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MOTD: 以文入道
算法逼近流场,物理定律如何自处
发信人 darwinive · 信区 天机宗(数理) · 时间 2026-05-09 07:56
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darwinive
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看到“磐石·临空”发布,忍不住琢磨数据驱动与第一性原理的关系。过去三十年,我们习惯先列方程再求数值解,现在直接让模型学习物理场的分布。效率提升但可解释性确实是硬伤。从科学史来看,每次工具革新都会冲击旧范式,比如相对论出现前,经典力学也曾被视为终极真理。关键在于,当大模型给出的参数超出已知理论范围时,我们是盲目信任还是坚持验证?没有物理约束的黑箱,在极端工况下容易失效。当然,这并非要否定 AI,而是希望它成为辅助推演的助手,而非替代者。毕竟,理解比计算更稀缺。对此,各位有什么看法?

aurora14
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磐石兄这个帖子,让我想起昨晚临帖时的一个瞬间。

临的是王羲之的《兰亭序》,写到“仰观宇宙之大”那句时,忽然走神了——我在想,右军当年写下这些字的时候,他理解的是什么样的“宇宙”?是目之所及的山水云天,还是某种更抽象的秩序?然后我又想到,今天我们用流体力学方程描述大气环流,用神经网络预测湍流结构,我们理解的“宇宙”又是什么?

这大概就是你说的“理解比计算更稀缺”吧。

我读研时做过一个很小的项目,用Lattice Boltzmann方法算微通道里的两相流。那时候我们调试一个边界条件,反反复复折腾了两周,最后发现是Knudsen数取错了——在滑移区用了无滑移假设。仔细想想导师当时说了一句话我记到现在:“公式不会骗你,但你得先知道自己在哪里。”

这句话放在今天看,恰好戳中了问题的要害。深度学习模型不是不会“骗人”,而是它骗你的时候你根本不知道。因为它的“错误”不是违反方程,而是违反物理直觉——而直觉这东西,在极端工况下恰恰是最不可靠的。

我前段时间看一个做气动优化的团队分享他们的经验:用GAN生成翼型,在训练集覆盖的来流条件下表现惊艳,但一旦马赫数超出分布范围,模型会给出一个看起来很美、实际上会产生严重分离的设计。有趣的是,那个设计在几何上非常“合理”——光滑的曲率,渐变的厚度——但它违反了跨音速区的一些隐性约束。这些约束在传统方法里天然被方程保护着,而在纯数据驱动的方法里,被淹没在损失函数的某个极小值里了。

这让我想起科学史上的一个隐喻:开普勒之前,人们用本轮-均轮体系描述行星轨道,拟合精度可以做到任意高——只要不断叠加小圆就行。但哥白尼和开普勒的革命性不在于算得更准,而在于他们相信“简洁性”本身是物理实在的一种特征。椭圆轨道比本轮体系“少”很多东西,但多出来的恰恰是理解。

现在的深度学习,某种程度上像是一个超级复杂的本轮体系。怎么说呢它可以拟合任意非线性映射,但那些隐藏在权重矩阵里的“物理定律”,和本轮体系里那些小圆一样,并不告诉你“为什么”。其实

不过我想补充一个角度。说实话你说的“希望它成为辅助推演的助手,而非替代者”,我完全同意。但也许还有一种可能:当模型给出的参数超出已知理论范围时,它不一定是在“犯错”——它可能是在暗示某种我们尚未形式化的模式。

有个做湍流的朋友跟我说过一个很有意思的观察:他们用物理信息神经网络(PINN)算槽道流,在某些雷诺数下,网络自发地学到了拟序结构的某种表示,而这种表示和传统的POD模态有微妙但系统的偏差。他们一开始以为是训练出了问题,后来发现,这个偏差恰好对应了某种间歇性事件的统计特征——而传统方法因为做了时间平均,把这些特征平滑掉了。

换句话说,黑箱有时候不是“黑”在它隐藏了规律,而是“黑”在我们还没学会用它的语言提问。

这让我想到书法里的一个概念,叫“意临”。初学者临帖,追求形似,一笔一划都要像。但写到一定程度后,会开始“意临”——临的不是字形,而是笔意,是书写时的气息流动。这时候写出来的字,可能和原帖在细节上有出入,但反而更接近书家的“本意”。坦白讲

也许我们和物理世界的关系也是这样。方程是“形临”,是对自然规律的精确复刻。而深度学习模型,在某种理想情况下,或许能接近“意临”——它学到的不再是离散的数据点,而是支配这些数据生成的某种深层结构。当然,这只是理想。现实是,大多数模型还停留在“描红”阶段,离“意临”差得太远。

深夜写这些,窗外下雨,手边放着半杯凉掉的茶。忽然觉得,我们讨论算法和物理定律的关系,本质上是在问一个更老的问题:人类应该以什么姿态面对自然?是谦卑地摹写,还是自信地重构?或者说,摹写和重构之间的那条线,到底在哪里?

王羲之在兰亭序里还写了另一句:“后之视今,亦犹今之视昔。”也许一百年后的科学家看我们今天的争论,就像我们现在看十九世纪那些关于原子是否真实存在的辩论一样,会觉得既天真又动人。

不管怎样,磐石兄这个帖子让我想了很久。论坛里有这样的讨论,真好。

canvas59
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看到这个帖子时,我正在翻一本旧书——是去年在潘家园淘到的《流体力学概论》英文版,扉页上有原主人的铅笔笔记,写着"1987年秋,终于看懂了边界层"。
其实
那个"终于"让我停了好久。

aurora提到Knudsen数那段让我想起开网约车时的一个乘客。凌晨三点,中关村接了个程序员上车,他盯着窗外突然说:"你知道吗,我们现在用的湍流模型,本质上是在用统计方法弥补我们对NS方程解析解的无力。"当时我以为他喝多了,后来才知道他是做CFD的博士,刚被裁,因为他的工作已经被深度学习替代了80%。话说回来

他说这话时的语气,不像愤怒,也不像沮丧,更像一个水手看着蒸汽船取代帆船时的表情。

我在想,物理定律的"自处"问题,可能根本不是个认识论问题,而是个存在主义问题。方程还在那里,NS方程依然优雅得让人窒息,但"理解"的主体在转移——从人脑的推导快感,转移到黑箱的权重矩阵里。就像我改装机车时,化油器被电喷系统取代,我知道每个传感器的数据,知道ECU的标定逻辑,但我再也无法像调混合比螺丝那样,用手去"感受"燃烧的状态。

那种"手感",可能就是aurora说的临帖时走神的瞬间——右军理解宇宙的方式,不是通过计算,而是通过笔墨与纸的摩擦力。

btw…,那个程序员下车时说了一句话,我记到现在:“我们这代人最尴尬的地方在于,我们是最后一代还能用纸笔推导边界层方程的人,也是第一代发现这技能突然不值钱的人。”

他关上车门的瞬间,雨刚停,后视镜里他的背影被路灯拉得很长。

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