作為科學(xué)家可以運(yùn)用的最大規(guī)模的驗(yàn)證科學(xué)，觀測(cè)驗(yàn)證宇宙基本框架的“觀測(cè)宇宙學(xué)”逐漸成熟。“宇宙大規(guī)模結(jié)構(gòu)”近年來(lái)越來(lái)越受到重視。“宇宙大規(guī)模結(jié)構(gòu)”指的是各個(gè)星系交織的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是宇宙迄今為止復(fù)雜進(jìn)化史的終結(jié)狀態(tài)。利用天文望遠(yuǎn)鏡等對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)觀察，有助于揭開(kāi)影響宇宙進(jìn)化的暗物質(zhì)和暗能量之謎。
為了解我們所在的宇宙是什么樣的宇宙，根據(jù)物理理論，使用超級(jí)計(jì)算機(jī)計(jì)算宇宙中各種大規(guī)模結(jié)構(gòu)的演化，將其與觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，是一種非常有效的手段。但是，這需要對(duì)數(shù)十萬(wàn)到百萬(wàn)個(gè)宇宙論模型進(jìn)行精確的計(jì)算，而即使用當(dāng)前可利用的最大計(jì)算資源，也很難進(jìn)行如此大量的模擬。
京都大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)研究所特定準(zhǔn)教授西道啟博的研究小組，試圖利用人工智能的“機(jī)器學(xué)習(xí)”方法來(lái)解決此難題。研究小組的機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)備被稱為“暗模擬器”。該裝置對(duì)宇宙中暗物質(zhì)成分的數(shù)量和性質(zhì)等進(jìn)行了各種計(jì)算，從計(jì)算得出的101個(gè)虛擬宇宙中“學(xué)習(xí)”相應(yīng)關(guān)系。這樣就可以快速對(duì)新宇宙學(xué)模型預(yù)期的結(jié)果進(jìn)行理論預(yù)測(cè)，而無(wú)需進(jìn)行新的模擬。
“機(jī)器學(xué)習(xí)”使用的虛擬宇宙數(shù)據(jù)是日本國(guó)立天文臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)“ATERUI”和“ATERUI Ⅱ”耗時(shí)3年計(jì)算出的總?cè)萘?00TB(terabyte)的巨大模擬數(shù)據(jù)。
“暗模擬器”可以預(yù)測(cè)星系的空間分布和弱重力透鏡效應(yīng)的實(shí)際觀察結(jié)果，誤差約為2%—3%，利用標(biāo)準(zhǔn)筆記本電腦可以在幾秒鐘內(nèi)完成理論預(yù)測(cè)，從而將計(jì)算成本降低約1億倍。
“暗模擬器”是首次在實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)上直接應(yīng)用的AI工具，向利用人工智能分析宇宙大數(shù)據(jù)邁出實(shí)質(zhì)性的一步，也助推了下一代終極宇宙觀測(cè)學(xué)的到來(lái)。
研究成果已刊登在近期的《天體物理學(xué)雜志》上。(記者 陳超)
關(guān)鍵詞： 觀測(cè)宇宙學(xué) 宇宙大規(guī)模結(jié)構(gòu)
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