Штучний інтелект та гравітаційні хвилі: нові горизонти у дослідженні Всесвіту
В останні роки ми стали свідками неймовірного прогресу в області гравітаційно-хвильової астрономії. Обсерваторії LIGO і Virgo відкрили нам вікно у Всесвіт, дозволяючи спостерігати зіткнення чорних дір, нейтронних зірок та інших екзотичних об’єктів, які раніше були приховані від наших очей. Однак, незважаючи на ці вражаючі досягнення, залишаються сфери, які залишаються поза досяжністю наших інструментів. І тут на допомогу приходить штучний інтелект.
Нещодавнє відкриття, в якому Google DeepMind використовував AI для зменшення шуму в LIGO до 100 разів, відкриває нові перспективи в дослідженні Всесвіту. Цей прорив, можливо, дозволить нам виявити раніше невловимі типи чорних дір, а також отримати більш детальну інформацію про ті об’єкти, які ми вже спостерігаємо.
Чому так важко почути гравітаційні хвилі?
Перш ніж говорити про роль ШІ, важливо зрозуміти, чому виявлення гравітаційних хвиль – завдання настільки складне. Гравітаційні хвилі, породжені зіткненнями масивних об’єктів, є крихітними збуреннями в просторі-часі. Ці обурення настільки малі, що їх вкрай важко зафіксувати. Уявіть собі, що ви намагаєтеся відчути рух аркуша паперу, що знаходиться в декількох кілометрах від вас, під час сильного землетрусу. Це дає деяке уявлення про масштаб проблеми.
LIGO, як і інші гравітаційно-хвильові обсерваторії, використовує лазерну інтерферометрію для виявлення цих крихітних коливань. Лазерні промені направляються по двох довгих рукавах, розташованим під прямим кутом один до одного. Дзеркала на кінцях рукавів відбивають промені назад до інтерферометра, де відбувається їх порівняння. Коли гравітаційна хвиля проходить через обсерваторію, вона трохи змінює довжину рукавів, що призводить до зміни інтерференційної картини. Саме ця зміна і фіксується детекторами.
Однак, проблема в тому, що ці зміни настільки малі, що їх легко заглушити шумом. Джерела шуму можуть бути самими різними: від вібрацій земної поверхні і океанських хвиль до коливань атмосфери і навіть проїжджаючого повз транспорту. Усунення шуму-це постійна боротьба, яка вимагає величезних зусиль та інноваційних рішень.
Штучний інтелект-ключ до подолання шуму?
Традиційні методи контролю шуму в LIGO вимагають ручного налаштування параметрів обсерваторії. Цей процес складний і трудомісткий, а також схильний до помилок. Рана Адхікарі з Каліфорнійського технологічного інституту описує це як”нескінченну вічність на Налаштування”. Спроби автоматизувати цей процес, як виявилося, можуть створювати ще більше шуму.
Тут і приходить на допомогу ШІ. Deep Loop Shaping AI, розроблений DeepMind, використовує методи машинного навчання для адаптивного управління дзеркалами LIGO. Штучний інтелект навчається на симуляціях, щоб визначити оптимальні настройки, які мінімізують шум і максимізують чутливість обсерваторії. Йонас Бухлі з DeepMind зазначає, що”контролер певним чином визначить, що працює, а що ні, і знайде дійсно хорошу політику”.
Результати, отримані на LIGO, вражають: зниження шуму на 100 разів. Це означає, що обсерваторія тепер здатна виявляти гравітаційні хвилі від об’єктів, які раніше були приховані за завісою шуму.
Що це означає для науки?
Можливість виявити раніше невловимі типи чорних дір є лише однією з потенційних переваг використання ШІ в астрономії гравітаційних хвиль. Альберто Веккіо з Бірмінгемського університету припускає, що ми можемо виявити так звані чорні діри середнього розміру – об’єкти з масою в 1000 разів більшою, ніж Сонце. Цей клас об’єктів залишається загадкою, і його відкриття може істотно розширити наше розуміння еволюції Всесвіту.
Крім того, поліпшення чутливості LIGO може дозволити нам отримати більш детальну інформацію про типи чорних дір, які ми вже спостерігаємо. Це може допомогти нам краще зрозуміти процеси, що призводять до утворення чорних дір, і перевірити наші теоретичні моделі.
Особистий досвід та спостереження:
Я завжди був зачарований гравітаційно-хвильової астрономії. Ця галузь науки відкриває перед нами абсолютно нові способи вивчення Всесвіту. Використання AI для поліпшення чутливості LIGO здається мені особливо захоплюючим. Це приклад того, як передові технології можуть допомогти нам вирішувати складні наукові завдання та розширювати межі наших знань.
У минулому я працював над проектом, пов’язаним з обробкою сигналів та фільтрацією шуму в іншій області. Я знаю, наскільки складно буває виділити корисний сигнал з шуму. Використання ШІ для цього завдання здається дуже перспективним. Машинне навчання може допомогти нам знайти закономірності в даних, які ми могли б пропустити, використовуючи традиційні методи.
Майбутнє гравітаційно-хвильової астрономії:
Відкриття ШІ-контролера для LIGO-це лише початок. У майбутньому ми можемо побачити ще більш складні системи, які використовують Машинне навчання для управління іншими аспектами роботи обсерваторії. Наприклад, ШІ може використовуватися для оптимізації розташування дзеркал, для компенсації коливань земної поверхні або для прогнозування погоди та запобігання впливу атмосферних перешкод.
Крім того, ми можемо побачити появу нових типів гравітаційно-хвильових обсерваторій, що використовують абсолютно нові технології. Наприклад, розробляються проекти обсерваторій, що використовують квантові сенсори або супутникові інтерферометри. Ці нові обсерваторії, ймовірно, використовуватимуть ШІ для управління своїми складними системами та для обробки величезної кількості даних, які вони будуть генерувати.
Укладення:
Використання штучного інтелекту для зменшення шуму в LIGO є важливим кроком вперед у розвитку гравітаційно-хвильової астрономії. Це відкриття відкриває нові можливості для дослідження Всесвіту та розширення наших знань про найекзотичніші об’єкти. Я впевнений, що в майбутньому ми побачимо ще більш вражаючі досягнення в цій галузі, завдяки спільній роботі вчених і інженерів, що використовують передові технології штучного інтелекту. Це лише початок нової ери у вивченні Всесвіту, і я з нетерпінням чекаю побачити, що попереду.
Ключова думка: штучний інтелект стає незамінним інструментом в руках вчених, які прагнуть розкрити таємниці Всесвіту. Ключова думка: можливість виявити раніше невловимі типи чорних дір може істотно розширити наше розуміння еволюції Всесвіту. Ключова думка: спільна робота вчених та інженерів, що використовують передові технології штучного інтелекту, відкриє нову еру у вивченні Всесвіту.
Джерело: ppsls.org.ua
