ดูคลิปช่อง StarTalk เชิญ Lara Anderson ผู้เชี่ยวชาญด้าน String Theory มาออกรายการ แล้วตั้งคำถามที่น่าสนใจมากว่า Can AI Solve String Theory? เลยตามไปดูคลิปเต็มจนจบ
ปูพื้นวงการฟิสิกส์สักนิดว่า พัฒนาการสำคัญด้านฟิสิกส์ในช่วงศตวรรษ 1900s มีอยู่ 2 เรื่อง คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (general relativity) ของ Einstein ที่ทำให้เราเข้าใจกาลอวกาศ (space & time) และกลศาสตร์ควอนตัม (quantum mechanics) ที่อธิบายเรื่องฟิสิกส์อนุภาค
ปัญหาคือสองทฤษฎีนี้มีความขัดแย้งกันเอง (แต่ดันอธิบายปรากฏการณ์จริงได้ทั้งคู่) นักวิทยาศาสตร์เลยพยายามหาวิธีรวมสองทฤษฎีนี้เข้าด้วยกัน โดยตั้งชื่อให้มันล่วงหน้าว่า theory of everything คือใช้อธิบายทุกอย่างในจักรวาลได้
หนึ่งในทฤษฎีตัวเต็งที่พยายามเป็น theory of everything คือ string theory ที่เสนอไอเดีย (แปลว่ายังไม่ได้รับการพิสูจน์) ว่าจักรวาลมีมิติมากกว่า 4 มิติ (space & time) แต่มิติอื่นๆ ที่เหนือขึ้นไปจากนี้มันถูกลดขนาดลงเหลือเล็กมากๆ (compactification) จนเราสัมผัสไม่ได้ แต่ปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์บางอย่างที่นักวิทยาศาสตร์ยังหาคำอธิบายไม่ได้ (เช่น พฤติกรรมของแรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นแรง 1 ใน 4 ชนิด อย่างสุดท้ายที่ยังรวมแรงไม่ได้) มันเชื่อมต่อกันผ่านมิติพิเศษเหล่านี้
ฟังดูโอเวอร์เหนือจินตนาการ แต่ปัญหาสำคัญของ string theory คือตัวทฤษฎีมันถูกพัฒนาขึ้นนานพอสมควรแล้ว (เริ่มคิดกันประมาณปี 1960s แล้วพัฒนาเรื่อยมา) แต่ยังไม่สามารถพิสูจน์ได้เลยว่ามันจริง ทั้งในทางคณิตศาสตร์ และในการทดลองจริงๆ
ผมคิดว่าเป็นคำถามที่น่าสนใจมากว่า ทำไมเรายังไม่สามารถพิสูจน์ string theory ได้ และคำถามที่น่าสนใจต่อจากนั้นคือ แล้ว AI ช่วยเราได้ไหม
Lara Anderson เป็นอาจารย์ด้านฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ที่ Virginia Tech ซึ่งทำเรื่อง string theory โดยตรง เธออธิบายเรื่อง string theory ได้เข้าใจง่ายที่สุดเท่าที่ผมเคยฟังมา และตอบคำถามเรื่องนี้ว่า
นักทฤษฎีฟิสิกส์พยายามคำนวณหาค่าตัวเลขความเป็นไปได้ของมิติต่างๆ ที่สอดคล้องกับสมการของ Einstein และ Quantum กันมานาน แต่การคำนวณนั้นยากมาก เพราะสมการเหล่านี้ยากอยู่แล้ว (เป็น non-liner คือ differential equation) แล้วพอต้องเพิ่มจำนวนมิติเข้าไปเยอะๆ สมการมันยิ่งซับซ้อนเข้าไปอีก การหาตัวเลขค่าคงที่ (constant) ที่สอดคล้องกันใน 6-7-8 มิติจึงเป็นเรื่องยากสุดๆ ไปเลย เหมือนงมเข็มในมหาสมุทร
Neil deGrasse Tyson เสริมว่าในโลกของวิทยาศาสตร์ มันมีงานอยู่ 2 ประเภท แบบแรกคือ ปัญหาที่เราหาสมการเจอ แก้สมการได้ค่าตัวเลขมาแล้วจบกันไป กับแบบที่สองคือ เราต้องทดลองใส่ค่าตัวเลขไปเรื่อยๆ แล้วดูผลลัพธ์ ปรับแต่งไปเรื่อยๆ จนกว่าจะเจอ พวกเรานักวิทยาศาสตร์เกลียดโจทย์แบบที่ 2 แต่โลกก็เป็นแบบนี้ ไม่มีทางเลือกอื่น นอกจากลองคำนวณไปเรื่อยๆ
Lara บอกว่าเดิมที นักทฤษฎีฟิสิกส์ต้องรอมีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ใช้งาน แล้วลองใส่คำสั่งรันทดสอบ simulation ตัวเลข รอไปหลายวันหรือหลายเดือนถึงได้คำตอบ (ที่ไม่รู้ว่าถูกหรือไม่) แต่ในยุค AI ก็ช่วยลดงานตรงนี้ลงได้ โดยใช้ machine learning ช่วยแก้สมการ differential equation ได้ในพีซีธรรมดา
Lara บอกว่าการใช้ AI ในโลกฟิสิกส์ มันไม่เหมือนกับ AI แต่งภาพที่รู้แนวทางแก้ปัญหา (solution) แล้ว ให้ AI ไปเรียนรู้แพทเทิร์นแล้วเลียนแบบ เพราะฟิสิกส์ยังไม่มีคำตอบชัดๆ แต่อย่างน้อยก็ใช้ machine learning ช่วยเร่งความเร็วของการคำนวณได้เร็วกว่าเดิมมาก และเมื่อไม่นานมานี้ก็ใช้ AI ช่วยคำนวณมวลของ quark ออกมาได้บางกรณีแล้ว (Lara ไม่ได้พูด แต่เข้าใจว่าหมายถึงเปเปอร์อันนี้)
กล่าวโดยสรุปคือ
- ที่ string theory ยังไม่สามารถพิสูจน์ได้ (แม้ในทางการคำนวณตัวเลขอย่างเดียว) เพราะโจทย์มันยากอยู่แล้วในทางคณิตศาสตร์
- เทคนิค AI ช่วยแก้ปัญหาได้บ้างแล้ว แม้ยังไม่สามารถแก้ string theory ได้ทั้งหมดก็ตาม
ใครสนใจเรื่อง string theory แนะนำให้ฟังคลิปเต็มของ Lara อันนี้ดีจริงๆ