Machine-learning nonconservative dynamics for new-physics detection

物理 积分器 能量守恒 轨道(动力学) 经典力学 钟摆 弹道 重力场 统计物理学 理论物理学 航空航天工程 量子力学 工程类 电压
作者
Ziming Liu,Bohan Wang,Qi Meng,Wei Chen,Max Tegmark,Tie‐Yan Liu
出处
期刊:Physical review 卷期号:104 (5) 被引量:15
标识
DOI:10.1103/physreve.104.055302
摘要

Energy conservation is a basic physics principle, the breakdown of which often implies new physics. This paper presents a method for data-driven "new physics" discovery. Specifically, given a trajectory governed by unknown forces, our Neural New-Physics Detector (NNPhD) aims to detect new physics by decomposing the force field into conservative and non-conservative components, which are represented by a Lagrangian Neural Network (LNN) and a universal approximator network (UAN), respectively, trained to minimize the force recovery error plus a constant $\lambda$ times the magnitude of the predicted non-conservative force. We show that a phase transition occurs at $\lambda$=1, universally for arbitrary forces. We demonstrate that NNPhD successfully discovers new physics in toy numerical experiments, rediscovering friction (1493) from a damped double pendulum, Neptune from Uranus' orbit (1846) and gravitational waves (2017) from an inspiraling orbit. We also show how NNPhD coupled with an integrator outperforms previous methods for predicting the future of a damped double pendulum.
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