Os cientistas usaram a IA para encontrar novas leis da física … e as encontraram!
Em um avanço que une a física experimental ao aprendizado de máquina, cientistas da Universidade de Emory utilizaram um programa de inteligência artificial para descobrir novas e surpreendentes leis físicas. O estudo, publicado na prestigiosa revista PNAS, demonstra como a IA pode ir além do processamento de dados para se tornar uma ferramenta fundamental na exploração científica.
“Demonstramos que podemos usar a IA para descobrir nova física”, afirma Justin Burton, professor de física experimental em Emory e coautor principal do artigo. “Nosso método não é uma ‘caixa preta’: entendemos como e por que funciona. O framework que oferece é universal e poderia ser aplicado a outros sistemas para abrir novas rotas ao descobrimento.”
Para alcançar este marco, os cientistas focaram-se em um estado fascinante da matéria: o plasma empoeirado. O plasma, frequentemente chamado de “quarto estado da matéria”, é um gás carregado de partículas e constitui 99,9% do universo visível, desde o Sol até os relâmpagos. O plasma empoeirado, que adiciona partículas de pó à mistura, é comum no espaço, desde os anéis de Saturno até o pó que flutua ao redor dos astronautas na Lua.
Na Terra, um exemplo ocorre durante incêndios florestais, quando o fuligem eletricamente carregado pode interferir nas comunicações por rádio. No laboratório, a equipe de Burton recriou esse fenômeno suspendendo minúsculas partículas de plástico em uma câmara de vácuo cheia de plasma, usando um laser e uma câmera de alta velocidade para rastrear o movimento de cada partícula em 3D.
Os dados desse experimento foram usados para alimentar uma rede neural especialmente projetada. O resultado foi a descrição mais detalhada e precisa até hoje das forças não recíprocas que governam esse sistema.
Ilya Nemenman, professor de física teórica e coautor do estudo, explica com uma analogia simples: “Imagine dois barcos se movendo em um lago. A esteira de cada barco afeta o outro. No plasma empoeirado, descrevemos como uma partícula líder atrai a que a segue, mas, curiosamente, a partícula que está atrás sempre repele a líder.”
A IA não apenas descreveu esse fenômeno com uma precisão superior a 99%, como também corrigiu teorias que eram consideradas certas. Por exemplo, demonstrou que a carga elétrica de uma partícula não depende apenas do seu tamanho, como se pensava, mas também da densidade e temperatura do plasma. Além disso, revelou que a força entre duas partículas não é influenciada somente pela distância entre elas, mas também pelo seu tamanho, algo que as teorias anteriores não consideravam com precisão.
Ao contrário de modelos como o ChatGPT, que são treinados com enormes quantidades de dados da internet, essa IA foi projetada para aprender a partir de um conjunto pequeno e específico de dados do laboratório. “Levamos mais de um ano de discussões semanais para encontrar a estrutura correta para a rede neural”, comenta Nemenman.
A equipe humana estabeleceu as regras fundamentais da física que a IA deveria respeitar, mas deu a ela a liberdade de inferir as interações desconhecidas.“Este projeto é um grande exemplo de colaboração interdisciplinar, onde o avanço na física do plasma e na IA pode levar a mais progressos no estudo de outros ‘sistemas de muitos corpos’, como as interações coletivas em sistemas vivos”, destacou Vyacheslav (Slava) Lukin, diretor de programa da Fundação Nacional de Ciências (NSF), que financiou principalmente o trabalho.
Enquanto a humanidade continua buscando respostas para os mistérios do universo, esta pesquisa demonstra que a inteligência artificial, guiada pelo pensamento crítico humano, pode ser uma aliada indispensável.
Como conclui o professor Burton: “Penso nisso como o lema de Star Trek: ir audaciosamente aonde ninguém jamais esteve. Usada corretamente, a IA pode abrir portas para reinos completamente novos a serem explorados.”
