Искусственный интеллект обнаружил в плазме односторонние силы, противоречащие третьему закону Ньютона

Группа физиков из Университета Эмори под руководством Вентао Ю опубликовала в Proceedings of the National Academy of Sciences исследование, в котором машинное обучение зафиксировало асимметричные взаимодействия частиц в пылевой плазме. Третий закон Ньютона — равенство действия и противодействия — в этих условиях не работает.

Суть эксперимента

В вакуумной камере с аргоном микронные пылевые частицы удерживаются электрическим полем. Поток положительных ионов движется мимо них со скоростью более двух километров в секунду. За каждой частицей образуется кильватерный след — зона пониженной плотности ионов.

Эти следы создают локальные области притяжения. Поскольку все следы направлены в одну сторону (к электроду), симметрия взаимодействия нарушается. Одна частица притягивается к кильватеру соседней частицы. Соседняя частица не испытывает равного притяжения в ответ.

Как искусственный интеллект измерил аномалию

Команда Ю использовала лазерную сканирующую томографию для записи трёхмерных траекторий движения частиц. Затем они обучили нейронные сети, ограниченные физическими законами (physics-constrained neural networks). Алгоритму задали каркас на основе второго закона Ньютона и разделили на три подсети: для взаимодействий «частица–частица», для влияния окружающей среды и для газового сопротивления.

Модель вычислила массу и заряд каждой частицы в реальном времени — величины, которые в лабораторных условиях невозможно измерить напрямую никаким другим способом. Точность модели превысила 0,99 при максимуме 1,0.

Результат подтвердил: односторонние силы существуют, они измеримы и задокументированы.

Два открытия, которые переписывают физику плазмы

Первое. Стандартная физика плазмы утверждает, что экранирующая длина — расстояние, на котором электрическое поле частицы перестаёт ощущаться — зависит только от параметров самой плазмы, а не от свойств частиц. Данные эксперимента показали: размер частицы сдвигает это значение.

Второе. Теория ограниченного орбитального движения (Orbital-Motion-Limited theory) десятилетиями предсказывала, что заряд частицы масштабируется как её масса в степени 1/3. Искусственный интеллект обнаружил, что в реальных условиях этот показатель варьируется от 0,3 до 0,8 и меняется в зависимости от давления газа.

Это означает, что модели планетообразования, использовавшиеся десятилетиями, опирались на неверные исходные данные. Скорость слипания пылевых частиц в ранней Солнечной системе иная.

Пылевая плазма повсюду

Пылевая плазма не лабораторный курьёз. Кольца Сатурна — это она. Межзвёздные туманности — тоже она. Полупроводниковое производство. Возможно, химические реакции, предшествовавшие возникновению жизни.

Метод, который видит невидимое

Главное в этой работе — не сам факт нарушения третьего закона, а доказательство того, что нейросети, ограниченные физическими законами, способны восстанавливать невидимые силы по наблюдаемым траекториям движения частиц. Без зондов. Без вмешательства в среду.

Этот метод применим к коллоидам, биологическим системам, гидродинамике, материаловедению — везде, где сложные взаимодействия частиц недоступны прямому измерению.

Что это меняет

Третий закон Ньютона пал не везде. Но в пылевой плазме — пал. Односторонние силы, зафиксированные алгоритмом, не исчезнут, если их перепроверить. Они не станут симметричными, если на них долго смотреть. Это экспериментальный факт, опубликованный в ведущем научном журнале.

Вопрос теперь не в том, нарушается ли закон. Вопрос в том, где ещё он нарушается.