Uma Inteligência Artificial, prestes a resolver o “problema dos três corpos”

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07 Novembro 2019

Faz 300 anos que Isaac Newton formulou as leis que permitem saber exatamente onde estará um planeta ou qualquer objeto celeste em determinado momento, o que possibilita, por exemplo, que enviemos foguetes para Marte e sondas para Plutão. Newton foi, com efeito, o primeiro a descobrir como dois corpos dotados de massa interagem graças à gravidade, e essa foi a chave para entender como as coisas se movem e se relacionam entre si no universo em que vivemos.

A reportagem é de José Manuel Nieves, publicada por ABC, 06-11-2019. A tradução é do Cepat.

O que o brilhante físico inglês nunca conseguiu foi calcular como se relacionariam não dois, mas três objetos que se orbitam mutuamente. Três séculos atrás, Newton apresentou o que é conhecido como o “problema dos três corpos”, uma difícil questão matemática que nem ele e nem ninguém conseguiu resolver até agora, e foi o que inspirou o escritor chinês Cixin Liu a escrever uma das mais exitosas obras de ficção científica, dos últimos anos.

O problema dos três corpos é difícil porque se trata de um sistema caótico, o que significa que é necessário ter um conhecimento extremamente preciso da posição inicial dos três corpos em questão para poder fazer uma previsão confiável. Nesses sistemas, o “efeito borboleta” se torna tremendamente real e até o menor erro resulta em uma órbita completamente diferente do previsto. Não existe uma equação na face da Terra capaz de prever como se moverão os objetos, nem de determinar se as órbitas serão estáveis ao longo do tempo.

Uma inteligência artificial para resolver

Atualmente, para aproximar-se do problema, os matemáticos precisam testar cuidadosamente todos os cenários possíveis, seja manualmente ou usando computadores, cuja resposta é lenta e consome recursos abundantes. Agora, o físico Philip Breen, da Universidade de Edimburgo, idealizou com seus colegas uma nova maneira de abordar o problema utilizando a Inteligência Artificial, especificamente, uma rede neural que pode ser até 100 milhões de vezes mais rápida que os melhores solucionadores computadorizados. O trabalho acaba de ser publicado em “arXiv.org”.

Os pesquisadores treinaram sua Inteligência Artificial em 9.900 cenários diferentes de três corpos gerados por um sistema de vanguarda chamado Brutus. Para testar seu método e garantir que a Inteligência Artificial funcionasse, Bren e sua equipe usaram primeiro os 100 cenários de Brutus e, em seguida, testaram a Inteligência Artificial com outros 5.000 já resolvidos, mas sem fornecer as soluções. A Inteligência Artificial os resolveu rapidamente e seus resultados coincidiram quase exatamente com os exemplos de Brutus, o que demonstrou que a rede neural poderia fornecer respostas rápidas e precisas para o problema dos três corpos.

Entender a colisão de buracos negros

De acordo com Bren, essa capacidade poderia, por exemplo, melhorar nossa compreensão de como os buracos negros colidem e formam ondas gravitacionais. De fato, muitos desses complexos sistemas dinâmicos poderiam ser estudados como uma série de interações de três corpos, e ser resolvidos, portanto, pela rede neural.

O sistema, no entanto, tem uma limitação. É que a Inteligência Artificial funciona apenas durante um período finito de tempo, e se um problema específico de três corpos não foi estudado antes, desde o início, é impossível saber antecipadamente quanto tempo será necessário para encontrar a solução. Para resolver a questão, os pesquisadores propõem um “truque”: em vez de usar a Inteligência Artificial para fazer todo o cálculo, a ideia é fornecer apenas os bits mais duros, quando os três corpos se aproximam entre si. Então, com esse gargalo computacional resolvido, o problema é devolvido ao Brutus.

A ideia, de acordo com Christopher Foley, da Universidade de Cambridge, e coautor do estudo, poderia fornecer muito rapidamente qualquer quantidade de soluções, mesmo sem uma equação clara. “Não se trata tanto de elegância - diz Foley -, mas de progredir e avançar em nossa compreensão dos componentes básicos de nosso ambiente físico. Se posso conseguir, assim, as soluções, não importa como chego até elas, desde que sejam válidas”.

Brent, por outro lado, explica que, embora a rede neural não possa nos dizer como obtém suas soluções, “a facilidade com que as encontra pode nos levar à tão almejada equação dos três corpos que os matemáticos vêm pesquisando há séculos. Só porque algo é caótico não significa necessariamente que deve ser complexo ou irresolúvel. Talvez o que acontece é que até agora não encontramos a forma correta de resolver o problema”.

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