Il sistema eliocentrico in un'illustrazione del 1708 di Andreas Cellarius

Un’intelligenza artificiale ha scoperto da sola che la Terra gira intorno al Sole

Mentre noi ci abbiamo messo secoli: i ricercatori che l'hanno sviluppata sperano che un giorno possa aiutarci a comprendere fenomeni fisici che ancora ci sfuggono

Il sistema eliocentrico in un'illustrazione del 1708 di Andreas Cellarius

Che la Terra e gli altri pianeti del sistema solare girino intorno al Sole ci appare oggi un’ovvietà, ma fu una conclusione a cui gli astronomi arrivarono dopo secoli di studi e animate discussioni. Un’intelligenza artificiale dei giorni nostri è riuscita invece a capire da sola che il Sole è al centro del sistema solare, basandosi sui movimenti apparenti del Sole e di Marte nel cielo terrestre. Il test è servito per sperimentare nuovi sistemi di apprendimento automatico che un giorno potrebbero aiutare i fisici a scoprire nuove leggi e proprietà, risolvendo anche problemi molto complessi legati alla meccanica quantistica.

L’esperimento è stato condotto presso il Politecnico federale di Zurigo e i suoi risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Physical Review Letters. L’obiettivo dei ricercatori era sviluppare un algoritmo in grado di analizzare enormi set di dati dai quali derivare formule matematiche, imitando il più possibile i sistemi che utilizzano i fisici per ricavare le equazioni che descrivono i fenomeni che osservano o per prevedere il loro andamento. Per farlo hanno sfruttato una “rete neurale”, cioè un sistema di apprendimento automatico che simula il funzionamento del cervello umano.

In generale, le reti neurali imparano a interpretare determinati fenomeni attraverso l’analisi di grandi set di dati. Grazie al loro impiego negli ultimi anni sono state sviluppate diverse applicazioni, per esempio per il riconoscimento degli oggetti nelle immagini o delle facce delle persone. Le informazioni derivate dai dati sono poi diffuse nei milioni di nodi della rete neurale, che nell’analogia con il cervello umano corrispondono ai neuroni, le singole cellule che costituiscono il tessuto nervoso. Il problema è che queste informazioni non sono facilmente accessibili e sono complicate da interpretare.

I ricercatori hanno quindi pensato di semplificare il sistema creando due reti neurali più piccole, collegate tra loro da un numero molto basso di connessioni. Una di queste aveva il compito di annalizzare il set di dati, mentre la seconda doveva utilizzare le analisi della prima per eseguire test e fare previsioni. Posta davanti alla necessità di utilizzare pochi collegamenti per comunicare, la prima rete ha dovuto fornire dati in forma condensata. Naturalmente la soluzione adottata dai ricercatori presentava diverse altre complicazioni, ma in linea di massima possiamo dire che funzionava un po’ come la dinamica che si instaura tra maestro e allievo: il primo possiede molte più informazioni, ma ne trasmette al secondo un distillato con le cose più rilevanti e comprensibili in quella fase dell’apprendimento.

Una volta impostata la rete neurale, i ricercatori hanno sottoposto al sistema un set di dati sui movimenti di Marte e del Sole da un punto di osservazione sulla Terra. Marte, se osservato nel suo moto relativo a quello della Terra, è un tipo un po’ strano: in alcuni periodi dell’anno si sposta al contrario, come se cambiasse direzione. Ritenendo per secoli che la Terra fosse al centro dell’Universo (sistema geocentrico), gli astronomi spiegavano il fenomeno teorizzando che i pianeti si muovessero descrivendo piccoli cerchi (epicicli) e che per questo a volte sembravano invertire la loro direzione, dal punto di osservazione sulla Terra. A metà Cinquecento, Niccolò Copernico trovò una spiegazione più logica: riprendendo ipotesi già formulate in passato, intuì che fosse il Sole a essere al centro del sistema solare (e dell’Universo, ma si era un po’ fatto prendere la mano) e che fossero quindi i pianeti a girargli intorno.

Il sistema solare (Zanichelli)

La rete neurale dei ricercatori dei giorni nostri ha fatto qualcosa di simile, arrivando a produrre formule che descrivono correttamente l’orbita di Marte, e che rendono inevitabile la conclusione che i pianeti del sistema solare girano intorno al Sole. Questa conclusione, oltre quattro secoli fa, rivoluzionò buona parte delle conoscenze sull’Universo e aprì la strada alle successive scoperte di Galileo Galilei e poi di Giovanni Keplero.

Nel loro studio i ricercatori chiariscono che formalmente l’intelligenza artificiale ha indicato formule ed equazioni, che hanno poi richiesto l’intervento umano per essere interpretate e verificare che descrivessero i corretti moti planetari. L’esperimento ha comunque dimostrato che una rete neurale ha le potenzialità per analizzare un sistema e descriverlo con le leggi della fisica. In futuro, con algoritmi più elaborati e maggiori capacità di calcolo si potranno realizzare sistemi per analizzare fenomeni fisici complessi, le cui proprietà sfuggono ancora ai ricercatori.

Per le prossime evoluzioni del loro sistema, i ricercatori di Zurigo hanno in programma l’aggiunta di funzionalità che condizionino meno gli algoritmi e li incentivino a esplorare soluzioni meno ortodosse, rispetto a quelle classiche. Confidano di riuscirci creando una rete neurale che riesca a creare per conto proprio nuovi esperimenti e simulazioni, con i quali mettere alla prova le sue stesse ipotesi.

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