علماء فيزياء يحلون لغزًا رياضيًا عمره عقدًا من الزمان بمساعدة كلود آي آي: “لقد غيرت وجهة نظري بشكل كبير حول ما يمكن أن تحققه هذه النماذج في الفيزياء النظرية”

وقد استخدم اثنان من الفيزيائيين توليدي الذكاء الاصطناعي (الذكاء الاصطناعي) لحل مشكلة رياضية عنيدة في الفيزياء حيرت الباحثين لأكثر من عقد من الزمن.

حلهم الموصوف في 1 يوليو في مجلة الميكانيكا الإحصائية: النظرية والتجربةجاء ذلك عندما اختار الفيزيائيون إعادة النظر في مشكلة اعتقدوا أنهم حاولوا حلها بشكل شامل ضمن موضوع يعرفونه عن كثب. يشير هذا المفهوم، المعروف باسم التشويش، إلى الانتقال المفاجئ من نظام مائع إلى نظام جامد ولكنه غير منتظم.

إن أبسط طريقة لفهم هذه الفكرة هي تخيل طاولة بلياردو مغطاة بكرات البلياردو. إذا واصلت إضافة الكرات، فستصبح الطاولة في نهاية المطاف مزدحمة جدًا لدرجة أنه لا يوجد مساحة لمزيد من الكرات ويتم تثبيت كل كرة على الطاولة بشكل آمن في مكانها من قبل جيرانها. هذه حالة مضطربة ومتجمدة تمامًا تُعرف باسم حالة الانسداد.

أحدث مقاطع الفيديو من

مؤلفو الدراسة –جورجيو باريسي، الفائز جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2021، و فرانشيسكو زامبوني، قام كل من الفيزيائيين في جامعة سابينزا في روما – والمتعاونين بوصف التشويش رياضيًا وقدموا حلولًا عددية في ورقة 2014. وفي هذه العملية، لاحظوا أن اثنين من المعلمات – $a$ و$b$ – سيبلغ مجموعهما دائمًا ما يصل إلى 1.

قال زامبوني لموقع Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني: “تحدد المعلمات $a$ و$b$ بالضبط كيفية توزيع قوى الاتصال والفجوات الصغيرة (بين الكرات) عندما يصل النظام الفيزيائي إلى نقطة التشويش الحرجة هذه”. “لقد انزعجنا للغاية من حقيقة أننا لم نتمكن أبدًا من إثبات العلاقة $a+b=1$ رياضيًا.”

علاوة على ذلك، عمل منفصل عن طريق ماتيو ويارت، وهو فيزيائي في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا (EPFL)، اتخذ نهجًا مختلفًا تمامًا ولكنه أسفر عن نفس العلاقة. بالنسبة لزامبوني وزملائه، يشير هذا إلى أن هناك حاجة إلى “مفاهيم فيزيائية جديدة تمامًا” لربط عملهم وعمل ويارت وشرح سبب $a+b=1$ في الوقت نفسه.

وبعد مرور عقد من الزمن، لم يتم إحراز أي تقدم في العثور على هذه المفاهيم الجديدة ولا سبب وراء كون $a+b=1$. كان باريسي عالقًا في مأزق، وفكر: ربما يمكن للذكاء الاصطناعي التوليدي أن يقدم منظورًا جديدًا. لهذا، التفت إلى كلود الأنثروبي. بعد أن نجح كلود في إعادة إنتاج النتيجة الرقمية لعام 2014، حث باريسي الذكاء الاصطناعي على إثبات سبب $a+b=1$.

يتذكر زامبوني قائلاً: “أرسل لي جورجيو في البداية مخرجات كلود أثناء سفري، لذا انتهى بي الأمر بمراجعتها على متن الطائرة”. “عندما قرأت ملف LaTeX الذي أنشأه كلود، أصبح من الواضح على الفور أن الفكرة الأساسية كانت صحيحة… تلك اللحظة غيرت وجهة نظري بشكل كبير حول ما يمكن أن تحققه هذه النماذج في الفيزياء النظرية.”

وعلى الرغم من احتواء المخرجات الأولية على بعض الأخطاء التي تتطلب المراجعة، إلا أن الفكرة الأساسية كانت صحيحة. وفي إجمالي 40 مطالبة فقط، كان لدى الباحثين حل تحليلي قابل للنشر. ولدهشتهم، كان هذا الحل مخفيًا مباشرة داخل المعادلات نفسها؛ لم يكونوا بحاجة إلى أي افتراضات مادية خارجية أو اتصالات عميقة بين الوظائف.

وقال زامبوني لموقع Live Science: «من الممكن تمامًا أن يكون عالم الرياضيات البحت الذي يعمل بدوام كامل على مثل هذا النوع (الأنواع) من المعادلات قد اكتشف الحل». “لكن هذه نقطة مثيرة للاهتمام بشكل خاص بالنسبة لنا، لأنها تسلط الضوء على كيف منحنا كلود إمكانية الوصول الفوري إلى مستودع واسع من التدريب الرياضي والمهارات الرسمية التي تقع خارج نطاقنا المعتاد.”

وقال إن ما إذا كان كلود قد قام ببساطة بالبحث في الأدبيات الرياضية الواسعة واستخدام مطابقة الأنماط لإيجاد طريقة لحل مشكلتهم أو إذا كان قد طبق شيئًا مشابهًا للإبداع، هو بالنسبة لزامبوني موضع نقاش لأنهم “لم يتمكنوا من رؤية الطريق إلى الأمام، وقد فعل كلود ذلك”. وعلى الرغم من اعترافه بأن التفاعل مع الذكاء الاصطناعي يجبره على إعادة النظر في تعريفاته للاستدلال والحدس والإبداع، إلا أن زامبوني سيواصل التعاون مع التكنولوجيا لتسريع المهام الدنيوية وتقديم وجهات نظر جديدة حول المشكلات الصعبة.

وقال إن زامبوني يطبق الآن هذا النهج التعاوني على مشكلة تتضمن “الإضافة المتسلسلة العشوائية للكرات المفرطة الصلبة”. “إنها دراسة حالة ممتازة أخرى، لأنه في حين يعمل الذكاء الاصطناعي على تسريع عملية الكتابة وتحسين التعليمات البرمجية بشكل كبير، فقد كان علي تقديم الغالبية العظمى من الأفكار المفاهيمية، مما يشير إلى أن التوجيه البشري يظل لا غنى عنه، على الأقل في هذه الحالة.”