2024年10月8日，瑞典皇家科学院宣布了一项具有里程碑意义的决定——将2024年诺贝尔物理学奖授予美国科学家约翰·霍普菲尔德（John J. Hopfield）和加拿大科学家杰弗里·辛顿（Geoffrey E. Hinton），以表彰他们在推动利用人工神经网络进行机器学习方面所作出的基础性发现和发明。这一奖项的颁布不仅是对两位科学家个人成就的认可，更是对人工智能（AI）技术背后深厚物理学根基的肯定。

颁奖现场

霍普菲尔德网络：记忆的物理模型

约翰·霍普菲尔德，这位现年91岁的物理学家、生物学家和神经科学家，以其在1982年提出的一种全新的神经网络模型——霍普菲尔德网络（Hopfield Network）而闻名。霍普菲尔德网络能够存储和重建图像及其他类型的数据，其原理类似于物理学中的自旋系统。通过将节点视为像素，并利用能量最小化的原理来训练网络，霍普菲尔德网络能够在面对扭曲或不完整的输入时，自动修正错误并恢复原貌。这项工作不仅为后来的人工智能研究奠定了理论基础，也为理解大脑如何处理信息提供了新的视角。

霍普菲尔德网络结构

深度学习：从数据中学习的艺术

与此同时，杰弗里·辛顿因其在深度学习领域的杰出贡献而被誉为“AI教父”。辛顿的研究建立在霍普菲尔德工作的基础上，他提出了玻尔兹曼机（Boltzmann Machine）和反向传播算法（Backpropagation Algorithm），这两种方法使得机器可以从大量未标记的数据中自主学习特征。特别是反向传播算法，它允许神经网络逐层调整权重，从而优化输出结果。这些技术成为了现代深度学习的核心，广泛应用于语音识别、图像分析等多个领域。

反向传播算法网络结构

物理学与AI的交叉融合

霍普菲尔德和辛顿的研究展示了物理学与人工智能之间的紧密联系。物理学提供了一套严谨的数学语言和建模方法，这些工具同样适用于理解和模拟复杂的神经系统行为。随着量子计算、复杂系统理论等前沿科学的发展，物理学家们正在探索更多基于物理学原理的人工智能解决方案，比如量子神经网络。

结语

2024年的诺贝尔物理学奖颁发给霍普菲尔德和辛顿，标志着科学界对于跨学科研究价值的高度认可。它不仅彰显了物理学在推动技术进步方面的巨大潜力，同时也鼓励着新一代科学家继续探索未知，利用不同领域的知识解决复杂问题。随着技术的不断进步和社会需求的变化，物理学与人工智能的结合将会带来更加激动人心的成果，改变我们的世界。

责任编辑：李娇