ИИ и теорията на струните: Стъпка към бъдещето на физиката

Изследователите, работещи в областта на теорията на струните започнаха да използват машинно обучение, за да превърнат микроскопичните конфигурации на допълнителните измерения в набори от елементарни частици.

Досега обаче те не са успели да свържат тези резултати с нашия свят.

Теорията на струните привлече вниманието на физиците преди десетилетия с простата си идея. При достатъчно увеличение на пространството могат да се видят не частици и квантови полета, а просто идентични струни от енергия, които вибрират и се свързват помежду си. В края на 80-те години на миналия век беше открито, че тези „струни“ могат да вибрират само по няколко начина. Това откри възможността да се проследи пътя от вибрациите на струните до елементарните частици на нашия свят. Най-дълбоките вибрации на струните създават гравитони – хипотетичните частици, които формират гравитационната структура на пространство-времето. Други вибрации пораждат електроните, кварките и неутриното. Теорията на струните е наричана „теория на всичко“.

„Хората смятаха, че е въпрос на време да се изчисли всичко, което трябва да се знае.“

казва Антъни Ашмор, теоретик на струните в Сорбонския университет в Париж

Със задълбочаването на изучаването на теорията на струните обаче се разкрива нейната сложност.

Всеки подход към нашия свят на частици и сили увеличаваше броя на възможните варианти. За да се постигне математическа последователност, струните трябва да се движат в 10-измерно пространство-време, докато нашият свят има четири измерения (три пространствени и едно времево). Това доведе до заключението, че шестте допълнителни измерения са навити в микроскопични форми, подобни на гъби. Тези неосезаеми форми имат трилиони разновидности, което прави задачата да се определи конфигурация, която да съответства на нашия свят почти невъзможна.

Теоретиците на струните се опитаха да установят дали тези форми и струнни полета могат да опишат елементарните частици, но броят на възможностите беше непосилен – 10^500 възможни микроскопични конфигурации. Никой не можел да разбере как да различи макроскопичния свят на частиците от конкретна конфигурация от измерения и струни.

„Може ли теорията на струните да направи уникални предсказания? Наистина ли е физика? Отговорът все още е не.“

казва Лара Андерсън, физик от Вирджинския технически университет, която е посветила голяма част от кариерата си на свързването на струните с частиците

Съвременните изследователи използват нов инструмент за решаване на стар проблем: невронни мрежи – програми, използвани в изкуствения интелект.

През последните месеци две групи физици и компютърни специалисти използваха невронни мрежи, за да изчислят точно макроскопичния свят, който се появява от микроскопичния свят на струните. Дългоочакваният ход съживи интереса към това дали теорията на струните наистина може да опише нашия свят.

„Не можем да твърдим, че това са правилата за нашата вселена, но това е голяма стъпка в правилната посока.“

казва Андерсън

Основната характеристика, която определя макроскопичния свят, възникващ от теорията на струните, е конфигурацията от шест допълнителни измерения. Най-простата от тези конфигурации са 6D фигури, наречени пространства на Калаби-Яу. Тези обекти привличат физиците поради две характеристики – те могат да съдържат квантови полета със симетрия, известна като суперсиметрия. Суперсиметричните полета са по-лесни за изучаване.

Изследователите са успели да използват невронни мрежи за изчисляване на метриките на пространствата на Калаби-Яу, което им е позволило да изчислят масите на частиците. Това обаче е само първата стъпка. Следващата стъпка е да се отчетат взаимодействията на частиците с полето на Хигс, което изисква допълнителни изчисления с помощта на невронни мрежи. ИИ може да помогне да се премине от теоретични модели към конкретни прогнози.

По този начин, въпреки че теорията на струните е изправена пред огромни предизвикателства, използването на невронни мрежи открива нови перспективи в нейното изучаване и приближава учените към разбирането дали тази теория наистина може да опише нашия свят.