V snahe porozumieť vesmíru sme posadnutí - túžime po túžbe po pozorovaní. Satelity prenášajú každý rok stovky terabajtov údajových informácií a iba jeden teleskop v Čile vyrobí každú noc 15 terabajtov vesmírnych snímok. Žiadny človek ich nemôže zvládnuť manuálne. Ako hovorí astronóm Carlo Enrico Petrillo, „Pohľad na obrázky galaxií je najromantickejšou súčasťou našej práce. Problém je v tom, ako sa sústrediť. “Preto Petrillo vyvíja AI, ktorý mu pomôže.
Petrillo a jeho kolegovia hľadali jav, ktorý je v podstate vesmírnym teleskopom. Keď sa obrovský objekt (galaxia alebo čierna diera) zachytí medzi vzdialeným zdrojom svetla a pozorovateľom na Zemi, ohýba priestor a svetlo okolo neho a vytvára šošovku, ktorá umožňuje astronómom bližšie sa pozrieť na neuveriteľne staré a vzdialené časti vesmíru skryté z nášho pohľadu. Tento efekt sa nazýva gravitačné šošovky a tieto šošovky sú kľúčom k pochopeniu toho, z čoho je vesmír vyrobený. Až doteraz bolo ich zisťovanie pomalé a únavné.
To je miesto, kde je potrebná umelá inteligencia - a hľadanie gravitačných šošoviek je úplným začiatkom. Ako to povedal profesor Stanford Andrew Ng, schopnosť AI automatizovať všetko, čo „typický človek dokáže urobiť za menej ako jednu sekundu myslenia“. Za menej ako sekundu nemusí znieť veľa, ale pokiaľ ide o preosievanie veľkého množstva údajov, je to dar z nebies.
Nová vlna astronómov hľadá AI viac ako len triedič údajov. Skúmajú niečo, čo by mohlo byť úplne novým spôsobom hľadania vedeckých objavov, kde umelá inteligencia zobrazí časti vesmíru, ktoré sme nikdy nevideli.
Ale najskôr: gravitačné šošovky. Einsteinova všeobecná teória relativity predpovedala tento jav už v 30. rokoch 20. storočia, ale prvé príklady sa objavili až v roku 1979. Prečo? Pretože priestor je veľmi, veľmi veľký a ľudia ho dlho sledovali, najmä bez moderných ďalekohľadov. Hľadanie gravitačných šošoviek bolo náročné.
„Šošovky, ktoré sme teraz našli, boli nájdené rôznymi spôsobmi,“hovorí Lilia Williamsová, profesorka astrofyziky na University of Minnesota. „Niektoré boli objavené náhodou, ľudia hľadali niečo úplne iné. Niektoré našli ľudia, ktorí ich hľadali, druhý alebo tretí raz. ““
Propagačné video:
AI sa veľmi dobre pozerá na obrázky. Takže Petrillo a jeho kolegovia sa v Silicon Valley obrátili na milovaný nástroj AI: typ počítačového programu zloženého z digitálnych „neurónov“, ktorý bol modelovaný podľa tých skutočných, ktoré vystrelili v reakcii na vstup. Nakrmte tieto programy (neurónové siete) množstvom údajov a naučia sa rozpoznávať vzorce a vzory. Obzvlášť dobre pracujú s vizuálnymi informáciami a používajú sa v rôznych systémoch strojového videnia - od kamier vo vozidlách s vlastným riadením až po rozpoznávanie tváre na obrázkoch na Facebooku.
Ako bolo napísané v článku uverejnenom minulý mesiac, použitie tejto technológie na lov gravitačných šošoviek bolo prekvapivo jednoduché. Vedci najprv zostavili súbor údajov na zaškolenie neurónovej siete - vygenerovali 6 miliónov falošných snímok s gravitačnými šošovkami a bez nich. Potom sme priviedli naše dáta do neurónovej siete a nechali ich, aby zistili vzorce. Trochu vyladenie a výsledkom je program, ktorý rozpoznáva gravitačné šošovky v mžiku oka.
"Skvelý klasifikátor ľudskej tváre analyzuje obrázky rýchlosťou tisíce za hodinu," hovorí Petrillo. Jedna šošovka sa nachádza približne raz za každých 30 000 galaxií. Preto bude musieť klasifikátor pracovať týždeň bez spánku a odpočinku, aby našiel iba päť až šesť šošoviek. Neurónová sieť na porovnanie analyzuje 21 789 obrázkov za pouhých 20 minút. A to je s jedným starým procesorom.
Neurónová sieť nebola taká presná ako počítač. Aby neprehliadla šošovku, dostala široké parametre. Prišla so 761 možnými kandidátmi, ktoré ľudia študovali a znížili na 56 rokov. Potvrdzujúc, že ide o skutočné šošovky, sa bude musieť overiť a potvrdiť, ale Petrillo verí, že tretina sa ukáže byť skutočnou. To je asi jedna šošovka za minútu v porovnaní so stovkou šošoviek objavených celou vedeckou komunitou v posledných niekoľkých desaťročiach. Rýchlosť je neuveriteľná, vyhliadky sú obrovské.
Nájdenie týchto šošoviek je nevyhnutné na pochopenie jednej z veľkých tajomstiev astronómie: z čoho je vesmír vyrobený? Vec, ktorú poznáme (planéty, hviezdy, asteroidy atď.) Predstavuje iba 5% všetkej fyzickej hmoty a ďalších 95% je pre nás úplne neprístupných. Tento 95% predstavuje hypotetická hmota - temná hmota, ktorú sme nikdy priamo nevideli. Musíme iba študovať gravitačný vplyv, ktorý má na zvyšok vesmíru, a gravitačné šošovky slúžia ako jeden z najdôležitejších ukazovateľov.
Čo iného môže AI urobiť? Vedci pracujú na množstve nových nástrojov. Niektorí, napríklad Petrillo, preberajú úlohu identifikácie: napríklad klasifikujú galaxie. Iní sledujú toky údajov za zaujímavé signály. Niektoré neurónové siete odstraňujú umelé rušenie rádiového ďalekohľadu izoláciou iba užitočných signálov. Iní sa používajú na identifikáciu pulzarov, neobvyklých exoplanet alebo na zlepšenie teleskopov s nízkym rozlíšením. Stručne povedané, existuje mnoho potenciálnych použití.
Tento výbuch je čiastočne spôsobený všeobecnými trendmi hardvéru, ktoré rozširujú oblasť AI, napríklad dostupnosťou lacného výpočtového výkonu. Astronómovia už nemusia sedieť pri nohách bez mrakov, pozorujúc pohyb jednotlivých planét; namiesto toho používajú sofistikovanú techniku, ktorá jeden po druhom prehľadáva oblohu. Zdokonalené ďalekohľady a technológie ukladania údajov znamenajú, že je tu ešte viac priestoru na analýzu, tvrdí Williams.
Umelá inteligencia je vynikajúca pri analýze veľkých súborov údajov. Môžeme ho naučiť rozoznávať vzorce a nútiť ho neúnavne pracovať a nikdy nebude blikať alebo robiť chyby.
Bojia sa astronómovia, že dôverujú stroju, ktorému môže chýbať ľudské porozumenie na odhalenie niečoho senzačného? Petrillo hovorí nie. „Vo všeobecnosti sú ľudia viac zaujatí, menej efektívni a náchylnejší k chybám ako stroje.“Williams súhlasí. „Počítačom môžu chýbať určité veci, ale systematicky im budú chýbať.“Pokiaľ však vieme, čo nevedia, môžeme nasadiť automatizované systémy bez veľkého rizika.
Pre niektorých astronómov ide o potenciál AI nad rámec jednoduchého triedenia údajov. Veria, že umelú inteligenciu je možné použiť na vytvorenie informácií, ktoré vyplnia slepé miesta v našich pozorovaniach vesmíru.
Astronóm Kevin Schawinski a jeho tím v astrofyzike galaxií a čiernych dier používajú AI na zlepšenie rozlíšenia rozmazaných obrázkov ďalekohľadu. Za týmto účelom nasadili neurónovú sieť, ktorá vytvára neprekonateľné variácie v skúmaných údajoch, akoby dobrý falšovateľ napodobňoval štýl známeho umelca. Rovnaké siete sa použili na vytvorenie falošných obrazov hviezdnych obrazov; falošné zvukové dialógy simulujúce skutočné hlasy; a ďalšie typy údajov. Podľa Shavinského také neurónové siete vytvárajú informácie, ktoré pre nás boli predtým neprístupné.
V dokumente, ktorý uverejnil Shavinsky a jeho tím začiatkom tohto roka, sa ukázalo, že tieto siete môžu zlepšiť kvalitu vesmírnych snímok. Znížili kvalitu obrazov niekoľkých galaxií, pridali šum a rozmazanie a potom ich prešli neurónovými sieťami spolu s pôvodnými snímkami. Výsledok bol úžasný. Vedci to však zatiaľ nemôžu zdieľať.
Shawinski je ostražitý k projektu. Koniec koncov, ide proti základným princípom vedy: vesmír môžete poznať iba priamym pozorovaním. „Z tohto dôvodu je tento nástroj nebezpečný,“hovorí. Môže sa použiť iba vtedy, keď máme presné údaje a keď môžeme výsledok overiť. Môžete trénovať neurónovú sieť na generovanie údajov o čiernych dierach a poslať ju na prácu v určitej oblasti oblohy, ktorá bola doteraz doteraz nedostatočne preskúmaná. A ak nájde čiernu dieru, astronómovia budú musieť nález potvrdiť vlastnými rukami - ako je to v prípade gravitačných šošoviek.
Ak sa tieto metódy ukážu ako plodné, môžu sa stať úplne novými výskumnými metódami, ktoré dopĺňajú klasické počítačové simulácie a dobré staré pozorovania. Zatiaľ všetko začína, ale vyhliadky sú veľmi sľubné. „Keby ste mali tento nástroj, mohli by ste si vziať všetky údaje z archívov, niektoré z nich vylepšiť a získať viac vedeckej hodnoty.“Hodnota, ktorá tam predtým nebola. AI sa stane vedeckým alchymistom, ktorý nám pomôže transformovať staré vedomosti na nové poznatky. A mohli by sme skúmať vesmír ako nikdy predtým bez toho, aby sme opustili Zem.
Ilja Khel