Невронна мрежа „нарисува“ черна дупка, но Нобелов лауреат я нарече подвеждаща

В центъра на нашата галактика, Млечния път, се крие едно чудовище – свръхмасивната черна дупка Стрелец А*. В продължение на десетилетия астрономите се опитват да разгледат нейния портрет и през 2022 г. най-накрая успяха. Светът видя първото, макар и леко замъглено изображение на този космически гигант. Но науката не стои на едно място. Неотдавна екип от изследователи представи нова, много по-отчетлива „снимка“, получена с помощта на изкуствен интелект. Тя обещава невероятни открития: оказва се, че нашата черна дупка се върти с главоломна скорост, като оста и е насочена директно към Земята.

Звучи като пробив. Но какво би било, ако този впечатляващ портрет е само плод на въображението на един алгоритъм? Този въпрос задава не кой да е, а Нобелов лауреат, и неговият скептицизъм превръща тази история от обикновена научна новина в истински детективски разказ за бъдещето на науката и границите на доверието в машините.

Защо е толкова трудно да се види чудовището?

За да разберем аргумента, първо трябва да осъзнаем с каква херкулесова задача се заемат учените. Стрелец А* се намира на 27 000 светлинни години от нас и да го видим е все едно да се опитаме да видим портокал на Луната от Земята. За това е необходим телескоп с размерите на нашата планета.

Астрономите са създали точно такъв инструмент – Event Horizon Telescope (EHT). Това не е едно гигантско устройство, а глобална мрежа от няколко радиотелескопа, разпръснати по целия свят. Работейки синхронно, те създават виртуално „око“ с диаметър колкото Земята, което позволява да се постигне необходимата разделителна способност.

Но именно тук възниква основният проблем. EHT работи в обхвата на дългите радиовълни, които са много чувствителни към смущения. Основният враг на наблюденията е обичайната водна пара в земната атмосфера. Тя изкривява сигнала, като добавя към него огромно количество „шум“. В резултат на това голяма част от събраните данни се оказват толкова повредени, че класическите методи за анализ преди тях се провалят. Учените просто изхвърлят тези данни, точно както ние изхвърляме снимка, развалена от случаен отблясък.

Спасителят, наречен ИИ?

И точно тук се появява изкуственият интелект. Екипът на астрофизика Майкъл Янсен решава: ами ако този „боклук“ всъщност съдържа ценна информация, която хората просто не могат да видят? Те взели много „шумните“ данни, които преди това отхвърлили, и ги „подали“ на специално обучена невронна мрежа.

Нека се спрем по-подробно. Невронните мрежи, за разлика от традиционните алгоритми, са способни да откриват скритите модели в хаоса. Тя е била обучена върху множество симулирани данни за черните дупки и се е научила да различава полезните сигнали от атмосферните смущения. И резултатите надминаха очакванията.

ИИ генерира ново изображение на Стрелец А* – по-ясно и по-детайлно. То разкри неща, за които преди можехме само да предполагаме. Първо, черната дупка се върти с огромна скорост, близка до теоретичния й максимум. Второ, нейната ос на въртене, подобно на гигантски космически прожектор, е насочена почти директно към нас. Това не са просто любопитни факти; скоростта на въртене определя начина, по който черната дупка взаимодейства със заобикалящата я материя и оформя своята галактика. Всъщност това е ключът към нейната биография.

Глас на разума или шампион по скептицизъм?

Изглежда, че това е триумфът на технологията. Но тогава в дискусията се включва Райнхард Генцел, спечелил Нобелова награда именно за изследванията си върху черната дупка в центъра на нашата галактика. Неговият отговор е учтив, но твърд скептицизъм. „Изкуственият интелект не е панацея“, казва той.

Какви са неговите съмнения? Генцел изтъква един основен принцип на работа с данните: „боклук влиза, боклук излиза“. Ако една невронна мрежа е обучена върху данни, които първоначално са били силно изкривени, къде е гаранцията, че тя не е „изфабрикувала“ резултата? Може би алгоритъмът толкова усилено е търсил модели, познати му от симулациите, че просто ги е „добавил“ там, където те не съществуват. Това е подобно на начина, по който виждаме лица в облаците – мозъкът ни изгражда познат образ от случайни форми. Невронната мрежа би могла да направи същото, създавайки не истински портрет, а красива, но фалшива картина.

Според Генцел е опасно да се приема такова изображение за чиста монета. Той може да бъде изкривен и изводите, направени въз основа на него, да са погрешни.

Какво следва: да вярваме или да проверяваме?

Този спор не е просто конфликт между два научни подхода. То е илюстрация на това как работи истинската наука. Появата на смела хипотеза, основана на нов метод, неизбежно привлича критики и изисква строга проверка.

Екипът на Янсен няма намерение да се откаже. Следващата им стъпка е да приложат невронната си мрежа към най-новите, по-добри данни от EHT и да сравнят резултата с това, което биха показали традиционните методи. Това е единственият начин да докажат, че техният модел на изкуствен интелект действително вижда скритата реалност, а не създава научна фантастика.

Тази история е много по-дълбока от поредния спор за космоса. Тя е за това как се променят самите инструменти за опознаване на света. Ще можем ли да се доверим на открития, направени не от хората, а от машините? И къде е границата между анализирането на данни и спекулирането с тях? Отговорът на тези въпроси ще определи облика на науката през XXI век. Междувременно очакваме с нетърпение следващия рунд в този вълнуващ дуел между човешкия гений и изкуствения интелект.