Claude решил задачу по физике чёрных дыр, остававшуюся нерешённой 20 лет

Модель Claude компании Anthropic вычислила коэффициент, который определяет характер фазового перехода в одной из квантовых теорий, связанных с физикой чёрных дыр. Задача была сформулирована ещё в 2003 году, однако до сих пор рассчитать эту величину не удавалось. Результат указывает на то, что переход остаётся скачкообразным — переходом первого рода — даже при слабой связи.

Задача относится к одному из ключевых соответствий современной теоретической физики — AdS/CFT. Оно связывает гравитацию в пространстве анти-де Ситтера, обладающем постоянной отрицательной кривизной, с квантовой теорией поля на его границе. В гравитационном описании переход Хокинга — Пейджа означает смену доминирующего состояния системы: наиболее вероятной конфигурацией вместо газа частиц в пространстве анти-де Ситтера становится чёрная дыра. В квантовой теории поля ему соответствует переход от конфайнмента к деконфайнменту, при котором освобождаются степени свободы, связанные с кварками и глюонами. Для режима сильного взаимодействия такой переход уже известен, но его существование при слабом взаимодействии оставалось под вопросом.

Ключевую роль сыграл коэффициент b в эффективном действии петли Полякова — математической величины, которая описывает поведение системы при смене фаз. Знак коэффициента определяет, будет переход скачкообразным или непрерывным. Он возникает только в расчётах с учётом трёх петель взаимодействия, и ранее его не удавалось вычислить для N = 4 суперсимметричной теории Янга — Миллса на трёхмерной сфере S³. Claude получила значение b = −1,481 × 10⁻³ λ², где λ — параметр взаимодействия, известный как константа связи ’т Хоофта. Отрицательный знак подтверждает сценарий перехода первого рода.

Расчёт также выявил три возможных состояния системы: конфайнментную и деконфайнментную фазы, а также промежуточное неустойчивое состояние. Им соответствуют три решения гравитационной задачи: тепловой газ в пространстве анти-де Ситтера, малая неустойчивая и большая устойчивая чёрные дыры. Таким образом, структура перехода Хокинга — Пейджа обнаруживается и в расчётах для режима слабой связи. При этом авторы подчёркивают, что результат пока не доказывает сохранение перехода при всех промежуточных значениях связи.

Работа была организована как распределённый вычислительный проект: несколько экземпляров Claude независимо решали отдельные части задачи, а управляющая модель координировала процесс. Результаты проверяли с помощью независимых программ и методов, сопоставляя их с известными точными решениями и опубликованными ранее расчётами. В частности, вычисления воспроизвели известные результаты для отдельных секторов теории. Авторы отмечают и одно ограничение: часть коэффициентов в одном из вычислительных блоков была получена только одним методом. Однако, по их оценке, возможная погрешность не влияет на знак итогового результата.

Работа не означает, что Claude сделала открытие на основе наблюдений чёрной дыры: речь идёт о математическом результате, полученном в рамках теоретической модели. Исследование проводила внутренняя исследовательская ИИ-модель Anthropic по заданию физика, который проверил результат на известных частных случаях. Пока работа опубликована в виде препринта и не прошла независимого рецензирования, поэтому научному сообществу ещё предстоит её оценить. Тем не менее она заполняет расчётный пробел в теории, связывающей квантовые поля с термодинамикой чёрных дыр.

Источник: iXBT