Искусственный интеллект обогнал суперкомпьютер в моделировании Вселенной

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Мечта любого космолога — создать цифровую копию Вселенной. Представьте себе симуляцию, настолько точную, что в ней можно, словно в машине времени, проследить рождение Млечного Пути, увидеть, как первые звезды вспыхивают и умирают, и понять, откуда взялись химические элементы, из которых состоим мы с вами. Десятилетиями эту титаническую задачу возлагали на плечи суперкомпьютеров — гигантских вычислительных машин, способных обрабатывать астрономические объёмы данных.

Но что, если самый мощный инструмент — не всегда самый эффективный? Недавнее исследование, проведённое международной командой учёных в японском центре RIKEN, показало, что искусственный интеллект может не просто помочь, а превзойти традиционные методы в одной из самых сложных областей моделирования космоса. И это открытие приближает нас к разгадке тайн нашего собственного галактического дома.

Иллюстрация
Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Космическое «бутылочное горлышко»: головная боль по имени сверхновая

Чтобы понять суть прорыва, нужно сперва разобраться в главной проблеме. Моделирование эволюции галактики — это как съёмка фильма, который длится 14 миллиардов лет. Компьютер должен просчитать гравитационное взаимодействие миллионов звёзд, движение гигантских газовых облаков, химические реакции — и всё это в масштабах сотен тысяч световых лет. Суперкомпьютеры справляются с этим, но с одной оговоркой.

В этом «фильме» есть спецэффекты, которые происходят почти мгновенно, — вспышки сверхновых. Звезда коллапсирует и взрывается, разбрасывая по космосу тяжёлые элементы, всего за несколько месяцев или лет. На фоне миллиардов лет галактической истории это даже не мгновение — это доля пикосекунды.

В чём же загвоздка? Обычная симуляция, работающая с «крупным планом» на миллиарды лет, просто не обладает достаточным «разрешением», чтобы зафиксировать такое быстрое событие. Это как пытаться сфотографировать летящую пулю на старый плёночный фотоаппарат — вы получите лишь размытое пятно. Чтобы детально смоделировать вспышку сверхновой, учёным приходилось «замедлять» симуляцию в тысячи раз, тратя на это год или два машинного времени и ограничиваясь лишь крошечным участком космоса, например, карликовой галактикой. Выбор был невелик: либо быстро и неточно, либо точно, но мучительно долго и в миниатюре.

Поверхностная плотность газа при t = 100 млн. лет для всех моделей. Цветом обозначена столбцовая плотность в 1010 M⊙ кпк-2. Слева: SN-DT. Справа: SN-ML. Различные варианты моделей, показанные на этом рисунке, обобщены в таблице 1. Анимация показывает временную эволюцию поверхностной плотности газа на лице, охватывающую 300 млн лет моделирования и длящуюся 20 с в реальном времени. (Имеется анимация, см. ориг. исследование).
Поверхностная плотность газа при t = 100 млн. лет для всех моделей. Цветом обозначена столбцовая плотность в 1010 M⊙ кпк-2. Слева: SN-DT. Справа: SN-ML. Различные варианты моделей, показанные на этом рисунке, обобщены в таблице 1. Анимация показывает временную эволюцию поверхностной плотности газа на лице, охватывающую 300 млн лет моделирования и длящуюся 20 с в реальном времени. (Имеется анимация, см. ориг. исследование).
Автор: Keiya Hirashima et al 2025 ApJ 987 86 Источник: iopscience.iop.org
Элегантный обходной путь: как ИИ стал «специалистом» по взрывам

Именно здесь на сцену выходит искусственный интеллект. Команда под руководством Кеии Хирасимы решила не заставлять суперкомпьютер делать то, в чём он не силён. Вместо этого они применили гибридный подход.

Проще говоря, они разделили задачи.

  1. Основная работа: Моделирование общей динамики галактики — гравитации, движения газа, химических процессов — по-прежнему выполнялось проверенными временем алгоритмами (в данном случае, кодами ASURA и FBPS). Они выступали в роли «генерального подрядчика».
  2. Узкая специализация: Самую сложную и ресурсоёмкую часть — моделирование последствий взрыва сверхновой — поручили специально обученной нейросети.

Как это работает на практике? Нейросеть не пытается понять всю физику Вселенной. Её обучили на конкретной задаче: учёные «скормили» ей данные 300 детальных симуляций взрыва сверхновой. ИИ изучил, как в первые 100 000 лет после взрыва меняются плотность, температура и скорость разлетающегося газа. Он стал экспертом мирового класса, но только в одной, очень узкой области.

Теперь, когда основная симуляция доходит до момента, где должна взорваться звезда, она не пытается просчитать это событие «в лоб». Она просто «спрашивает» у ИИ: «Вот такие начальные условия. Как будет выглядеть окружающее пространство через 100 000 лет?» ИИ мгновенно выдаёт готовый, физически корректный результат.

Это не замена суперкомпьютера, а его умное дополнение. ИИ выполняет роль невероятно быстрого консультанта, который решает одну и ту же сложную задачу, позволяя основной системе не отвлекаться и двигаться дальше. Результат ошеломляет: моделирование прошло в четыре раза быстрее, сэкономив месяцы, а то и полгода вычислений. И что самое главное — конечная картина эволюции галактики, количество сформировавшихся звёзд и динамика галактических ветров оказались практически идентичны тем, что были получены долгим и дорогим традиционным методом.

Двумерные совместные ПДФ скорости звука и скорости вытекания, взвешенные по скорости вытекания энергии (поток) на высоте z = 1 кпк (вверху) и на высоте z = 10 кпк (внизу) для моделей SN-DT (слева) и SN-ML (справа).
Двумерные совместные ПДФ скорости звука и скорости вытекания, взвешенные по скорости вытекания энергии (поток) на высоте z = 1 кпк (вверху) и на высоте z = 10 кпк (внизу) для моделей SN-DT (слева) и SN-ML (справа).
Автор: Keiya Hirashima et al 2025 ApJ 987 86 Источник: iopscience.iop.org
От карликовых галактик к Млечному Пути: в поисках нашего происхождения

Экономия времени — это не просто приятный бонус. Это ключ к решению задач, которые раньше считались невозможными. Моделирование карликовой галактики — это одно, но воссоздать в цифре гиганта вроде нашего Млечного Пути — совершенно другой уровень сложности. Это как перейти от эскиза маленькой деревушки к детальному архитектурному плану мегаполиса.

Новый метод, названный ASURA-FBPS-ML, открывает эту дверь. Учёные уже используют его для моделирования галактик, сопоставимых по размеру с нашей. Зачем это нужно?

Именно в таких галактиках, как Млечный Путь, и зародилась жизнь. Все тяжёлые элементы в наших телах — углерод в клетках, кислород, которым мы дышим, железо в нашей крови — были созданы в недрах звёзд и выброшены в космос взрывами сверхновых. Чтобы понять историю происхождения Солнечной системы и жизни на Земле, нам нужно точно знать, как, когда и где происходили эти взрывы в нашей собственной галактике.

Моделирование Млечного Пути «звезда за звездой» позволит нам проследить этот космический круговорот вещества и, возможно, предсказать, где ещё в нашей галактике могли возникнуть условия, благоприятные для жизни.

Это исследование — яркий пример того, как меняется сама наука. Речь идёт не о слепом противостоянии «человека и машины» или «ИИ и суперкомпьютера». Это история о синергии, о том, как творческий подход и правильное применение новых инструментов позволяют совершать прорывы там, где мы, казалось бы, упёрлись в стену. И благодаря этому «умному союзу» мы как никогда близки к тому, чтобы получить ответы на самые фундаментальные вопросы о нашем месте во Вселенной.

1 комментарий

1
ИИ обогнал суперкомпьютер по голюцинациям)))

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Как устроена раскаленная «планета-зефир»: «Джеймс Уэбб» нашел кварцевые облака и аномальный климат на WASP-17 b

Когда астрономы изучают атмосферы планет за пределами Солнечной системы, они чаще всего используют метод спектроскопии пропускания. В моменты, когда экзопланета проходит между Землей и своей...

Почему волк покидает родную стаю, даже когда в ней достаточно пищи

Волчья семья может годами жить на одной территории. Взрослые животные знают, где искать пищу, молодые постепенно осваивают окружающую местность, а подросшие волчата помогают заботиться о младших....

Илон Маск обещает летающий автомобиль к 2028 году. Эту сказку нам слово в слово рассказывали в 1957-м

На испытательном полигоне компании SpaceX в городе Макгрегор, штат Техас, состоялась закрытая презентация новой версии спортивного автомобиля Tesla Roadster. Во время показа машина заехала на...

ИИ декодировал язык клеточных сигналов — и подсказал, как вырастить живые ткани в пробирке

В процессе развития эмбриона исходно одинаковые клетки постепенно превращаются в десятки специализированных типов: нейроны, мышечные волокна, клетки печени или кожи. Выбор пути зависит от...

Плейлисты на компакт-кассете: как дека Uher CG 355 запоминала порядок треков

В конце 1970-х слушать кассету значило постоянно держать руку на клавишах. Нужный трек искали перемоткой вперёд или назад, глядя на механический счётчик или просто на слух. Мюнхенская фирма Uher...

Как остановить опасный астероид, если таран не сработает: суперкомпьютер нашел решение

Падение крупного небесного тела на Землю — единственный вид глобальной природной катастрофы, который человечество способно предотвратить с помощью доступных технологий. Атмосфера планеты...