AI可高速預(yù)測宇宙中復(fù)雜大型結(jié)構(gòu) 助推下一代終極宇宙觀測學(xué)到來

作為科學(xué)家可以運(yùn)用的最大規(guī)模的驗證科學(xué)，觀測驗證宇宙基本框架的“觀測宇宙學(xué)”逐漸成熟。“宇宙大規(guī)模結(jié)構(gòu)”近年來越來越受到重視。“宇宙大規(guī)模結(jié)構(gòu)”指的是各個星系交織的網(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)鏡等對其進(jìn)行詳細(xì)觀察，有助于揭開影響宇宙進(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，使用超級計算機(jī)計算宇宙中各種大規(guī)模結(jié)構(gòu)的演化，將其與觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，是一種非常有效的手段。但是，這需要對數(shù)十萬到百萬個宇宙論模型進(jìn)行精確的計算，而即使用當(dāng)前可利用的最大計算資源，也很難進(jìn)行如此大量的模擬。

日本京都大學(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)行了各種計算，從計算得出的101個虛擬宇宙中“學(xué)習(xí)”相應(yīng)關(guān)系。這樣就可以快速對新宇宙學(xué)模型預(yù)期的結(jié)果進(jìn)行理論預(yù)測，而無需進(jìn)行新的模擬。

“機(jī)器學(xué)習(xí)”使用的虛擬宇宙數(shù)據(jù)是日本國立天文臺超級計算機(jī)“ATERUI”和“ATERUIⅡ”耗時3年計算出的總?cè)萘?00TB(terabyte)的巨大模擬數(shù)據(jù)。

“暗模擬器”可以預(yù)測星系的空間分布和弱重力透鏡效應(yīng)的實際觀察結(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，從而將計算成本大大降低。

“暗模擬器”是首次在實際觀測數(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)邁出實質(zhì)性的一步，也助推了下一代終極宇宙觀測學(xué)的到來。

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： AI 宇宙