全文共2607字天體物理模擬器，預(yù)計學(xué)習(xí)時長7分鐘
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千百年來，人類對于宇宙仍然抱有極大的好奇心。凝望天空，你會不禁感慨宇宙之大，哪里有太多的東西須要人們?nèi)ヌ角蠛桶l(fā)覺。廣袤宇宙，美麗如斯，宇宙學(xué)家和天體化學(xué)學(xué)家都在竭力揭露宇宙的神秘面紗。
人類的好奇心源自于未知。衛(wèi)星每年傳送出來數(shù)千兆字節(jié)的信息，法國正在建設(shè)的一臺望遠(yuǎn)鏡每天將形成15兆字節(jié)的太空圖片。現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡點射的面積廣，覆蓋的距離長，但這還不夠。宇宙過分龐大，人們目前的覆蓋范圍還不理想。
在技術(shù)有限、預(yù)算不足以選購小型宇宙飛船和更好的設(shè)備的情況下，我們怎么能夠?qū)崿F(xiàn)探求宇宙的目標(biāo)？人工智能可以解決這個問題嗎？是的，人工智能如同是黑暗宇宙中的名星，它很可能是解決復(fù)雜問題、征服宇宙奧秘的完美方案。
隨著人工智能在數(shù)據(jù)科學(xué)、探索性數(shù)據(jù)剖析和計算機視覺等領(lǐng)域的技術(shù)進步，我們?nèi)〉昧顺龊跸胂竦某晒?span style="display:none">FaJ物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
自我們開始用望遠(yuǎn)鏡對話以來，人工智能成為了解決遠(yuǎn)距離圖象清晰度問題的最佳方案，非常是在計算機視覺和深度神經(jīng)網(wǎng)路領(lǐng)域，其處理圖象的能力十分厲害。基于這種發(fā)展，我們可以創(chuàng)造出許多清晰的視覺療效，辨識怎樣重建那些模糊的圖象以創(chuàng)造更多的副本，還可以確定這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所形成的那些特別有效的圖象的真陽率和假陽率。
將這項技術(shù)應(yīng)用于找尋引力透鏡的過程非常簡單。首先，科學(xué)家們創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)路，即生成600萬張假圖象，顯示引力透鏡的樣子。之后，她們把數(shù)據(jù)放在神經(jīng)網(wǎng)路中，讓它漸漸辨識。稍作調(diào)整后，她們很快能夠有一個可辨識引力透鏡的程序。
用計算機模擬進行剖析和數(shù)字化，設(shè)計出清晰的畫面來表示宇宙中的數(shù)十億物體天體物理模擬器，仍然是科學(xué)家們實驗的概念和理論哲學(xué)，但都進展寥寥。人工智能恐怕改變了這一現(xiàn)況。這要歸功于這些開發(fā)了名為“深度密度位移模型”（DM）的深度神經(jīng)網(wǎng)路構(gòu)架的研究人員。
DM從一組預(yù)處理數(shù)值模擬小學(xué)習(xí)，借助基于微擾理論的剖析近似方式（Zel'）來預(yù)測宇宙的非線性大尺度結(jié)構(gòu)，借此來作為輸入。大量剖析表明，DM在預(yù)測非線性體系中的宇宙結(jié)構(gòu)方面優(yōu)于常用的快速近似模擬方式——二階微擾理論（2LPT）。DM能夠確切推論出遠(yuǎn)超其訓(xùn)練數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，并預(yù)測結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著不同的宇宙學(xué)參數(shù)。
這個模型的建立對天體化學(xué)學(xué)家以及特殊設(shè)計的創(chuàng)造者來說，都堪稱是個奇跡。它的精確度和響應(yīng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了開發(fā)者的想像。DM形成的模擬結(jié)果十分精確，甚至對整個宇宙進行了三維模擬。
人工智能的進步不僅僅局限于使用望遠(yuǎn)鏡進行圖象分割或模擬整個宇宙。宇航員在太空中生存、前往地球和其他太空探險都很艱辛。對此，人工智能也有辦法，那就是使用人工智能巡視器和機器人設(shè)備。
先進的現(xiàn)代人工智能機器人漫游車可取代天文學(xué)家在外太空的角色。火星惠威就是一個反例，將先進的人工智能系統(tǒng)與衛(wèi)星、機器人漫游車和宇宙飛船相聯(lián)接，其中的好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們的想像。
火星惠威的智能數(shù)據(jù)傳輸軟件沒有了人為的調(diào)度錯誤，防止遺失寶貴的數(shù)據(jù)，降低了來自行星鄰居的有效數(shù)據(jù)。同樣的技術(shù)也可以用于探求太陽系的常年任務(wù)，這將最大程度降低人類對它們的監(jiān)督。
人工智能技術(shù)的機器人作為一個整體，包含了更多的內(nèi)容。從勇探人類禁區(qū)的機器人到自主航天器和群體智能，現(xiàn)今人工智能在太空中的應(yīng)用顯得很廣泛。包括衛(wèi)星圖象的剖析方法，超大天秤的管理，甚至是找尋太陽系外行星，都由于采用了人工智能而顯得愈發(fā)容易。
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最后一個要討論的話題是人工智能領(lǐng)域的重大新進展，這似乎可以成為最重大、最特殊的發(fā)覺。這個概念可以啟發(fā)我們了解宇宙的最重要的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和能力。歡迎新人工智能——“暗模擬器”。
有一個概念仍然困擾著幾代科學(xué)家，讓她們摸不著腦子，那就是暗物質(zhì)背后的理論。了解它除了可以揭露整個宇宙結(jié)構(gòu)的秘密，還有現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)概念的假說和復(fù)雜的區(qū)別，都可能通過對暗物質(zhì)或暗能量的詳盡研究和突破得到答案。暗模擬器AI可以成為解決天體化學(xué)學(xué)家問題的最佳工具。
其主要作者說：“我們曾經(jīng)用超級計算機要花兩年時間才會壘砌一個巨大的數(shù)據(jù)庫，但現(xiàn)今只需幾秒鐘就可以在電腦筆記本上新建一個。我感覺數(shù)據(jù)科學(xué)的潛力巨大。借助該成果，其實我們可以朝著揭露現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)最大的疑點——發(fā)現(xiàn)暗能量秘密。我還覺得我們開發(fā)的這些方式在其他領(lǐng)域也有用，例如自然科學(xué)或社會科學(xué)。”
暗模擬器從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)小學(xué)習(xí)并創(chuàng)建多個虛擬宇宙，并不斷從這種虛擬宇宙中反復(fù)學(xué)習(xí)。在用真實的調(diào)查進一步測試所形成的工具后，它還能在幾秒鐘內(nèi)成功預(yù)測Hyper-Cam勘察中的弱引力透鏡效應(yīng)，以及SloanSky調(diào)查中記錄的三維星體分布模式，確切率在2-3%之間。相比之下，在沒有人工智能的情況下，通過超級計算機單獨運行模擬須要好幾天的時間。
借助各類人工智能工具和技術(shù)來解釋廣袤宇宙具有巨大的潛力。在遙遠(yuǎn)的未來，關(guān)于宇宙的謎題、悖論和秘密將一一公開，我們將對各類謎題有一個清晰的認(rèn)知，或則起碼有簡單的方式來探求、檢驗和想像宇宙的永恒。
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隨著圖形處理單元和手動化機械化的快速、持續(xù)發(fā)展，以及GANs等深度學(xué)習(xí)算法的變遷，人類清晰認(rèn)識到世界是怎么誕生的那三天似乎并不遙遠(yuǎn)。當(dāng)你讀到ElonMusk的這句話時，所有那些耐人尋味的好奇念頭就會進一步被提出來。
正如馬斯克所說：“人工智能（我指的不是狹義的人工智能）的進步速率快得驚人。除非你直接接觸過像這樣的團隊，否則你根本不曉得其速率有多快——接近以指數(shù)下降。將會在5年時間內(nèi)發(fā)生非常危險的風(fēng)波，最多10年。”
好奇、神秘和陌生，這是關(guān)于人類與宇宙間故事的最佳注解。