در یک پیشرفت علمی بی‌سابقه، تیمی از دانشمندان آمریکایی با استفاده از یک برنامه هوش مصنوعی موفق به کشف قوانین ناشناخته‌ای در فیزیک شده‌اند. این دستاورد، که توسط پژوهشگران دانشگاه اموری در آتلانتا به دست آمده، نشان می‌دهد که هوش مصنوعی می‌تواند فراتر از تحلیل داده‌ها، به ابزاری قدرتمند برای اکتشافات بنیادی در علم تبدیل شود.

کاربردی فراتر از تحلیل داده‌ها

برخلاف کاربردهای رایج هوش مصنوعی در پیش‌بینی نتایج یا پاک‌سازی داده‌ها، این پژوهش از یک شبکه عصبی برای شناسایی قوانین بنیادی حاکم بر رفتار ماده استفاده کرده است. این رویکرد نوین، که کمتر در علم تجربی سابقه داشته، بر روی ماده‌ای به نام «پلاسما همراه با گردوغبار» (Dusty Plasma) متمرکز بود. این گاز داغ و باردار، که حاوی ذرات ریز گردوغبار است، رفتاری بسیار پیچیده و ناشناخته از خود نشان می‌دهد.

جاستین بارتون، از نویسندگان این مطالعه و استاد دانشگاه اموری، اظهار داشت: «ما نشان دادیم که می‌توان از هوش مصنوعی برای اکتشافات جدید فیزیکی استفاده کرد. روش ما یک جعبه سیاه نیست؛ ما می‌دانیم که چرا و چگونه کار می‌کند و چارچوبی که ارائه می‌دهد جهانی است.»

او همچنین افزود که این روش می‌تواند برای تحلیل سیستم‌های پیچیده چندذره‌ای در زمینه‌های متنوعی از جمله زیست‌شناسی سلولی و مواد صنعتی به کار رود و مسیرهای جدیدی برای کشف علمی بگشاید.

نحوه آموزش مدل هوش مصنوعی

پژوهشگران برای مطالعه پلاسما همراه با گردوغبار، که در نقاط مختلف جهان هستی از جمله حلقه‌های زحل و سطح ماه یافت می‌شود، یک سیستم تصویربرداری سه‌بعدی بسیار دقیق طراحی کردند. آن‌ها با استفاده از صفحه لیزری و دوربین‌های پرسرعت، حرکت هزاران ذره پلاستیکی را در فضای پلاسما ثبت و مسیر حرکت آن‌ها را در طول زمان تحلیل کردند.

داده‌های جمع‌آوری‌شده به یک شبکه عصبی ویژه داده شد. برخلاف بسیاری از مدل‌های هوش مصنوعی که به حجم عظیمی از داده نیاز دارند، این شبکه با یک مجموعه داده کوچک اما غنی آموزش دید. نکته مهم این بود که در ساختار شبکه، قوانین فیزیکی اولیه مانند جاذبه، نیروی مقاومت هوا و تعاملات ذره‌ای در نظر گرفته شده بود.

ایلیا نمِن‌من، استاد دانشگاه اموری و نویسنده ارشد مطالعه، توضیح داد: «وقتی قرار است پدیده‌ای ناشناخته را بررسی کنیم، معمولاً داده‌ی زیادی نداریم. بنابراین مجبور بودیم مدلی بسازیم که با داده کم هم بتواند یاد بگیرد.»

کشف قوانین دقیق با دقتی چشمگیر

شبکه عصبی طراحی‌شده حرکت ذرات را به سه مؤلفه تجزیه کرد:

• اثرات سرعتی: مانند مقاومت هوا.
• نیروهای محیطی: مانند گرانش.
• نیروهای بین‌ذره‌ای: تعاملات میان ذرات.

این ساختار به مدل اجازه داد رفتارهای پیچیده را در چارچوب اصول فیزیکی بیاموزد. در نهایت، مدل توانست توصیف دقیقی از نیروهای نامتقارن بین ذرات ارائه دهد؛ با دقتی بیش از ۹۹ درصد. یکی از یافته‌های جالب این بود که وقتی یک ذره در حرکت پیشتاز می‌شود، ذره دنباله‌رو را به سمت خود می‌کشد، اما ذره دنباله‌رو به جای کشیده‌شدن، پیشتاز را از خود می‌راند. این نوع تعامل نامتقارن پیش‌تر مطرح شده بود، اما هرگز به طور دقیق مدل‌سازی نشده بود.

اصلاح باورهای نادرست قدیمی

علاوه بر اکتشافات جدید، هوش مصنوعی توانست برخی مفروضات اشتباه و رایج در نظریه‌های فیزیک پلاسما را نیز تصحیح کند. نمِن‌من در این باره گفت: «ما نشان دادیم که برخی فرضیات رایج درباره این نیروها دقیق نیستند. حالا با جزئیاتی که به دست آورده‌ایم، می‌توانیم این نادرستی‌ها را اصلاح کنیم.»

برای مثال، پیش‌تر تصور می‌شد که بار الکتریکی یک ذره به طور خطی با اندازه آن افزایش می‌یابد؛ اما پژوهش‌ها نشان دادند که این رابطه به دما و چگالی پلاسما در محیط اطراف بستگی دارد، نه فقط به اندازه ذره.

فرضیه دیگری نیز مبنی بر این بود که نیروی میان ذرات همواره با افزایش فاصله، به طور نمایی کاهش می‌یابد، صرف‌نظر از اندازه آن‌ها. در حالی که مدل هوش مصنوعی نشان داد این افت نیرو نیز به اندازه ذرات وابسته است؛ نکته‌ای که پیش‌تر از دید دانشمندان مغفول مانده بود.

از رایانه‌های رومیزی تا کشفیات بزرگ

یکی از شگفتی‌های این پژوهش آن است که مدل هوش مصنوعی استفاده‌شده، تنها روی یک رایانه معمولی رومیزی اجرا شده است؛ اما همین ابزار ساده توانسته چارچوبی جهانی برای تحلیل سیستم‌های چندذره‌ای ایجاد کند. این یافته‌ها ثابت می‌کنند که هوش مصنوعی تنها محدود به تجزیه‌وتحلیل داده نیست، بلکه می‌تواند به عنوان ابزاری در خدمت اکتشاف علمی نیز قرار گیرد و رازهای پنهان طبیعت را آشکار سازد.

نمِن‌من در پایان ابراز امیدواری کرد: «با همه صحبت‌هایی که درباره تأثیر هوش مصنوعی در علم می‌شود، موارد معدودی هستند که در آن‌ها واقعاً چیز جدیدی مستقیماً به دست یک سیستم هوش مصنوعی کشف شده باشد. امیدوارم این پژوهش الهام‌بخش سایر دانشمندان برای کاوش در مسیرهای نوین کاربرد هوش مصنوعی در علم و جامعه باشد.»