致密的金属氢(一种像导体一样的氢相)形成了一个巨大行星的内部，但它很难研究，也很难理解。通过将人工智能和量子力学结合起来，研究人员发现氢是如何在这些行星承受极端压力的情况下变成金属的。

剑桥大学、ibm研究部和epfl的研究人员利用机器学习来模拟氢原子之间的相互作用，克服了即使是最强大的超级计算机的大小和时间限制。他们发现氢不是突然或一阶转变产生的，而是以稳定和渐进的方式出现的。研究结果发表在"自然"杂志上。

氢由质子和电子组成，是宇宙中最简单、最丰富的元素。它是太阳系中木星、土星、天王星和海王星等巨型行星的主要组成部分，也是围绕其他恒星运行的系外行星。

在巨型行星表面，氢仍然是一种分子气体。然而，进入较大行星的内部，压力超过数百万标准大气压。在这种极端压缩下，氢经历了相变：氢分子内部的共价键断裂，气体变成导电金属。

金属氢的存在是一个世纪以前的事，但由于在实验室环境中很难再现巨大行星内部的极端压力条件，而且由于巨大的压力，我们还不知道这一过程是如何发生的。预测大氢系统行为的复杂性。剑桥大学卡文迪什实验室的主要作者郑炳清博士说。

实验人员试图使用钻石砧盒来研究致密氢，其中两颗钻石对受限制的样品施加了高压。虽然钻石是地球上最坚硬的物质，但设备在极端压力和高温下失灵，特别是在与氢接触时，这与钻石总是存在的想法相反。这使得实验变得困难和昂贵。

理论研究也具有挑战性：虽然基于量子力学的方程可以用来解氢原子的运动，但计算系统的行为所需的计算能力却超过了氢原子的容量。氢原子是世界上最大、速度最快的超级计算机。

一般认为，致密氢的转变是一级的，伴随着所有物理性质的突变。一阶相变的一个常见例子是沸腾液态水：一旦液体变成蒸汽，它的外观和行为就会完全改变，尽管温度和压力是恒定的。

在目前的理论研究中，程和他的同事利用机器学习来模拟氢原子之间的相互作用，以克服直接量子力学计算的局限性。

程也是三一学院的一名初级研究员，他说："我们得出了令人惊讶的结论，并发现了在致密氢流体中连续的分子到原子跃迁的证据，而不是一阶转变。

过渡是平稳的，因为相关的"临界点"是隐藏的。在流体之间的所有相变中，临界点无处不在：所有可以在两相中存在的物质都有临界点。具有暴露临界点的系统，如蒸气临界点和液态水临界点，有明显不同的相态。然而，具有隐蔽性临界点的致密氢流体可以在分子相和原子相之间逐渐地、连续地发生转变。此外，这个隐藏的临界点还会导致其他异常，包括最大密度和热容量。

连续跃迁的发现为解释致密氢实验中的矛盾提供了一种新的方法。这也意味着巨大的气体行星中绝缘层和金属层之间的平稳过渡。没有机器学习、量子力学和统计力学的结合，就不可能做到这一点。毫无疑问，这一方法将揭示更多的物理洞察氢系统在未来。接下来，研究人员试图回答许多关于致密氢固相相图的突出问题。