AI pomohla odhaliť novú fyziku v štvrtom skupenstve hmoty. Vedci zistili, že častice v plazme sa správajú inak, než si mysleli
Umelá inteligencia pomohla fyzikom lepšie pochopiť zaprášenú plazmu. Vedci odhalili, že častice v štvrtom skupenstve hmoty na seba pôsobia zložitejšie, než sa doteraz predpokladalo.
Svet, v ktorom žijeme, je stále plný javov, ktoré čakajú na presné vysvetlenie. To, ako funguje okolie okolo nás aj vzdialený vesmír, sa snažia opísať vedci. Jednou z takých oblastí je aj plazma, ktorá sa často označuje ako štvrté skupenstvo hmoty. Nie je pritom žiadnou okrajovou zvláštnosťou, tvorí drvivú väčšinu viditeľnej hmoty vo vesmíre.
Plazma vzniká vtedy, keď sa plyn ionizuje, teda keď sa elektróny oddelia od atómov a vytvoria prostredie plné voľne sa pohybujúcich nabitých častíc. Takéto podmienky nájdeme napríklad v slnečnom vetre, bleskoch alebo v prstencoch planét. Špecifickým prípadom je takzvaná zaprášená plazma, ktorá okrem plynu obsahuje aj drobné pevné častice.
Tá sa vyskytuje nielen vo vesmíre, ale aj na Zemi. Napríklad pri lesných požiaroch, kde sa sadze miešajú s dymom a nabité častice môžu ovplyvňovať šírenie rádiových signálov. Na Mesiaci zas slabá gravitácia umožňuje, aby sa nabitý prach vznášal nad povrchom a zachytával sa na vybavení astronautov.
Lenže presné pravidlá, podľa ktorých sa tieto častice navzájom ovplyvňujú, vedcom doteraz čiastočne unikalo. Až teraz sa ich podarilo zachytiť s nečakanou presnosťou. Tím fyzikov z Emory University sa rozhodol preskúmať správanie častíc v zaprášenej plazme pomocou umelej inteligencie. V laboratórnych podmienkach vytvorili modelový systém, v ktorom sledovali pohyb drobných častíc pomocou laserového snímania a vysokorýchlostných kamier. Získané dáta im umožnili rekonštruovať pohyb častíc v troch rozmeroch s vysokou presnosťou.
Umelá inteligencia pomohla vedcom odhaliť, ako na seba častice v plazme pôsobia
Na analýzu použili špeciálne navrhnutú neurónovú sieť. Na rozdiel od bežných AI modelov však nepracovali s obrovským množstvom dát. Práve preto museli vedci veľmi presne navrhnúť celú architektúru systému. Model nastavili tak, aby rozlišoval medzi rôznymi typmi síl. Išlo napríklad o odpor prostredia, vonkajšie vplyvy ako gravitácia a interakcie medzi samotnými časticami.
Neprehliadni
Ukázalo sa, že umelá inteligencia dokázala veľmi presne opísať aj zložité interakcie medzi časticami. Najmä takzvané nerecipročné sily, pri ktorých pôsobenie medzi dvoma časticami nie je rovnaké v oboch smeroch. To sa podarilo zachytiť s presnosťou presahujúcou 99 percent. Tento jav možno prirovnať k dvom lodiam na vode, ktoré si navzájom ovplyvňujú pohyb prostredníctvom vĺn. Rozdiel je v tom, že každá z nich môže na rovnakú situáciu reagovať trochu inak.
Zároveň sa ukázalo, že niektoré dlhodobo prijímané fyzikálne predstavy neboli úplne presné. Napríklad vzťah medzi veľkosťou častice a jej elektrickým nábojom nie je priamočiary. Väčšia častica teda automaticky nemusí niesť úmerne väčší náboj. Môže to závisieť aj od vlastností prostredia, napríklad od hustoty či teploty plazmy. Podobne aj oslabovanie síl medzi časticami s rastúcou vzdialenosťou sa ukázalo byť zložitejšie, než sa pôvodne predpokladalo.
Bez AI by sa fungovanie zaprášenej plazmy odhaľovalo oveľa ťažšie
Výskumníci zdôrazňujú, že nejde len o konkrétny objav v oblasti plazmy. Vyvinutý prístup môže byť využiteľný aj pri štúdiu iných komplexných systémov, kde zohráva úlohu veľké množstvo vzájomne interagujúcich prvkov. Môže ísť napríklad o priemyselné materiály, ako sú farby či atramenty, ale aj biologické systémy, kde podobné princípy ovplyvňujú správanie buniek.
Podľa autorov je dôležité, že umelá inteligencia v tomto prípade nefungovala len ako neprehľadná „čierna skrinka“. Vedci rozumejú tomu, ako model pracuje a prečo dosahuje svoje výsledky, čo zvyšuje jeho dôveryhodnosť aj využiteľnosť v ďalšom výskume. Inými slovami, AI im len nevyhodila hotovú odpoveď. Pomohla im nahliadnuť do pravidiel, ktoré by sa bežnými metódami hľadali oveľa ťažšie.
Aj keď AI dokáže odhaliť nové vzorce a súvislosti, kľúčová úloha vedcov zostáva naďalej zásadná. Práve oni navrhujú experimenty, nastavujú modely, interpretujú výsledky a dávajú objavom širší význam. Tento výskum však naznačuje, že umelá inteligencia sa môže stať silným nástrojom pri hľadaní nových zákonov prírody. A bez veľkého preháňania môže otvoriť dvere k objavom, ku ktorým by sa vedci pomocou bežných metód dostávali len veľmi ťažko.
