人工智能！這是個好東西，因為能幫天文學(xué)家找到引力波

嘿，HAL，你能幫我們找到黑洞撞擊嗎？

數(shù)值相對論模擬的科學(xué)可視化描述了兩個黑洞碰撞一致和雙黑洞合并GW170814星是一致的。（圖片來源：阿貢領(lǐng)導(dǎo)力計算機設(shè)施，可視化與數(shù)據(jù)分析小組[Janet Knowles, Joseph Insley, Victor Mateevitsi, Silvio Rizzi]）

科學(xué)家們在全宇宙搜尋形蹤難覓的引力波，新的工具：人工智能或許會增強他們在這項工作中的發(fā)現(xiàn)。

引力波是時空波紋，產(chǎn)生于大質(zhì)量物體加速或受到干擾時，例如一個黑洞和一顆中子星相撞。通過阿爾伯特·愛因斯坦的理論，研究者們在2015年第一次通過LIGO (高級激光干涉儀引力波天文臺)發(fā)現(xiàn)了引力波，從而證實了其真實存在。六年后的現(xiàn)在我們已經(jīng)探測到了至少50條引力波。

但是在繼續(xù)探測引力波時，一些科學(xué)家認(rèn)為如果使用AI技術(shù)，他們能更快速的注意到引力波信號，因此也會更加頻繁地發(fā)現(xiàn)引力波。在一項新的研究中，研究者們展示了使用超級計算機和AI技術(shù)是如何使其成為可能的。

“在這項研究中，我們將AI和超級計算機的力量合在一起，來幫忙解決及時的相關(guān)的大數(shù)據(jù)實驗，我們現(xiàn)在不僅是確認(rèn)AI是否能為巨大的挑戰(zhàn)提供新的解決方案，而且已經(jīng)能讓AI研究完全可再生。”艾琉·赫爾塔，能源部阿貢國家實驗室的計算機科學(xué)家和來自阿貢、芝加哥大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳分校、NVIDIA和IBM的合作方一起主導(dǎo)了這項研究，并在一份研究報告中做了以上表述。

在這項新的研究里，小組發(fā)展出一份AI框架，希望將其應(yīng)用于更快速，更具規(guī)模及可再生的引力波探測中。根據(jù)同一份報告，該小組認(rèn)為這一框架比現(xiàn)有的方法更快捷，而且僅需最基礎(chǔ)且便宜的GPU來處理LIGO數(shù)據(jù)。作為參考：這種GPU通常用于視頻游戲系統(tǒng)。

有了AI框架，小組處理LIGO 2017年一整個月的數(shù)據(jù)只用了不到七分鐘，還識別出全部四種由黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號。還是同一份報告，這四種信號早就已經(jīng)被科學(xué)家定義過了。

“作為一個計算機科學(xué)家，這個項目最讓我激動的地方在于只要用對工具，AI方法可以非常自然地成為科學(xué)工作的一部分，讓他們的工作完成的更快更好。增強而非取代人類智慧?！币炼鳌じＫ固兀⒇晹?shù)據(jù)科學(xué)與學(xué)習(xí)分部總監(jiān)在同一報告中發(fā)表以上論述。

相關(guān)知識

黑洞是宇宙中一處超級隱蔽區(qū)。任何粒子或電磁射線，光線都無法逃逸，廣義相對論證明了足夠的致密質(zhì)量是可以扭曲時空從而形成黑洞的。無法逃逸的邊界稱為事界。盡管它對穿越其的物體的命運和環(huán)境會產(chǎn)生巨大的影響，但是根據(jù)廣義相對論，它尚無固定可探測的特點，在很多方面黑洞看上去就像一個理想黑體，不會反射任何光線。

此外，彎曲時空中量子場理論預(yù)測事界會發(fā)射霍金射線，它的光譜和質(zhì)量與溫度成反比的黑體相同。對于星球黑洞來說，這一溫度大約是1/10億開爾文，這使得黑洞基本上不可能直接被觀測到。

在廣義相對論里，引力波是時空的漣漪。當(dāng)投擲石頭到池塘里時，會在池塘表面產(chǎn)生漣漪，從石頭入水的位置向外傳播。當(dāng)帶質(zhì)量物體呈加速度運動時，也會在時空產(chǎn)生漣漪，從帶質(zhì)量物體位置向外傳播，這種時空的漣漪就是引力波[1][2]。由于廣義相對論限制了引力相互作用的傳播速度為光速，因此兩個宇宙物體間萬有引力的感應(yīng)會產(chǎn)生引力波的現(xiàn)象，我們可以想像在平面上放置一顆重球移動后，造成平面的時空扭曲波擴散出去要一段時間，之后才會對遠(yuǎn)方的另一顆球產(chǎn)生影響。相反地說，牛頓重力理論中的相互作用是以無限的速度傳播，所以在這一理論下并不存在引力波[3]。

BY: Chelsea Gohd

FY: ISHUCA·柳

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