(MR.Cole_Photographer/Moment/Getty Images) Schnappen Sie sich ein beliebiges Physiklehrbuch und Sie werden eine Formel nach der anderen finden, die beschreibt, wie Dinge wackeln, fliegen, ausweichen und anhalten. Die Formeln beschreiben Aktionen, die wir beobachten können, aber hinter jeder Formel könnten eine Reihe von Faktoren stehen, die nicht sofort offensichtlich sind.
Nun hat ein neues KI-Programm, das von Forschern der Columbia University entwickelt wurde, offenbar seine eigene alternative Physik entdeckt.
Nachdem ihr Videos von physikalischen Phänomenen auf der Erde gezeigt wurden, hat die KI die aktuellen Variablen, die wir verwenden, nicht wiederentdeckt; Stattdessen wurden tatsächlich neue Variablen entwickelt, um zu erklären, was es sah.
Um es klarzustellen: Das bedeutet nicht, dass unsere aktuelle Physik fehlerhaft ist oder dass es ein besser geeignetes Modell gibt, um die Welt um uns herum zu erklären. (Einsteins Gesetze haben sich als unglaublich robust erwiesen.) Aber diese Gesetze konnten nur existieren, weil sie auf der Grundlage einer bereits existierenden „Sprache“ von Theorien und Prinzipien aufgebaut waren, die durch jahrhundertelange Tradition begründet wurden.
Würden wir angesichts einer alternativen Zeitachse, in der andere Köpfe die gleichen Probleme mit einer etwas anderen Perspektive angingen, die Mechanismen, die unser Universum erklären, immer noch auf die gleiche Weise formulieren?
Auch mit neuer Technologie Schwarze Löcher abbilden und erkennen seltsame, ferne Welten , diese Gesetze haben sich immer wieder bewährt (Randbemerkung: Quantenmechanik ist ein ganz andere Geschichte , aber bleiben wir hier bei der sichtbaren Welt).
Diese neue KI hat sich nur Videos einer Handvoll physikalischer Phänomene angesehen und ist daher in keiner Weise in der Lage, neue physikalische Methoden zur Erklärung des Universums zu entwickeln oder zu versuchen, Einstein zu besiegen. Das war hier nicht das Ziel.
„Ich habe mich immer gefragt: Wenn wir jemals einer intelligenten außerirdischen Rasse begegnet wären, hätten sie dann die gleichen physikalischen Gesetze entdeckt wie wir, oder würden sie das Universum vielleicht anders beschreiben?“ sagt der Robotiker Hod Lipson vom Creative Machines Lab an der Columbia .
„In den Experimenten war die Anzahl der Variablen bei jedem Neustart der KI gleich, aber die spezifischen Variablen waren jedes Mal anders.“ „Ja, es gibt alternative Möglichkeiten, das Universum zu beschreiben, und es ist durchaus möglich, dass unsere Entscheidungen nicht perfekt sind.“
Darüber hinaus wollte das Team wissen, ob KI tatsächlich neue Variablen finden kann – und uns so helfen kann, komplexe neue Phänomene zu erklären, die in unserer aktuellen Datenflut auftauchen, für die wir derzeit nicht über das theoretische Verständnis verfügen, um Schritt zu halten.
Zum Beispiel die neuen Daten, die aus riesigen Experimenten wie dem Large Hadron Collider stammen Hinweis auf neue Physik .
„Welche anderen Gesetze fehlen uns, nur weil uns die Variablen fehlen?“ sagt der Mathematiker Qiang Du von der Columbia University.
Wie findet eine KI neue Physik? Zunächst fütterte das Team das System mit rohem Videomaterial von Phänomenen, die es bereits verstanden hatte, und stellte dem Programm eine einfache Frage: Welche grundlegenden Variablen sind mindestens erforderlich, um zu beschreiben, was vor sich geht?
Das erste Video zeigte ein schwingendes Doppelpendel, von dem bekannt ist, dass es vier Zustandsvariablen gibt: den Winkel und die Winkelgeschwindigkeit jedes der beiden Pendel.
Die KI grübelte ein paar Stunden lang über das Filmmaterial und die Frage und spuckte dann eine Antwort aus: Dieses Phänomen würde 4,7 Variablen erfordern, um es zu erklären, hieß es.
Das kommt den vier, die wir kennen, nahe genug … aber es erklärt immer noch nicht, was die KI für die Variablen gehalten hat.
Anschließend versuchte das Team, die bekannten Variablen mit den von der KI ausgewählten Variablen abzugleichen. Zwei von ihnen passten lose zu den Winkeln der Arme, aber die anderen beiden Variablen blieben ein Rätsel. Dennoch konnte die KI genaue Vorhersagen darüber treffen, was das System als Nächstes tun würde, sodass das Team davon ausging, dass die KI auf etwas gestoßen sein musste, das sie nicht ganz begreifen konnten.
„Wir haben versucht, die anderen Variablen mit allem und jedem zu korrelieren, was uns einfiel: Winkel- und Lineargeschwindigkeiten, kinetische und potentielle Energie und verschiedene Kombinationen bekannter Größen.“ sagt Softwareforscher Boyuan Chen , jetzt Assistenzprofessor an der Duke University, der die Arbeit leitete.
„Aber nichts schien perfekt zusammenzupassen … wir verstehen die mathematische Sprache, die es spricht, noch nicht.“
Anschließend zeigte das Team der KI weitere Videos. Das erste zeigte einen „Lufttänzer“ mit wellenförmigen Armen, der im Wind wehte (die KI sagte, dass es acht Variablen gab). Lavalampenaufnahmen erzeugten außerdem acht Variablen. Ein Videoclip mit Flammen kam mit 24 Variablen zurück.
Jedes Mal waren die Variablen einzigartig.
„Ohne Vorkenntnisse der zugrunde liegenden Physik entdeckt unser Algorithmus die intrinsische Dimension der beobachteten Dynamik und identifiziert Kandidatensätze von Zustandsvariablen.“ schreiben die Forscher in ihrer Arbeit .
Dies deutet darauf hin, dass KI uns in Zukunft möglicherweise dabei helfen könnte, Variablen zu identifizieren, die neuen Konzepten zugrunde liegen, die uns derzeit nicht bekannt sind. Beobachten Sie diesen Bereich.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturinformatik .