(相關(guān)資料圖)

來(lái)源：環(huán)球時(shí)報(bào)

美國(guó)《科技日?qǐng)?bào)》1月17日文章，原題：工程師們發(fā)現(xiàn)了人工智能、物理學(xué)和生物學(xué)之間的共同原理 廚房里的一瓶新鮮奶油或浴室里的剃須膏，竟然藏著科學(xué)界爭(zhēng)論了20年的“泡沫之謎”謎底。此前，科學(xué)界一直認(rèn)為泡沫的微觀結(jié)構(gòu)看似無(wú)序卻保持靜止。但近日，一項(xiàng)發(fā)表于《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）的研究表明，泡沫中的氣泡就像開(kāi)派對(duì)一樣不停挪動(dòng)位置，按照各種可能的排列方式不斷進(jìn)行重組；更出人意料的是，泡沫的運(yùn)動(dòng)可能遵循著與人工智能（AI）、物理學(xué)甚至生物學(xué)相同的底層原理。

早期的理論認(rèn)為，泡沫中的氣泡會(huì)沿著一定軌跡滾動(dòng)，然后停留在某處。這種框架有助于解釋為什么泡沫一旦形成就會(huì)“看起來(lái)”穩(wěn)定，就像一塊巨石靜靜地躺在山谷底部一樣。不過(guò)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的深入分析揭示了一個(gè)問(wèn)題：泡沫的實(shí)際行為與這些理論的預(yù)測(cè)并不相符。賓夕法尼亞大學(xué)的工程師們利用計(jì)算機(jī)模擬追蹤了泡沫中氣泡的運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣泡們根本不老實(shí)，總在能量景觀（描述系統(tǒng)隨狀態(tài)變化的分布模型——編者注）上“溜達(dá)”。按理說(shuō)氣泡應(yīng)該像滾石下山一樣停在“谷底”，但現(xiàn)實(shí)卻是它們一直在山坡上“散步”。賓夕法尼亞大學(xué)化學(xué)與生物分子工程系教授、該論文的共同作者約翰·C·克羅克說(shuō)：“我們?cè)缭?0年前就開(kāi)始注意到這些差異，但我們一直沒(méi)找到合理的答案。”

泡沫的這種行為困擾了科學(xué)界很久，直到AI領(lǐng)域的梯度下降法（常用于AI中，用來(lái)遞歸性地逼近最小偏差模型——編者注）帶來(lái)了靈感。從數(shù)學(xué)角度看，泡沫的運(yùn)動(dòng)方式與訓(xùn)練AI常用的“深度學(xué)習(xí)”過(guò)程極為相似，現(xiàn)代AI系統(tǒng)通過(guò)在訓(xùn)練過(guò)程中不斷自我調(diào)整數(shù)值參數(shù)來(lái)進(jìn)行“深度學(xué)習(xí)”，這一過(guò)程不是一味追求最小誤差，而是讓系統(tǒng)在一大片能量較平坦的區(qū)域里游走，探索各種“解法”。泡沫的氣泡在廣闊的能量景觀上不斷重組，和AI模型在各種解法之間游走的底層邏輯是統(tǒng)一的。

這一發(fā)現(xiàn)也為物理學(xué)家設(shè)計(jì)能夠適應(yīng)環(huán)境的智能材料指明了新的思路——如果能用泡沫的“自適應(yīng)”原理去設(shè)計(jì)材料，未來(lái)的窗簾能自己調(diào)整透光度，衣服遇冷熱自動(dòng)調(diào)節(jié)保溫性能。同時(shí)，這一發(fā)現(xiàn)或許也能為生物學(xué)家探究生命奧秘（例如活細(xì)胞的內(nèi)部框架）提供新的見(jiàn)解，蛋白折疊、免疫細(xì)胞運(yùn)動(dòng)等過(guò)程可能遵循同樣的能量景觀驅(qū)動(dòng)邏輯……物理、生物、計(jì)算機(jī)科學(xué)不再各自為政，它們的底層“玩法”或許是同一套公式。看似簡(jiǎn)單的泡沫打破了學(xué)科壁壘。理解泡沫，也許就是理解科學(xué)復(fù)雜性的鑰匙。（白鷺譯）

關(guān)鍵詞： 泡沫 氣泡 原理 化學(xué) 美媒 物理學(xué) 生物學(xué)