人工智能工具的投入使用，让我们发现了替代物理变量！

我是斜杠青年，一个热爱前沿科学的“杂食性”学者！

通过分析钟摆视频，人工智能确定了当前数学中不存在的变量。

一种人工智能工具检查了物理系统，找到了描述其发现的新方法。

我们如何理解宇宙？没有手册。没有处方。

最基本的是，物理学帮助我们理解“可观察”变量之间的关系——这些是我们可以测量的东西。速度、能量、质量、位置、角度、温度、电荷。一些变量，如加速度，可以简化为更基本的变量。这些都是物理学中的变量，塑造了我们对世界的理解。

这些变量通过方程绑定在一起。

阿尔伯特·爱因斯坦最著名的方程E = mc2使用常数：光速（c）总结了变量能量（E）和质量（m）之间的关系。事实上，爱因斯坦所有非常复杂的狭义相对论都可以简化为三个变量之间的关系：能量、质量和速度。

我们选择变量没有什么神圣之处。我们选择的变量和数学经受住了时间的考验，对于给定的理论或物理系统有意义。

但是，如果我们找到其他物理变量来解决同样的问题呢？它不会改变问题......或解决方案。但这可能会让我们对宇宙的内部运作有新的见解，并加速科学发现。

现在，纽约哥伦比亚大学开发的人工智能（AI）工具已经做到了这一点。实验结果发表在《自然计算科学》上。

哥伦比亚工程公司的机器人学家开发了一个人工智能程序，以审查原始视频数据，并搜索完全描述系统观察到的物理动力学的摆动的最小基本变量集。

为了测试他们的人工智能，团队首先展示了他们已经知道答案的现象的工具视频。

双开花可以精确地用四个“状态变量”来描述——两个臂中每个臂的角度和角速度。在盯着视频几个小时后，人工智能给出了系统中变量数量的答案：4.7。

哥伦比亚大学机械工程系创意机器实验室主任、高级作家Hod Lipson表示：“他们认为这个答案足够接近了。”“特别是因为所有人工智能都可以访问原始视频片段，而没有任何物理或几何知识。但他们想知道变量实际上是什么，而不仅仅是它们的数量。”

因此，下一个挑战是尝试可视化人工智能识别的变量。这并不容易，因为该程序没有描述人类直观的语言变量。然而，研究人员确实将其中两个变量与每个钟摆手臂的角度相关联。

现任杜克大学助理教授的陈博元表示，该团队试图将其他变量与他们能想到的任何事物联系起来：角速和线性速度、动能和势能，以及已知量的各种组合。“但似乎没有什么是完全匹配的。”

团队相信人工智能对系统动力学的良好预测意味着它找到了一套有效的四个变量，因此对其他变量可能是什么感到困惑。

目前，“我们还不明白它所说的数学语言。”

尽管如此，人工智能还是对具有已知解决方案的其他物理系统进行了良好的计算。

已经很困惑，如果向人工智能展示一些没有已知答案的东西，团队会失去什么？

该团队向人工智能展示了Family Guyfame的“古怪的波浪形充气臂连枷管男人”的视频，在一辆二手车停车场前大摇摆不定。几个小时的分析返回了八个变量。熔岩灯视频还给出了八个变量。壁炉的循环视频产生了24个变量。

研究人员想知道，每次重新启动程序时，变量集是否都不同，或者它是否为每个系统找到了相同的独特变量集。

“我一直想知道，如果我们遇到一个聪明的外星种族，他们会发现和我们一样的物理定律，还是会以不同的方式描述宇宙？”“也许有些现象看起来很神秘，因为我们试图使用错误的变量集来理解它们。”

在实验中，变量的数量保持不变，但每次人工智能重新启动时，具体变量都会有所不同。这表明还有其他方法来描述系统——进而描述宇宙——我们的选择可能并不完美。

这些人工智能工具可以帮助科学家掌握当前理论理解的复杂现象。“虽然研究团队在这项工作中使用视频数据，但可以使用任何类型的阵列数据源——例如雷达阵列或DNA阵列。”

科学家可能仅仅因为没有一套好的变量而误解或无法理解许多现象。“几千年来，人们知道物体移动得快或慢，但只有当速度和加速度的概念被正式量化时，牛顿才能发现他著名的运动定律F = ma。”

同样，在确定热力学定律之前，需要描述温度和压力的变量。任何科学理论也是如此——要发展理论，你首先需要变量。仅仅因为我们没有变量，我们还错过了哪些其他定律？

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