すべての物理法則は、状態変数間の接続として数学的に表現できます。 この一連の変数は、手元にあるシステムの完全で冗長性のない説明を提供します。 隠れた状態変数を検出する実際のプロセスは、処理能力と人工知能の可用性にもかかわらず、自動化を無視しています。
物理現象をモデル化するためのほとんどのデータ駆動型手法は、関連する状態変数が既にわかっているという前提に依然として依存しています。 長年の疑問は、高次元の観測データのみから状態変数を識別できるかどうかです。
コロンビア エンジニアリングの科学者は、観測されたシステムが持つ可能性のある状態変数の数と、これらの変数が何であるかを判断するための原則を提案しました。 彼らは、ビデオカメラを通して物理現象を観察し、観察されたダイナミクスを完全に説明する基本的な変数の最小限のセットを検索しようとする新しい AI プログラムを設計しました。
機械工学科の Creative Machines Lab のディレクターである Hod Lipson 氏は、次のように述べています。 「この答えは十分に近いと思いました。 特に、AI がアクセスできるのは生のビデオ映像だけであり、物理学や幾何学の知識はまったくありませんでした。 しかし、変数の数だけでなく、変数を知りたかったのです。」
次に、科学者は、プログラムが特定した実際の変数を視覚化しました。 プログラムは、人間がアクセスできる直感的な言語で変数を表現できないため、変数自体を抽出することは困難でした。 かなりの調査の結果、コンピューターが選択した変数のうち XNUMX つが腕の角度と一致していることが判明しましたが、残りの XNUMX つはまだ不明です。
Boyuan Chen Ph.D. デューク大学の助教授である'22は、次のように述べています。 「他の変数を、考えられるあらゆるものと関連付けてみました。角速度と線形速度、運動エネルギーと位置エネルギー、既知の量の組み合わせです。 しかし、完全に一致するものはないようでした。 AI は適切な予測を行っていたので、XNUMX つの変数の適切なセットを見つけたと確信していましたが、AI が話している数学言語をまだ理解していません。」
したがって、彼らは既知のソリューションを使用して他のいくつかの物理システムを検証しました。 彼らは、明確な答えを知らなかったシステムのビデオを提供しました。 最初のビデオでは、地元の中古車置き場の前でうねる「エア ダンサー」が登場しました。 数時間の分析の後、プログラムは 8 つの変数を返しました。 溶岩ランプのビデオも 8 つの変数を生成しました。 次に、休日の暖炉のループから炎のビデオ クリップを入力すると、プログラムは 24 の変数を返しました。
リプソン氏は、 「知的な異星人に会ったことがあるだろうか、彼らは私たちと同じ物理法則を発見したのでしょうか、それとも宇宙を別の方法で説明するのでしょうか?」
「おそらく、いくつかの現象は、間違った変数セットを使用して理解しようとしているため、謎めいた複雑に見える. 実験では、変数の数は AI が再起動するたびに同じでしたが、特定の変数は異なりました。 そうです、宇宙を説明する別の方法があり、私たちの選択が完璧ではない可能性は十分にあります。」
この種の AI は、科学者が、生物学から宇宙論に至るまで、膨大な量のデータに理論的理解が追いついていない複雑な現象を解明するのに役立ちます。
黄光博士論文の共著者である'22は、 と, 「この作業ではビデオ データを使用しましたが、レーダー アレイや DNA アレイなど、任意のアレイ データ ソースを使用できます。」
リプソンは次のように主張している。 「科学者は、多くの現象を説明するための適切な変数のセットを持っていないという理由だけで、多くの現象を誤解したり理解し損ねたりしている可能性があります。」
「何千年もの間、人々は物体が速くまたはゆっくり動くことを知っていましたが、ニュートンが彼の有名な運動の法則 F=MA を発見できたのは、速度と加速度の概念が正式に定量化されたときだけでした。」
「温度と圧力を表す変数は、熱力学の法則を形式化する前に特定する必要があり、科学の世界の隅々までそうでした。 変数はあらゆる理論の前兆です。」
ジャーナルリファレンス：
- Chen、B.、Huang、K.、Raghupathi、S.ら。 実験データに隠された基本変数の自動発見。 ナット計算科学 2、433〜442（2022）。 DOI： 10.1038/s43588-022-00281-6
