posibilidad para sa karagdagang pananaliksik. “Ito ay makabuluhang nagpapalawak ng saklaw ng mga problema na maaari mong makitungo sapagkat ang data ang kailangan mong gawin,” sabi ni Palmerduca.

Ang pamamaraan ay maaari ring humantong sa pagbuo ng isang tradisyonal na teoryang pisikal. “Habang tinatanggal ng pamamaraang ito ang pangangailangan para sa naturang teorya sa isang kahulugan, maaari rin itong makita bilang landas sa isang teorya,” sabi ni Palmerduca. “Kapag sinusubukan mong magkaroon ng isang teorya, nais mong magkaroon ng maraming data sa maaari hangga’t maaari. Kung bibigyan ka ng ilang data, maaari mong gamitin ang pag-aaral ng makina upang punan ang mga puwang sa data na iyon o kung hindi man palawakin ang hanay ng data. “

Sanggunian: “Paglalahad ng pag-aaral ng makina at mga discrete na teorya sa larangan”, Hong Qin, Nobyembre 9, 2020, Mga Ulat na Pang-Agham.
DOI: 10.1038 / s41598-020-76301-0

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pagkuha ng Impormasyon sa Kasaysayan ng Neanderthal na Populasyon Gamit ang Sinaunang Nuclear DNA Mula sa Mga Ciment Sediment

Gallery sa lugar ng yungib ng mga estatwa sa hilagang Espanya. Kredito: Javier Trueba - Madrid Scientific Films Ang Mitochondrial DNA ng mga archaic...

Kung Paano Maaaring Lumaki ang Iba Pang Mga Karamdaman na Fungi Sa Maliit na Puwang

Ang isang pangkat na pinangunahan ng Tsukuba University ay natagpuan ang isang makabuluhang pagkakaiba na nagpapaliwanag kung bakit ang ilang mga species ng fungi...

Para sa Mga Tatanggap ng Transplant, Isang Pangatlong Dosis ng Bakuna sa COVID Maaaring Mag-alok ng Mas mahusay na Proteksyon

Ipinakita ng mga mananaliksik sa Johns Hopkins Medicine na tatlong dosis ng bakuna laban sa SARS-CoV-2-ang virus na sanhi ng pagtaas ng antas ng...

Ang mga sigla ng usok na nasa daang siglo na napanatili sa niyebe ay nagbubunyag ng isang maalab na nakaraan – at ang hinaharap...

Inisyu ni Harvard John a. Paulson School of Engineering at Applied Science Hunyo 18, 2021 Ang usok mula sa mga wildfires na gawa ng tao...

Inihanda ng NASA ang “Moonikin” na kumander para sa Artemis 1 lunar na misyon

Sa larawang ito, sinusubukan ng mga inhinyero ang isang pagsubok na panginginig ng boses sa upuan ng Orion at ang Chemini Space Center -...

Newsletter

Subscribe to stay updated.