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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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2024年諾貝爾物理學(xué)獎揭曉！ 已有1人參與
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北京時間10月8日下午5點(diǎn)45分許，2024年諾貝爾物理學(xué)獎揭曉。美國普林斯頓大學(xué)科學(xué)家約翰·霍普菲爾德（John J. Hopfield）和加拿大多倫多大學(xué)科學(xué)家杰弗里·辛頓（Geoffrey E. Hinton）獲獎，以表彰他們“基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)性發(fā)現(xiàn)和發(fā)明”。 他們用物理學(xué)訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 今年的兩位諾貝爾物理學(xué)獎得主使用物理學(xué)的工具來開發(fā)方法，這些方法是當(dāng)今強(qiáng)大的機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。John J. Hopfield創(chuàng)造了一種聯(lián)想記憶，可以存儲和重建圖像和其他類型的數(shù)據(jù)模式。Geoffrey Hinton發(fā)明了一種方法，可以自動發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的屬性，從而執(zhí)行識別圖片中的特定元素等任務(wù)。 當(dāng)我們談?wù)撊斯ぶ悄軙r，我們通常指的是使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器學(xué)習(xí)。這項(xiàng)技術(shù)最初是受到大腦結(jié)構(gòu)的啟發(fā)。在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，大腦的神經(jīng)元由具有不同值的節(jié)點(diǎn)表示。這些節(jié)點(diǎn)通過連接相互影響，這些連接可以被比作突觸，可以增強(qiáng)或減弱。例如，通過在同時具有高值的節(jié)點(diǎn)之間建立更強(qiáng)的連接來訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)。今年的獲獎?wù)邚?0世紀(jì)80年代開始就在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方面開展了重要的工作。 John Hopfield發(fā)明了一種網(wǎng)絡(luò)，可以使用一種方法來保存和重建模式。我們可以把節(jié)點(diǎn)想象成像素。Hopfield網(wǎng)絡(luò)利用物理學(xué)來描述材料的特性，這是由于它的原子自旋——使每個原子成為微小磁鐵的一種特性。整個網(wǎng)絡(luò)的描述方式相當(dāng)于物理中發(fā)現(xiàn)的自旋系統(tǒng)中的能量，并通過尋找節(jié)點(diǎn)之間的連接值來訓(xùn)練，以便保存的圖像具有低能量。當(dāng)Hopfield網(wǎng)絡(luò)得到一張扭曲或不完整的圖像時，它會有條不紊地通過節(jié)點(diǎn)并更新它們的值，這樣網(wǎng)絡(luò)的能量就會下降。因此，網(wǎng)絡(luò)逐步找到最像它輸入的不完美圖像的已存圖像。 Geoffrey Hinton使用Hopfield網(wǎng)絡(luò)作為新網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，它采用了一種不同的方法——玻爾茲曼機(jī)。它可以學(xué)習(xí)識別給定類型數(shù)據(jù)中的特征元素。Hinton使用了統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的工具，這是一門由許多相似內(nèi)容組成的系統(tǒng)科學(xué)。通過給機(jī)器輸入在實(shí)際運(yùn)行時很可能出現(xiàn)的例子來訓(xùn)練它。玻爾茲曼機(jī)器可以用來對圖像進(jìn)行分類，或者為它所訓(xùn)練的模式類型創(chuàng)建新的例子。Hinton在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上，幫助開啟了當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)的爆炸性發(fā)展。 “獲獎?wù)叩墓ぷ饕呀?jīng)帶來了巨大的好處。在物理學(xué)中，我們在廣泛的領(lǐng)域使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，例如開發(fā)具有特定性能的新材料�！敝Z貝爾物理學(xué)委員會主席Ellen Moons說。 獲獎?wù)吆啔v John J. Hopfield，1933年出生于美國芝加哥。1958年從美國康奈爾大學(xué)獲得博士學(xué)位。目前為美國普林斯頓大學(xué)教授。 Geoffrey E. Hinton，1947年出生于英國倫敦。1978年從英國愛丁堡大學(xué)獲得博士學(xué)位。目前為加拿大多倫多大學(xué)教授。 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)性發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。圖片來自：瑞典皇家科學(xué)院/Johan Jarnestad 天然和人工神經(jīng)元 大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由活細(xì)胞、神經(jīng)元和先進(jìn)的內(nèi)部機(jī)制構(gòu)成的。它們可以通過突觸相互傳遞信號。當(dāng)我們學(xué)習(xí)東西時，一些神經(jīng)元之間的聯(lián)系變得更強(qiáng)，而另一些神經(jīng)元之間的聯(lián)系變得更弱。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由帶有值編碼的節(jié)點(diǎn)構(gòu)建的。節(jié)點(diǎn)之間相互連接，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)被訓(xùn)練時，同時活躍的節(jié)點(diǎn)之間的連接會變得更強(qiáng)，否則則會變?nèi)酢?br /> 圖片來自：瑞典皇家科學(xué)院/Johan Jarnestad 過去10年諾貝爾物理學(xué)獎得主名單 2023年——美國科學(xué)家Pierre Agostini、德國科學(xué)家Ferenc Krausz和法國/瑞典科學(xué)家Anne L’Huillier獲獎，獲獎理由是“開發(fā)了產(chǎn)生阿秒光脈沖的實(shí)驗(yàn)方法，用于研究物質(zhì)中的電子動力學(xué)”。 2022年——法美奧三位科學(xué)家Alain Aspect、John F. Clauser和Anton Zeilinger獲獎，獲獎理由是“進(jìn)行了糾纏光子的實(shí)驗(yàn)，確立了貝爾不等式的違反，并開創(chuàng)了量子信息科學(xué)”。 2021年——美德意三位科學(xué)家因“對人們理解復(fù)雜物理系統(tǒng)的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”而獲獎。美籍日裔科學(xué)家Syukuro Manabe、德國科學(xué)家Klaus Hasselmann的獲獎理由是“物理模擬地球氣候，量化變化和可靠地預(yù)測全球變暖”；意大利科學(xué)家Giorgio Parisi的獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)的無序和波動的相互作用”。 2020年——英國科學(xué)家Roger Penrose獲獎，獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)黑洞形成是廣義相對論的一個有力預(yù)測”；另外兩位獲獎?wù)呤堑聡兔绹茖W(xué)家Reinhard Genzel、Andrea Ghez，獲獎理由是“在銀河系中心發(fā)現(xiàn)了一個超大質(zhì)量的致密天體”。 2019年——美國科學(xué)家James Peebles獲獎，獲獎理由是“在物理宇宙學(xué)的理論發(fā)現(xiàn)”；另外兩位獲獎?wù)呤侨鹗靠茖W(xué)家Michel Mayor和Didier Queloz，獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)了一顆圍繞類太陽恒星運(yùn)行的系外行星”。 2018年——美法加三位科學(xué)家Arthur Ashkin、Gerard Mourou和Donna Strickland獲獎，獲獎理由是“在激光物理學(xué)領(lǐng)域所作出的開創(chuàng)性發(fā)明”。 2017年——三位美國科學(xué)家Rainer Weiss、Barry C. Barish和Kip S. Thorne獲獎，獲獎理由是“對LIGO探測器和引力波觀測的決定性貢獻(xiàn)”。 2016年——英美三位科學(xué)家David J. Thouless、F. Duncan M. Haldane和J. Michael Kosterlitz獲獎，獲獎理由是“理論發(fā)現(xiàn)拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)湎辔镔|(zhì)”。 2015年——日本科學(xué)家Takaaki Kajita和加拿大科學(xué)家Arthur B. McDonald獲獎，獲獎理由是“發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩，表明中微子具有質(zhì)量”。 2014年——日本及美國三位科學(xué)家Isamu Akasaki、Hiroshi Amano、Shuji Nakamura獲獎，獲獎理由是“發(fā)明了高效藍(lán)光二極管，帶來了明亮而節(jié)能的白色光源”。 諾貝爾物理學(xué)獎小知識 ——截至2023年，諾貝爾物理學(xué)獎共頒發(fā)了117次，沒有頒發(fā)的六年分別是1916、1931、1934、1940、1941和1942年。 ——從1901年至2023年，共225人次獲獎，實(shí)際獲獎個人為224人，因?yàn)槊绹锢韺W(xué)家John Bardeen于1956年和1972年兩次獲獎。 ——117次頒獎中，47次為單獨(dú)獲獎?wù)撸?2次為2人共享，38次為3人共享。 ——最年輕的獲獎?wù)呤怯锢韺W(xué)家Lawrence Bragg，1915年因“用X射線對晶體結(jié)構(gòu)的分析所作的貢獻(xiàn)”與父親一起獲獎，時年25歲。 ——最年長的獲獎?wù)呤敲绹锢韺W(xué)家Arthur Ashkin，2018年因“在激光物理學(xué)領(lǐng)域所作出的開創(chuàng)性發(fā)明”獲獎，時年96歲。 ——224位諾貝爾物理學(xué)獎得主中，有5位女性。分別是1903年的居里夫人（居里夫人另外還獲得1911年的化學(xué)獎）、1963年的Maria Goeppert-Mayer、2018年的Donna Strickland、2020年的Andrea Ghez，以及2023年的Anne L’Huillier。 ——諾獎史上的“家庭”諾獎。 夫婦：Marie Curie和Pierre Curie夫婦獲得1903年的諾貝爾物理學(xué)獎； 父子：William Bragg和Lawrence Bragg父子獲得1915年的諾貝爾物理學(xué)獎；Niels Bohr獲得1922年諾貝爾物理學(xué)獎，其子Aage N. Bohr獲得1975年諾貝爾物理學(xué)獎；Manne Siegbahn獲得1924年諾貝爾物理學(xué)獎，其子Kai M. Siegbahn獲得1981年諾貝爾物理學(xué)獎；J. J. Thomson獲得1906年諾貝爾物理學(xué)獎，其子George Paget Thomson獲得1937年諾貝爾物理學(xué)獎。 |
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