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

  • 第23届中国-东盟博览会在南宁闭幕

  • 今天凌晨,天安门广场大花篮亮相了

独家策划

推荐阅读
一个优良豆类品种的诞生,至少需1代杂交、6代自交,用传统育种方式得花10年左右。10年后的“新品种”,还能满足市场需求吗?尽可能缩短育种时间,才能减少不确定性。
2026-09-22 09:18
目前,“拉索”已联合“天关”“中国天眼”“银河画卷”等不同波段天文设施形成新的队伍,对重要科学问题进行攻关。
2026-09-22 09:09
记者从中国地质大学(北京)邢立达课题组获悉,中外科学家团队在安徽下三叠统南陵湖组地层中发现巨型鲎类遗迹化石。
2026-09-22 09:01
西北大学地质学系研究员韩健等联合国内外研究学者,在距今5.18亿年的云南澄江生物群中发现了步带动物新物种——胶膜玉净虫。
2026-09-22 09:00
在甘肃科技馆的科学市集“创想驿站”,兰州市第二十二中的段延浩站在自己制作的模型前,沿着风机、太阳能板、储电仓一路介绍。
2026-09-22 08:59
“面向智能社会的科学素质:机遇、挑战与变革”
2026-09-22 08:07
2026科普中国智库论坛暨第三十二届全国科普理论研讨会
2026-09-21 17:29
棘皮动物辐射对称,具钙化骨骼和管足;半索动物两侧对称,身体柔软并保留鳃裂。由此推论,步带动物两个门类的共同祖先并非此前推测的无触手蠕虫状动物,实际上部分类群已经具有较为发达的滤食附肢。
2026-09-21 09:23
弘扬科学家精神,既要有庄重的纪念,也需要在生活中讲好具体的、鲜活的人和故事。
2026-09-21 09:18
20日,在由中国科普研究所主办的2026科普中国智库论坛暨第三十二届科普理论研讨会上,数项新成果——《国家科普能力发展报告(2024—2025)》、《中国公民科学素质报告(2025—2026)》、《科普服务高质量发展智库报告》、《鼎新致远:科普服务高质量发展的实践探索》、“科普人才培养丛书”及《中国科幻发展年鉴2026》发布。
2026-09-21 09:16
北京大学第三医院运动医学科副主任医师刘振龙对此给出了一个基本判断:“AI+医生”人机协作模式的探索,将进一步推动AI技术与专业医疗服务的融合创新。今年5月,复旦大学附属中山医院“胸部一扫多查智能体”落地应用,处理病例已超250万例。
2026-09-21 09:15
记者20日从科技部获悉,2025年度全国科普统计数据显示,我国科普经费投入稳健增长,公共财政投入发挥引领作用,2025年全国科普工作经费筹集额达243.98亿元,比2024年增长9.8%。
2026-09-21 09:08
工业和信息化部近期印发《信息通信行业发展“十五五”规划》,提出到2030年,全面建成覆盖完善、性能领先的新一代通信网,为到2035年基本实现信息通信行业现代化奠定坚实基础。新一代通信网是以6G为代表的下一代通信基础设施,是通信、感知、计算、智能深度融合的全新网络形态。
2026-09-20 09:30
2026海洋合作发展论坛日前在山东青岛举办。论坛上发布的《中国海洋发展指数报告2026》显示,2025年中国海洋发展指数为132.3,比上年增长2.5%,海洋经济高质量发展稳步推进,海洋强国建设取得新成效。
2026-09-20 02:25
工业和信息化部、国家发展改革委等十部门18日发布《医药工业发展“十五五”规划》。规划提出,到2030年,生物医药研发应用稳居世界前列,创新驱动效能充分释放,重点领域关键核心技术实现系统性突破。
2026-09-20 02:35
赛场空域,细如发丝的光纤从指尖牵向无人机,操控手屏息凝神,稳稳控住摇杆,指尖稍一晃动,任务成败便在毫厘之间。湖畔的测试区域,学生们手握遥控器,操控自研履带车沿着岸边缓缓“散步”,在低速行进中认真打磨每一处细节。
2026-09-20 02:25
望宇登月服研制工作已攻克数十项关键技术。
2026-09-20 09:26
学术专著《医学传播学通论》由上海科技教育出版社正式出版。
2026-09-18 20:52
近期,我国北方多地进入秋季花粉高峰期。秋季致敏花粉主要来自蒿属、葎草属、豚草属、藜科、苋科等草本植物。这些植物的花并不显眼,却能产生数量庞大的花粉。
2026-09-18 10:20
一个月球上新形成的陨石坑,让研究人员有机会了解这颗离我们最近的天体的复杂地质构造。该陨石坑由发生在2024年的一次小行星撞击形成,直径约为222米,是迄今人们亲眼观测到形成过程的最大陨石坑。
2026-09-18 10:24
加载更多