Semua hukum fisika dapat dinyatakan secara matematis sebagai hubungan antar variabel keadaan. Kumpulan variabel ini memberikan gambaran menyeluruh dan tidak berlebihan tentang sistem yang ada. Proses sebenarnya dalam mendeteksi variabel keadaan tersembunyi tidak dapat dilakukan secara otomatis, meskipun terdapat kekuatan pemrosesan dan kecerdasan buatan.
Sebagian besar metode pemodelan fenomena fisik berbasis data masih mengandalkan asumsi bahwa variabel keadaan yang relevan telah diketahui. Pertanyaan yang sudah lama muncul adalah apakah ia dapat mengidentifikasi variabel keadaan hanya dari data observasi berdimensi tinggi.
Para ilmuwan di Columbia Engineering mengusulkan sebuah prinsip untuk menentukan berapa banyak variabel keadaan yang mungkin dimiliki suatu sistem yang diamati dan apa saja variabel-variabel tersebut. Mereka merancang program AI baru untuk mengamati fenomena fisik melalui kamera video dan kemudian mencoba mencari sekumpulan variabel fundamental minimal yang sepenuhnya menggambarkan dinamika yang diamati.
Hod Lipson, direktur Lab Mesin Kreatif di Departemen Teknik Mesin, mengatakan, “Kami pikir jawaban ini cukup mendekati. Terutama karena AI hanya bisa mengakses rekaman video mentah, tanpa pengetahuan fisika atau geometri. Tapi kami ingin mengetahui variabelnya, bukan hanya jumlahnya.”
Para ilmuwan kemudian memvisualisasikan variabel sebenarnya yang diidentifikasi oleh program tersebut. Karena program tidak dapat mengekspresikan variabel dalam bahasa intuitif apa pun yang dapat diakses oleh manusia, mengekstraksi variabel itu sendiri merupakan suatu tantangan. Setelah diselidiki secara menyeluruh, ternyata dua variabel yang dipilih komputer cocok dengan sudut lengan, namun dua lainnya masih belum diketahui.
Boyuan Chen Ph.D. '22, asisten profesor di Duke University, berkata, “Kami mencoba mengkorelasikan variabel lain dengan apa pun yang dapat kami pikirkan: kecepatan sudut dan linier, energi kinetik dan potensial, serta kombinasi besaran yang diketahui. Tapi sepertinya tidak ada yang cocok dengan sempurna. Kami yakin bahwa AI telah menemukan empat variabel yang bagus karena mampu membuat prediksi yang baik, namun kami belum memahami bahasa matematika yang digunakannya.”
Oleh karena itu, mereka memvalidasi beberapa sistem fisik lainnya dengan solusi yang diketahui. Mereka memberikan video tentang sistem yang mereka tidak tahu jawaban eksplisitnya. Video pertama menampilkan “penari udara” yang bergerak bergelombang di depan tempat parkir mobil bekas setempat. Setelah beberapa jam analisis, program mengembalikan 8 variabel. Video lampu lava juga menghasilkan 8 delapan variabel. Mereka kemudian memasukkan klip video api dari lingkaran perapian saat liburan, dan program tersebut mengembalikan 24 variabel.
Lipson berkata, “Saya selalu bertanya-tanya jika kita pernah bertemu ras alien yang cerdas, apakah mereka akan menemukan hukum fisika yang sama seperti kita, atau mungkinkah mereka mendeskripsikan alam semesta secara berbeda?”
“Mungkin beberapa fenomena tampak rumit dan penuh teka-teki karena kita mencoba memahaminya dengan menggunakan serangkaian variabel yang salah. Dalam percobaan, jumlah variabel sama setiap kali AI dimulai ulang, namun variabel spesifiknya berbeda. Jadi ya, ada cara alternatif untuk mendeskripsikan alam semesta, dan sangat mungkin pilihan kita tidak sempurna.”
Jenis AI ini dapat membantu para ilmuwan mengungkap fenomena kompleks yang pemahaman teoretisnya tidak dapat mengimbangi banyaknya data—bidang mulai dari biologi hingga kosmologi.
Kuang Huang Ph.D. '22, yang ikut menulis makalah ini, tersebut, “Meskipun kami menggunakan data video dalam pekerjaan ini, sumber data array apa pun dapat digunakan—array radar, atau array DNA, misalnya.”
Lipson berpendapat demikian “Para ilmuwan mungkin salah menafsirkan atau gagal memahami banyak fenomena hanya karena mereka tidak memiliki serangkaian variabel yang tepat untuk mendeskripsikannya.”
“Selama ribuan tahun, orang mengetahui tentang benda yang bergerak cepat atau lambat, namun hanya ketika gagasan tentang kecepatan dan percepatan diukur secara formal, Newton dapat menemukan hukum geraknya yang terkenal F=MA.”
“Variabel yang menggambarkan suhu dan tekanan perlu diidentifikasi sebelum hukum termodinamika dapat diformalkan, dan seterusnya untuk setiap sudut dunia ilmiah. Variabel-variabel tersebut adalah cikal bakal teori apa pun.”
Referensi Jurnal:
- Chen, B., Huang, K., Raghupathi, S. dkk. Penemuan otomatis variabel fundamental yang tersembunyi dalam data eksperimen. Ilmu Komputasi Nat 2–433 (442). DOI: 10.1038/s43588-022-00281-6
