Naučnici su kreirali prvu potpunu simulaciju Mliječnog puta uz pomoć vještačke inteligencije, riješivši problem koji je decenijama kočio astrofiziku.
Zamislite da možete da pratite svaku od više od 100 milijardi zvijezda u Mliječnom putu, da posmatrate njihove eksplozije, turbulencije gasa i formiranje hemijskih elemenata u realnom vremenu. Upravo to su postigli naučnici u Japanu u saradnji sa kolegama iz Evrope – kreirali su prvu simulaciju galaksije koja prati svaki pojedinačni zvjezdani sistem. Taj podvig postao je moguć zahvaljujući jedinstvenom spoju vještačke inteligencije i klasičnih fizičkih modela, omogućavajući da globalna dinamika galaksije i sitni lokalni događaji budu vidljivi istovremeno.
Praćenje svake zvijezde pojedinačno
Naučnici koji stoje iza ovog projekta dolaze iz Centra za interdisciplinarne teorijske i matematičke nauke (RIKEN -iTHEMS), vodećeg japanskog istraživačkog centra koji se bavi kombinacijom teorijske fizike, matematike i interdisciplinarnih nauka, u saradnji sa Univerzitetom u Tokiju i Univerzitetom u Barseloni.
Do sada je svaka simulacija Mliječnog puta morala da pravi kompromise. Ogroman broj zvijezda i potreba za izuzetno kratkim vremenskim koracima značili su da jedna „čestica“ u modelu predstavlja desetine ili stotine zvijezda. Na ovom nivou nije bilo moguće pratiti pojedinačne eksplozije supernova, složene turbulencije gasa ili formiranje hemijskih elemenata.
Da bi simulacija pojedinačne zvijezde bila vjerodostojna, vremenski koraci morali su biti nevjerovatno mali, jer se samo tako mogu tačno prikazati brzi i nasilni događaji, kao što su eksplozije supernova. Međutim, što je korak kraći, to su veći zahtjevi za računarskim resursima. Prema procjenama istraživača iz Riken centra, tradicionalnim metodama bilo bi potrebno više od tri stotine sati superračunarskog vremena da se simulira milion godina evolucije galaksije – a za milijardu godina to bi značilo decenije neprekidnog računanja.
Upravo ovde dolazi do izražaja inovacija tima -kombinacija dubokog učenja i klasičnih fizičkih simulacija omogućila je da se svaka zvijezda prati pojedinačno i da se složeni lokalni događaji uklope u globalnu dinamiku cijele galaksije.
VI i fizika: hibridni pristup
Rješenje je pronađeno kroz hibridni model, odnosno neuronsku mrežu koja uči iz simulacija pojedinačnih supernova i potom predviđa kako će se gas ponašati do 100.000 godina nakon eksplozije.
Kada simulacija Mlečnog puta naiđe na eksploziju, lokalni region se šalje u mrežu koja brzo vraća predviđene promjene gasa. Na ovaj način se štedi ogromna količina vremena, a globalna dinamika galaksije nastavlja da se računa tačno.
Brzina i razmjena
Zahvaljujući ovom pristupu, simulacija sa više od 100 milijardi zvijezda sada može da prati milion godina evolucije za samo 2,78 sati računarskog vremena. Za poređenje, stare metode bi za isti period trošile više od 300 sati.
Metod koji spaja VI i fiziku ima potencijal i van astrofizike. Klimatski modeli, meteorološke prognoze i okeanografija takođe imaju „problem više skala“: lokalni, brzi događaji utiču na globalne tokove i uzorke. Takvi pametni pomoćni modeli mogu značajno ubrzati simulacije, bez gubitka preciznosti, čak i u složenim sistemima kao što su klimatski uslovi, okeanske struje ili vremenske prognoze.
Značenje za nauku
Keija Hirašima, vođa projekta, naglašava da ovo nije samo pitanje brzine. VI sada postaje aktivni deo naučne simulacije – alat koji omogućava da se prati evolucija galaksije sa istinskom rezolucijom po zvijezdi, da se proučavaju istorija formiranja zvijezda, spiralne grane i raspored teških elemenata.
Ova simulacija je korak naprijed u razumijevanju galaksija i pokazuje kako kombinacija dubokog učenja i klasične fizike omogućava modeliranje ekstremno kompleksnih sistema. Ideja se ne zaustavlja na Mliječnom putu – potencijalno se može primijeniti i na Zemlju, u već pomenutim klimatskim i vremenskim sistemima, što nam pomaže da bolje razumijemo i promjene na našoj planeti.
(RTS/Mondo)