AI เริ่มกรองความเป็นไปได้ที่ใกล้สิ้นสุดของทฤษฎีสตริง นิตยสารควอนต้า

ทฤษฎีสตริงจับใจและความคิดของนักฟิสิกส์หลายคนเมื่อหลายสิบปีก่อนเนื่องจากความเรียบง่ายที่สวยงาม ทฤษฎีบอกว่าซูมเข้าไปให้ไกลพอบนพื้นที่หนึ่ง และคุณจะไม่เห็นโรงเลี้ยงสัตว์ที่มีอนุภาคหรือสนามควอนตัมที่กระวนกระวายใจ จะมีเพียงสายพลังงานที่เหมือนกันเท่านั้น การสั่น การผสาน และการแยกออกจากกัน ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 นักฟิสิกส์พบว่า "สาย" เหล่านี้สามารถเคลื่อนตัวได้เพียงไม่กี่วิธี ทำให้เกิดความเป็นไปได้ที่นักฟิสิกส์สามารถติดตามเส้นทางตั้งแต่สายเต้นรำไปจนถึงอนุภาคมูลฐานของโลกของเรา เสียงคำรามที่ลึกที่สุดของสายจะทำให้เกิดกราวิตอน ซึ่งเป็นอนุภาคสมมุติที่เชื่อกันว่าก่อตัวเป็นโครงสร้างแรงโน้มถ่วงของกาล-อวกาศ การสั่นสะเทือนอื่นๆ จะทำให้เกิดอิเล็กตรอน ควาร์ก และนิวตริโน ทฤษฎีสตริงได้รับการขนานนามว่าเป็น "ทฤษฎีของทุกสิ่ง"

“ผู้คนคิดว่ามันเป็นเพียงเรื่องของเวลาจนกว่าคุณจะสามารถคำนวณทุกสิ่งที่ควรรู้ได้” กล่าว แอนโทนี่ แอชมอร์นักทฤษฎีสตริงจากมหาวิทยาลัยซอร์บอนน์ในปารีส

แต่เมื่อนักฟิสิกส์ศึกษาทฤษฎีสตริง พวกเขาก็ค้นพบความซับซ้อนอันน่าสยดสยอง

เมื่อพวกเขาย่อตัวออกจากโลกแห่งเชือกอันเคร่งครัด ทุกย่างก้าวสู่โลกแห่งอนุภาคและพลังอันอุดมสมบูรณ์ของเรา ทำให้เกิดความเป็นไปได้มากมายมหาศาล เพื่อความสอดคล้องทางคณิตศาสตร์ สตริงต้องบิดตัวผ่านกาล-อวกาศ 10 มิติ แต่โลกของเรามีสี่มิติ (สามมิติและหนึ่งมิติ) ทำให้นักทฤษฎีสตริงสรุปว่ามิติที่หายไปทั้งหกนั้นมีขนาดเล็ก — ขดเป็นรูปร่างขนาดเล็กมากจนดูเหมือนใยบวบ รูปร่าง 6 มิติที่มองไม่เห็นเหล่านี้มีจำนวนนับล้านล้านล้านชนิด บนรังบวบเหล่านั้น เชือกจะรวมกันเป็นระลอกคลื่นของสนามควอนตัมที่คุ้นเคย และการก่อตัวของสนามเหล่านี้ก็สามารถเกิดขึ้นได้หลายวิธีเช่นกัน จักรวาลของเราจึงประกอบด้วยแง่มุมต่าง ๆ ของทุ่งนาที่แผ่ออกมาจากใยบวบสู่โลกสี่มิติขนาดยักษ์ของเรา

นักทฤษฎีสตริงพยายามหาคำตอบว่าใยบวบและสาขาวิชาของทฤษฎีสตริงสามารถรองรับอนุภาคมูลฐานที่พบในจักรวาลจริงได้หรือไม่ แต่ไม่เพียงแต่มีความเป็นไปได้มากมายที่ต้องพิจารณา — 10⁵⁰⁰ การกำหนดค่าด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่เป็นไปได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งตามการนับหนึ่ง - ไม่มีใครสามารถทราบวิธีการซูมออกจากการกำหนดค่ามิติและสตริงเฉพาะเพื่อดูว่ามาโครเวิร์ลของอนุภาคใดจะเกิดขึ้น

“ทฤษฎีสตริงมีการทำนายที่ไม่เหมือนใครหรือไม่? ฟิสิกส์จริงเหรอ? คณะลูกขุนยังคงออกมา” กล่าว ลาร่า แอนเดอร์สันนักฟิสิกส์ที่เวอร์จิเนียเทคซึ่งใช้เวลาส่วนใหญ่ในอาชีพการงานของเธอในการพยายามเชื่อมโยงสายอักขระกับอนุภาค

ขณะนี้ นักวิจัยรุ่นใหม่ได้นำเครื่องมือใหม่มาใช้กับปัญหาเก่า: โครงข่ายประสาทเทียม โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ขับเคลื่อนความก้าวหน้าในด้านปัญญาประดิษฐ์ ในช่วงไม่กี่เดือนที่ผ่านมา นักฟิสิกส์และนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์สองทีมได้ใช้โครงข่ายประสาทเทียมเพื่อคำนวณอย่างแม่นยำเป็นครั้งแรกว่าโลกขนาดมหึมาประเภทใดจะเกิดขึ้นจากโลกแห่งเชือกด้วยกล้องจุลทรรศน์โดยเฉพาะ เหตุการณ์สำคัญที่เรียกร้องมายาวนานนี้ช่วยตอกย้ำภารกิจที่ชะงักไปเมื่อหลายสิบปีก่อน: ความพยายามที่จะพิจารณาว่าทฤษฎีสตริงสามารถอธิบายโลกของเราได้จริงหรือไม่

“เราไม่ได้ถึงจุดที่จะบอกว่าสิ่งเหล่านี้เป็นกฎเกณฑ์สำหรับจักรวาลของเรา” แอนเดอร์สันกล่าว “แต่มันเป็นก้าวสำคัญในทิศทางที่ถูกต้อง”

โลกแห่งเชือกที่บิดเบี้ยว

คุณลักษณะสำคัญที่กำหนดว่าโลกมาโครเกิดจากทฤษฎีสตริงอย่างไร คือการจัดเรียงมิติเชิงพื้นที่ขนาดเล็กทั้ง 6 มิติ

การจัดเรียงที่ง่ายที่สุดคือรูปร่าง 6 มิติที่ซับซ้อนที่เรียกว่าท่อร่วม Calabi-Yau ซึ่งเป็นวัตถุที่มีลักษณะคล้ายรังบวบ การตั้งชื่อตาม ยูเจนิโอ คาลาบี ผู้ล่วงลับไปแล้วนักคณิตศาสตร์ที่คาดเดาการมีอยู่ของพวกเขาในทศวรรษ 1950 และ Shing-Tung Yau ผู้ซึ่งในปี 1970 ตั้งใจที่จะพิสูจน์ว่า Calabi คิดผิด แต่กลับทำตรงกันข้าม ท่อร่วม Calabi-Yau เป็นช่องว่าง 6 มิติที่มีลักษณะสองประการที่ทำให้พวกเขาน่าดึงดูดสำหรับนักฟิสิกส์ .

ประการแรก พวกเขาสามารถโฮสต์สนามควอนตัมที่มีความสมมาตรที่เรียกว่าสมมาตรยิ่งยวด และสนามสมมาตรยิ่งยวดนั้นง่ายต่อการศึกษามากกว่าสนามที่ไม่ปกติ การทดลองที่เครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่ได้แสดงให้เห็นว่ากฎฟิสิกส์ขนาดมหภาคไม่สมมาตรยิ่งยวด แต่ธรรมชาติของโลกใบเล็กที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐานนั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด นักทฤษฎีสตริงส่วนใหญ่ทำงานภายใต้สมมติฐานที่ว่าจักรวาลในระดับนั้นมีความสมมาตรยิ่งยวด โดยบางคนอ้างแรงจูงใจทางกายภาพที่เชื่อว่าเป็นเช่นนั้น ในขณะที่คนอื่นๆ ทำเช่นนั้นโดยไม่จำเป็นทางคณิตศาสตร์

ประการที่สอง ท่อร่วม Calabi-Yau คือ "Ricci-flat" ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ การมีอยู่ของสสารหรือพลังงานทำให้กาลอวกาศโค้งงอ ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าความโค้งของริชชี่ ท่อร่วม Calabi-Yau ขาดความโค้งเช่นนี้ แม้ว่าพวกมันสามารถ (และทำ) โค้งในลักษณะอื่นที่ไม่เกี่ยวข้องกับสสารและพลังงานของมันได้ เพื่อให้เข้าใจถึงความเรียบของ Ricci ลองพิจารณาโดนัทซึ่งเป็นท่อร่วม Calabi-Yau ในมิติต่ำ คุณสามารถคลี่โดนัทและแสดงมันบนจอแบนโดยเคลื่อนไปทางขวาและเคลื่อนย้ายคุณไปทางซ้ายและด้านบนและด้านล่างเช่นเดียวกัน

แผนเกมทั่วไปสำหรับทฤษฎีสตริงจึงมุ่งไปที่การค้นหาความหลากหลายเฉพาะที่จะอธิบายโครงสร้างจุลภาคของกาล-อวกาศในจักรวาลของเรา วิธีหนึ่งในการค้นหาคือการเลือกโดนัท 6D ที่น่าเชื่อถือและพิจารณาว่าตรงกับอนุภาคที่เราเห็นหรือไม่

ขั้นตอนแรกคือหาคลาสโดนัท 6D ที่เหมาะสม คุณลักษณะที่นับได้ของท่อร่วมคาลาบี-เหยา เช่น จำนวนรูที่พวกมันมี เป็นตัวกำหนดลักษณะที่นับได้ของโลกของเรา เช่น จำนวนอนุภาคสสารที่แตกต่างกันที่มีอยู่ (จักรวาลของเรามี 12 แห่ง) ดังนั้นนักวิจัยจึงเริ่มต้นด้วยการค้นหาท่อร่วมคาลาบี-เหยาที่มีคุณสมบัตินับได้หลากหลายเพื่ออธิบายอนุภาคที่รู้จัก

นักวิจัยมีความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในขั้นตอนนี้ และในช่วงสองสามปีที่ผ่านมา ความร่วมมือในสหราชอาณาจักรได้ขัดเกลาศิลปะการเลือกโดนัทให้เป็นวิทยาศาสตร์โดยเฉพาะ ด้วยการใช้ข้อมูลเชิงลึกที่รวบรวมจากเทคนิคการคำนวณหลายประเภทในปี 2019 และ 2020 กลุ่มได้ระบุสูตรจำนวนหนึ่งที่แยกคลาสของ Calabi-Yau ออกมาซึ่งสร้างสิ่งที่พวกเขาเรียกว่า “แปรงกว้าง” เวอร์ชันมาตรฐานที่มีจำนวนอนุภาคสสารที่เหมาะสม ทฤษฎีเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะสร้างแรงในระยะไกลที่เรามองไม่เห็น ถึงกระนั้น ด้วยเครื่องมือเหล่านี้ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษส่วนใหญ่ก็ใช้การคำนวณอัตโนมัติซึ่งครั้งหนึ่งเคยเป็นเรื่องยากลำบาก

“ประสิทธิภาพของวิธีการเหล่านี้น่าทึ่งมาก” กล่าว อังเดร คอนสแตนตินซึ่งเป็นนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดซึ่งเป็นผู้นำในการค้นพบสูตรต่างๆ สูตรเหล่านี้ "ลดเวลาที่ต้องใช้ในการวิเคราะห์แบบจำลองทฤษฎีสตริงจากความพยายามในการคำนวณหลายเดือนเหลือเพียงเสี้ยววินาที"

ขั้นตอนที่สองนั้นยากกว่า นักทฤษฎีสตริงมุ่งหวังที่จะจำกัดการค้นหาให้แคบลงให้เกินกว่าประเภทของ Calabi-Yaus และระบุความหลากหลายที่เฉพาะเจาะจง พวกเขาพยายามระบุให้ชัดเจนว่ามันใหญ่แค่ไหนและตำแหน่งที่แม่นยำของทุกส่วนโค้งและลักยิ้ม รายละเอียดทางเรขาคณิตเหล่านี้ควรจะกำหนดลักษณะที่เหลือทั้งหมดของโลกมาโคร รวมถึงความแม่นยำของแรงปฏิกิริยาของอนุภาคและมวลของพวกมันอย่างแน่นอน

การทำขั้นตอนที่ 2 นี้ให้เสร็จสิ้นต้องรู้หน่วยเมตริกของท่อร่วม ซึ่งเป็นฟังก์ชันที่สามารถรับจุดสองจุดใดๆ บนรูปร่างและบอกระยะห่างระหว่างจุดเหล่านั้นได้ หน่วยเมตริกที่คุ้นเคยคือทฤษฎีบทพีทาโกรัส ซึ่งเข้ารหัสเรขาคณิตของระนาบ 4 มิติ แต่เมื่อคุณย้ายไปยังกาล-อวกาศที่มีมิติสูงขึ้น เมตริกต่างๆ จะกลายเป็นคำอธิบายทางเรขาคณิตที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นและซับซ้อนมากขึ้น นักฟิสิกส์แก้สมการของไอน์สไตน์เพื่อหาค่าเมตริกของหลุมดำที่หมุนรอบตัวเพียงจุดเดียวในโลก 6 มิติของเรา แต่อวกาศ XNUMX มิติกลับไม่อยู่ในลีกของพวกเขา “มันเป็นหนึ่งในสิ่งที่เศร้าที่สุดในฐานะนักฟิสิกส์ที่คุณเจอ” กล่าว โทบี้ ไวส์แมน, นักฟิสิกส์จาก Imperial College London “คณิตศาสตร์ ถึงแม้จะฉลาด แต่ก็มีข้อจำกัดในการเขียนคำตอบของสมการ”

ในฐานะนักศึกษาหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดในช่วงต้นทศวรรษ 2000 ไวส์แมนได้ยินเสียงกระซิบเกี่ยวกับตัวชี้วัด "ที่เป็นตำนาน" ของท่อร่วม Calabi-Yau การพิสูจน์ของ Yau ว่าฟังก์ชันเหล่านี้มีอยู่จริงช่วยให้เขาได้รับ Fields Medal (รางวัลสูงสุดในสาขาคณิตศาสตร์) แต่ไม่มีใครเคยคำนวณมาก่อน ในขณะนั้น ไวส์แมนใช้คอมพิวเตอร์เพื่อประมาณหน่วยเมตริกของอวกาศ-เวลาที่อยู่รอบๆ หลุมดำแปลกตา บางทีเขาคาดการณ์ว่าคอมพิวเตอร์สามารถแก้ปัญหาเมตริกของกาลอวกาศ Calabi-Yau ได้

“ทุกคนพูดว่า 'โอ้ ไม่ คุณไม่สามารถทำแบบนั้นได้'” ไวส์แมนกล่าว “ฉันกับผู้ชายที่เก่งมาก แมทธิว เฮดริกซึ่งเป็นนักทฤษฎีสตริง เรานั่งลงและแสดงให้เห็นว่ามันสามารถทำได้”

Manifolds แบบพิกเซล

ไวส์แมนและเฮดริก (ซึ่งทำงานที่มหาวิทยาลัยแบรนไดส์) รู้ว่าหน่วยเมตริกคาลาบี-เหยาต้องแก้สมการของไอน์สไตน์สำหรับพื้นที่ว่าง หน่วยเมตริกที่ตรงตามเงื่อนไขนี้รับประกันว่ากาล-อวกาศเป็นแบบ Ricci-flat ไวส์แมนและเฮดริกเลือกมิติทั้งสี่เป็นพื้นที่พิสูจน์ ด้วยการใช้ประโยชน์จากเทคนิคเชิงตัวเลขที่บางครั้งสอนในชั้นเรียนแคลคูลัสของโรงเรียนมัธยม พวกเขาแสดงให้เห็นในปี 2005 ว่า ตัวชี้วัด 4D Calabi-Yau สามารถประมาณได้จริงๆ มันอาจจะไม่ได้แบนราบไปทุกจุด แต่มันก็เข้ามาใกล้มาก ราวกับโดนัทที่มีรอยบุบเล็กน้อยที่มองไม่เห็น

ในเวลาเดียวกัน Simon Donaldson นักคณิตศาสตร์คนสำคัญที่ Imperial ก็กำลังศึกษาหน่วยเมตริก Calabi-Yau ด้วยเหตุผลทางคณิตศาสตร์ และในไม่ช้าเขาก็สร้างอัลกอริทึมอื่นสำหรับการประมาณหน่วยเมตริก นักทฤษฎีสตริงรวมทั้งแอนเดอร์สันเริ่มพยายามคำนวณหน่วยเมตริกเฉพาะด้วยวิธีเหล่านี้ แต่ขั้นตอนเหล่านี้ใช้เวลานานและทำให้เกิดโดนัทที่มีลักษณะเป็นหลุมเป็นบ่อมากเกินไป ซึ่งจะทำให้ความพยายามในการทำนายอนุภาคที่แม่นยำนั้นยุ่งเหยิง

ความพยายามที่จะเสร็จสิ้นขั้นตอนที่ 2 หมดไปเป็นเวลาเกือบทศวรรษ แต่ในขณะที่นักวิจัยมุ่งเน้นไปที่ขั้นตอนที่ 1 และในการแก้ปัญหาอื่นๆ ในทฤษฎีสตริง เทคโนโลยีใหม่อันทรงพลังสำหรับการประมาณฟังก์ชันได้กวาดล้างวิทยาการคอมพิวเตอร์ นั่นคือโครงข่ายประสาทเทียม ซึ่งปรับกริดตัวเลขขนาดใหญ่จนกว่าค่าของพวกมันจะสามารถรองรับฟังก์ชันที่ไม่รู้จักบางอย่างได้

โครงข่ายประสาทเทียมพบฟังก์ชันที่สามารถระบุวัตถุในรูปภาพ แปลคำพูดเป็นภาษาอื่น และแม้แต่เชี่ยวชาญเกมกระดานที่ซับซ้อนที่สุดของมนุษยชาติ เมื่อนักวิจัยจากบริษัทปัญญาประดิษฐ์ DeepMind ได้สร้าง อัลกอริธึมอัลฟ่าโกซึ่งในปี 2016 เอาชนะนักฟิสิกส์โกะผู้เล่นโกะอันดับต้น ๆ ฟาเบียน รูห์เล สังเกต

“ผมคิดว่า ถ้าสิ่งนี้สามารถเอาชนะแชมป์โลกในเกม Go ได้ บางทีมันอาจจะทำได้ดีกว่านักคณิตศาสตร์ หรืออย่างน้อยก็นักฟิสิกส์อย่างผม” Ruehle ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่ Northeastern University กล่าว

Ruehle และผู้ทำงานร่วมกันหยิบยกปัญหาเก่าในการประมาณเมตริก Calabi-Yau แอนเดอร์สันและคนอื่นๆ ได้ฟื้นฟูความพยายามก่อนหน้านี้เพื่อเอาชนะขั้นตอนที่ 2 นักฟิสิกส์พบว่าโครงข่ายประสาทเทียมให้ความเร็วและความยืดหยุ่นอย่างที่เทคนิคก่อนหน้านี้ยังขาดไป อัลกอริธึมสามารถเดาหน่วยเมตริก ตรวจสอบความโค้งที่หลายพันจุดในพื้นที่ 6D และปรับการเดาซ้ำๆ จนกระทั่งความโค้งหายไปทั่วทั้งท่อร่วมไอดี ทั้งหมดที่นักวิจัยต้องทำคือปรับแต่งแพ็คเกจการเรียนรู้ของเครื่องที่มีให้ใช้งานฟรี ภายในปี 2020 หลายกลุ่มได้เปิดตัวแพ็คเกจแบบกำหนดเองสำหรับการคำนวณตัววัด Calabi-Yau

ด้วยความสามารถในการรับหน่วยเมตริก ในที่สุดนักฟิสิกส์ก็สามารถพิจารณาคุณสมบัติปลีกย่อยของเอกภพขนาดใหญ่ที่สัมพันธ์กับท่อร่วมแต่ละอันได้ในที่สุด “สิ่งแรกที่ฉันทำหลังจากมีมัน ฉันคำนวณมวลของอนุภาค” Ruehle กล่าว

จากเครื่องสายไปจนถึงควาร์ก

ในปี 2021 Ruehle ซึ่งร่วมมือกับ Ashmore ได้เปิดตัว มวลของอนุภาคหนักที่แปลกใหม่ ซึ่งขึ้นอยู่กับส่วนโค้งของ Calabi-Yau เท่านั้น แต่อนุภาคสมมุติเหล่านี้อาจมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะตรวจจับได้ ในการคำนวณมวลของอนุภาคที่คุ้นเคย เช่น อิเล็กตรอน ซึ่งเป็นนักทฤษฎีสตริงเป้าหมายที่ติดตามมานานหลายทศวรรษ ผู้เรียนของเครื่องจะต้องทำอะไรมากกว่านี้

อนุภาคของสสารน้ำหนักเบาได้รับมวลโดยการทำปฏิกิริยากับสนามฮิกส์ ซึ่งเป็นสนามพลังงานที่แผ่ขยายไปทั่วอวกาศ ยิ่งอนุภาคใดสังเกตสนามฮิกส์ได้มากเท่าไร มันก็จะหนักมากขึ้นเท่านั้น อนุภาคแต่ละอนุภาคมีปฏิสัมพันธ์กับฮิกส์มากเพียงใดนั้นจะถูกระบุด้วยปริมาณที่เรียกว่าการเชื่อมต่อแบบยูคาวะ และในทฤษฎีสตริง ข้อต่อยูคาว่าขึ้นอยู่กับสองสิ่ง วิธีหนึ่งคือหน่วยเมตริกของท่อร่วม Calabi-Yau ซึ่งเหมือนกับรูปร่างของโดนัท อีกประการหนึ่งคือวิธีที่สนามควอนตัม (เกิดขึ้นเป็นกลุ่มของสตริง) กระจายออกไปทั่วท่อร่วมไอดี สนามควอนตัมเหล่านี้มีลักษณะคล้ายกับการโปรยลงมา การจัดเรียงจะสัมพันธ์กับรูปร่างของโดนัท แต่ก็ค่อนข้างจะเป็นอิสระเช่นกัน

Ruele และนักฟิสิกส์คนอื่นๆ ได้เปิดตัวชุดซอฟต์แวร์ที่อาจมีรูปทรงโดนัท ขั้นตอนสุดท้ายคือการโรย — และโครงข่ายประสาทเทียมก็พิสูจน์แล้วว่าสามารถทำงานได้เช่นกัน สองทีมรวบรวมชิ้นส่วนทั้งหมดไว้ด้วยกันเมื่อต้นปีนี้

ความร่วมมือระดับนานาชาตินำโดย ผู้ท้าชิง มิชรา ของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์สร้างขึ้นครั้งแรกบนแพ็คเกจของ Ruehle เพื่อคำนวณเมตริก - เรขาคณิตของโดนัทนั่นเอง จากนั้น พวกเขาใช้โครงข่ายประสาทเทียมที่ปลูกเองเพื่อคำนวณวิธีที่สนามควอนตัมทับซ้อนกัน ขณะที่พวกมันโค้งไปรอบท่อร่วมไอดี เหมือนกับการโรยของโดนัท ที่สำคัญ พวกเขาทำงานในบริบทที่รูปทรงเรขาคณิตของสนามและของท่อร่วมมีการเชื่อมโยงกันอย่างแน่นหนา ซึ่งเป็นการตั้งค่าที่ทราบถึงข้อต่อ Yukawa อยู่แล้ว เมื่อกลุ่มคำนวณการเชื่อมต่อกับโครงข่ายประสาทเทียม ผลลัพธ์ ตรงกับคำตอบที่ทราบ

“ผู้คนอยากทำเช่นนี้มาตั้งแต่ก่อนที่ฉันจะเกิดในยุค 80” มิชรากล่าว

กลุ่มที่นำโดยผู้มีประสบการณ์ด้านทฤษฎีสตริง เบิร์ต โอวรุต ของมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียและ อังเดร ลูคัส ของอ็อกซ์ฟอร์ดไปไกลกว่านั้น พวกเขาเริ่มต้นด้วยซอฟต์แวร์คำนวณหน่วยเมตริกของ Ruehle ซึ่ง Lukas ได้ช่วยพัฒนาเช่นกัน จากรากฐานดังกล่าว พวกเขาได้เพิ่มอาร์เรย์ของโครงข่ายประสาทเทียม 11 ชุดเพื่อจัดการกับสปริงประเภทต่างๆ เครือข่ายเหล่านี้ช่วยให้พวกเขาสามารถคำนวณฟิลด์ต่างๆ ที่อาจใช้รูปทรงที่หลากหลายยิ่งขึ้น ทำให้เกิดฉากที่สมจริงมากขึ้นซึ่งไม่สามารถศึกษาด้วยเทคนิคอื่นใดได้ กองทัพเครื่องจักรนี้เรียนรู้การวัดและการจัดเรียงของทุ่งนา คำนวณข้อต่อ Yukawa และคายออกมา มวลของควาร์กสามประเภท- มันทำทั้งหมดนี้กับท่อร่วม Calabi-Yau ที่มีรูปร่างแตกต่างกันหกท่อ “นี่เป็นครั้งแรกที่มีคนสามารถคำนวณพวกมันให้มีความแม่นยำระดับนั้นได้” แอนเดอร์สันกล่าว

ไม่มีคาลาบี-ยอสตัวใดที่เป็นรากฐานของจักรวาลของเรา เพราะควาร์กสองตัวมีมวลเท่ากัน ในขณะที่ควาร์กทั้งหกชนิดในโลกของเรามีมวลสามชั้น แต่ผลลัพธ์ดังกล่าวเป็นการพิสูจน์หลักการที่ว่าอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องสามารถนำนักฟิสิกส์จากท่อร่วม Calabi-Yau ไปจนถึงมวลอนุภาคจำเพาะ

“จนถึงตอนนี้ การคำนวณใดๆ ดังกล่าวคงเป็นเรื่องที่คิดไม่ถึง” คอนสแตนติน สมาชิกของกลุ่มที่ประจำอยู่ที่อ็อกซ์ฟอร์ด กล่าว

เกมตัวเลข

โครงข่ายประสาทเทียมปิดกั้นโดนัทที่มีรูมากกว่าหนึ่งกำมือ และในที่สุดนักวิจัยก็อยากจะศึกษาโดนัทมากมายที่มีหลายร้อยรู จนถึงขณะนี้ นักวิจัยได้พิจารณาเฉพาะสาขาควอนตัมที่ค่อนข้างเรียบง่ายเท่านั้น Ashmore กล่าวว่า "คุณอาจต้องใช้โครงข่ายประสาทเทียมที่ซับซ้อนกว่านี้เพื่อไปสู่โมเดลมาตรฐาน"

ความท้าทายที่ใหญ่กว่ากำลังรออยู่ข้างหน้า ความพยายามที่จะค้นหาฟิสิกส์ของอนุภาคในคำตอบของทฤษฎีสตริง ถ้ามันอยู่ในนั้นเลย ถือเป็นเกมตัวเลข ยิ่งคุณสามารถตรวจสอบโดนัทที่โรยหน้าได้มากเท่าไร คุณก็จะมีโอกาสหาชิ้นที่ตรงกันได้มากขึ้นเท่านั้น หลังจากใช้ความพยายามมานานหลายทศวรรษ ในที่สุดนักทฤษฎีสตริงก็สามารถตรวจสอบโดนัทและเปรียบเทียบกับความเป็นจริงได้ในที่สุด นั่นคือมวลและการเชื่อมต่อของอนุภาคมูลฐานที่เราสังเกตเห็น แต่แม้แต่นักทฤษฎีที่มองโลกในแง่ดีที่สุดก็ยอมรับว่าโอกาสที่จะเจอแมตช์โดยโชคไม่ดีนั้นมีน้อยมาก โดนัท Calabi-Yau เพียงอย่างเดียวอาจมีจำนวนไม่สิ้นสุด “คุณต้องเรียนรู้วิธีการเล่นเกมระบบ” Ruehle กล่าว

วิธีหนึ่งคือตรวจสอบท่อร่วม Calabi-Yau หลายพันตัว และพยายามค้นหารูปแบบใดๆ ที่สามารถนำทางการค้นหาได้ ตัวอย่างเช่น ด้วยการยืดและบีบท่อร่วมด้วยวิธีต่างๆ นักฟิสิกส์อาจพัฒนาความรู้สึกตามสัญชาตญาณว่ารูปร่างใดนำไปสู่อนุภาคใด “สิ่งที่คุณหวังจริงๆ ก็คือคุณมีเหตุผลที่ดีหลังจากดูโมเดลบางรุ่นแล้ว” แอชมอร์กล่าว “และคุณก็สะดุดเข้ากับโมเดลที่เหมาะสมสำหรับโลกของเรา”

Lukas และเพื่อนร่วมงานที่ Oxford วางแผนที่จะเริ่มการสำรวจ โดยผลิตโดนัทที่มีแนวโน้มมากที่สุดและเล่นโรยให้มากขึ้น ขณะที่พวกเขาพยายามค้นหาจำนวนมากมายที่ก่อให้เกิดประชากรควาร์กตามความเป็นจริง คอนสแตนตินเชื่อว่าพวกเขาจะพบความหลากหลายที่สร้างมวลของอนุภาคที่เหลือที่เรารู้จักในเวลาไม่กี่ปี

อย่างไรก็ตาม นักทฤษฎีสตริงคนอื่นๆ คิดว่ายังเร็วเกินไปที่จะเริ่มพิจารณาท่อร่วมแต่ละส่วน โธมัส แวน เรียต ของ KU Leuven เป็นนักทฤษฎีสตริงที่ติดตาม โครงการวิจัย “พื้นที่ชุ่มน้ำ”ซึ่งพยายามระบุคุณลักษณะที่ใช้ร่วมกันโดยโซลูชันทฤษฎีสตริงที่สอดคล้องกันทางคณิตศาสตร์ทั้งหมด เช่น ความอ่อนแออย่างรุนแรงของแรงโน้มถ่วง สัมพันธ์กับพลังอื่นๆ เขาและเพื่อนร่วมงานปรารถนาที่จะแยกแยะวิธีแก้ปัญหาสตริงในวงกว้าง ซึ่งก็คือจักรวาลที่เป็นไปได้ ก่อนที่พวกเขาจะคิดเกี่ยวกับโดนัทและโรยแบบเฉพาะเจาะจงด้วยซ้ำ

“เป็นเรื่องดีที่ผู้คนทำธุรกิจแมชชีนเลิร์นนิงนี้ เพราะฉันแน่ใจว่าเราจะต้องการมันเมื่อถึงจุดหนึ่ง” Van Riet กล่าว แต่ก่อนอื่น “เราต้องคิดถึงหลักการพื้นฐาน รูปแบบต่างๆ ก่อน สิ่งที่พวกเขาถามคือรายละเอียด”

นักฟิสิกส์จำนวนมากได้เปลี่ยนจากทฤษฎีสตริงไปใช้ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมอื่นๆ และการพัฒนาแมชชีนเลิร์นนิงล่าสุดก็ไม่น่าจะนำมันกลับมาได้ เรนาเต ลอลนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัย Radboud ในเนเธอร์แลนด์กล่าวว่า เพื่อสร้างความประทับใจอย่างแท้จริง นักทฤษฎีสตริงจะต้องทำนายและยืนยันปรากฏการณ์ทางกายภาพใหม่ๆ นอกเหนือจากแบบจำลองมาตรฐาน “มันเป็นการค้นหาแบบเข็มในกองหญ้า และฉันไม่แน่ใจว่าเราจะเรียนรู้อะไรจากการค้นหานั้น แม้ว่าจะมีหลักฐานเชิงปริมาณที่น่าเชื่อถือว่าเป็นไปได้” เพื่อสร้างแบบจำลองมาตรฐานขึ้นมาใหม่ เธอกล่าว “เพื่อให้น่าสนใจ ควรมีการคาดการณ์ทางกายภาพใหม่ๆ”

การคาดการณ์ใหม่ๆ ถือเป็นเป้าหมายสูงสุดของแมชชีนเลิร์นนิงหลายคนจริงๆ พวกเขาหวังว่าทฤษฎีสตริงจะพิสูจน์ได้ว่าค่อนข้างเข้มงวด ในแง่ที่ว่าโดนัทที่เข้าคู่กับจักรวาลของเรานั้นมีความเหมือนกัน ตัวอย่างเช่น โดนัทเหล่านี้อาจมีอนุภาคชนิดใหม่ที่สามารถใช้เป็นเป้าหมายในการทดลองได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับตอนนี้ นั่นเป็นเพียงความทะเยอทะยานเท่านั้น และอาจไม่หลุดลอยไป

“ทฤษฎีสตริงนั้นน่าทึ่งมาก นักทฤษฎีสตริงหลายคนเก่งมาก แต่ประวัติของคำกล่าวที่ถูกต้องในเชิงคุณภาพเกี่ยวกับจักรวาลนั้นถือเป็นขยะจริงๆ” กล่าว นิมา อาร์คานี-ฮาเหม็ดนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีแห่งสถาบันเพื่อการศึกษาขั้นสูงในพรินซ์ตัน รัฐนิวเจอร์ซีย์

ท้ายที่สุดแล้ว คำถามเกี่ยวกับสิ่งที่ทฤษฎีสตริงคาดการณ์ไว้ยังคงเปิดกว้างอยู่ ขณะนี้นักทฤษฎีสตริงกำลังใช้ประโยชน์จากพลังของโครงข่ายประสาทเทียมเพื่อเชื่อมต่อโลกไมโคร 6 มิติของสตริงกับโลกมาโคร 4 มิติของอนุภาค พวกเขามีโอกาสที่ดีกว่าที่จะตอบมันสักวันหนึ่ง

“ไม่ต้องสงสัยเลยว่า มีทฤษฎีสตริงมากมายที่ไม่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติ” แอนเดอร์สันกล่าว “คำถามคือ: มีใครมีส่วนเกี่ยวข้องกับเรื่องนี้บ้างไหม? คำตอบอาจจะไม่ใช่ แต่ฉันคิดว่ามันน่าสนใจจริงๆ ที่จะพยายามผลักดันทฤษฎีให้ตัดสินใจ”