AI首次發現新的物理定律

過去幾十年，AI在科學界的角色，多半是協助資料整理、優化計算與檢查已知模式的工具。然而，美國艾默里大學（Emory University）於7月30日正式對外發布的一項突破性研究，顛覆了這種傳統角色，首次讓AI從一個「協助者」，直接躍升成為發現新物理定律的「合作者」。

這項刊登於《美國國家科學院院刊》（PNAS）的研究，主題為《為物理研究量身打造的機器學習揭露塵埃等離子體中的意外物理現象》（Physics-tailored machine learning reveals unexpected physics in dusty plasmas），由實驗物理學家賈斯汀．伯頓（Justin C. Burton）、理論物理學家伊利亞．內門曼（Ilya Nemenman）兩位教授，指導博士後艾斯拉姆．阿布杜拉萊姆（Eslam Abdelaleem）及博士生俞文濤（Yu Wentao）共同完成。

該項研究證明了AI不只是分析數據，它直接參與物理發現的本身。其核心「塵埃等離子體」（dusty plasma），是一種帶電的微小塵粒，漂浮於離子與電子的汪洋中，這種系統既出現在實驗室裡，也存在於土星環、彗星尾巴，以及星際空間。物理學家早有理論去描述它們的行為，只是，始終無法攻克如A吸B，B排斥A等粒子間的「非互易作用力」現象，以致一直處於難以精確量化的狀態。
伯頓教授帶領的團隊運用雷射和高速攝影，在真空室裡捕捉每一顆塵粒的三維運動軌跡，並由伊利亞教授設計一個「嵌入物理原則」的神經網路，讓AI去學習它們之間的作用力。融合了物理原理的機器學習模型，極其精確地學習長期困擾著物理學家的粒子間的相互影響不對等（即非互易作用力）現象，結果，AI模型的準確度令人驚嘆，甚至破解了多處過去理論所忽略的重要偏差，例如粒子電荷與大小關係的複雜性，以及作用力的異常衰減模式。

更重要的，是研究的意義超越了塵埃等離子體本身。塵埃只是研究者用來驗證方法的「理想試驗」場域，而這種能夠自動辨識並修正物理規律的AI工具，則是能夠應用到任何由大量粒子或個體構成的複雜系統，無論天文中的行星環、醫學裡的細胞群落，抑或城市中的交通網絡，不難想像，如果同樣技術被用作分析經濟市場的交易規模、氣候系統的變化節奏，或者疾病的傳播途徑，我們就能在問題爆發之前洞悉到隱藏的模式。這便意味著，AI不僅是在幫助我們理解宇宙的運行，也有可能在我們的日常生活、健康與安全上，發揮更深遠的影響。
這一突破性的研究還帶來一個關鍵啟示，AI不應再被視為威脅科學家的替代者，而是「超感官」，放大我們觀察和理解世界的能力。正如伯頓教授在校方新聞稿中所言「AI可以打開全新的探索領域」（AI can open doors to whole new realms to explore），這不禁讓人聯想到科幻影集《星際迷航》，那句開場著名的經典台詞「Boldly go where no one has gone before」，它象徵著人類與機器攜手，勇敢探索未知的精神。

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當然，AI目前仍不是全能的魔法。它所做的發現必須經過人類科學家的嚴格檢驗和詮釋。人類的專業知識和批判思維依然不可或缺，惟有這樣，AI才能真正成為推動科學前沿的助力。這項研究突破，寫下了AI科學探索的新里程碑，也為未來開啟了無限想像可能。當我們學會與AI並肩作戰，勇於提問、懷疑與驗證，我們就能在宇宙的深邃與社會的紛繁中，發現更多隱藏的規律，從而點亮未知的黑暗。