Kompiuteriai mėgina atrasti gamtos dėsnius

Jei Izaokas Niutonas būtų turėjęs superkompiuterį, jam gal būtų pakakę tiesiog įvesti duomenis apie krintančio obuolio trajektoriją, ir visuotinės traukos dėsnis būtų buvęs atrastas. Bet tik su sąlyga, kad šiame kompiuteryje būtų buvusi speciali programinė įranga, galinti analizuoti empirinius duomenis ir iš jų kitimo ieškoti dėsningumų.

Tokią programą sukūrė tyrėjai Hod Lipson ir Michael Schmidt iš Kornelio (Cornell) universiteto.

Kornelio (Cornell) universiteto tyrėjai Hod Lipson (dešinėje) ir Michael Schmidt su dviguba švytuokle. Nuotr: Kornelio universitetas

Mokslininkai šią programą jau išmėgino su paprastomis mechaninėmis sistemomis ir tiki, kad ją bus galima pritaikyti ir įvairioms sudėtingoms sistemoms, nuo biologinių iki kosminių, analizuojant sukauptus terabaitus stebėjimo duomenų.

Kompiuterio programa nagrinėja kiekvieno matuojamo dydžio kitimą ir lygina jį su kitais sistemos kintamaisiais, tai yra naudoja matematinį išvestinių metodą. Po to ji mėgina sukurti lygtis, naudodama žinomus kintamuosius ir įvairias konstantas, lygtis apskaičiuoja ir parenka tas, kurios geriausiai atitinka duomenis. Po to jas atsitiktiniu būdu kiek pakeičia, vėl tikrina, ir taip tęsia procesą tol, kol gauna lygtis, geriausiai atitinkančias realios sistemos elgesį.

Be abejo, kompiuteris neatranda dėsnių, tačiau gauna lygtis, kurios pakankamai tiksliai aprašo išmatuotų duomenų kitimus. Faktiškai, kompiuteris, neturėdamas jokių pradinių teorinių formulių ar kinematikos bei geometrijos žinių, suteikia mokslininkams tam tikrą užuominą ar nuorodą, kokie fiziniai dėsniai gali būti svarbūs toje sistemoje.

Kornelio universiteto mokslininkai jau sėkmingai išbandė šią programą, nagrinėdami nesudėtingų sistemų - paprastos ar dvigubos švytuoklės, svarelio, pakabinto ant spyruoklės judėjimą, o iš kompiuterio pateiktų rezultatų buvo galima matyti ir energijos tvermės, ir Niutono antrąjį dėsnius. Tiesa, tokį rezultatą gali gauti ir vyresniųjų kursų studentai laboratorinių darbų metu, tačiau kompiuteris tai padarė visiškai nieko „nežinodamas“ apie šiuos dėsnius. Be to, tai užtruko - dvigubos švytuoklės analizei prireikė galingo 32 procesorių kompiuterio ir 40 valandų darbo.

Be abejo, kol kas kompiuteriai nepakeis mokslininkų, tačiau jie jau gali daug padėti, leisdami greičiau pastebėti dėsningumus ir patardami, kokios gali būti jų priežastys.