شبیه‌سازی ۱۰۰ میلیارد ستاره راه‌شیری با دقت بی‌سابقه و سرعت ۱۰۰ برابری توسط هوش مصنوعی
شبیه‌سازی ۱۰۰ میلیارد ستاره راه‌شیری با دقت بی‌سابقه و سرعت ۱۰۰ برابری توسط هوش مصنوعی
به گزارش دیتاسنتر من و به نقل از SciTechDaily، این مدل برای اولین بار در جهان بیش از ۱۰۰ میلیارد ستاره را به‌صورت تک‌تک و با رزولوشن کامل طی ۱۰ هزار سال تکامل دنبال می‌کند؛ دستاوردی که تا همین چند سال پیش کاملاً غیرممکن به نظر می‌رسید.
گفته می‌شود این شبیه‌سازی نه تنها ۱۰۰ برابر ستاره بیشتری نسبت به بهترین مدل‌های پیشین دارد، بلکه بیش از ۱۰۰ برابر سریع‌تر نیز اجرا شده است.
اخترفیزیک‌دانان دهه‌ها در آرزوی چنین ابزاری بودند؛ مدلی که بتواند نظریه‌های تشکیل کهکشان، پیچش بازوهای مارپیچی، چرخه زندگی ستارگان، تولید عناصر سنگین و حتی شکل‌گیری سیاه‌چاله‌های میان‌جرم را مستقیماً با داده‌های رصدی واقعی مقایسه کند.
اما چرا تا امروز کسی نتوانسته بود راه شیری را با این دقت شبیه‌سازی کند؟ پاسخ در پیچیدگی عظیم محاسباتی نهفته است.
شبیه‌سازی دقیق باید همزمان نیروی گرانش در مقیاس صدها هزار سال نوری را با انفجارهای ابرنواختری در مقیاس چند کیلومتر، جریان گاز میان‌ستاره‌ای، مغناطیس و واکنش‌های هسته‌ای ترکیب کند؛ پدیده‌هایی که در زمان‌ها و اندازه‌های کاملاً متفاوت رخ می‌دهند.
بر این اساس، پیشرفته‌ترین شبیه‌سازی‌های پیشین حداکثر یک میلیارد جرم خورشیدی را مدل می‌کردند؛ یعنی هر «ذره» در مدل نماینده خوشه‌ای از حدود ۱۰۰ ستاره بود و تمام رفتارهای حیاتی مقیاس کوچک به‌طور میانگین حذف می‌شد.
مشکل اصلی، گام زمانی فوق‌العاده کوچک برای ثبت رویدادهای سریع مانند ابرنواخترهاست. حتی قوی‌ترین روش‌های فیزیک‌محور سنتی برای شبیه‌سازی تنها یک میلیون سال تکامل کهکشان با رزولوشن تک‌ستاره‌ای به ۳۱۵ ساعت زمان ابررایانه نیاز داشتند؛ یعنی شبیه‌سازی یک میلیارد سال بیش از ۳۶ سال واقعی طول می‌کشید و مصرف انرژی آن عملاً غیرقابل تحمل بود.
هیراشیما و همکارانش برای شکستن این مانع محاسباتی، راه‌حلی کاملاً نوآورانه ارائه کردند: آن‌ها یک مدل جایگزین یادگیری عمیق (Deep Learning Surrogate Model) ساختند که با هزاران شبیه‌سازی بسیار پرهزینه و دقیق ابرنواختر آموزش دید و یاد گرفت طی ۱۰۰ هزار سال پس از انفجار، گاز میان‌ستاره‌ای چگونه گسترش می‌یابد؛ بدون اینکه در هر گام زمانی، معادلات پیچیده فیزیک را دوباره حل نکند.
گفتنی است این مدل هوش مصنوعی مانند یک «موتور پیش‌بینی فوق‌سریع» درون شبیه‌سازی بزرگ کهکشانی قرار گرفت و اجازه داد هم حرکت کلی بازوهای مارپیچی و هم جزئیات ریز حباب‌های گازی ابرنواختری با دقت بالا ثبت شود.
نتیجه حیرت‌انگیز بود: شبیه‌سازی یک میلیون سال تکامل کهکشان با ۱۰۰ میلیارد ستاره تنها ۲,۷۸ ساعت طول کشید؛ یعنی کل تاریخ یک میلیارد ساله راه شیری در کمتر از ۱۱۵ روز قابل محاسبه است.
دقت این روش با مقایسه مستقیم با نتایج ابررایانه فوگاکو رایکن (سریع‌ترین ابررایانه جهان تا چندی پیش) و سیستم ابررایانه میابی دانشگاه توکیو تأیید شد.
تصاویر منتشرشده از گسترش گاز پس از انفجار ابرنواختری که هوش مصنوعی تولید کرده، تقریباً با شبیه‌سازی‌های کاملاً فیزیکی همسان است.
هیراشیما تأکید می‌کند: «ادغام هوش مصنوعی با محاسبات با عملکرد بالا، یک تغییر پارادایم اساسی در حل مسائل چندمقیاسی و چندفیزیکی ایجاد کرده است.
این دستاورد نشان می‌دهد شبیه‌سازی‌های شتاب‌دار شده با هوش مصنوعی دیگر فقط شناسایی الگو نیستند، بلکه به ابزار واقعی کشف علمی تبدیل شده‌اند؛ ابزاری که می‌تواند داستان دقیق پیدایش کربن، اکسیژن و آهن؛ عناصری که حیات را ممکن ساختند؛ را در دل کهکشان خودمان بازخوانی کند.»
کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند این فناوری فراتر از اخترشناسی، شبیه‌سازی‌های آب‌وهو‌ایی، پیش‌بینی طوفان، جریان‌های اقیانوسی، تغییرات اقلیمی و حتی طراحی مواد پیشرفته را دگرگون خواهد کرد.
هر جا که نیاز به پیوند همزمان پدیده‌های بسیار کوچک و بسیار بزرگ باشد، این روش ژاپنی راه را خواهد گشود و عصر جدیدی از کشف علمی با سرعت و دقت بی‌سابقه را نوید می‌دهد.
مجله خبری mydtc
