微小的线在时空中穿梭并不断振动：根据弦理论，这大致是你想象宇宙的方式。线的各种振动产生基本粒子，例如电子和夸克，以及它们之间作用的力。
然而，多年来，弦理论家们面临着越来越多的困难。为了使该理论成立，需要额外的空间维度以及尚未观察到的额外粒子。然而，最严重的挫折之一是弦理论提供的可能解的数量之多：超过 10500 个可能的宇宙从方程中涌现出来。而在其中，你必须找到适合我们世界的那个，描述相同的基本粒子和力。但这不仅仅是解决方案数量庞大造成了问题。从数学的角度来看，从特定解中推导出可观察到的粒子和力也极其困难。这就是为什么弦理论家现在转向某些人工智能算法来帮助他们完成这项任务。在 2024 年初，研究人员取得了令人印象深刻的成果，他们将其发布在预印本服务器 arXiv.org 上。
当物理学家在 20 世纪 80 年代研究出弦理论时，他们很快意识到数学形式主义不适合四个时空维度。为了使该理论成立，需要一个 10 维时空：一个时间维度和九个空间维度。然而，由于我们在我们的世界中只感知到三个空间维度，因此其余六个维度必须卷曲成非常小的维度，以至于我们不会注意到其中任何一个。这意味着在空间的每个点上都会存在一个以六个维度存在的微小折叠实体——如此之小，以至于任何显微镜都无法分辨出来。
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六维空间卷曲的方式在弦理论中起着重要作用。这是因为精确的几何形状决定了弦的振动方式——以及由此产生哪些基本粒子和力。最终目标是找到精确描述我们宇宙的卷曲空间的六维几何形状。弦理论家制定了卷曲几何形状必须满足的一些要求，但仍然面临着大量的可能性：六维几何形状的数量远远超过宇宙中粒子的数量。
然后又出现了另一个问题：计算卷曲维度的精确几何细节被证明是一项艰巨的任务。用数学精度描述复杂的六维形状实际上是不可能的。即使你有了解决方案，你仍然需要计算微小的线如何与六维卷曲空间相互作用。这是推导出在所描述的宇宙中可能产生哪些粒子和力的唯一方法。专家们陷入了僵局。
人工智能领域的进步引起了一些弦理论家的注意，就像它们似乎引起了地球上大部分人的注意一样。人工智能可以使执行以前无法进行的计算成为可能。特别是，弦理论家将注意力转向了神经网络：其结构基于神经皮层功能的算法。这些网络在多层人工神经元中处理信息，将输入（例如，卷曲维度的粗略形状）转换为相应的输出（其详细的几何形状）。通过用成千上万条数据训练网络，科学家可以引导它们最终发现大多数人错过的模式。而这正是弦理论家现在所利用的特性。
2017 年，研究人员使用神经网络确定了卷曲额外维度的六种最简单方式的精确几何形状。然后，牛津大学的安德烈·康斯坦丁领导的团队在 2024 年初发布了一篇预印本论文：物理学家使用其他神经网络来研究弦将如何与不同的卷曲几何形状相互作用以及将产生哪些基本粒子。最终，他们能够推导出三种不同夸克的质量，从而在他们的预印本中提供了一个具体的预测。
然而，结果与我们在宇宙中观察到的夸克质量不符。这并不令人惊讶：毕竟，科学家们从 10500 种可能的配置中挑选出个别几何形状并对其进行了测试。因此，描述我们宇宙的正确几何形状可能仍然隐藏在这些 10500 个变体中。这就是为什么一些弦理论家现在旨在首先减少这个庞大的数字，然后再用神经网络检查剩余的几何形状。
本文最初发表于《Spektrum der Wissenschaft》，经许可转载。