Dávno predtým, ako Archimedes navrhol, že všetky javy, ktoré môžeme pozorovať, možno pochopiť pomocou základných princípov, si ľudia predstavovali možnosť teórie všetkého. V priebehu minulého storočia sa fyzici priblížili k odhaleniu tejto záhady. Teória všeobecnej relativity Alberta Einsteina poskytuje pevný základ pre pochopenie vesmíru vo veľkom meradle, zatiaľ čo kvantová mechanika nám umožňuje pochopiť jeho fungovanie na subatomárnej úrovni. Problém je v tom, že tieto dva systémy sa nezhodujú v tom, ako funguje gravitácia.

Umelá inteligencia dnes ponúka novú nádej pre vedcov, ktorí riešia obrovské výpočtové výzvy spojené s odhalením tajomstiev niečoho takého zložitého, ako je vesmír a všetko v ňom, hovorí Kent Yagi, docent na University of Virginia's School of Arts and Graduate Studies. Veda vedie výskumné partnerstvo medzi teoretickými fyzikmi a počítačovými fyzikmi na univerzite vo Virgínii, ktoré by mohlo poskytnúť nový pohľad na možnosť teórie všetkého, alebo aspoň lepšie pochopiť gravitáciu, jednu zo základných síl vesmíru. . Táto práca mu priniesla kariérny grant od Národnej vedeckej nadácie, jedno z najprestížnejších ocenení dostupných pre najsľubnejších mladých výskumníkov a pedagógov v krajine.

Prelomové objavy v pozorovaní vesmíru

Jedným z aspektov Einsteinovej teórie všeobecnej relativity je, že objekty pohybujúce sa vesmírom generujú vlny, ako loď pohybujúca sa vodou, ale aj keď tieto vlny vytvárajú planéty, hviezdy, galaxie alebo dokonca čierne diery, ktoré dokážu vytvoriť najsilnejšie možné gravitačné polia. , ešte sú… Neuveriteľne malé. Bolo to teda takmer sto rokov potom, čo Einstein prvýkrát zverejnil svoje myšlienky Gravitačné vlny Na ich monitorovanie boli vyvinuté technologické prostriedky. V roku 2015 program známy ako Legoalebo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, jeden z najväčších projektov, aký kedy bol financovaný Národnou vedeckou nadáciou, prvýkrát zachytil gravitačné vlny, čo viedlo k udeleniu Nobelovej ceny za fyziku pre vedúcich projektu.

Fyzik Kent Yagi, docent na University of Virginia's Graduate School of Arts and Sciences, získal kariérny grant od National Science Foundation, jedno z najprestížnejších ocenení dostupných pre najsľubnejších mladých výskumníkov a pedagógov v krajine. University of Virginia College a Graduate School of Arts and Sciences

„Tento objav bol jedným z najdôležitejších momentov vo fyzike za posledných 100 rokov,“ povedal Yagi.

Ako pokročila technológia potrebná na pozorovanie subatomárnych javov, pokročila aj výpočtová sila potrebná na spracovanie obrovského množstva údajov, ktoré astronómovia o vesmíre zbierajú. Okrem nového vývoja v Strojové učenie Umelá inteligencia v posledných rokoch umožňuje vedcom vytvárať a testovať zložité matematické modely, ktoré opisujú javy, ktoré pozorujú, tempom, ktoré bolo kedysi nepredstaviteľné.

Yaghi študuje masívne gravitačné vlny generované pármi čiernych dier a binárnych neutrónových hviezd – niektoré z najhustejších objektov vo vesmíre, ktoré sú podľa Yaghiho až 1013-krát silnejšie ako typický magnet chladničky – a využíva tieto javy na testovanie Einsteinových teórií. o gravitácii a základných zákonoch sondy do jadrovej fyziky pri hľadaní informácií, ktoré by pomohli vyriešiť rozpor medzi Einsteinovou teóriou a kvantovou mechanikou.

Financovanie vzdelávania a dosah

Grant CAREER, ktorý škole počas nasledujúcich piatich rokov prinesie finančné prostriedky vo výške 400 000 USD, poskytne príležitosti pre súčasných a budúcich postgraduálnych študentov, ktorí sa zaujímajú o vývoj a aplikáciu algoritmov strojového učenia, ktoré pomôžu vysvetliť a predpovedať pozorovania gravitačných vĺn a poskytnú nám hlbší pochopenie. Pochopenie správania gravitácie.

Akonáhle budú výpočtové algoritmy doladené – proces, ktorý by mal trvať menej ako niekoľko týždňov – Yaghi povedal, že jeho tím bude schopný spracovať údaje zhromaždené LIGO na testovanie Einsteinovej teórie 100-krát rýchlejšie.

„Množstvo priestoru, v ktorom môžeme tieto údaje vyhľadať, sa desaťnásobne zvýši,“ povedal Yagi.

Jednou z požiadaviek ocenenia KARIÉRA je, že príjemcovia do svojej práce zabudujú aj vzdelávacie a komunitné projekty a časť financií vytvorí pracovné príležitosti pre študentov bakalárskeho štúdia, ktorí budú spolupracovať s Yagi na vývoji vzdelávacích programov pre študentov stredných škôl so záujmom o fyziku. , ktorý Yagi dúfa, že bude inšpiráciou pre ďalšiu generáciu vedcov, ktorí získali KARIÉRU.Nobelova cena.

Výzva dokazovania teórií

O koľko bližšie sa tým dostaneme k teórii všetkého?

„Stále je potrebné vyriešiť veľa problémov,“ povedal Yaghi. „Dúfam, že to uvidím počas svojho života, ale nechcem byť príliš optimistický.“

„Dokázanie teórie je takmer nemožné,“ vysvetlil Yaghi. „V každom experimente sa vždy vyskytne chyba merania, ale budeme sa snažiť zistiť, či nenájdeme nejaký dôkaz, ktorý vyvracia všeobecnú relativitu. Zároveň stále objavujeme, ako krásne a pravdivo to vyzerá.“

Yaghiho práca a pozornosť, ktorej sa mu dostáva, vyvolala chválu od kolegov a vedúcich predstaviteľov z University of Virginia.

„Nedávno došlo k veľkému tlaku smerom k lepšiemu pochopeniu gravitačných vĺn, nielen ako teoretickej predpovede alebo konceptu, ale aj preto, aby sme ich mohli priamo detegovať,“ povedal Phil Arras, predseda katedry astronómie na University of Virginia. „Toto úsilie otvorilo úplne nové okno do vesmíru a dalo nám nový spôsob, ako overiť naše teórie o vývoji hviezd. Kentov výskum bol veľmi dôležitý pre naše pochopenie tohto.“

Despina Lucca, predsedníčka Katedry fyziky na University of Virginia, opísala Yaghiho ako vysoko rešpektovaného astrofyzika s rozsiahlym výskumným portfóliom.

„Kent je pútavý učiteľ a vyhľadávaný mentor, ktorého práca mala obrovský vplyv na mnohé disciplíny fyziky,“ dodal Luca. „Pripravuje cestu pre použitie strojového učenia na testovanie všeobecnej relativity pri skúmaní astrofyzikálnych vlastností neutrónových hviezd a jeho práca so študentmi University of Virginia pri vytváraní online hier, ktoré integrujú výskum a vzdelávanie, bude inšpirovať mladých ľudí na celom svete.“

„Práca profesora Yagiho je výnimočná,“ povedala Christa Acampora, dekanka College and Graduate School of Arts and Sciences. “ Hranice nášho chápania vesmíru, ale aj jeho záväzku k inováciám vo vzdelávaní STEM.