人工智能技术可以帮助解决量子力学领域的奥秘

（文章来源：教育新闻网）

天文学家花了几个世纪才弄清楚。但是现在，受大脑启发的机器学习算法已经得出结论，它应该根据太阳和火星的运动如何从地球上出现，将太阳置于太阳系的中心。这一壮举是这项技术的第一个测试，研究人员希望他们可以通过发现大数据集中的模式来发现新的物理定律，并重新制定量子力学。结果将出现在Physical Review Letters1中。

苏黎世瑞士联邦理工学院(ETH)的物理学家Renato Renner和他的合作者想要设计一种算法，该算法可以将大数据集提炼为几个基本公式，从而模仿物理学家提出诸如E=mc的简洁方程式的方式。2。为此，研究人员必须设计一种新型的神经网络，这是一种受大脑结构启发的机器学习系统。

传统的神经网络通过训练庞大的数据集来学习识别物体，例如图像或声音。他们发现了一般特征-例如，“四只腿”和“尖头的耳朵”可能被用来识别猫。然后，他们在数学“节点”(神经元的人工等效物)中对这些特征进行编码。但是，神经网络不是像物理学家那样将这些信息提炼成几个易于解释的规则，而是一个黑匣子，以一种无法预测且难以解释的方式将其获得的知识分布在成千上万个节点上。

因此，Renner的团队设计了一种“整体化”的神经网络：两个子网仅通过少数几个链接就相互连接了。第一个子网络将像典型的神经网络一样从数据中学习，第二个子网络将利用该“经验”来进行和测试新的预测。由于几乎没有连接双方的链路，因此第一个网络被迫以压缩格式将信息传递给另一侧。Renner将其比作顾问如何将所学知识传递给学生。

最初的测试之一是给网络提供有关从地球上看到的火星和太阳在天空中运动的模拟数据。从这个角度来看，火星的太阳轨道似乎是不稳定的，例如它会周期性地“逆行”，从而逆转其方向。几个世纪以来，天文学家一直认为地球处于宇宙的中心，并通过暗示行星在天球中以称为行星轮的小圆圈运动来解释火星的运动。但是在1500年代，哥白尼(Nicolaus Copernicus)发现，如果地球和行星都在绕太阳公转，则可以用更简单的公式系统来预测运动。

加拿大多伦多大学物理学家马里奥·克伦(Mario Krenn)说，研究小组的神经网络提出了哥白尼式的火星轨迹公式，重新发现了“科学史上最重要的范式转变之一”。科学发现的智慧。Renner强调，尽管该算法可以推导公式，但仍需用肉眼来解释方程式，并了解它们与行星围绕太阳运动的关系。

纽约市哥伦比亚大学的机器人学家霍德·利普森说，这项工作很重要，因为它能够挑选出描述物理系统的关键参数。他说：“我认为，这些技术是我们理解并跟上物理学中乃至更复杂现象日益增长的唯一希望。”Renner和他的团队希望开发机器学习技术，以帮助物理学家解决量子力学中的明显矛盾。该理论似乎对实验的结果以及遵循其定律的观察者的观察方式产生了相互矛盾的预测2。

Renner说：“量子力学的当前表达方式可能在某种程度上只是历史的人工制品。”他补充说，计算机可以提出一种没有这种矛盾的表述，但是该团队的最新技术还不够完善。为了实现该目标，他和他的合作者正在尝试开发其神经网络的一种版本，该版本不仅可以从实验数据中学习，而且可以提出全新的实验来检验其假设。