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

  • 黑龙江饶河:黑蜂养殖赋能产业振兴

  • 湖南望城:智慧农场“双抢”忙

独家策划

推荐阅读
7月22日,美国佛蒙特大学研究团队在《自然》杂志发表论文称,他们在北美鲶鱼体内发现一种可传染的黑色素瘤。换言之,肿瘤细胞本身就是“感染因子”,如同寄生虫一般,从一条鱼传到另一条鱼。这些带病的鲶鱼,正为科学界提供一个观察癌症演化的难得机会。
2026-07-23 09:57
《自然》杂志22日发表了一项天文学研究,可能揭示了人类对首个已知的系外卫星(exosatellite)的观测。在三层等级系统中,一颗恒星周围有一颗伴星,如行星或褐矮星,而第三个天体围绕伴星,这第三个天体可称为系外卫星。
2026-07-23 09:57
生物腐烂是生态系统养分循环的关键过程,但腐烂区域同时也是病原微生物高度活跃、可能对活体植物造成侵害的“危险区”。
2026-07-23 09:49
习近平总书记在国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上的讲话中指出,“科学的未来在青年”,强调“要把青年科技人才队伍建设作为一项战略工程,全方位做好培养、引进、使用工作”。
2026-07-23 09:49
黄瓜是受到全球广泛喜爱的蔬菜,它源自喜马拉雅山脉南麓,由其野生祖先驯化而来,历经2000余年的传播扩散,遍布世界。中国科学院院士、崖州湾国家实验室副主任钱前评价,该研究为黄瓜分子设计育种提供了坚实支撑,兼具重要基础科学价值与育种应用前景。
2026-07-23 09:48
中国水稻研究所研究员王克剑团队近日在杂交水稻育种领域取得重要进展——成功研发出克隆效率稳定超过99%、结实完全正常的一系法杂交水稻,团队将其命名为“一系1号”。图为团队创制的无融合生殖株系在试验田大群体种植下表现出的克隆效率与结实率情况。
2026-07-22 09:35
今年新增农业机器人、盐碱地科学与工程、智慧渔业三大新农科专业,分别由江苏大学、山东农业大学、宁波大学首批开设,为涉农人才培养开辟了新跑道。
2026-07-22 09:31
这场举世瞩目的盛会,凝聚共识,密集发布国际合作倡议与行动计划,为促进全球人工智能朝着向上向善、造福人类的方向发展注入了更多新动能。
2026-07-22 09:29
虽然现阶段机器人能做的事还很有限,但这种“人机搭档”的新模式,让我们的生活服务向高品质、多样化和便利化发展。我想,这就是科技落地的意义吧。
2026-07-22 09:28
重离子加速器是探索基本相互作用、物质结构和宇宙演化的重要工具,研究中产生的新知识、技术和方法被广泛应用于航天、医疗、农业等多个领域。
2026-07-22 09:26
无法驶出的化肥运输船,迟迟不散的热浪,突然生效的出口禁令……近期,一系列事件叠加,或许正给全球粮食安全带来显著不确定性。
2026-07-21 03:40
拔尖创新人才作为国家战略科技力量的核心支撑,其培育成效直接关系到高水平科技自立自强的进程。科学教育是拔尖创新人才培养的基础工程,必须把握青少年成长的关键期,构建全链条、一体化的科学教育新生态,推动教育、科技、人才深度融合,为强国建设筑牢人才根基。
2026-07-21 03:40
以人工智能为代表的新一轮科技革命和产业变革,正深刻重塑产业形态与劳动方式,职业教育作为对接产业最紧密的教育类型,面临的根本性问题已不再是如何培养标准化、重复性的熟练操作者,而是要回答人机协同时代究竟需要什么样的高技能人才。
2026-07-21 03:40
暑假已至,以中小学生为主力的研学游市场持续升温。外出研学已成为不少中小学生家庭的假期常规安排。家长往往将研学活动视作教育由家庭、学校向社会课堂的延伸,是学校教育的重要补充。
2026-07-21 03:40
毕业论文AI率检测,已成为无数大学毕业生关心的热点话题。AI工具引发的学术不端如何界定?为规避高AI率而拆解论文、打乱表达的无奈如何化解?AI检测产品缺少国家标准、质量参差不齐的困局如何突破?这些追问,热度居高不下,答案却远未清晰。
2026-07-21 03:40
未来产业是重塑全球技术竞争格局和引领全球经济变迁的重要力量,“十五五”规划纲要对“培育壮大新兴产业和未来产业”作出系统部署。
2026-07-21 03:40
当前,全球能源转型加速推进,海洋能正处在由技术探索迈向规模化应用的关键阶段。准确把握发展形势与现实基础,对于我国海洋能发展具有重要意义。
2026-07-20 10:00
如何破解制约早期科技成果转化的瓶颈?加强国家技术转移体系建设,培养一批全链条参与成果转化的技术经理人迫在眉睫。
2026-07-20 04:20
今年7月,全球人工智能治理的讨论在短短几天内完成了一次耐人寻味的“接力”。从在日内瓦举行的联合国人工智能治理全球对话、“人工智能向善”全球峰会,再到在上海举办的2026世界人工智能大会暨人工智能全球治理高级别会议,来自政府、国际组织、企业和学术界的讨论都聚焦于同一个问题:面对快速发展的人工智能,国际社会如何把已有的治理理念真正转化为国际合作行动?
2026-07-20 04:20
中国农业科学院和中国农业绿色发展研究会18日在北京发布《中国农业绿色发展报告2025》。报告显示,我国农业绿色发展水平持续向好,农业绿色发展机制创新不断拓展,理论研究与技术突破协同发力,区域农业绿色发展实践走深走实。
2026-07-20 04:20
加载更多