AI上演「神仙操作」:物理学界惊呆,40年未解之谜竟被它「秒破」!

温故智新AIGC实验室

TL;DR:

这AI简直是个「逆天」学霸!物理学家们琢磨了几十年的LIGO探测器,它一个「反直觉」设计就轻松提升灵敏度,还把量子纠缠、暗物质公式、宇宙对称性都安排得明明白白。人类?嗯,先给AI递茶吧!

物理学界最近真的「炸锅了」!这回,不是某个诺贝尔奖得主又发表了惊世论文,也不是某台大型对撞机又撞出了新粒子,而是——AI出手了,而且一出手就让顶尖科学家们集体「傻眼」!

什么情况?简单来说,就是AI设计了一套人类根本看不懂的实验方案,结果它竟然成功了!而且,这个成功可不是小打小闹,它直接破解了物理学数十年的老难题,让LIGO引力波探测器的灵敏度大幅提升,甚至连寻找暗物质、解读宇宙公式这种「神仙任务」都不在话下。这波操作,简直是物理学界的「AlphaGo时刻」有没有?1

这AI,脑洞大到人类「自闭」?——LIGO的「神仙升级」

说到LIGO,这玩意儿可不简单,它全称叫「激光干涉引力波天文台」,是人类为了捕捉宇宙中极其微弱的「时空涟漪」——引力波而建造的。这东西有多精密?你可以想象一下,在LIGO那两座像巨型L字母一样的探测器里,激光束要来回穿梭四公里,亿万次!当引力波掠过,其中一条臂的长度变化,可能比一颗质子的宽度还小!

这精度,堪称「令人发指」!打个比方,这就相当于你从地球上测量远在半人马座α星的距离,但误差不能超过一根头发丝的宽度!1 简直是人类精密测量的天花板,而这台「神器」的设计,耗费了物理学家们数十年的心血,把每个零件都推向了物理的极限。

但总有那么些「不安分」的灵魂。加州理工学院的物理学家Rana Adhikari,就是其中一位。他曾在21世纪初领导LIGO的优化团队,把机器打磨到极致。然而,在2015年首次探测到引力波后,他开始思考一个「疯狂」的问题:我们还能做得更好吗?他渴望LIGO能捕捉到更宽频带的引力波,去发现那些「没人想象过的、狂野的、全新的天体物理现象!」

于是,他和团队做了一个大胆的决定:把目光投向了AI。

他们给AI「喂」了所有能想到的光学元件——透镜、反射镜、激光器,然后让它在一个虚拟空间里,像个「熊孩子」一样自由组合,目标只有一个:构建一个功能更强的干涉仪。结果呢?AI简直是彻底「放飞自我」了!

AI设计的方案,动辄绵延数百公里,包含数千个元件。Rana Adhikari回忆说:「AI给出的方案,人类根本无法理解!它们太复杂了,看起来就像是外星人的杰作,或者说,只有AI才能造出来的东西。它完全没有人类所追求的对称感、美感……简直就是一团乱麻!」甚至他自己都坦言:「如果我的学生敢把这种东西交给我,我肯定会说:不不不,这太荒谬了!」

然而,模拟结果却像一记响亮的耳光:这个「荒谬」的设计,真的有效!团队花了整整几个月,才终于搞懂了AI的「鬼点子」。原来,AI用了一个「反直觉」的妙计:它在主干涉仪和探测器之间,额外增加了一个三公里长的环形结构,让光在这里先「兜圈子」。

这波操作,直接让科学家们「恍然大悟」!AI竟然翻出了几十年前苏联物理学家提出的一个深奥理论,利用该原理可以有效降低量子力学噪声!这个想法因为过于超前,从未有人在实验中尝试过!Rana Adhikari感慨道:「要跳出公认的思维框架,去想这么遥远的事情,实在太难了,我们真的需要AI。」他估算,如果当初建造LIGO时就有AI的这个洞察,「LIGO的灵敏度将凭空提升10%到15%!」1 在这个精度决定一切的领域,这无疑是一个「降维打击」式的巨大飞跃!

多伦多大学的量子光学专家艾Aephraim Steinberg对此的评价,更是道出了物理学家们的心声:

LIGO是成千上万顶尖人才苦思冥想了40年的庞然大物。他们几乎想尽了一切办法。AI能提出任何新东西,都证明它做到了成千上万人没能做到的事。

这话听着,简直是在说:人类,你们不行,AI行!

量子世界「打脸」现场:AI教你「隔空纠缠」

AI的颠覆性,可远不止于提升LIGO灵敏度。在玄妙的量子世界里,它也来了个「王炸」。

量子纠缠,这玩意儿听着就有点玄乎。简单来说,就是两个从未相遇的粒子,可以通过某种「神仙操作」建立起神秘的连接,无论它们相距多远,一方状态改变,另一方也会瞬间响应,简直是宇宙级的「心电感应」。几十年来,物理学家一度认为,量子纠缠必须得是粒子「一开始处于同一位置」才能发生。直到20世纪90年代初,诺贝尔物理学奖得主Anton Zeilinger才证明事实并非总是如此。

他和同事们提出了一个巧妙的实验,从两组互不相关的纠缠光子开始(A和B纠缠,C和D纠缠),然后对来自两对的粒子B和C进行一系列操作,最终虽然B和C被「牺牲」了,但原本从未相互作用的伴侣粒子A和D却神奇地「纠缠」起来!1 这种现象被称为「纠缠交换」,如今已成为量子技术的重要基石。

到了2021年,物理学家Mario Krenn的团队,让他们的AI软件「PyTheus」(名字很酷,Python+希腊神话英雄忒修斯)重新设计这个实验。结果,AI给出的方案,与Zeilinger的经典设计「截然不同」!Krenn当时一看,直接就「认定它肯定是错的。」

然而,AI的设计却巧妙地借鉴了另一个完全不同领域的思想——多光子干涉,构建出了一个更简洁、更高效的方案。更令人兴奋的是,2024年12月,由南京大学马小松领导的中国团队在现实中搭建了这个实验,并证实:AI的设计完美可行!这真是,AI用实力证明:你觉得错的,可能才是对的!

AI不止是「设计师」,更是「宇宙解读机」!

除了「点石成金」般地设计实验,AI还在另一个领域大显身手:从海量数据中挖掘隐藏的物理规律,简直就是个「宇宙解读机」!

  • 寻找暗物质公式:威斯康星大学的物理学家Kyle Cranmer和他的团队,让AI分析宇宙中暗物质团块的观测数据。结果,AI竟然得出了一个比人类科学家提出的公式更精确、更贴合实际的全新方程!虽然AI只给了结果,没有解释,但这种「只管生产不负责解释」的架势,不就是妥妥的「学霸范儿」吗?
  • 重现自然对称性:加州大学圣地亚哥分校的Rose Yu团队,让AI分析欧洲大型强子对撞机(LHC)的数据。在完全没有被告知任何物理知识的前提下,AI竟然独立发现了「洛伦兹对称性」——这可是爱因斯坦相对论的核心基石啊!这操作,简直是AI在「自学成才」的基础上,又「温故知新」了一把人类的伟大发现!

尽管今天的AI在提出真正的、全新的物理假说方面还「力不从心」(毕竟「脑洞」再大,也得有「素材」啊),但它已经从一个单纯的工具,进化为一个强大的「合作者」。Kyle Cranmer认为,随着大语言模型的加入,AI甚至可能很快就能帮助人类构建科学假说。

「我们可能真的正在跨越一个门槛,一个由AI辅助我们发现新物理学的时代,即将到来!」Cranmer的这句话,就像是给所有科学家们敲响了警钟,也吹响了号角:AI这波「神仙操作」,已经彻底改写了游戏规则。未来,物理学家们可能不仅要跟同行「卷」,还得跟AI这位「超级外援」一起,探索宇宙的终极奥秘了。所以,各位物理学家们,准备好迎接AI的「降维打击」了吗?

引用


  1. 物理學「AlphaGo時刻」?40年未竟之事被AI一舉攻破 · 新浪香港(2025/8/12)· 检索日期2025/8/12 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎