Καθώς οι άνθρωποι αγωνίζονται να κατανοήσουν τη σκοτεινή ενέργεια, τη μυστηριώδη δύναμη που οδηγεί την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος, οι επιστήμονες έχουν αρχίσει να αναρωτιούνται κάτι αρκετά φουτουριστικό. Μπορούν οι υπολογιστές να το κάνουν αυτό ακόμα καλύτερα; Λοιπόν, τα πρώτα αποτελέσματα από μια ομάδα που χρησιμοποίησε τεχνικές τεχνητής νοημοσύνης (AI) για να συναγάγει την επιρροή της σκοτεινής ενέργειας με πρωτοφανή ακρίβεια μπορεί να προτείνουν μια απάντηση: ναι.
Η ομάδα, με επικεφαλής τον επιστήμονα του University College του Λονδίνου, Niall Jeffrey, εργάστηκε με τη συνεργασία Dark Energy Survey για να δημιουργήσει μια προσομοίωση υπερυπολογιστή του σύμπαντος χρησιμοποιώντας μετρήσεις ορατής και σκοτεινής ύλης. Ενώ η σκοτεινή ενέργεια βοηθά να ωθήσει το σύμπαν προς όλες τις κατευθύνσεις, η σκοτεινή ύλη είναι μια μυστηριώδης μορφή ύλης που παραμένει αόρατη επειδή δεν αλληλεπιδρά με το φως.
Μετά τη δημιουργία της κοσμικής προσομοίωσης, το πλήρωμα χρησιμοποίησε AI για να δημιουργήσει έναν ακριβή χάρτη του σύμπαντος που καλύπτει τα τελευταία επτά δισεκατομμύρια χρόνια και απεικονίζει τις επιπτώσεις της σκοτεινής ενέργειας. Τα προκύπτοντα δεδομένα της ομάδας αντιπροσωπεύουν ένα εκπληκτικό 100 εκατομμύρια γαλαξίες που απλώνονται σε περίπου το 25% του ουρανού στο νότιο ημισφαίριο της Γης. Χωρίς την τεχνητή νοημοσύνη, η δημιουργία ενός τέτοιου χάρτη χρησιμοποιώντας αυτά τα δεδομένα, τα οποία αντιπροσωπεύουν τα πρώτα τρία χρόνια των παρατηρήσεων του Dark Energy Survey, θα απαιτούσε πολύ περισσότερες παρατηρήσεις. Τα αποτελέσματα βοηθούν στην επικύρωση των μοντέλων της κοσμικής εξέλιξης που είναι εφικτά σε συνδυασμό με τη δυναμική της σκοτεινής ενέργειας, ενώ επίσης αποκλείουν κάποια άλλα που μπορεί να μην είναι εφικτά.
«Σε σύγκριση με τη χρήση παλαιομοδίτικων μεθόδων για να μάθουμε για τη σκοτεινή ενέργεια από αυτούς τους χάρτες δεδομένων, η χρήση αυτής της προσέγγισης AI τελικά διπλασίασε την ακρίβειά μας στη μέτρηση της σκοτεινής ενέργειας», είπε ο Jeffrey στο Space.com. «Η τυπική μέθοδος θα απαιτούσε τετραπλάσια δεδομένα.
Σχετίζεται με: Τα «άστρα του Άξιον» που άνθησαν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη θα μπορούσαν να ρίξουν φως στη σκοτεινή ύλη
«Αν θέλατε να επιτύχετε αυτό το επίπεδο ακρίβειας και κατανόησης της σκοτεινής ενέργειας χωρίς AI», πρόσθεσε ο Jeffrey, «θα έπρεπε να συλλέξετε τα ίδια δεδομένα άλλες τρεις φορές σε διαφορετικές περιοχές του ουρανού. Αυτό θα ισοδυναμούσε με χαρτογράφηση άλλων 300 εκατομμυρίων γαλαξιών.
Το πρόβλημα με τη σκοτεινή ενέργεια
Η σκοτεινή ενέργεια είναι ένα είδος ονομασίας κράτησης θέσης για τη μυστηριώδη δύναμη που επιταχύνει τη διαστολή του σύμπαντος, αναγκάζοντας τους μακρινούς γαλαξίες να απομακρύνονται από τον Γαλαξία και ο ένας τον άλλον με όλο και πιο γρήγορο ρυθμό με την πάροδο του χρόνου.
Η τρέχουσα περίοδος του «κοσμικού πληθωρισμού» είναι διαφορετική από εκείνη που ακολούθησε τη γέννηση του σύμπαντος μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. φαίνεται ότι άρχισε μετά την παύση της αρχικής επέκτασης.
Φανταστείτε να δίνετε σε ένα παιδί ένα μόνο πάτημα σε μια κούνια. Η ταλάντευση επιβραδύνεται μετά την προσθήκη αυτής της αρχικής δύναμης, αλλά αντί να σταματήσει χωρίς να χρειαστεί να πιέσετε ξανά, η κούνια αρχίζει ξαφνικά να κινείται ξανά. Αυτό θα ήταν αρκετά περίεργο από μόνο του, αλλά στην πραγματικότητα υπάρχουν περισσότερα από αυτό. Η ορμή θα επιταχυνόταν επίσης μετά την ξαφνική επανέναρξη της κίνησης, φτάνοντας όλο και υψηλότερα ύψη και ταχύτητες. Αυτό είναι παρόμοιο με αυτό που συμβαίνει στο διάστημα: το σύμπαν φυσαλίδες προς τα έξω αντί να αιωρείται εμπρός και πίσω.
Πιθανότατα θα ήσασταν πολύ περίεργοι να καταλάβετε τι προκάλεσε αυτή την επιπλέον «ώθηση» και προκάλεσε την επιτάχυνση. Οι επιστήμονες έχουν την ίδια άποψη σχετικά με την όποια σκοτεινή ενέργεια είναι και πώς φαίνεται να έχει δώσει μια επιπλέον κοσμική ώθηση στον ιστό του διαστήματος.
Αυτή η επιθυμία ενισχύεται από το γεγονός ότι η σκοτεινή ενέργεια αποτελεί περίπου το 70% της ισορροπίας ενέργειας και ύλης του σύμπαντος, αν και δεν γνωρίζουμε τι είναι. Αν συμπεριλάβετε τη σκοτεινή ύλη, η οποία αποτελεί το 25% αυτού του προϋπολογισμού και δεν μπορεί να αποτελείται από άτομα που γνωρίζουμε – αυτά που αποτελούν αστέρια, πλανήτες, φεγγάρια, αστέρια νετρονίων, το σώμα μας και τη γάτα της διπλανής πόρτας – τότε μόνο εμείς έχουμε πραγματικά ορατή πρόσβαση στο 5% περίπου ολόκληρου του σύμπαντος.
«Δεν καταλαβαίνουμε πραγματικά τι είναι η σκοτεινή ενέργεια. είναι ένα από αυτά τα περίεργα πράγματα. «Είναι απλώς μια λέξη που χρησιμοποιούμε για να περιγράψουμε κάποιο είδος πρόσθετης δύναμης στο σύμπαν που απομακρύνει τα πάντα το ένα από το άλλο καθώς η διαστολή του σύμπαντος συνεχίζει να επιταχύνεται», είπε ο Jeffery. «Η Έρευνα Σκοτεινής Ενέργειας επιδιώκει να καταλάβει τι είναι η σκοτεινή ενέργεια. Το κύριο πράγμα που προσπαθούμε να κάνουμε είναι να θέσουμε το ερώτημα: Είναι μια κοσμολογική σταθερά;»
Η κοσμολογική σταθερά, που αντιπροσωπεύεται από το ελληνικό γράμμα λάμδα, έχει μια αρκετά ιστορική ιστορία για τους κοσμολόγους. Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν το εισήγαγε για πρώτη φορά για να διασφαλίσει ότι οι εξισώσεις της επαναστατικής θεωρίας του για τη βαρύτητα και της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του 1915 υποστήριζαν αυτό που είναι γνωστό ως «στατικό σύμπαν».
Ωστόσο, αυτή η ιδέα τέθηκε υπό αμφισβήτηση όταν οι παρατηρήσεις του Edwin Hubble σε μακρινούς γαλαξίες έδειξαν ότι το σύμπαν διαστέλλεται και ότι δεν στατικός. Ο Αϊνστάιν πέταξε την κοσμολογική σταθερά στον επιστημονικό κάδο απορριμμάτων, αποκαλώντας την ως το «μεγαλύτερο λάθος του».
Ωστόσο, το 1998, δύο διαφορετικές ομάδες αστρονόμων παρατήρησαν μακρινούς σουπερνόβα και διαπίστωσαν ότι όχι μόνο το σύμπαν διαστέλλεται, αλλά φαινόταν επίσης να επιταχύνεται. Για να εξηγηθεί η δύναμη πίσω από αυτή την επιτάχυνση, επινοήθηκε η σκοτεινή ενέργεια και η κοσμολογική σταθερά ψαρεύτηκε από τον υποθετικό κάδο απορριμμάτων.
Τώρα, η κοσμολογική σταθερά λάμδα αντιπροσωπεύει την ενέργεια του κενού υποβάθρου του σύμπαντος και δρα σχεδόν σαν μια «αντιβαρυτική» δύναμη που οδηγεί την διαστολή του. Επί του παρόντος, η κοσμολογική σταθερά είναι η κύρια απόδειξη για τη σκοτεινή ενέργεια.
«Τα αποτελέσματά μας είναι εξαιρετικά εκλεπτυσμένα σε σύγκριση με τη χρήση τυπικών μεθόδων με τον ίδιο χάρτη της σκοτεινής ύλης και διαπιστώσαμε ότι αυτό εξακολουθεί να είναι συνεπές με τη σκοτεινή ενέργεια που εξηγείται από μια κοσμολογική σταθερά», είπε ο Jeffrey. «Ως εκ τούτου, με αυτό το αποτέλεσμα έχουμε αποκλείσει ορισμένα φυσικά μοντέλα σκοτεινής ενέργειας».
Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι τα μυστήρια της σκοτεινής ενέργειας – ή ο πονοκέφαλος που είναι η κοσμολογική σταθερά – ανακουφίζονται.
«Η χειρότερη πρόβλεψη στην ιστορία της φυσικής»
Η κοσμολογική σταθερά εξακολουθεί να αποτελεί σημαντικό πρόβλημα για τους επιστήμονες.
Αυτό συμβαίνει επειδή οι παρατηρήσεις μακρινών ουράνιων αντικειμένων που υποχωρούν υποδηλώνουν μια τιμή λάμδα που είναι 120 τάξεις μεγέθους (10 ακολουθούμενες από 119 μηδενικά) μικρότερη από ό,τι προβλέπεται από την κβαντική φυσική. Για καλό λόγο, η κοσμολογική σταθερά έχει περιγραφεί από ορισμένους επιστήμονες ως «η χειρότερη θεωρητική πρόβλεψη στην ιστορία της φυσικής».
Ο Jeffrey είναι ξεκάθαρος: Όσο ευχαριστημένη κι αν είναι η ομάδα με αυτά τα αποτελέσματα, αυτή η έρευνα δεν μπορεί ακόμη να εξηγήσει το τεράστιο χάσμα μεταξύ θεωρίας και παρατήρησης.
«Αυτή η ανισότητα είναι απλώς πολύ μεγάλη και μας δείχνει ότι η κβαντομηχανική θεωρία μας είναι λάθος», συνέχισε. «Αυτά τα αποτελέσματα μπορούν να μας πουν τι είδους εξισώσεις ή φυσικά μοντέλα περιγράφουν τον τρόπο με τον οποίο διαστέλλεται το σύμπαν μας και πώς λειτουργεί η βαρύτητα, συστέλλοντας οτιδήποτε αποτελείται από ύλη στο σύμπαν».
Αν και τα αποτελέσματα της ομάδας υποδηλώνουν ότι η γενική σχετικότητα είναι η σωστή συνταγή για τη βαρύτητα, δεν μπορούν να αποκλείσουν άλλα πιθανά μοντέλα βαρύτητας που θα μπορούσαν να εξηγήσουν τις παρατηρούμενες επιπτώσεις της σκοτεινής ενέργειας.
“Εκ πρώτης όψεως, αυτά τα αποτελέσματα από μόνα τους είναι συνεπή με τη γενική σχετικότητα – αλλά υπάρχει ακόμα πολύ περιθώριο κινήσεων επειδή επιτρέπει επίσης άλλες θεωρίες σχετικά με το πώς λειτουργεί η σκοτεινή ενέργεια ή η βαρύτητα”, είπε ο Jeffrey.
Αυτή η έρευνα δείχνει τη χρησιμότητα της χρήσης της τεχνητής νοημοσύνης για την αξιολόγηση προσομοιωμένων μοντέλων του σύμπαντος, επιλέγοντας σημαντικά μοτίβα που μπορεί να χάσουν οι άνθρωποι και, επομένως, αναζητώντας σημαντικές ενδείξεις σχετικά με τη σκοτεινή ενέργεια.
«Με αυτές τις τεχνικές μπορούμε να έχουμε αποτελέσματα σαν να είχαμε πάρει αυτά τα δεδομένα άλλες τρεις φορές – αυτό είναι πολύ εκπληκτικό», είπε ο Jeffrey.
Ο ερευνητής του UCL επισημαίνει ότι η διεξαγωγή αυτών των μελετών απαιτεί μια πολύ συγκεκριμένη μορφή τεχνητής νοημοσύνης που είναι καλά εκπαιδευμένη ώστε να αναγνωρίζει μοτίβα στο σύμπαν. Οι κοσμολόγοι δεν θα μπορούν απλώς να τροφοδοτούν προσομοιώσεις που βασίζονται σε σύμπαν στα συστήματα τεχνητής νοημοσύνης τους με τον τρόπο που κάποιος συνδέει ερωτήσεις στο ChatGPT και αναμένει αποτελέσματα.
«Το πρόβλημα με το ChatGPT είναι ότι αν δεν γνωρίζει κάτι, απλώς το επινοεί», είπε. «Αυτό που θέλουμε να μάθουμε είναι πότε ξέρουμε κάτι και πότε δεν ξέρουμε κάτι. Επομένως, πιστεύω ότι χρειάζεται ακόμη μεγάλη ανάπτυξη για άτομα που ενδιαφέρονται να συνδυάσουν την επιστήμη και την τεχνητή νοημοσύνη για να επιτύχουν αξιόπιστα αποτελέσματα».
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ:
– Η διαστολή του σύμπαντος μπορεί να είναι ένας αντικατοπτρισμός, προτείνει μια νέα θεωρητική μελέτη
— Η μυστηριώδης σκοτεινή ενέργεια κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο τον κόσμο
— Οι μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να είναι η πηγή της μυστηριώδους σκοτεινής ενέργειας
Απομένουν ακόμη έξι χρόνια δεδομένων της Έρευνας Σκοτεινής Ενέργειας, τα οποία, σε συνδυασμό με τις παρατηρήσεις από το τηλεσκόπιο Ευκλείδη που εκτοξεύτηκε τον Ιούλιο του 2023, θα πρέπει να παρέχουν πολύ περισσότερες πληροφορίες για τις δομές μεγάλης κλίμακας του σύμπαντος. Αυτό θα βοηθήσει τους επιστήμονες να βελτιώσουν τα κοσμολογικά τους μοντέλα και να δημιουργήσουν ακόμη πιο ακριβείς προσομοιώσεις του σύμπαντος, οι οποίες θα μπορούσαν τελικά να τους δώσουν απαντήσεις στο μυστήριο της σκοτεινής ενέργειας.
«Αυτό σημαίνει ότι τα προσομοιωμένα σύμπαντα που δημιουργούμε είναι τόσο ρεαλιστικά. κατά κάποιο τρόπο μπορεί να είναι πιο ρεαλιστικές από ό,τι μπορέσαμε να πετύχουμε με τις παλιομοδίτιστες μεθόδους μας», κατέληξε ο Jeffrey. «Δεν είναι μόνο η ακρίβεια, αλλά και η πίστη σε αυτά τα αποτελέσματα και η εύρεση τους αξιόπιστα».
Η έρευνα της ομάδας είναι διαθέσιμη ως προεκτύπωση στο αποθετήριο χαρτιού arXiv.