يحب علماء الكونيات محاكاة الكون. حتى النماذج التي تغطي مئات الملايين من السنين الضوئية يمكن أن تكون مفيدة لفهم الجوانب الأساسية لعلم الكونيات والكون المبكر. هناك مشكلة واحدة فقط - إنها عمليات حسابية مكثفة للغاية. مساحة 500 مليون سنة ضوئية من الكون قد تستغرق أكثر من 3 أسابيع لمحاكاتها .. الآن بقيادة العلماء يين لي في ال معهد فلاتيرون طوروا طريقة لتشغيل هذه النماذج الكونية الضخمة أسرع 1000 مرة. يمكن بعد ذلك محاكاة مساحة 500 مليون سنة ضوئية في 36 دقيقة.
استغرقت الخوارزميات القديمة وقتًا طويلاً جزئيًا بسبب المقايضة. يمكن للنماذج الحالية إما محاكاة شريحة صغيرة جدًا ومفصلة جدًا من الكون أو شريحة أكبر مفصلة بشكل غامض منه. يمكن أن توفر إما دقة عالية أو مساحة كبيرة للدراسة ، وليس كليهما.
تكبير الصور لمستويات الدقة المختلفة التي يقوم بها النظام.
الائتمان: Y. Li et al.
للتغلب على هذا الانقسام ، لجأ الدكتور لي إلى تقنية ذكاء اصطناعي تسمى أ شبكة الخصومة التوليدية (جان). تقوم هذه الخوارزمية بتجميع خوارزميتين متنافستين مرة أخرى ، ثم تكرر تلك الخوارزميات مع تغييرات طفيفة عليها وتحكم فيما إذا كانت تلك التغييرات الإضافية قد حسنت الخوارزمية أم لا. في النهاية ، مع التكرارات الكافية ، تصبح كلتا الخوارزميتين أكثر دقة بشكل طبيعي من تلقاء نفسها.
تم إدخال خوارزميتين في GAN هذا لهما أغراض مختلفة للغاية. التقط أحدهم صورًا منخفضة الدقة لجزء من الكون وحاول إنشاء صور عالية الدقة تطابق الواقع المرصود. حاولت الخوارزمية الأخرى معرفة ما إذا كانت رقعة معينة من الكون قد تم إنشاؤها بواسطة الخوارزمية الأولى أو تم إنشاؤها باستخدام طرق أكثر تقليدية ومكثفة من الناحية الحسابية.
مخطط التدفق لشبكة GAN.
الائتمان: Becomehuman.ai
استغرق تطوير الخوارزميات أكثر من عامين ، وحتى الدكتور لي بدا متفاجئًا عندما 'فجأة ... بدأوا العمل. لقد حصلنا على نتائج رائعة تطابق أفضل مما كان متوقعًا '. الأعمال الداخلية للعديد من خوارزميات الذكاء الاصطناعي ليست مفهومة جيدًا حتى من قبل الأشخاص الذين قاموا بإنشائها.
مهما كان سبب النجاح النهائي للخوارزميات ، فإنها تقدم الآن نماذج واقعية ثابتة في جزء صغير من الوقت الذي تستخدمه الأساليب التقليدية. لم يتمكن الدكتور لي وزملاؤه حتى من إخبار عمليات المحاكاة التي تم إنشاؤها بواسطة خوارزمياتهم الخاصة مقارنة بالمحاكاة التي تم إنشاؤها بواسطة طرق أكثر تقليدية في التجارب العمياء.
يناقش بول سوتر ، المساهم في جامعة تكساس ، خلفية ما تحاول الخوارزميات الجديدة نمذجه.
الائتمان: قناة بول سوتر على YouTube
كما هو الحال مع العلم ككل ، لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به. في الوقت الحالي ، تمثل المحاكاة الجاذبية والمادة المظلمة فقط. في حين أن هذه قد تكون أكبر مكونات الهياكل الكبيرة التي تشكل محور هذه الخوارزميات ، فإن أشياء أخرى مثل القوة الكهرومغناطيسية والمادة العادية لها تأثير مهم على الكون أيضًا. يخطط الدكتور لي وفريقه لتركيز مزيد من وقت التطوير على نمذجة الأحداث 'الأصغر' مثل المستعرات الأعظمية وتشكل النجوم.
في الوقت الحالي ، يمكن أن تبدأ الخوارزمية الخاصة بهم في تقديم نماذج كبيرة وعالية الدقة للكون في جزء صغير من الوقت. وسيشكرهم علماء الكونيات في كل مكان على ذلك.
يتعلم أكثر:
مؤسسة سيمونز - أزال التطبيق الجديد للذكاء الاصطناعي للتو أحد أكبر حواجز الطرق في الفيزياء الفلكية
مؤسسة سيمونز - تمتاز محاكاة الذكاء الاصطناعي الأولى للكون بالسرعة والدقة - ولا نعرف السبب
يوتا - أصبحت محاكاة الكون أفضل وأفضل في مطابقة الواقع
الصورة الرئيسية:
أمثلة على صور ذات دقة منخفضة (LR) وعالية الدقة (HR) ودقة فائقة (SR) لجزء من الكون.
الائتمان: Y. Li et al.
