諾貝爾物理學(xué)獎爆冷！
當(dāng)?shù)貢r間10月8日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將2024年諾貝爾物理學(xué)獎授予美國普林斯頓大學(xué)的約翰·霍普菲爾德（John J. Hopfield）和加拿大多倫多大學(xué)的杰弗里·辛頓（Geoffrey E. Hinton），以表彰他們“為推動利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)作出的基礎(chǔ)性發(fā)現(xiàn)和發(fā)明”。兩位獲獎?wù)邔⑵椒?100萬瑞典克朗（約合745萬元人民幣）獎金。
圖源：諾貝爾獎委員會官網(wǎng)
一位計算機(jī)科學(xué)家和一名分子生物學(xué)家，受人腦神經(jīng)元啟發(fā)創(chuàng)造出的「人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)」，獲得了今年的諾貝爾物理學(xué)獎。
諾獎委員會給出的理由是：“他們使用物理學(xué)工具訓(xùn)練了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這些方法是當(dāng)今強(qiáng)大機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。他們的工作，讓如今的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)得以誕生。”
那么，兩位科學(xué)家是如何用物理解碼信息的？
下面就一起來看看吧！
2024諾貝爾物理學(xué)獎
一個人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要利用整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來處理信息。這個想法最初脫胎于科學(xué)家們對理解大腦如何工作的相關(guān)研究。在20世紀(jì)40年代，研究人員已經(jīng)在對于如何理解或模仿大腦的神經(jīng)和突觸的功能的數(shù)學(xué)原理展開研究。
在20世紀(jì)60年代左右，當(dāng)時關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論研究卻無法成功得到理想的結(jié)果，理論預(yù)言上的失敗使得一些研究人員開始對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是否能夠被真的投入到實際使用中產(chǎn)生了懷疑。
然而，在20世紀(jì)80年代，隨著新的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的提出并得到關(guān)注，包括Hopfield（今年的諾貝爾物理學(xué)獎得主）提出了新的重要觀念，加拿大科學(xué)家Hinton（今年的諾貝爾物理學(xué)獎得主）在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，科學(xué)界又掀起了一股神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究熱潮。
物理學(xué)是一種關(guān)于世界的觀點
Hopfiled生于1933年，曾任普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)教授。1982年，John Hopfield創(chuàng)建了一種用于機(jī)器的聯(lián)想記憶方法，提出了一種革命性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，被稱為“霍普菲爾德網(wǎng)絡(luò)”。
“Hopfield網(wǎng)絡(luò)”利用了材料由于其原子自旋而具有特性的物理學(xué)——這種特性使每個原子成為一個微小的磁鐵。整個網(wǎng)絡(luò)的描述方式等同于物理學(xué)中發(fā)現(xiàn)的自旋系統(tǒng)中的能量，并通過找到節(jié)點之間連接的值來訓(xùn)練，使保存的圖像具有低能量。
圖源：諾貝爾獎委員會官網(wǎng)
這個網(wǎng)絡(luò)能夠存儲多個模式（比如圖像），并且在面對不完整或有噪聲的輸入時，它會有條不紊地處理節(jié)點并更新它們的值，使網(wǎng)絡(luò)的能量下降。因此，網(wǎng)絡(luò)逐步尋找最接近輸入的不完美圖像的已保存圖像。
Hopfiled曾在他的文章中寫道：「物理學(xué)多次不得不做出選擇，要么努力保留一個新的組成部分，就像十幾歲的孩子一樣，要么將其作為一門獨立的學(xué)科送入荒野。我很高興許多（也許是大多數(shù)）物理學(xué)家現(xiàn)在普遍將復(fù)雜系統(tǒng)物理學(xué)，特別是生物物理學(xué)視為該家族的成員。物理學(xué)是一種關(guān)于世界的觀點。」
首位“圖靈獎+諾貝爾物理學(xué)獎”獲得者
今年諾貝爾物理學(xué)獎的頒發(fā)，讓Hinton成為史上首位圖靈獎+諾貝爾物理學(xué)獎的獲獎?wù)撸簧賹W(xué)者開玩笑說諾貝爾物理學(xué)獎在和計算機(jī)圖靈獎“搶飯碗”。
Hinton本人街道諾貝爾獎委員會的電話后也很驚訝：“我驚呆了！沒有想過這件事會發(fā)生在我身上。”
Geoffrey Hinton以“Hopfield網(wǎng)絡(luò)”為基礎(chǔ)，創(chuàng)建了一個使用不同方法的新網(wǎng)絡(luò)：玻爾茲曼機(jī)，這個名字源于19世紀(jì)物理學(xué)家路德維希·玻爾茲曼的方程。
圖源：諾貝爾獎委員會官網(wǎng)
Hinton使用了統(tǒng)計物理學(xué)的工具，通過輸入在機(jī)器運行時很可能出現(xiàn)的例子來訓(xùn)練機(jī)器。玻爾茲曼機(jī)通過統(tǒng)計物理學(xué)中的玻爾茲曼分布來識別數(shù)據(jù)中的特征，成為了現(xiàn)代深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，Hinton繼續(xù)研究，使得當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域爆炸式的發(fā)展。
盡管計算機(jī)無法思考，但機(jī)器現(xiàn)在可以模擬記憶和學(xué)習(xí)等功能。正是今年的物理學(xué)獎獲得者，使其成為可能。
Hopfiled和Hinton的工作不僅推動了機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展，還對物理學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。諾貝爾物理學(xué)委員會主席埃倫·穆恩斯在當(dāng)天的新聞發(fā)布會上表示，兩名獲獎?wù)呃媒y(tǒng)計物理的基本概念設(shè)計了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。
相關(guān)技術(shù)已被用于推動多個領(lǐng)域的研究，包括粒子物理、材料科學(xué)和天體物理等，也已用于日常生活中的人臉識別和語言翻譯等。
如果同學(xué)們也對物理感興趣
BPhO&PUPC物理競賽一定不要錯過！
BPhO 英國物理奧林匹克活動
BPhO全稱British Physics Olympiad，即英國中學(xué)物理奧林匹克活動，是頂尖物理學(xué)術(shù)活動選手的選拔賽。
BPhO由牛津大學(xué)、物理研究所 （IOP） 和 Odgen Trust 主辦，辦公室設(shè)在牛津大學(xué)物理系。同時，BPhO也是劍橋官方推薦的學(xué)術(shù)活動之一。
適合學(xué)生
? Round 1：不限制參賽資格
? Round 2：Training Camp Selection，即集訓(xùn)營選拔賽
僅邀請在第1輪競賽中獲得超級金牌（Top Gold）的選手參加。
? Round 3：Team selection
在分析參賽選手第1輪和第2輪參賽的成績后，選拔15名選手受邀參加牛津集訓(xùn)營和英國國家隊選拔賽。
比賽時間
?Round 1 比賽時間：2024年11月6日下午17:00—19:40
?Round 2 比賽時間：2025年2月22日下午14:00—17:00
考試形式
分為 Section 1 和 Section 2
考試時長：2小時40分鐘
考試形式：個人參與，筆試
Section 1 ：一共有約 20 道題，每道題根據(jù)難度不同有不同的分值（3-6分不等），總分值約在 88分。選手只用選答其中 50分的題即可。
注：如果同學(xué)選答超過 50 分的題，答錯不扣分，答對算分，但是總分最多50
Section 2 ：約 4 道大題，每道大題分為若干個小問題，每個小問題有不同的分值，每道大題共 25 分，選答其中任意 2 題即可。(具體題目數(shù)量以實際為準(zhǔn))
獎項設(shè)置
? Round1：
超級金獎 Top Gold：前2%
金獎 Gold：前8%
銀獎 Silver：前15%
銅獎 Bronze Ⅰ：前25%
銅獎 Bronze Ⅱ：前40%
注：獲獎分?jǐn)?shù)線會按照英國國籍學(xué)生的成績分別以總分排名前 2%、8%、15%、25%、40% 的比例劃出，其他國家的學(xué)生直接參照獲獎分?jǐn)?shù)線來決定是否得獎。
? Round2：
金獎 Gold
銀獎 Silver
銅獎 Bronze
領(lǐng)取真題
BPhO 2023真題解析
掃碼領(lǐng)取
PUPC 普林斯頓大學(xué)物理活動
普林斯頓大學(xué)物理比賽（PUPC）是一項面向全球高中生的物理學(xué)科賽事，由被稱為“八所常青藤盟校"之一的普林斯頓大學(xué)所組織。
賽事旨在培養(yǎng)學(xué)生解答非常規(guī)物理問題的能力，學(xué)習(xí)當(dāng)下物理領(lǐng)域中新鮮前沿的研究，同時角逐全球獎項。
適合學(xué)生
在校高中生
競賽時間
2024年11月2日 上午9:30—11:00
考試形式
Online Exam網(wǎng)上競賽/ Onsite Exam現(xiàn)場競賽
線上：比賽時間為一周
需2-6人組團(tuán)參賽，3-4人/組為最佳組隊人數(shù)。
團(tuán)隊成員必須為高中生或還未開始大學(xué)本科生活的學(xué)生在PUPC官網(wǎng)報名注冊。
線下：考試時長為90分鐘
全程英文比賽，賽題為個人證明題筆試。
可以攜帶簡單的無任何編程功能的Scientific Calculators科學(xué)計算機(jī)/可以攜帶紙質(zhì)的中英字典。
考試范圍
考察內(nèi)容以力學(xué)和電磁學(xué)為主，對與數(shù)學(xué)能力的要求較高。
獎項設(shè)置
? 全球獎項
金獎、銀獎、銅獎、榮譽(yù)獎
? 國家級獎項
一等獎/二等獎/三等獎（中國）
* 獎項由當(dāng)年的分?jǐn)?shù)界限決定
領(lǐng)取真題
PUPC 歷年真題
掃碼領(lǐng)取
目前正是BPhO&PUPC備戰(zhàn)競賽黃金期！
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翰林物理競賽戰(zhàn)績
* 以上賽事主辦方為海外機(jī)構(gòu)，不與任何中國的大學(xué)、中學(xué)或小學(xué)升學(xué)加分活動掛鉤，其成績不會作為任何中國中小學(xué)升學(xué)或評優(yōu)的依據(jù)，僅定位為針對中學(xué)生的課外興趣活動和國際教學(xué)交流活動。
