I ett försök att förstå Universum vi blir besatta — vi frestas av lust av observationer. Satelliterna sänder hundratals terabyte av information varje år, och endast ett teleskop i Chile kommer att producera 15 terabyte bilder av rymden varje natt. Ingen kommer att kunna bearbeta dem manuellt. Säger astronomen Carlo Enrico Petrillo, “för att titta på bilder av galaxer — den mest romantiska delen av vårt arbete. Problemet är hur man ska förbli fokuserad”. Därför Petrillo utvecklar AI som kommer att hjälpa honom.
Petrillo och hans kollegor sökte för ett fenomen som i huvudsak är en space telescope. När ett massivt objekt (galaxy eller svart hål) mellan en avlägsen ljuskälla och observatör på Marken, han böjer ljus och rymd runt det, för att skapa en objektiv, astronomerna till en närmare titt på otroligt gammal och avlägsna delarna av Universum dolt för vår syn. Denna effekt kallas gravitationen lensing, och dessa linser är nyckeln till att förstå vad universum består. Letar fortfarande efter dem var långsamma och tråkiga.
Det är här som vi behöver artificiell intelligens och sök efter gravitationella linser är början. Ord Stanford Professor Andrew ng, förmåga AI gör att du kan automatisera alla som “typisk person kan göra på mindre än en sekund att tänka.” Mindre än en sekund kanske inte verkar särskilt generösa, men när det kommer till siktning av stora mängder data, det är bara en gåva från himlen.
En ny våg av astronomer med tanke på AI, inte bara som en sorterare av data. De utforskar något som kan vara ett helt nytt sätt att söka efter vetenskapliga upptäckter, när artificiell intelligens kommer att visa en del av Universum som vi aldrig sett.
Men först: en gravitationslins. Den Allmänna relativitetsteorin förutspådde detta fenomen tillbaka i 1930-talet, men de första exemplen dök först 1979. Varför? Eftersom utrymmet är mycket mycket stor, och man hade mycket tid att vara uppfyllda, i synnerhet utan moderna teleskop. Jakten på gravitationella linser var svårt.
“Linser som vi har nu hittades på olika sätt, säger Liliya Williams, Professor i astrofysik vid University of Minnesota. “Vissa upptäcktes av en slump, folk letade efter något helt annat. Några av dem hittades av personer som var ute på andra eller tredje gånger.”
Att titta på bilderna AI vet mycket väl. Därför Petrillo och hans kollegor visade att verktyget AI, älskade i Silicon valley: typ av datorprogram som består av en digital “neuron”, bygger på bilden av dessa som är aktiverade i svar till ingången. Mata dessa program (neurala nätverk) en massa uppgifter, och de kommer att lära sig att känna igen system och mönster. De fungerar särskilt bra med visuell information och används i olika machine vision-system — från kameror till självstyrande bilar till ansiktsigenkänning i bilder på Facebook.
Som skrivs i artikeln, som publicerades förra månaden tillämpningen av denna teknik för att jaga gravitationslins var förvånansvärt enkelt. Första vetenskapsmännen gjorde ett dataset för att träna neurala nätverk genererade 6 miljoner falska bilder av gravitationella linser och utan dem. Sedan matas till det neurala nätverket din information och vänster för att förstå mönstren. Lite finjusteringar och få ett program som kan känna igen en gravitationell lins i blink of an eye.
“Bra klassificerare i ansiktet av en man undersöker med en bild graden av tusen per timme, säger Petrillo. En lins som ligger ungefär 30, 000 galaxer. Därför klassificerare kommer att ha för att arbeta utan sömn och vila under veckan för att hitta fem eller sex linser. Neurala nätverk för jämförelse, förstår 21 789 bilder på bara 20 minuter. Och här en gammal processor.
Det neurala nätverket var inte lika exakt som en dator. Hon missade objektivet inställt brett parametrar. Hon gav 761 möjliga kandidater som människor har studerat och minskade till 56. För att bekräfta att detta är en verklig objektiv, kommer att kontrollera och bekräfta resultaten, men Petrillo anser att den tredje kommer att vara verklig. Det handlar om en objektiv per minut, jämfört med hundratals linser, upptäckte hela den vetenskapliga samhället under de senaste decennierna. Den hastighet som är otrolig, perspektiv är enorm.
Sökandet efter dessa linser är en förutsättning för att förstå en av de största mysterierna i astronomi: vad är universum? Frågan, som vi känner det (planeter, stjärnor, asteroider, etc.) utgör endast 5% av all fysisk materia, och ändå 95% av oss är helt oåtkomliga. Dessa 95% av de hypotetiska ämne — mörk materia, som vi aldrig observeras direkt. Vi kan bara studera den gravitationella effekt som det har på resten av Universum, och gravitationella linser är en av de viktigaste indikatorerna.
Vad annat kan AI göra? Forskare arbetar på en rad nya verktyg. Vissa, som Petrillo, ta på sig uppgiften att identifiera: klassificeret galaxy, till exempel. Andra är att kombinera data strömmar i jakt på intressanta signaler. Vissa neurala nätverk, artificiell eliminera störningar för radio-telescope, isolera endast användbara signaler. Andra användes för att identifiera pulsarer, ovanliga exoplaneter eller förbättring av teleskop med låg upplösning. Kort sagt, de möjliga användningsområdena är många.
Denna explosion är delvis en följd av Allmänna trender på hårdvara som tillåter dig att utöka området för tillämpning av AI, såsom tillgången på billig datorkraft. Astronomer inte längre behöver sitta på en molnfri natt, titta på rörligheten för de enskilda planeterna, istället använder de avancerade utrustning som söker igenom delar av himlen, en efter en. Bättre teleskop och lagring av data teknik betyder att analysen är nu ännu mer, Williams säger.
Analys av stora datamängder — det är väl möjligt att göra artificiell intelligens. Vi kan lära sig att känna igen mönster och att få arbeta med honom obevekligt, och att han aldrig blinkar och kommer inte gå fel.
Orolig om astronomer att de litar på i maskinen, vilket kanske inte är tillräckligt för att förstå människan att upptäcka något sensationellt? Petrillo säger nej. “I Allmänhet, människor är mer partisk, mindre effektiva och mer benägna att fel än en maskin.” Wilms håller med. “Datorer kan missa vissa saker, men de kommer att sakna dem systematiskt”. Men tills vi vet vad de inte vet, kan vi använda automatiserade system utan risk.
För vissa astronomer, potential AI går utöver en enkel sortering av data. De tror att artificiell intelligens kan användas för att skapa information som fyller blinda fläckar i våra observationer av Universum.
Astronomen Kevin Sowinski och hans team, som specialiserat sig på astrofysik av galaxer och svarta hål, med hjälp av AI för att förbättra upplösningen suddiga bilder teleskop. För detta ändamål lanserade de ett neuralt nätverk som genererar otrolig variation av de studerade data, men en bra förfalskaren imiterar den stil av en känd konstnär. Dessa nätverk har använts för att skapa falska bilder av stjärnorna, falska autodialogs att efterlikna verkliga röster, och andra typer av data. Enligt Sivinskogo, dessa neurala nätverk för att skapa information som tidigare var oåtkomliga för oss.
I en artikel publicerad Sawinski och hans team i början av detta år, de visade att dessa nätverk kan förbättra kvaliteten på bilderna utrymme. De sänkt kvaliteten på de bilder av flera galaxer, lagt till brus och oskärpa, och sedan gick dem genom neurala nätverk tillsammans med de ursprungliga bilderna. Resultatet blev fantastiskt. Men forskarna är ännu inte kan dela.
Sowinski försiktig med projektet. I slutet, det strider mot principerna om vetenskap: du kan läsa Universum, men bara observerar det direkt. “Av denna anledning, detta verktyg är farliga, säger han. Och det kan bara användas när vi har korrekt information, och när vi kan se resultatet. Du kan träna nätverk för att generera data om svarta hål och skicka henne till att arbeta i ett visst område i himlen, som tills nu har varit dåligt undersökt. Och om hon hittar ett svart hål, astronomer har för att bekräfta upptäckten av hans egen — som i fallet med gravitationella linser.
Om dessa metoder kommer att visa sig fruktbart, de kan bli en helt ny forskningsmetoder, för att komplettera den klassiska datorn modellering och gamla goda observation. Medan allt är bara början, men utsikterna är mycket lovande. “Om du hade detta verktyg kan du återställa alla data från arkiv, för att förbättra några av dem och extrahera den mest vetenskapligt värde.” Värde som inte fanns innan. AI kommer att bli en vetenskaplig alchemist, att hjälpa oss att förändra gamla kunskaper till nya. Och vi kunde studera kosmos som aldrig förr, utan att ens lämna Marken.
Artificiell intelligens är ett idealiskt verktyg för studiet av Universum
Ilya Hel