Studenții și cercetătorii deopotrivă au înțeles de mult timp că fizica este o provocare. Dar abia acum oamenii de știință au reușit să demonstreze acest lucru. Se pare că unul dintre cele mai comune obiective în fizică – găsirea unei ecuații care să descrie modul în care un sistem se schimbă în timp – este definit ca fiind „greu” de teoria calculatoarelor. Aceasta este o veste proastă pentru studenții de la fizică care speră ca o mașină să le rezolve toate problemele de la teme, dar cel puțin viitoarele lor locuri de muncă în acest domeniu sunt la adăpost de automatizare.

Fizicienii sunt adesea interesați să descrie matematic modul în care se comportă un sistem: de exemplu, o formulă urmărește mișcările planetelor și ale sateliților lor în dansul lor complicat în jurul soarelui. Cercetătorii elaborează aceste ecuații măsurând obiectele în diferite momente de timp și apoi dezvoltând o formulă care leagă toate aceste puncte între ele, cum ar fi completarea unei înregistrări video dintr-un set de instantanee.

Cu fiecare nouă variabilă, însă, devine mai greu de găsit ecuația corectă. Calculatoarele pot grăbi lucrurile trecând în revistă soluțiile potențiale cu o viteză amețitoare, dar chiar și cele mai bune supercalculatoare din lume se întâlnesc cu o anumită clasă de probleme, cunoscute sub numele de probleme „dificile”. Aceste probleme necesită exponențial mai mult timp pentru a fi rezolvate cu fiecare variabilă suplimentară care este aruncată în amestec – de exemplu, mișcarea unei planete suplimentare.

Câteodată, problemele dificile pot fi făcute mai ușoare prin manevre matematice inteligente, dar fizicianul cuantic Toby Cubitt de la Universitatea Complutense din Madrid și colegii săi au șters această speranță pentru ecuațiile de fizică care descriu un sistem în timp.

Matematicienii recunosc un set de probleme cu adevărat dificile care nu pot fi simplificate, explică Cubitt. Ei știu, de asemenea, că aceste probleme sunt toate variații ale uneia dintre ele. Arătând că provocarea de a transforma datele din fizică în ecuații este de fapt una dintre aceste probleme deghizate, echipa a arătat că și această sarcină este cu adevărat dificilă. Ca urmare, orice algoritm general care transformă un set de date într-o formulă care descrie sistemul în timp nu poate fi simplificat astfel încât să poată fi rulat pe un calculator, raportează echipa într-un număr viitor al revistei Physical Review Letters.

Ecuațiile din fizică sunt într-o companie bună, potrivit informaticianului Stephen Cook de la Universitatea din Toronto, Canada, care nu a fost implicat în lucrare. „Literalmente mii de probleme” se încadrează în această categorie de probleme cu adevărat dificile, spune el.

Există încă o fărâmă de speranță că fizicienii vor găsi o modalitate de a transforma aceste probleme presupuse a fi nesimplificabile în forme rezolvabile pe calculator. Dacă ar apărea o astfel de cale mai ușoară, efecte profunde de antrenare s-ar răsfrânge asupra matematicii, deoarece ar însemna că toate celelalte probleme dificile ar putea fi simplificate și ele. Institutul de Matematică Clay din Cambridge, Massachusetts, oferă un premiu de 1 milion de dolari oricui descoperă o astfel de rezolvare universală a problemelor.

Matematicienii suspectează însă cu tărie că nu se poate face (deși Institutul Clay vă va plăti, de asemenea, 1 milion de dolari pentru a dovedi că această suspiciune este adevărată). În acest caz, „nu există o modalitate mai inteligentă” pentru calculatoare de a rezolva aceste ecuații de fizică „decât verificarea prin forță brută” a fiecărei ecuații posibile, spune Cubitt. Totuși, se întreabă el, dacă calculatoarele consideră că aceste ecuații sunt atât de greu de descifrat, de ce au reușit fizicienii să calculeze atât de multe dintre ele?

Fizicianul Heinz-Peter Breuer de la Universitatea din Freiburg, Germania, sugerează că acest lucru se datorează faptului că fizicienii le dau creierului lor – și calculatoarelor lor – un avans. Ei pregătesc terenul cu legile fizicii care au fost deja dezvoltate de oameni precum Newton, Maxwell și Einstein, iar acest lucru oferă conturul ecuației, spune el. Datele experimentale trebuie doar să completeze detaliile. Fizica poate fi dificilă pentru calculatoare, dar adevărații oameni de știință o ocolesc stând pe umerii giganților.