Pontosabb mérések a porrészecskék világában
A kutatók a porplazmában uralkodó erőviszonyokat eddig sosem látott pontossággal írták le: 99 százalékos pontossággal tudják modellezni az aszimmetrikus, nem kölcsönös erőket, amelyek a hagyományos módszerek számára rendkívül bonyolultak. Korábban általánosan elfogadott elméletek megdőltek: például kiderült, hogy a részecskék elektromos töltése és mérete közti összefüggés bonyolultabb, mint azt eddig gondolták, és a köztük ható erők sebessége is függ a méretüktől, nem csupán a távolságtól.
Emiatt a most alkalmazott módszer kiterjeszthető lehet bármilyen összetett rendszerre, legyen az ipari festékek, tinták vagy akár élő sejtek közössége.
A negyedik halmazállapot
A plazma, a negyedik halmazállapot, ionizált gázból áll – elektronok és ionok szabadon áramlanak benne, ami rendkívüli elektromos vezetőképességet, sőt egészen különleges fizikai viselkedést eredményez. A világegyetem látható anyagának 99,9 százaléka plazma, ilyen például a Napból érkező napszél vagy a Föld villámlása.
A porplazma ennél is izgalmasabb: extra töltéssel rendelkező porrészecskék jelennek meg benne, amelyek a Szaturnusz gyűrűiben, az ionoszférában vagy épp a Holdon fordulnak elő. Gyenge gravitációs térben ez a töltött por könnyedén lebeg a felszín fölött – emiatt fedte be a Holdat bejáró űrhajósok ruháját porszemcsékkel. Földi körülmények közt erdőtüzeknél is képződik porplazma: a korom és a füst feltöltött szemcséi zavarhatják a rádióhullámokat, megnehezítve a mentési műveleteket.
Részecskék mozgásának követése 3D-ben
Az Emory Egyetem laborjában a kutatók úgy rekonstruálták a porplazma világát, hogy vákuumkamrában lebegtettek apró műanyag részecskéket ionizált gázban. Lézersugár segítségével 3D-s képeket készítettek a mozgásukról, amelyeket nagy sebességű kamerával rögzítettek, aztán ezekből rekonstruálták a több tucatnyi részecske pályáját, így minden egyes részletet rögzíteni tudtak.
Miért pont MI?
Az élő rendszerek elemzése bonyolult, a porplazma viszont letisztultabb modellként szolgálhat: ebben jól vizsgálható, miként alakulnak ki bonyolult kollektív mozgások már egészen egyszerű részecskékből. Ezért vizsgálták, képes-e az MI teljesen új fizikai törvényeket ismerni fel a részecskék mozgása alapján, nem csak a már meglévőket visszaigazolni.
Nem állt rendelkezésre óriási mennyiségű adat, emiatt olyan mesterséges neurális hálózatot kellett tervezni, amely kevés adattal, de kellően univerzális módon feldolgozza és felismeri a lappangó összefüggéseket.
Az áttörést hozó modell
Hosszú hónapokig tartó fejlesztés után olyan modellt alkottak, amely három fő tényező szerint dolgozta fel a részecskék mozgását: a sebességből eredő „húzást”, a környezet (például a gravitáció) hatását és a részecskék közötti kölcsönhatást.
A kiképzett MI által leírt kölcsönhatásokat úgy szemléltették, mintha két csónak haladna a tavon: az egyik által keltett hullám magához húzza a másikat, miközben az utána lévő mégis eltaszítja az élen haladót – bár ez elsőre szokatlannak tűnhet. Most először sikerült ezt a hatást pontosan leírni.
Korábban azt hitték, hogy a részecske töltése egyenesen arányos a méretével, de kiderült, hogy a kapcsolat nem ilyen sablonos: a töltés mennyisége függ a plazma sűrűségétől és hőmérsékletétől is, ráadásul a kölcsönhatási erők sebessége is változik a részecskeméret függvényében.
Az MI előrejelzéseit további kísérletek igazolták.
Egy új eszköz a kollektív rendszerek kutatására
Az MI-alapú, fizikára támaszkodó neurális hálózat hétköznapi asztali számítógépen is futtatható, és rugalmas alapot kínál bármilyen sokrészecskés rendszer elemzésére. A kutatócsoport tagjai között van, aki már Németországban tanítja majd, hogyan lehet ezzel az eljárással rajok, emberi tömegek vagy sejtek mozgását elemezni – vagyis élő rendszerekre is kiterjeszthető.
Mégis, az emberi kreativitás és a kritikus gondolkodás továbbra is nélkülözhetetlen marad; az MI csak akkor vezet valódi tudományos vagy technológiai áttöréshez, ha okosan alkalmazzák és értelmezik.
Az eljárás, akár a klasszikus űrsorozat, a Star Trek (Star Trek) mottója szerint, új világokba nyithat kaput: „bátran menni, ahová ember még nem tette be a lábát”. Ha jól használják, az MI valóban vadonatúj törvények, ismeretlen univerzumok feltérképezését teszi lehetővé.
