Vova Krasen
0 
3598
688
Zapal masę przechłodzonych atomów za pomocą pola magnetycznego, a zobaczysz „kwantowe fajerwerki” - strumienie atomów wystrzeliwujące w pozornie przypadkowych kierunkach.
Naukowcy odkryli to w 2017 roku i podejrzewali, że w tych fajerwerkach może być wzór. Ale sami nie mogli tego zauważyć. Dlatego przekazali problem komputerowi wyszkolonemu w dopasowywaniu wzorców, który był w stanie wykryć to, czego nie mogli: kształt namalowany przez fajerwerki w czasie, wybuch po wybuchu odrzutowca atomowego. Ten kształt? Funky mały żółwik.
Wyniki, opublikowane 1 lutego w czasopiśmie Science, są jednymi z pierwszych głównych przykładów naukowców wykorzystujących uczenie maszynowe do rozwiązywania problemów fizyki kwantowej. Jak napisali naukowcy, ludzie powinni spodziewać się większej liczby cyfrowych asyst, ponieważ eksperymenty z fizyki kwantowej w coraz większym stopniu obejmują systemy zbyt duże i złożone, aby można je było analizować przy użyciu samej mocy mózgowej. [18 największych nierozwiązanych tajemnic w fizyce]
Oto dlaczego pomoc komputerowa była konieczna:
Aby stworzyć fajerwerki, naukowcy rozpoczęli od stanu skupienia zwanego kondensatem Bosego-Einsteina. To grupa atomów doprowadzonych do temperatur tak bliskich zeru absolutnemu, że zlepiają się razem i zaczynają zachowywać się jak jeden superatom, wykazując efekty kwantowe w stosunkowo dużej skali.
Za każdym razem, gdy pole magnetyczne uderzało w kondensat, kilka strumieni atomowych wystrzeliwało z niego w pozornie przypadkowych kierunkach. Naukowcy wykonali zdjęcia dżetów, wskazując pozycje atomów w przestrzeni. Ale nawet wiele z tych obrazów nałożonych na siebie nie ujawnia żadnego oczywistego rymu ani powodu zachowania atomów.
przez Gfycat
Komputer zauważył, że ludzie nie mogli tego zrobić, że gdyby te obrazy zostały obrócone, aby usiąść jeden na drugim, pojawił się wyraźny obraz. Atomy miały przeciętnie tendencję do wyrzucania się z fajerwerków w jednym z sześciu kierunków względem siebie podczas każdego wybuchu. W rezultacie wystarczająca liczba obrazów, obróconych i ułożonych w odpowiedni sposób, ujawniła cztery „nogi” ustawione względem siebie pod kątem prostym, a także dłuższą „głowę” między dwiema nogami połączoną z „ogonem” między dwoma pozostałymi. . Reszta atomów była dość równomiernie rozmieszczona w trzech pierścieniach, które tworzyły skorupę żółwia.
Nie było to oczywiste dla ludzkich obserwatorów, ponieważ kierunek, w którym „żółw” był zorientowany podczas każdego wybuchu, był przypadkowy. Każdy wybuch składał się tylko z kilku elementów układanki w kształcie żółwia. Przekonanie się, jak uporządkować wszystkie obrazy, tak aby pojawił się żółw, wymagało nieskończonej cierpliwości komputera..
Tego rodzaju metoda - polegająca na rozluźnieniu zdolności komputera do rozpoznawania wzorców na dużym, niechlujnym zbiorze danych - była skuteczna w różnych próbach, począwszy od interpretacji myśli przechodzących przez ludzkie mózgi, a skończywszy na wykrywaniu egzoplanet krążących wokół odległych gwiazd. Nie oznacza to, że komputery wyprzedzają ludzi; ludzie nadal muszą trenować maszyny, aby zauważały wzorce, a komputery w żaden znaczący sposób nie rozumieją tego, co widzą. Jednak podejście to jest coraz bardziej rozpowszechnionym narzędziem w zestawie narzędzi naukowych, które jest obecnie stosowane w fizyce kwantowej.
Oczywiście, gdy komputer wykrył ten wynik, naukowcy sprawdzili jego działanie, używając staromodnych technik wyszukiwania wzorców, które są już powszechne w fizyce kwantowej. A kiedy już wiedzieli, czego szukać, naukowcy ponownie znaleźli żółwia, nawet bez pomocy komputera.
Żadne z tych badań nie wyjaśnia jeszcze, dlaczego fajerwerki z czasem przybierają kształt żółwia - zauważyli naukowcy. I to nie jest rodzaj pytania, na które uczenie maszynowe dobrze nadaje się do udzielenia odpowiedzi.
„Rozpoznawanie wzorca jest zawsze pierwszym krokiem w nauce, więc ten rodzaj uczenia maszynowego może zidentyfikować ukryte relacje i cechy, zwłaszcza gdy zmieniamy się, aby spróbować zrozumieć systemy z dużą liczbą cząstek” - powiedział główny autor Cheng Chin, fizyk z University of Chicago, powiedział w oświadczeniu.
Następny krok w ustalaniu, dlaczego te fajerwerki tworzą wzór żółwia, będzie prawdopodobnie wymagał znacznie mniej uczenia maszynowego i dużo więcej ludzkiej intuicji.
- 7 dziwnych faktów na temat kwarków
- 40 zdjęć Freaky Frog
- 10 najlepszych sposobów na zniszczenie Ziemi
Pierwotnie opublikowano w dniu .