AI颠覆物理学：40年难题一朝破解，新科学革命已至？

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引言

当AlphaGo击败李世石时，世界见证了人工智能（AI）在复杂策略游戏中超越人类的里程碑。如今，一个相似的“AlphaGo时刻”似乎正在物理学界上演。一个困扰顶尖物理学家近40年的难题，被AI以一种人类无法直观理解的方式一举攻破，其设计的实验方案甚至被科学家形容为“外星造物”。这不仅仅是一次技术上的突破，更预示着一个由AI辅助、甚至主导科学发现的新时代的到来。本文将深入解读这一事件，并探讨大模型（LLM）和AGI将如何重塑我们探索宇宙的方式。

AI的“外星”设计：重塑LIGO引力波探测

LIGO（激光干涉引力波天文台）是人类工程学的奇迹，它通过测量比质子宽度还小的空间扰动，首次直接探测到了黑洞合并产生的引力波，开启了天文学的新篇章。这项成就耗费了数代物理学家数十年的心血，其设计被推向了物理极限。然而，加州理工学院的物理学家Rana Adhikari和他的团队不禁思考：我们还能做得更好吗？

他们将这个极具挑战性的任务交给了AI。团队将所有可能的物理组件——透镜、反射镜、激光器等“喂”给AI，让它在一个不受人类思维定式限制的虚拟空间中自由组合，目标只有一个：设计一个功能更强的引力波干涉仪。

AI给出的答案震惊了所有人。它设计的方案复杂、不对称，绵延数百公里，包含数千个元件，完全违背了人类工程师对简洁和对称性的美学追求。Rana Adhikari坦言：“如果我的学生交给我这样的设计，我肯定会说这太荒谬了！”

然而，模拟结果却无可辩驳地证明：这个看似荒谬的“外星设计”，真的有效！

从理论到现实：AI“复活”被遗忘的物理学

经过数月的研究，团队才终于理解了AI的“鬼点子”。原来，AI在一个关键位置增加了一个三公里长的环形结构。这个设计的核心思想，并非凭空创造，而是源于几十年前苏联物理学家提出的一个深奥理论，该理论旨在有效降低量子力学噪声。由于其理念过于超前且实现困难，这一想法从未被真正付诸实践。

AI的强大之处在于，它能够跨越时空，将一个被遗忘的、看似遥远的理论，与一个具体的、前沿的工程问题完美结合。它没有人类的认知偏见，能够跳出公认的思维框架进行探索。Adhikari感慨道：“我们真的需要AI。”据他估算，如果当初建造LIGO时就有AI的这个洞察，其灵敏度将凭空提升10%到15%。在精密测量的世界里，这是一个决定性的巨大飞跃。

不止于优化：AI从零创造更优实验方案

AI的颠覆性远不止于优化现有设计。在量子物理领域，一个名为“纠缠交换”的经典实验，由后来的诺贝尔奖得主Anton Zeilinger提出。它可以在两个从未直接接触的粒子间建立量子纠缠，是量子技术的重要基石。

2021年，物理学家Mario Krenn的团队让他们的AI软件“PyTheus”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，它借鉴了另一个物理学分支——多光子干涉的思路，构建出一种更简洁、更高效的全新方案。起初，Krenn也认为AI的设计“肯定是错的”。但最终，由南京大学马小松教授领导的中国团队在2024年成功搭建并验证了AI的设计，证明其完美可行。

这表明，AI已经具备了从第一性原理出发，进行创新性科学设计的能力，其思路甚至可以超越诺贝尔奖级别的物理学家。

解读宇宙密码：当AI成为数据中的“寻宝猎人”

除了设计实验，人工智能在解析海量实验数据、挖掘隐藏物理规律方面也展现出惊人的潜力。

寻找暗物质公式：通过分析宇宙中暗物质团块的观测数据，AI独立得出了一个比人类科学家现有模型更精确的全新方程，完美地描述了数据。

重现自然对称性：在未被告知任何物理知识的前提下，一个AI模型通过分析欧洲大型强子对撞机（LHC）的数据，独立发现了作为爱因斯坦相对论核心基石的“洛伦兹对称性”。

这些案例表明，AI正从一个单纯的计算工具，进化为一个强大的科学“合作者”。它能发现人类忽略的模式，提出反直觉的解决方案，甚至独立重现宇宙的基本法则。

结论：迎接AI驱动的科学发现新纪元

从优化LIGO到重构量子实验，再到挖掘宇宙公式，AI正在以前所未有的深度和广度融入基础科学研究。物理学的“AlphaGo时刻”已经到来，它标志着一个转折点：人类科学家与AI合作，共同探索未知疆域的时代已经开启。

这不仅仅是物理学的胜利，更是人工智能，特别是大模型技术潜力的集中体现。我们正站在一个由AI辅助发现新物理学的时代门槛上。想获取更多前沿的AI新闻与AI日报，洞察AGI的最新进展，欢迎访问AI门户网站 AIGC.bar (https://aigc.bar)，与我们一同见证未来。