Коли Штучний Інтелект Переписує Закони Всесвіту: Чи Загрожує Це Майбутньому Людських Відкриттів?
Привіт усім! На зв’язку Кейсі Байт. Минулого тижня я, за кавою, ділився думками з одним знайомим фізиком… Та ні, не про теорію струн чи природу темної матерії. Ми обговорювали те, як штучний інтелект, про який зараз говорять усі, не просто допомагає в науці, а й, фактично, переписує підручники з фізики. І це, скажу я вам, набагато цікавіше, ніж будь-яка драма в серіалі!
Уявіть: ви десятиліттями вивчаєте, як влаштований світ, будуєте теорії, конструюєте складні прилади, а потім з’являється… ну, не зовсім “робот”, а радше шматок коду, і каже: “Гей, хлопці, ви тут трохи помилилися. Ось як усе працює насправді”. Звучить як наукова фантастика, правда? Але останні дослідження показують, що це вже наша реальність. І ми з вами зануримося прямо в епіцентр цих революційних відкриттів, розбираючись, що ж там відбувається – просто, зрозуміло, і, сподіваюся, з легкою посмішкою. Готові? Тоді починаємо!
Частина 1: Плазма, Пил і… Незрозумілі Сили?
Усе почалося з того, що команда вчених з Університету Еморі взялася за дослідження так званої “пилової плазми”. Звучить як назва з фільму про космічні катастрофи, але насправді це одна з найпоширеніших форм матерії у Всесвіті.
Цікавий факт: Плазма – це четвертий стан матерії, після твердого, рідкого та газоподібного. Це іонізований газ, де електрони відірвані від атомів. Зорі, сонячний вітер, блискавки, полярне сяйво – усе це плазма!
Пилова плазма – це взагалі окрема історія. Уявіть: цей хаос із заряджених частинок (це власне плазма) доповнюється найдрібнішими зарядженими пилинками. Це як налити молока в міцну каву – відбувається змішування, але стає ще цікавіше!
Історія з життя: коли астронавти виходять на Місяць, їхні скафандри покриваються місячним пилом. І цей пил, заряджений, згідно з місячною фізикою, просто собі “літає” над поверхнею. А на Землі, під час лісових пожеж, величезні хмари диму також утворюють пилову плазму, коли частинки диму набувають заряду та змішуються. Ця субстанція може заважати радіосигналам, через що пожежники іноді втрачають зв’язок. Виходить, що дивний пил – це не просто незручність, а справжня наукова загадка!
Роками вчені думали, що чудово розуміють, як ця пилова плазма поводиться. Вони мали власні теорії про взаємодію частинок, про те, як більші частинки несуть більше заряду, про сили, що діють між ними. Це нагадувало набір базових правил, за якими існував увесь “дивний” світ матерії.
Але команда з Еморі вирішила експериментувати. Вони навчили систему штучного інтелекту аналізувати дані з експериментів з пиловою плазмою у тривимірному просторі. І те, що виявив ШІ, фактично перевернуло деякі наші найглибші припущення про фізику.
Частина 2: Нереципрокні Сили – Коли “Відбиття” Стає “Притяганням”
Штучний інтелект виявив так звані “нереципрокні сили”. Звучить складно, але суть проста: сила, яку частинка А передає частинці Б, буде кардинально відрізнятися від сили, яку частинка Б передасть у відповідь частинці А. Це наче ви штовхаєте когось, а у відповідь отримуєте зовсім іншу силу.
Не повторюйте моїх помилок: намагатися пояснити нереципрокні сили на прикладі двох кішок, що штовхають одна одну. Це жахлива аналогія. Краще послухайте вчених.
Вчені запропонували чудову аналогію: уявіть два човни, що рухаються по озеру. Кожен човен створює власні хвилі. Хвиля від одного човна може притягувати до себе інший. Але хвиля від другого човна може відштовхувати перший! Усе залежить від їх положення. У пиловій плазмі виявилося, що частинка, яка рухається попереду (leading particle), притягує ту, що позаду (trailing particle). Але частинка, що позаду, завжди відштовхує ту, що попереду! Дивно, чи не так?
І це ще не все. ШІ також показав, що деякі з наших старих теорій про пилову плазму були… м’яко кажучи, не зовсім точними. Наприклад, роками вважалося, що чим більша частинка, тим більший заряд вона несе, і це співвідношення має чіткий характер. Але ШІ показав, що все складніше. Це співвідношення залежить від щільності та температури плазми, а не лише від розміру частинки.
Що абсолютно вражає: ця система ШІ описала ці сили з понад 90% точністю! Це найточніший опис фізики пилової плазми, який ми коли-небудь мали. І, що найважливіше, це не “чорний ящик”. Вчені розуміють, як і чому це працює. А це означає, що такий підхід можна застосовувати й до інших складних систем.
Це справді новий крок у науці. ШІ не просто обробляє дані чи оптимізує експерименти. Він відкриває нові фізичні закони, що керують нашим Всесвітом.
Частина 3: Зорі, Хвилі та… Дивні Петлі в Детекторах?
Якщо історія з пиловою плазмою вас не вразила, приготуйтеся до того, що відбувається з виявленням гравітаційних хвиль. Тут усе настільки дивно, що навіть самі вчені, які цим займаються, не до кінця розуміють, що саме ШІ створив.
Уявіть собі детектор LIGO. Це гігантські L-подібні споруди з “руками”, довжиною 4 кілометри кожна. Коли гравітаційні хвилі (ті самі космічні “брижі” у просторі-часі, спричинені зіткненнями чорних дір) проходять повз Землю, вони змінюють довжину цих “рук” менше, ніж на ширину… атома водню!
Якби ви захотіли виміряти відстань до найближчої зірки, Альфа Центавра, з точністю до ширини людської волосини – ось приблизно такий рівень точності нам потрібен для LIGO. Просто вражає, що люди взагалі змогли створити щось настільки чутливе!
На розробку LIGO пішло два десятиліття, і вперше гравітаційну хвилю було зафіксовано лише у 2015 році. З того часу це відкрило абсолютно нове вікно у Всесвіт, дозволивши спостерігати космічні події, недоступні для звичайних телескопів.
І ось тут починаються справжні баталії. Команда з Інституту Макса Планка вирішила перевірити, чи зможе ШІ покращити ці людські винаходи. Вони створили систему ШІ на ім’я Уранія і “скормили” їй дані про всі можливі компоненти та конфігурації, які могли б скласти інтерферометр для гравітаційних хвиль.
Результат приголомшив. Уранія запропонувала дизайни детекторів із такими собі дивними, незвичними компонуваннями, які зовсім не мали сенсу для фізиків-людей. Один дизайн мав якусь додаткову петлю світла, яка здавалася абсолютно випадковою та безглуздою. Але коли вчені почали глибше аналізувати, що ж саме робить ця дивна петля, вони зрозуміли: ШІ самостійно виявив і застосував концепцію зменшення шуму, яку фізики раніше обговорювали лише теоретично! Ця дивна петля фактично реалізовувала просунуту техніку, яка могла б збільшити чутливість LIGO на 10-15%.
Це може здатися незначним покращенням, але в астрономії гравітаційних хвиль навіть невелике збільшення чутливості – це справжня революція. Це означає, що ми зможемо виявити гравітаційні хвилі від подій, що відбуваються за мільярди світлових років від нас. Ми могли б розширити наш доступний обсяг Всесвіту в 50 разів!
І знаєте, що найцікавіше? Уранія не просто створила один дивний дизайн. Вона запропонувала десятки нових експериментальних конфігурацій, багато з яких перевершили навіть найкращі людські концепції для детекторів нового покоління. Деякі дизайни ШІ могли б покращити чутливість більш ніж у 10 разів порівняно з нинішніми технологіями!
І хоча деякі дизайни Уранії, після аналізу, виявили відомі фізичні принципи, інші запропонували абсолютно нові, які вчені досі не повністю розуміють. Вчені буквально опублікували свої висновки з такими заголовками: “Вчені досі до кінця не розуміють ці нові інтригуючі детектори гравітаційних хвиль, розроблені ШІ”.
ШІ став креативним партнером в експериментальній фізиці, генеруючи настільки нетрадиційні ідеї, що людські експерти щиро дивуються. І найприємніше – всі ці дизайни були зроблені доступними у так званому “зоопарку детекторів”. Тож вчені з усього світу можуть їх вивчати та, можливо, будувати ці ШІ-прилади.
Частина 4: Нові Закони Фізики, як Рецепти від Бабусі
Те, що зараз відбувається, виходить далеко за межі цих прикладів. Ми стаємо свідками того, чого ніколи не було в історії науки. Системи ШІ не просто допомагають вченим, а діють як креативні співучасники в науковому процесі.
Я натрапив на статтю, яка чудово це ілюструє. Фізик Кайл Кренмер з Університету Вісконсина порівнює поточний стан ШІ у фізиці з навчанням дитини говорити. Зараз ці системи потребують багато “няньки” та людського супроводу. Але вони вже помічають у даних закономірності, які люди повністю пропускають.
Наприклад, команда Кренмера використовувала машинне навчання для аналізу астрономічних даних і прогнозування того, як скупчується темна матерія у Всесвіті. ШІ запропонував математичні формули, які краще описують щільність темної маси, ніж будь-що, створене людьми. І не просто обчислення. ШІ буквально відкриває нові способи розуміння однієї з найбільших таємниць космології.
І це відбувається в усіх галузях фізики. На дослідницьких майданчиках, подібних до LIGO, вчені використовують ШІ для пошуку закономірностей навколишнього середовища, які впливають на чутливість детекторів. Ці системи можуть обробляти дані з понад 100 000 датчиків одночасно, виявляючи кореляції між землетрусами, океанськими хвилями і навіть вітровими потоками та якістю вимірювань гравітаційних хвиль.
Що справді цікаво, так це те, як ШІ змінює сам підхід до планування експериментів. Традиційно вчені витрачали місяці або роки на ретельне планування експериментів, базуючись на своєму теоретичному розумінні. Але тепер ШІ може досліджувати величезний простір можливих експериментальних конфігурацій за години чи дні, знаходячи рішення, які людська інтуїція ніколи б не розглядала.
Я також дізнався, що є фізик на ім’я Маріо Кренн, який розробив алгоритми ШІ спеціально для того, щоб спрямовувати дослідників до нових ідей у фізиці. Коли він намагався розробити експеримент для спостереження специфічного виду квантової заплутаності, він звернувся до своєї системи ШІ на ім’я Мелвін. ШІ був навчений на всіх відомих квантових експериментах і міг комбінувати різні підходи для вирішення нових проблем. Мелвін знайшов рішення лише за кілька годин, яке Кренн та його команда не могли знайти протягом тижнів, використовуючи власну логіку. Завдяки рамкам ШІ вони побудували експериментальну установку та вперше спостерігали квантовий феномен.
Але що мене найбільше захоплює у всьому цьому? Ці системи ШІ не просто бездумно обробляють дані. Вони залучені до фундаментальних творчих завдань наукового відкриття. Вони пропонують гіпотези, розробляють експерименти, і навіть виправляють давно усталені теоретичні припущення. Дослідження пилової плазми, про яке я згадував раніше, – чудовий приклад. ШІ не просто аналізував наявні дані. Він показав, що деякі з наших базових теоретичних припущень щодо фізики плазми виявилися невірними. Він, по суті, переписує підручники.
І ця тенденція прискорюється. За останні кілька років ми бачили, як системи ШІ відкривають нові матеріали, оптимізують хімічні реакції, прогнозують структури білків, а тепер і розробляють зовсім нові типи фізичних експериментів. Шведська королівська академія навіть присудила Нобелівську премію з фізики 2024 року, частково визнаючи, наскільки глибоко ШІ та фізика зараз переплетені.
Частина 5: “Ей, Комп’ютере, Відкрий Усю Науку!”
Тож куди все це веде? І, я думаю, те, що ми бачимо зараз, – це, ймовірно, лише початок чогось значно більшого. Я читав звіт під назвою “AI for Science 2025”, і він справді дає змогу поглянути на речі з перспективи. Він описує те, що вони називають “фундаментальним зсувом парадигми” у тому, як працюють наукові відкриття.
Століттями наука йшла за таким шаблоном: спостерігаємо щось у природі, формулюємо гіпотезу, чому це відбувається, і розробляємо експерименти для перевірки цієї гіпотези, а потім підтверджуємо або спростовуємо теорію.
Але ШІ перевертає весь цей процес догори дриґом. Замість того, щоб починати з людських гіпотез, ШІ може автоматично виявляти приховані закономірності у величезних масивах даних без будь-яких попередніх уявлень про те, що він може знайти. Це як мати вченого, який може обробляти інформацію без когнітивних упереджень, що впливають на людське мислення.
І це справді змушує людей хвилюватися і трохи лякатися, тому що це піднімає глибокі питання про майбутнє людських вчених. Якщо ШІ може відкривати нову фізику, розробляти кращі експерименти і навіть виправляти наші власні теоретичні припущення, що залишиться для людей?
Але я особисто вважаю, що відповідь більш оптимістична, ніж лячна. Те, що ми бачимо, – це не заміна людських вчених ШІ. Це стає неймовірним інструментом, який підсилює людську креативність та проникливість. Дослідники пилової плазми все ще потребують тлумачення того, що знайшов ШІ, і розуміння його фізичного змісту. Команда LIGO все ще повинна будувати та тестувати ці дивні дизайни детекторів, створених ШІ.
І те, що справді захоплює, – це те, що це може прискорити наукові відкриття способами, яких ми ніколи раніше не бачили. Деякі дослідники вже говорять про використання великих мовних моделей, подібних до ChatGPT, для автоматизації, перевизначення та вдосконалення всього процесу наукових гіпотез. Уявіть собі ШІ, який може прочитати кожну опубліковану статтю з фізики, виявити прогалини в нашому розумінні та запропонувати конкретні експерименти для заповнення цих прогалин. Ми, можливо, перебуваємо на межі того, що люди називають “золотим віком відкриттів”.
ШІ може допомогти нам вирішити деякі з найбільших невирішених проблем у фізиці, як-от: темна матерія, темна енергія, квантова гравітація та об’єднання загальної теорії відносності з квантовою механікою. Це більше не просто “комп’ютер розуміє нас і пізнає нас, допомагає і робить ці речі”. Це більше нагадує “Гей, комп’ютере, відкрий усю фізику!” І він може це зробити. Або “Гей, запустіть чудову компанію!” І він може це зробити.
Я також натрапив ще на цікавий момент про те, як ШІ може допомогти нам знайти абсолютно неочікувані явища. Щоразу, коли ми розробляли прилади, що дозволяли спостерігати нові довжини хвиль світла, ми відкривали зовсім нові типи об’єктів, які ніхто не передбачав. І дослідники, які працюють над детекторами гравітаційних хвиль, розробленими ШІ, сподіваються на те саме: їхні чутливіші прилади можуть зафіксувати космічні події, про які ми навіть не здогадувалися.
І є глибше філософське питання про те, що означає, коли машини відкривають нову фізику. Чи ці системи ШІ справді розуміють фізичний світ, чи вони просто надзвичайно складні “машини для зіставлення шаблонів”? Зараз більшість експертів, ймовірно, скажуть, що це друге. Ці системи надзвичайно добре знаходять закономірності та роблять прогнози, але вони нездатні до справжнього розуміння, як люди. Вони не можуть пояснити інтуїтивне “чому” за своїми відкриттями або помістити їх у ширший контекст людських знань про Всесвіт. Але, цілком можливо, це змінюється швидше, ніж ми думаємо.
