بعد از ۴۰ سال، فیزیک‌دانان آلمانی بالاخره در آزمایشگاه ثابت کردند که رشد همه چیز در طبیعت از کریستال تا باکتری از یک قانون پنهان و مشترک پیروی می‌کند.
به گزارش شفقنا، یک دانه برف در حال شکل گرفتن، یا یک تکه کریستال در حال بزرگ شدن یا حتی یک لکه قارچ که روی نان پخش می‌شود را تصور کنید، سؤال این است، آیا همه این رشدها از یک قانون واحد پیروی می‌کنند؟

در سال ۱۹۸۶، سه فیزیکدان یک معادله ریاضی نوشتند که می‌گفت، بله، هر چیزی که رشد می‌کند، فارغ از این که چیست، از یک قانون ریاضی یکسان تبعیت می‌کند. این معادله به «KPZ» معروف شد. اما اثبات این موضوع در دنیای واقعی و در دو بعد (سطوح) ۴۰ سال طول کشید، چون رشد یک فرآیند تصادفی و غیرقابل پیش‌بینی است.

شما نمی‌توانید دقیقاً پیش‌بینی کنید تک تک ذرات یک کریستال به کدام سمت حرکت می‌کنند. دانشمندان به یک سیستم نیاز داشتند که بتوانند رشد را خیلی دقیق اندازه بگیرند، رشد در آن خیلی سریع اتفاق بیفتد تا بتوانند بارها آزمایش را تکرار کنند و سیستم خیلی کنترل‌شده باشد تا عوامل مزاحم حذف شوند. ساختن چنین سیستمی سخت بود. در سال ۲۰۲۲، محققان توانستند این قانون را فقط در یک بعد (روی یک خط) اثبات کنند. اما اثبات آن در دو بعد (روی یک سطح) بسیار مشکل بود.

حالا محققان دانشگاه وورتسبورگ آلمان این کار را انجام داده‌اند. آنها یک نیمه‌رسانا (نوعی ماده) به نام «آرسنید گالیم» را تا ۲۶۹- درجه سلسیوس سرد کردند (یعنی نزدیک به صفر مطلق). سپس با یک لیزر پرقدرت به آن نور تاباندند. در این دمای فوق‌العاده سرد، ذرات عجیبی به وجود می‌آیند به نام پلاریتون. پلاریتون‌ها ترکیبی از «نور» و «ماده» هستند که فقط چند پیکوثانیه عمر می‌کنند (یک پیکوثانیه برابر یک میلیاردم ثانیه است). محققان دقیقاً اندازه گرفتند که این ذرات در کجا و چگونه رشد می‌کنند. نتیجه دقیقاً مطابق با معادله KPZ بود که چهل سال پیش پیش‌بینی شده بود.

این کشف یعنی احتمالاً همه پدیده‌های رشد در جهان از رشد کریستال‌ها و باکتری‌ها گرفته تا گسترش بیماری و فرآیند یادگیری در هوش مصنوعی از یک قانون پنهان مشترک تبعیت می‌کنند. اگر این قانون را کامل بفهمیم، شاید بتوانیم پیش‌بینی کنیم یک کریستال چطور رشد می‌کند، الگوی گسترش یک بیماری را بهتر پیش‌بینی کنیم و الگوریتم‌های هوش مصنوعی را بهتر طراحی کنیم.

در علم فیزیک، به هر فرآیندی که در طول زمان از ساده به پیچیده تبدیل شود «رشد» می‌گویند؛ چه یک کریستال که از یک نقطه شروع می‌شود و بزرگ می‌گردد، چه یک باکتری که یکی می‌شود دو تا و دو تا می‌شود چهار تا، چه یک شعله که از یک جرقه گسترش پیدا می‌کند و چه فرآیند یادگیری در هوش مصنوعی که اتصالات بین نورون‌ها قوی‌تر و منظم‌تر می‌شوند. همه این پدیده‌های به ظاهر متفاوت، از نظر ریاضی یک نام دارند: رشد.

برای مثال، در هوش مصنوعی ما یک شبکه داریم که از لایه‌های زیادی تشکیل شده. هر لایه پر از «نورون»های مصنوعی است و بین آنها «اتصال» وجود دارد. وقتی شبکه شروع به یادگیری می‌کند در ابتدا خیلی ضعیف است (مثل یک بذر)، کم‌کم اتصالات بین نورون‌ها قوی‌تر می‌شوند (مثل این که ریشه می‌زند و رشد می‌کند)؛ سپس شبکه مسیرهای جدید یادگیری کشف می‌کند (مثل شاخه زدن یک درخت) و در نهایت شبکه کامل می‌شود و می‌تواند مسائل را حل کند.

۴۰ سال پیش یک نظریه ریاضی گفت «همه چیز در جهان با یک قانون رشد می‌کند». حالا برای اولین بار دانشمندان در آزمایشگاه ثابت کردند که این نظریه درست است. یکی از پژوهشگران این پروژه، می‌گوید: ما اکنون توانستیم سیستمی را در آزمایشگاه کنترل کنیم که نشان می‌دهد این قانون ریاضی چقدر بنیادی و جهانی است.

کد (5)