Transcription
V historii vědy existuje pár momentů, kdy se pravidla hry změnily. Newton, Einstein, Watson a Craig. A teďka poprvé v historii na tomhle seznamu možná figuruje umělá inteligence. Pohodlně se usaďte, protože začínáme.
Já jsem Marek Bartoš a my jsme Colbrain. Mimochodem, pokud chcete dostávat pravidelné novinky ze světa AI, tak dejte tomuhle kanálu odběr.
Umělá inteligence odvodila nový výsledek v teoretické fyzice. To je titulek, který jste pravděpodobně četli a moje první reakce na něj byla upřímně směs čistého úžasu a trochu skepticismu, protože přece jenom bavíme se tady o Open AI. Jako úplně jsem viděl GPT 52, jak si sedne, zahledí se do blba a jen tak mimochodem objeví nový přírodní zákon, který lidstvo celé staletí přehlíželo. Vážně ale stroje právě trumfly Einsteina, nebo je to jenom opravdu dobrý PR tým, který zrovna pracuje na plné koule?
Než si začnete balit věci v kanclu a kapitulovat před našimi robotickými pány, tak se v klidu nadechněte, protože jak už to tak bývá, tak ten titulek je v tomhle případě s celkem dost přitažený za vlasy, protože ne, AI neobjevila novou přírodní sílu. Nepřepisujeme standardní model od nuly. Je tady totiž značný rozpor mezi tou tiskovou zprávou, která je hodně nablýskaná a sami digitální gusi tak podobně, a tou reálnou mravenčí prací, která zatím ve skutečnosti stojí.
Nejde totiž zas tak úplně o nový objev. Je to spíš matematická algebra hrubou silou, což zní podstatně méně romanticky než digitální Einstein. A vlastně to je méně romantické, ale vtip je v tom, a to je velké ale, že to, čeho se skutečně dosáhlo, je možná důležitější pro každodenní vědeckou realitu, než nějaký blesk z čistého nebe. Ta AI nevymyslela fyziku. Udělala něco, s čím se ale lidé fakt trápili. Uklidila jeden masivní, naprosto neproniknutelný bordel.
Abysme líp pochopili, co se vlastně stalo, tak si musíme chvilku promluvit o gluonech, o jednom konkrétním matematickém problému, který fyziky vytáčí v podstatě celé desetiletí. Nejdřív co je tak štvalo, což se to točí kolem jedné anomálie specifického nastavení částic, o kterém nám současné poznání tak trochu naznačovalo, že na něm nejspíš vůbec nezáleží. A nikdo by se vám teďka nedivil, kdybyste se ptali, hele, když na tom nezáleží, tak proč jsme se na to vůbec koukali?
No ono totiž v částicové fyzice, konkrétně když zkoumáte silnou interakci, tu sílu, co drží pohromadě atomová jádra, tak počítáme věci, kterým se říká amplitudy rozptylu. Představte si to jako kulečník. Srazíte částice k sobě a ony se odrazí. Amplituda rozptylu je matematický vzorec, který vám řekne pravděpodobnost, že se částice odrazí do nějakého konkrétního směru. Omlouvám se všem spolužákům z Matfizu za tohleto zjednodušování, ale mluvíme tady k široké veřejnosti, takže budem doufat, že jsme to všichni pochopili. V principu je to ale vlastně jednoduché. Do něčeho třísknete a sledujete, kam se to rozletí.
Jenže fyzici milují symetrii a dlouho existoval pevný předpoklad o určitém typu srážek, kde se předpokládalo, že pravděpodobnost téhle konkrétní interakce je nula. Matematika nám říkala: "Tady není nic k vidění, běžte dál, uvidíme se příště." Ale příroda je málokdy takhle čistá. Nula je ve fyzice velmi podezřelá. A tak se tým vědců Alfreda Gavyho, Alexe Lupanského, Davida Skinnera a Andreua Stormingera rozhodli na to podívat zblízka a zjistili, že za velmi specifických a hodně divných podmínek ta odpověď nula skutečně nebyla.
Abysme byli konkrétní, tak jsme musíme podívat na helicitu, šroubovitost, pohyb po nějaké spirále. Ta spirála může rotovat po směru nebo protisměru hodinových ručiček a ve fyzice tomu říkáme kladná nebo záporná helicita. Tenhleten konkrétní setup si představte jako roj částic, řekněme třeba pět, šest nebo deset částic takových. A všechny rotují jedním specifickým směrem. Úplně všechny až na jednu jedinou. Jeden osamělý gluon rotuje opačně. Černá ovce rodiny. Je to levák v místnosti plné praváků. Chápete?
Standardní učebnicové argumenty využívající Feynmanovy diagramy tvrdily, že v tomhletom single minus případě by amplituda rozptylu měla být prakticky nulová, že když tohle nastavíte, tak se nestane nic zajímavého. Pravděpodobnost, že ten roj, který se točí jedním směrem, do té osamocené částice narazí, nebo že se fakt něco jako stane, je prostě nulová. Ne prakticky nulová, ale skutečně nulová. Jenže vědci našli specifickou situaci, kde to neplatí. Říkají tomu "half-collinear regime", což zní jako super název sci-fi filmu. Já vím, ale v praxi to vlastně jenom znamená, že jsou ty částice seřazené velmi specifickým způsobem. Normálně jsou srážky částic relativně chaotické, narážejí do sebe v náhodných úhlech a tak podobně. Tenhle specifický režim je ale jako kolona aut, co se všechny zařazují do stejného pruhu stejnou rychlostí a pod úplně stejným úhlem. Je to dokonalá zipová mechanika. Vypadá to velmi hladce. Vypadá to, že by se nemělo nic stát, ale v kvantovém světě je tam pořád tak trošičku drobnýho šumu, nějakého tření a může dojít k drobné interakci. Lidi to dlouhodobě ignorovali, protože to vypadalo jako plynulá jízda. Věci, ale našli to tření a to je dokonalý příklad jakéhosi ducha ve stroji. Interakce částic, která by neměla existovat, ale existuje. Nový objev, který prohlubuje naše poznání vesmíru.
Abysme ho pochopili, musíme ho teda matematicky popsat. Tak proč na to lidé prostě nenapsali vzorec? Je to kvůli takzvanému super-exponenciálnímu problému. A nemyslím to jen tak obrazně. Není to jenom velký vzorec, který by museli napsat. Byl to nezvladatelný vzorec. Zkusím to s jednou analogií. Představte si, že plánujete dovolenou. Když jedete tři, tak je to vlastně pohoda. Uděláte si pořádek v autě úplně jednoduše. Zmáknete levé zadní, prostě veškeré plány a tak podobně, aktivity a tak dále. To se dá naplánovat. Když jedete čtyři, tak je to o malinko složitější. Zájmy se vám kříží, je potřeba víc přemýšlet a v pohodě. Ale ve chvíli, kdy vás jede šest nebo nejlépe dvacet, tak počet možných interakcí strašně rychle roste. Vybuchne to úplně do nesmyslu, protože každý účastník má jiné zájmy, jiné potřeby a tak podobně. Tuhletu logiku teďka aplikujte na Feynmanovy diagramy. Matematické nástroje, kterými fyzici tydlety interakce vlastně počítají. U šesti částic už jste na tisících diagramů a vesmír by v podstatě zanikl dřív, než byste to všechno spočítali ručně.
Ale ty věci, že Váňa, Lupanský a jejich tým, tak oni to skutečně udělali pro šest částic ručně. To je v podstatě jako hrdinský výkon, ale výstupem jejich práce byla vlastně tragédie. Výsledkem nebyla nějaká hezká čistá rovnice, jako je třeba E=mc². Byly to stohy papírů, tisíce chaotických proměnných. Matematicky to správně jako bylo, to jo, ale nedávalo vám to žádný vhled. Žádný člověk by nedokázal na tenhleten bordel zírat a najednou uhodnout, jaký vzorec z toho vypadne pro sedm částic nebo osm nebo sto. Nebylo to elegantní řešení, které se dá předat a nějakým způsobem do důsledku pochopit. Byla to jakási kognitivní zeď, která něco dělá, ale bůh ví co. A to je ten moment, ten most, kde zvednou prostě ruce a řeknou: "Konec, tady daleko nedám." A v ten moment vchází na scénu AI.
Tady je klíčové pochopit ten obrat. Oni jako neřekli, hej, že to je objev nové fyziky, nechtěli po ní, aby simulovala vesmír, ale použili GPT-4 jako stroj pro vlastně rozpoznání vzorců. Vzali ty šílené super-exponenciálně složité rovnice pro šest částic a prostě jenom nasypali do AIčka a řekli: "Tady máš binec, zjednoduš to."
Je to opravdu objev, nebo je to jenom kalkulačka na asteroidech? To je legitimní otázka. Kritici namítají, že tohle není nový zákon jako zákon zachování energie, který stejně neplatí, ale to je jiný příběh. Ale je to vlastně jenom algebra, kterou by zvládl i člověk, kdyby na to měl, já nevím, 100 let. Ale ono jde o todle. Je to matematika, která vyžaduje určitý druh intuice, kterou kalkulačky prostě nemají. Zkuste ho třeba takhle. Když vám ukážu řadu 2, 4, 8, 16, 32, tak vlastně hned víte, že jsou to mocniny dvou. Ale kdybych napsal úplně tu stejnou řadu naprosto bizarním zašmodrchaným způsobem, třeba odmocnina ze 4, 10 mínus 6, odpověď na otázku života, vesmíru a vůbec děleno 6 plus 1 a tak dále, tak by to bylo složité. A co kdyby tahleta bordel verze měla třeba 30 stran a byla by plná komplexních proměnných a vyšších dimenzí?
Standardní matematické programy to nezjednoduší. Oni totiž nevědí, jak vypadá dobrá a hezká odpověď. Nemají intuici. A i tady vlastně fungovala jako překladatel. Podívala se na tu stěnu textu, rozpoznala v ní gramatiku té rovnice a došlo jí, že ten obrovský řvoucí chaos ve skutečnosti jenom říká "dvě na entou". Přepsala ty výrazy a to, co vypadlo na druhé straně, bylo dechberoucí. Jedna jediná elegantní rovnice. Rovnice číslo 39 v téhle studii je fakt pěkná, pokud dokážete ocenit hezkou matematiku. V podstatě to ale znamená, že místo toho, aby superpočítač najednou potřeboval týdny na výpočet srážky 10 částic, teď můžete výsledek napsat na zadní stranu účtenky s těmi řádky víceméně. A v podstatě něco, co bylo dřív super-exponenciálně složité a bylo prakticky nespočítatelné, se stalo relativně triviální záležitostí, když to hodně zjednoduším.
A tam to neskončilo. AI to nezjednodušila jenom pro těch šest částic. Koukla se na tu zjednodušenou verzi a objevila obecný vzorec, takový, co funguje pro jakýkoliv počet částic. Uhodla pravidlo, řekla: "Myslím si, že takovýmhle způsobem to vlastně platí až do nekonečna."
V tuhle chvíli se samozřejmě spouští varovný signál. Víme, že jazykové modely halucinují. Klidně vám s naprostou jistotou nabulíkují, že odpověď je 42, protože to je univerzální odpověď na cokoliv. A jak ale víme, tak tohleto není jenom nějaký hezký vzoreček, který ale nemá s realitou nic společného. To je vlastně asi ta nejdůležitější otázka. A ta studie jí bere relativně vážně. Nejdřív vzali jeden interní model, který strávil 12 hodin kontrolou jednotlivých kroků toho důkazu, ale ten pravý test byla vlastně fyzika. Vědci použili takzvanou Bears-Galeyho rekurenci, což si představte jako test stability věže z Lego kostek. Tyhlety amplitudy se staví rekurentně. Chování šesti částic je postavené na pěti částicích předchozích a ty zase na čtyřech. Je to v podstatě taková věž a tahleta metoda vám dovolí vzít ten vzorec od AI pro šest částic a rozebrat ho, abyste jako věděli, jestli dokonale pasuje na už známou realitu třeba pro těch pět částic, kterou už jsme měli předtím. Jo, v podstatě to kontrolujete odspodu.
Tak je to zkontrolované s takzvanou Weinbergovou větou, což je v podstatě co se stane, když má částice nulovou energii. Prostě takový matematický kontrolní součet. Důležité je, že to kontrolovali a AI vzorec tím tak nějak prošel. Nebyla to halucinace, bylo to matematicky ověřitelné a relativně neprůstřelné. Samozřejmě, bude se to testovat dál.
Ale proč by to mělo zajímat někoho, kdo nemá doma urychlovač částic nebo zrovna nestaví Iron Mana v obloukovém reaktoru ve sklepě? Mění to dvě věci. Za prvý to mění způsob, jakým se dělá věda, ale za druhé to má masivní dopady na gravitaci. Gravitace je totiž takové jako final boss celé fyziky. Na všechno ostatní máme tak nějak standardní model, gluony, fotony, elektrony a tak podobně, ale gravitace si s kvantovou mechanikou prostě odmítá rozumět. Ve fyzice se dost často říká, že gravitace je v podstatě problém gluon na druhou a je to taková zkratka, ale ono to vystihuje problém. Jestli je matematika gluonů super-exponenciálně složitá, tak matematika gravitace je o nekonečněkrát horší. Ty proměnné tam vybuchují ještě rychleji. Lidi u gluonů narazili do zdi šesti částic, co gravitace, jsme úplně na začátku, úplně v koncích. Jsem v podstatě slepí vůči jakýmkoliv vzorcům, protože ten šum je strašně hlasitý. Ale tady svítá naděje. Pokud tenhle AI přístup dokáže zjednodušit ten zmatek u silné interakce, pokud dokáže najít elegantní rovnici schovanou v té stěně šumu, pak existuje reálná šance, že dokáže najít jednoduché vzorce i v tom bordelu kvantové gravitace, což je zajímavé. Uzavřený vzorec pro rozptyl gravitonu by byl průlom na Nobelovku. Dovolil by nám počítat věci o černých dírách a v raném vesmíru, které jsou teď prostě a jednoduše nemožné. Možná už teď na těch odpovědích sedíme, ale nevidíme je jenom proto, že jsme nezvládli tu základní matematiku.
A to je vlastně děsivá myšlenka. Kolik slepých uliček ve fyzice jsou ve skutečnosti jenom dveře, které jsme nedokázali otevřít, protože ten klíč je příliš složitý na to, abychom ho vyřezali ručně. Tohle zpochybňuje i to, co vlastně myslíme tím, když řekneme, že jsme výsledek odvodili. Ta tisková zpráva říká, že ho AI odvodila. Kritika říká, že ho v podstatě jenom přepsala. Ale možná v tomhle novém světě je to jedno a to samé. V matematice je odvození v podstatě transformace. Přeměna jednoho pravdivého tvrzení na jiné, užitečnější, ale stejně pravdivé tvrzení. Je jedno, jestli to udělá člověk s tužkou nebo grafická karta pomocí transformátoru. Výsledkem je nové vědění, nový vhled. A to, co tahle studie ukazuje, je obrys nového modelu vědy, ke kterému se blížíme.
Starý způsob: Fyzik má nápad, matematik řekne, že to má řešení, vytvoří předpověď, navrhne experiment, vyhodnotí výsledky. Nový způsob: Fyzik má nápad. Physic vygeneruje hrubá data a ty chaotické rovnice potom vezme AI a zpracuje jako syntetizátor. Pokračujeme dál. AI najde vzorec, ten to zjednoduší a pak se fyzik vrátí, aby interpretoval, co ten vzorec pro vesmír vlastně znamená. Já je v tuhle chvíli prostředník, co se stará o tu složitost. Dovoluje lidem operovat na vyšší úrovni abstrakce, klást ty záludné otázky, zatímco AI řeší v podstatě matematický překlad. A to je síla. To je obrovská síla.
Může nám to otevřít cestu k lepším bateriím, k čistějšímu průmyslu, levnější dopravě a dostupnější energii. Fyzika může už dneska ukrývat odpovědi na morální otázky otroků v kobaltových dolech. Škalovat naši závislost na moderní technologii bez lidských obětí je možné. Pomocí technologie, jejíž popis se možná teď schovává v již známých, ale příliš složitých vzorcích.
Ale je tady jedno nebezpečí, které musíme přijmout. Tentokrát jsme dostali jednoduchou a srozumitelnou rovnici. Něco na co se člověk koukne a řekne si: "Aha, tak teď už to chápu." Ale co když AI zjednoduší nějaký budoucí problém a ta jednoduchá verze bude pro lidský mozek pořád příliš složitá? Pak s AI budeme mít věštírnu, stroj, co plive odpovědi, které můžeme použít, ale nedokážeme je vysvětlit. Tam ještě nejsme, ale je dobré to sledovat.
To znamená, když příště uvidíte titulek, jak AI přepisuje fyziku, tak tohle je ta skutečná realita. Já ji nenahradila fyzika, nahradila frustraci. Dovolila nám uvidět, že jedna urputně schovaná interakce částic skutečně existuje a že je nádherně a elegantně jednoduchá. Proměnila hluk v hudbu a to dokazuje, že i v oborech, o kterých si myslíme, že už je máme víceméně zmapované, se pořád schovávají překvapení v algebře. Čekají na někoho, kdo má dost trpělivosti a schopnosti rozpoznávat vzorce, aby je odhalil. AI by mohla být ten ultimátní nástroj na tole rozplétání těchhle chaotických částí přírody.
A otázkou je, je vesmír v jádru jednoduchý a jenom vypadá složitě, protože nám nejde matematika? Co všechno nám ještě uniká právě teď pohřbené v té stěně rovnic, nad kterými jsme už dávno zlomili hůl? Co dalšího můžeme v tomhletom šumu skutečně objevit?
Jako vždycky díky za sledování. Ahoj.