Η μεγαλύτερη και πιο λεπτομερής προσομοίωση που έχει γίνει για το Γαλαξία ανοίγει νέα κεφάλαια στη κοσμολογία και όχι μόνο.
Ερευνητική ομάδα δημιούργησε την πιο λεπτομερή προσομοίωση του γαλαξία μας που έχει γίνει ποτέ. Ο εκπληκτικός γαλαξιακός χάρτης καταγράφει περισσότερα από 100 δισεκατομμύρια μεμονωμένα άστρα και το πώς κινούνταν σε χρονικό διάστημα 10 χιλιάδων ετών.
Οι ερευνητές χρησιμοποιούν τέτοιες προσομοιώσεις για να δοκιμάσουν θεωρίες σχετικά με το πώς σχηματίστηκε και πώς μεταβλήθηκε ο γαλαξίας με την πάροδο του χρόνου. Ωστόσο αυτή είναι η πρώτη προσομοίωση «άστρο προς άστρο» του γαλαξία μας που καταγράφει την εξέλιξη του Σύμπαντος με τόσο εντυπωσιακή λεπτομέρεια.
Ακόμη και τα πιο προηγμένα υπολογιστικά μοντέλα δυσκολεύονται να προσομοιώσουν με ακρίβεια τις πολύπλοκες κινήσεις 100 δισεκατομμυρίων άστρων σε ένα γαλαξία. Αυτό συμβαίνει επειδή ένας γαλαξίας διαμορφώνεται από δυνάμεις σε τεράστιες αλλά και σε εξαιρετικά μικρές κλίμακες απόστασης και χρόνου. Οι προσομοιώσεις πρέπει να λάβουν υπόψη τη βαρύτητα, τη ρευστοδυναμική, τις εκρήξεις υπερκαινοφανών και τη δημιουργία στοιχείων στο εσωτερικό άστρων που πεθαίνουν. Τώρα όμως οι ερευνητές με τη χρήση τεχνητής νοημοσύνης αναφέρουν ότι κατάφεραν να δημιουργήσουν προσομοιώσεις που παρακολουθούν 100 φορές περισσότερα άστρα.
Η χαρτογράφηση
Οι περισσότερες προσομοιώσεις δυσκολεύονται να αποδώσουν περισσότερα από ένα δισεκατομμύριο άστρα κάθε φορά και έτσι υποχρεώνονται να ομαδοποιούν εκατοντάδες άστρα. Ωστόσο αυτή είναι η πρώτη αληθινή προσομοίωση άστρο προς άστρο που χαρτογραφεί την κίνηση κάθε μεμονωμένου άστρου.
Επειδή οι αλλαγές σε ένα γαλαξία συμβαίνουν σε τόσο μεγάλο χρονικό διάστημα οι επιστήμονες δεν μπορούν απλώς να παρακολουθήσουν για να μάθουν πώς εξελίσσεται. Παρατηρώντας γαλαξίες πολύ μακρινούς από τη Γη μπορούν να σχηματίσουν μια εικόνα για το πώς μπορεί να ήταν οι γαλαξίες σε πρώιμα στάδια της ιστορίας του σύμπαντος. Ωστόσο αυτά τα δεδομένα αποτελούν μόνο ένα στιγμιότυπο και δεν μας λένε τίποτα για τον δικό μας γαλαξία.
Για αυτό οι αστρονόμοι προσπαθούν να δημιουργήσουν ισχυρές προσομοιώσεις που υπολογίζουν πώς θα κινούνταν και θα εξελίσσονταν τα άστρα με βάση τους νόμους της φυσικής. Με την αλλαγή των κανόνων της προσομοίωσης και τη σύγκριση με το σύμπαν γύρω μας, οι επιστήμονες μπορούν να μάθουν περισσότερα για το πώς σχηματίστηκε ο γαλαξίας.
Το πρόβλημα είναι ότι ο γαλαξίας μας είναι αρκετά μεγάλος και εξαιρετικά πολύπλοκος, υπερβολικά δύσκολος για οποιονδήποτε συμβατικό υπολογιστή να κάνει προσομοιώσεις. Στο παρελθόν οι επιστήμονες προσπάθησαν να δημιουργήσουν μεγαλύτερους και ισχυρότερους υπερυπολογιστές για να τρέξουν πιο περίπλοκες προσομοιώσεις.
Ωστόσο αν η καλύτερη συμβατική προσομοίωση επιχειρούσε να αποδώσει τον Γαλαξία σε επίπεδο μεμονωμένων άστρων θα χρειαζόταν 315 ώρες για κάθε εκατομμύριο χρόνια προσομοιωμένου χρόνου. Με ρυθμούς σαν αυτούς η προσομοίωση ενός δισεκατομμυρίου ετών από τα περίπου 13,6 δισ. έτη ύπαρξης του γαλαξία μας θα χρειαζόταν πάνω από 36 χρόνια.
Η τεχνητή νοημοσύνη
Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, ο επικεφαλής ερευνητής δρ. Χιρασίμα από το ερευνητικό κέντρο RIKEN μαζί με συνεργάτες από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο και το Πανεπιστήμιο της Βαρκελώνης, δοκίμασαν μια νέα προσέγγιση. Αντί να προσομοιώσουν τη φυσική κάθε διαδικασίας, άφησαν την τεχνητή νοημοσύνη να καλύψει κάποια κενά. Η «αντιπροσωπευτική» τεχνητή νοημοσύνη εκπαιδεύτηκε σε χιλιάδες ιδιαίτερα λεπτομερείς προσομοιώσεις εκρήξεων υπερκαινοφανών και έμαθε να προβλέπει πώς θα επεκτείνονταν τα αέρια στα επόμενα 100 χιλιάδες χρόνια.
Επιτρέποντας στην τεχνητή νοημοσύνη να κάνει το μεγαλύτερο μέρος της δύσκολης δουλειάς οι ερευνητές μπόρεσαν να αυξήσουν το μέγεθος της προσομοίωσης κατά 100 φορές και να την ολοκληρώσουν 100 φορές ταχύτερα. Όταν συνέκριναν τα αποτελέσματά τους με προσομοιώσεις που δημιουργήθηκαν επίπονα σε μερικούς από τους μεγαλύτερους υπερυπολογιστές του κόσμου διαπίστωσαν ότι τα αποτελέσματα ταίριαζαν.
Οι ερευνητές κατέγραψαν τις κινήσεις 100 δισεκατομμυρίων άστρων σε ένα εκατομμύριο χρόνια μέσα σε μόλις δύο ώρες και 47 λεπτά. Αυτό σημαίνει ότι ένα δισεκατομμύριο χρόνια της ιστορίας του γαλαξία μπορούν πλέον να προσομοιωθούν μέσα σε μόνο 115 ημέρες αντί για 36 χρόνια.
Ο Δρ.Χιρασίμα λέει ότι αυτή η νέα μέθοδος θα μπορούσε να σηματοδοτήσει μια «θεμελιώδη αλλαγή» στον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες προσομοιώνουν τον γαλαξία. Όπως λέει: «Αυτό το επίτευγμα δείχνει επίσης ότι οι προσομοιώσεις που επιταχύνονται από τεχνητή νοημοσύνη μπορούν να ξεπεράσουν την αναγνώριση προτύπων και να γίνουν πραγματικό εργαλείο επιστημονικής ανακάλυψης βοηθώντας μας να ανιχνεύσουμε πώς τα στοιχεία που σχημάτισαν τη ζωή εμφανίστηκαν μέσα στον γαλαξία μας».
Στο μέλλον αυτές οι τεχνικές μπορούν να βελτιώσουν και άλλους τομείς όπου χρησιμοποιούνται πολύ λεπτομερείς προσομοιώσεις. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση των ωκεάνιων ρευμάτων, πιο ακριβή μοντέλα κλιματικής αλλαγής και ακόμη καλύτερες προβλέψεις καιρού.
