論文の概要: Reading and Steering Representations of Materials-Science Mechanisms in an Open-Weight Language Model

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.20058v1
• Date: Wed, 22 Jul 2026 12:02:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-23 18:51:38.069906
• Title: Reading and Steering Representations of Materials-Science Mechanisms in an Open-Weight Language Model
• Title（参考訳）: オープンウェイト言語モデルにおける材料理解機構の読み出しとステアリング表現
• Abstract要約: オープンウェイトなgoogle/gemma-4-E4B-itモデルにおける材料科学のメカニズム情報は3つの実験的に分離可能であることを示す。 一致した直接語彙とヤコビ語彙の読み出し、オプションなしの状態幾何、60-law反ファクトベンチマーク、因果介入を組み合わせる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.3537117504260623
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Large language models can answer scientific questions, yet a correct output does not reveal whether the model represents or uses the governing physics. Here we show that materials science mechanism information in the open-weight google/gemma-4-E4B-it model has three experimentally separable forms: concepts are readable in individual hidden states, constitutive orientation is carried by controlled transformations between states, and selected internal representations causally control engineering answers. We combine matched direct and Jacobian vocabulary readouts, option-free state geometry, a 60-law counterfactual benchmark and causal interventions. In 50 held-out materials descriptions, three independently fitted Jacobian lenses reproduced concept ranks, and target-free word sets from both readouts enabled blinded identification of 9 of 10 mechanism families. A separate 72-prompt benchmark produced mechanism-specific hidden-state neighborhoods, but an exact graph audit showed that this apparent physical organization was equally explained by numerical comparison. We therefore compared otherwise identical prompts in which only the direction of the physical input was reversed, asking whether the resulting hidden-state movement followed the supplied constitutive law. These state transformations ordered direct, physically neutral and inverse laws across 60 frozen relations and correctly oriented 39 of 40 directional laws, whereas lexical controls were near chance. Bidirectional interventions shifted answer probabilities toward or away from the physically appropriate outcome across all 12 matched cases, while counterfactual state patches transferred opposing decision signals across mechanisms and answer formats. Physical relationships were therefore more visible in controlled state changes than in absolute states alone.
• Abstract（参考訳）: 大規模な言語モデルは科学的疑問に答えることができるが、正しい出力は、そのモデルが支配物理学を表現または使用しているかどうかを明らかにしない。 本稿では,オープンウェイトなgoogle/gemma-4-E4B-itモデルにおける材料科学のメカニズム情報として,概念を個々の隠蔽状態で読み取ることができ,構成的指向を状態間の制御変換によって行うことができ,選択された内部表現が工学的回答を因果的に制御できることを示す。 一致した直接語彙とヤコビ語彙の読み出し、オプションなしの状態幾何、60-law反ファクトベンチマーク、因果介入を組み合わせる。 50の資料記述では、3つの独立に適合したジャコビアンレンズが概念ランクを再現し、両方の読み出し語からターゲットフリーな単語セットが10のメカニズムファミリーのうち9の盲検識別を可能にした。 72プロンプトの異なるベンチマークでは、メカニズム固有の隠れ状態の近傍が生成されたが、正確なグラフ検査により、この明らかな物理的組織は数値的な比較によって同様に説明された。 そこで本研究では, 物理的入力の方向のみを逆転させる同一のプロンプトを比較し, 得られた隠れ状態運動が供給された構成法に従うか否かを問うた。 これらの状態変換は60の凍結関係をまたいだ直接的、物理的に中立的、逆法則を命令し、40の方向法則のうち39を正しく指向した。 双方向の介入は、12の一致した全てのケースにおいて、物理的に適切な結果に対する回答確率をシフトさせ、一方、反実的状態のパッチは、メカニズムと回答フォーマット間で反対決定信号を転送した。 したがって、物理的関係は絶対状態単独よりも制御された状態変化においてより顕著であった。

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