AI 找到了解决困扰人类 100 多年的流体力学难题的线索。我们将重点介绍这一有望显著提高天气预报准确性和飞机性能的重大发现。
想象一下，在你今天早上喝的温热美式咖啡中滴入一滴白牛奶时，出现的那些华丽而不规则的棕色漩涡。或者想象一下乘坐飞机时窗外云朵变幻莫测的运动，以及夏天突然袭来、席卷一切的可怕台风气旋。
所有这些现象都是空气或水等“流体（Fluid，具有流动性质的物质）”的运动。虽然它们在我们的生活中无处不在、再熟悉不过，但令人惊讶的是，人类至今尚未完全征服能够完美解释这种运动的公式。然而，最近谷歌 DeepMind 和纽约大学（NYU）的研究人员利用人工智能（AI）这一强大工具，找到了解开这个百年谜团的关键线索。发现流体力学百年难题的新解…
为什么这对我们的生活很重要？
流体力学（Fluid Dynamics，研究液体和气体运动的学科）不仅仅是数学家们复杂的头脑风暴。它与我们每天接触到的世界中几乎所有的便利与安全都息息相关。
- 守护假期计划的精准天气预报：要预测台风将向哪个方向偏转，或者明天上班路上是否真的会下雨，必须完美计算到小数点后几位的巨型气流。如果 AI 征服了这个方程，无“误报”的天气预报将成为可能。谷歌 DeepMind AI 破解百年流体之谜… - Decrypt
- 节省油费的环保飞机和汽车：哪怕只减少 0.1% 的空气阻力，飞机也能节省数千吨燃料。如果能完美理解流体的流动，就能设计出最小化空气阻力的“梦想设计”，这进而会转化为减少碳排放、拯救地球的行动。谷歌 DeepMind AI 破解百年流体之谜… - Decrypt
- 人类智力史的最后拼图，数学圣杯：这个问题被列为所谓的“千禧年大奖难题（Millennium Prize Problems，数学界七大难题）”之一。解决这个问题的人不仅能获得 100 万美元（约 720 万人民币）的奖金，还将获得在人类智力史上树立里程碑的荣耀。发现流体力学百年难题的新解…
通俗易懂：纳维-斯托克斯方程与“奇点”
数学家们使用一个名为“纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）”的极其复杂的方程来描述流体的运动。发现流体力学百年难题的新解… 这个方程就像是一本“自然规则手册”，展示了流体的速度、压力、密度等如何随时间变化。寻找旧问题的新解… - Dataforcee Digital
但它有一个致命的问题：这本规则手册偶尔会发生“错误”。数学家们称之为“奇点（Singularity）”。打个比方，这就像计算器上的数字变得太大，导致出现“Error”提示一样。如果漩涡变得越来越小，能量聚集在一点，速度在某一时刻变成了“无限大”，那么在数学上就变得无法计算了。发现流体力学百年难题的新解… 由于在现实自然界中不可能出现无限大的速度，因此查明是因为我们掌握的数学公式不完整才出现这种错误，一直是数学界的巨型课题。流体力学解法：AI 挑战百年难题
AI 记者的比喻：“让铅笔尖立起来”
参与此次研究的谷歌 DeepMind 的 Pushmeet Kohli 用一个非常有趣的比喻解释了 AI 找到的解：“这就像是试图让铅笔用它非常尖的那一头立起来一样。” 谷歌 DeepMind 发现流体力学百年难题的新解… - LinkedIn
让铅笔平躺在旁边很容易也很稳定，但要让它笔尖朝下站立，需要近乎不可能的精细平衡。稍微动一下就会倒下。在数学上，这被称为“不稳定（Unstable）”。在流体的流动中，也存在这种“虽然不稳定但非常特殊的状态”，由于极难寻找，使用传统方法几乎无法发现。但 AI 成功地找到了这些看似不可能的平衡点。谷歌 DeepMind 发现流体力学百年难题的新解… - LinkedIn
AI 是如何说服这个“百年顽固分子”的？
| 研究团队结合了“机器学习（Machine Learning，计算机通过数据自我学习的技术）”和“高精度高斯-牛顿优化器（High-precision Gauss-Newton optimizer）”等尖端技术。[谷歌 DeepMind 针对千禧年大奖难题的新 AI 方法… | HyperAI](https://hyper.ai/en/news/44427) 通俗地说，就是让 AI 学习物理定律，然后让它以惊人的速度经历数亿次的试错。 |
- 学习（Learning）：教给 AI 流体力学的物理定律。这被称为“物理信息神经网络（Physics-informed neural networks）”，这个过程让 AI 不仅仅是在猜数字，而是带着“物理常识”去进行计算。谷歌 DeepMind 发现流体力学百年难题的新解… - LinkedIn
- 搜索（Search）：AI 扫描了数亿种人类数学家一生都无法看完的可能性，捕捉到了那些计算可能会出错或可能产生奇点的“可疑点”。
- 验证（Verification）：精确确认 AI 找到的点是否真的是符合数学规则的完美解。
| 结果，研究团队成功地在三种不同的流体方程中系统地发现了新型的“不稳定解”家族。发现流体力学百年难题的新解… 这是人类在那个仅靠公式和纸笔苦战的时代所无法想象的壮举。[谷歌 DeepMind 针对千禧年大奖难题的新 AI 方法… | HyperAI](https://hyper.ai/en/news/44427) |
我们可以期待的未来面貌
这一发现并不是能立刻让明天的天气预报 100% 准确的魔法棒。但它就像是为科学这座大厦重新夯实了基础地基。
- 告别颠簸的飞行：如果我们能更准确地了解飞机晃动时“湍流”的真相，未来也许有一天，AI 能实时微调飞机机翼的形状，从而从源头上消除晃动。谷歌 DeepMind AI 破解百年流体之谜… - Decrypt
- 精细的气候建模：它可以比现在更早、更准确地预警由全球变暖引起的海流变化或异常天气。这也就成了减少人员伤亡的最佳盾牌。谷歌 DeepMind AI 破解百年流体之谜… - Decrypt
- 科学研究的新范式：过去依赖于天才数学家个人的直觉，现在则是人类的创意想法与 AI 无限的计算能力相结合，科学进步的速度将达到前所未有的水平。谷歌 DeepMind AI 破解百年流体之谜… - Decrypt
AI 视角：MindTickleBytes AI 记者点评
在整理这条新闻时，我深深感受到“AI 终于开始深刻理解科学的语言——数学了”。如果说过去 AI 主要是以画出漂亮图画或写出流畅文章的“奇才”形象出现，那么现在它正进化为挖掘宇宙根本运行原理的“学者”。在悬赏 100 万美元的“千禧年大奖难题”的最终答题卡上，会出现 AI 的名字吗？或许那一天会比我们想象中更早到来。
参考资料
- 发现流体力学百年难题的新解…
- 谷歌 DeepMind AI 破解百年流体之谜… - Decrypt
- 发现流体力学百年难题的新解…
- 发现流体力学百年难题的新解…
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[谷歌 DeepMind 针对千禧年大奖难题的新 AI 方法… HyperAI](https://hyper.ai/en/news/44427) - 流体力学解法：AI 挑战百年难题
- 谷歌 DeepMind 发现流体力学百年难题的新解… - LinkedIn
- 发现流体力学百年难题的新解…
- 一旦从量子开始，流体力学就感觉很自然了… - YouTube
- 谷歌 DeepMind AI 破解百年流体之谜… - Decrypt
- 寻找旧问题的新解… - Dataforcee Digital
- 勾股定理
- 纳维-斯托克斯方程
- 相对论
- 穿过针眼
- 让铅笔尖立起来
- 大海捞针
- 诺贝尔数学奖
- 菲尔兹奖问题
- 千禧年大奖难题