هوش مصنوعی ساختار کیهان را پیش‌بینی کرد

بيگ بنگ

بروزرسانی 1398/11/30 - 13:00

بيگ بنگ/چگونگي ايجاد خلاء و رشته‌ها توسط جهان را مي‌توان اکنون به لطف توسعه يک ابزار هوش مصنوعي موسوم به شبيه‌ساز تاريک(Dark Emulator) مورد مطالعه قرار داد.

عکس ۱: شيوه جمع‌شدنِ کهکشان‌ها در کيهان در اين عکس به وضوح نشان داده شده است. محققان براي تهيه اين عکس از پروژه عکس‌برداري «SDSS» استفاده کردند. نقاط زرد نشان‌دهنده موقعيت تک‌تک کهکشان‌ها است، اما حلقه نارنجي‌رنگ آن منطقه از کيهان را به تصوير مي‌کِشد که يک ميليارد سال نوري گستردگي دارد. زمين در مرکز عکس قرار دارد و يک نقشه سه‌بعدي اطراف آن وجود دارد که محل حضور کهکشان‌هاي مختلف است. در اين عکس مي‌توان مشاهده کرد که کهکشان‌ها به طور يکنواخت در سرتاسر جهان پراکنده نشده‌اند و اينکه کهکشان‌ها چگونه با يکديگر خوشه‌ها را به وجود مي‌آورند. اعتبار عکس: سونيکو کاتو پيشرفت تلسکوپ‌ها اين فرصت را در اختيار محققان قرار دادند تا کيهان را با جزئيات بيشتري مطالعه نموده و يک مدل کيهان‌شناسي استاندارد ارائه کنند که بطور همزمان حقايقِ مبتني بر مشاهدات را تبيين مي‌کند. بخش اعظم کيهان از ماده تاريک و انرژي تاريک ساخته شده و تاکنون هيچ‌کس قادر به شناسايي هويت دقيق آنها نشده است. يکي از روش‌هاي نويدبخش براي حل اين قبيل از رازها، استناد به ساختار کيهان است. کيهان امروز از رشته‎هايي تشکيل يافته که طي آن، کهکشان‌ها به طور خوشه کنار همديگر گِرد آمده و از دور به ريسمان شباهت دارند. البته نقاط تهي يا خلاء هم وجود دارند که گويي هيچ چيزي در آنها نيست (به عکس شماره ۱ مراجعه شود). کشف پس‌زمينه ريزموج کيهاني اين فرصت را به محققان داده تا ببينند کيهان در آغاز چگونه بوده و از چه ويژگي‌هايي برخوردار بود. درک ويژگي‌ها و فيزيک کيهان مي‌تواند به محققان کمک نمايد تا سرنخ‌هاي ارزشمندي را دربارۀ ماهيت ماده تاريک و انرژي تاريک به دست بياورند.

تيمي از محققان از موسسه فيزيک نظري دانشگاه يوکاوا در کيوتو (استاديار تاکاهيرو نيشميچي) و موسسه فيزيک و رياضي کاولي (ماساهيرو تاکادا) از سريع‎ترين ابررايانه‌هاي شبيه‌سازي اخترفيزيکي موسوم به «ATERUI» و «ATERUI II» استفاده کردند تا ابزار «Dark Emulator» را بسازند. استفاده از اين ابزار به همراه داده‌هاي جمع‌آوري شده توسط بزرگ‌ترين پروژه‌هاي مشاهداتي جهان اين امکان را در اختيار محققان مي‌گذارد تا احتمالاتِ مربوط به منشاء ساختارهاي کيهاني و چگونگي تغيير توزيع ماده تاريک در طي زمان را مطالعه کنند.

عکس ۲: طرح مفهومي ابزار «Dark Emulator». سمت چپ: مثالي از کيهان مجازي که با ابررايانه «ATERUI» ساخته شده است. در اين مثال، توزيعِ تقريباً ۱۰ ميليارد ذره را در حجمي مشمول بر ۴.۹ ميليارد سال نوري مشاهده مي‌کنيد که تا به امروز تکامل يافته است. تهيه اين نمونه با استفاده از ۸۰۰ هسته پردازنده در «ATERUI» به دو روز زمان نياز دارد. مرکزي: معماري «Dark Emulator». اين ابزار تطابق ميان پارامترهاي اساسي کيهان‌شناسي را که در آغاز شبيه‎سازي به کار گرفته شد و پيامد آن را بر اساس معماري يادگيري ماشيني فرامي‌گيرد. در همين راستا، روش‌هاي آماري متعددي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. اين ماشين مي‌تواند پس از آموزش به طور دقيق سيگنال‌هاي مشاهده‌اي مورد انتظار را در مجموعه تازه‌اي از پارامترهاي کيهان‌شناسي پيش‌بيني کند؛ بدون اينکه شبيه‌سازي تازه‌اي انجام دهد. محقق و نويسنده اصلي «تاکاهيرو نيشميچي» بيان کرد: «ما يک پايگاه داده فوق‌العاده بزرگ با استفاده از يک ابررايانه ساختيم. ما براي اتمام آن به سه سال زمان نياز داشتيم، اما حالا مي‌توانيم اين پايگاه داده را روي لپ‌تاپ و در عرض چند ثانيه بسازيم. من احساس مي‌کنم علم داده‌پردازي مي‌تواند قابليت‌هاي ارزشمندي را براي بشر عرضه کند. من اميدوارم با نتايج اميدبخشي که به دست آمد، بتوانيم گام‌هاي موثرتري در حل برخي از پيچيده‌ترين معماهاي کيهاني برداريم. حل معماي انرژي تاريک يکي از اين مسائل پيچيده است که ساليانِ سال محققان را درگير کرده است. از ديد من، روشي که ما ساختيم مي‌تواند در ساير حوزه‌ها نيز به کار برده شود که از جمله آنها مي‌توان به علوم طبيعي يا علوم اجتماعي اشاره کرد.» اين ابزار جديد از يکي از جنبه‎هاي هوش مصنوعي به نام يادگيري ماشيني استفاده مي‌کند. سريع‎ترين ابررايانه‌هاي شبيه‌سازي اخترفيزيکي موسوم به «ATERUI» و «ATERUI II» با تغيير خصوصيات مهم کيهان از قبيل ماده تاريک و انرژي تاريک موفق به ساخت صدها جهان موازي شده‌اند. ابزار «Dark Emulator» از داده‌ها ياد گرفته و پيامدهاي يک مجموعه جديد از خصوصيات را حدس مي‌زند؛ بدون اينکه مجبور باشد هر بار شبيه‌سازي‌هاي جديدي انجام دهد. محققان اميدوارند در آينده از اين گونه ابزارها براي مطالعه دقيق‌تر منشاء کيهان استفاده کنند. اين مقاله روز ۸ اکتبر ۲۰۱۹ در مجله Astrophysical منتشر شده است.

ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد