Ученые создали инструмент для моделирования Вселенной на обычном ноутбуке

Исследователи создали мощный инструмент, позволяющий моделировать Вселенную на ноутбуке. Он преобразует методы изучения космоса, делая сложные анализы быстрее, проще и доступнее. Автор: AI/ScienceDaily.com

В эпоху, когда астрономы собирают больше данных, чем когда-либо прежде, изучение космоса становится все более сложной задачей. Новая разработка меняет эту реальность. Исследователи разработали способ анализа огромных космических наборов данных с использованием всего лишь ноутбука и нескольких часов обработки.

Возглавляет эту работу доктор Марко Боничи, постдокторант Центра астрофизики Ватерлоо в Университете Ватерлоо. Боничи и международная команда создали Effort.jl, сокращение от EFfective Field theORy surrogate. Этот инструмент использует передовые численные методы и интеллектуальные методы предварительной обработки данных для обеспечения исключительной вычислительной производительности при сохранении точности, требуемой в космологии. Команда разработала его как мощный эмулятор для Эффективной теории поля крупномасштабной структуры (EFTofLSS), позволяющий исследователям обрабатывать огромные наборы данных более эффективно, чем когда-либо.

Превращение разочарования в инновацию

Идея Effort.jl возникла из опыта Боничи по запуску трудоемких компьютерных моделей. Каждый раз, когда он корректировал даже один параметр, это могло занять несколько дней дополнительных вычислений, чтобы увидеть результаты. Эта задача вдохновила его на создание более быстрого и гибкого решения, которое могло бы справляться с такими корректировками за часы, а не дни.

«Используя Effort.jl, мы можем прогонять сложные наборы данных по моделям, таким как EFTofLSS, которые ранее требовали много времени и вычислительной мощности, — объяснил Боничи. — С такими проектами, как DESI и Euclid, расширяющими наши знания о Вселенной и создающими еще большие астрономические наборы данных для изучения, Effort.jl позволяет исследователям анализировать данные быстрее, дешевле и многократно, внося небольшие изменения на основе нюансов в данных».

Умные симуляции для более быстрой Вселенной

Effort.jl относится к классу инструментов, известных как эмуляторы. Это обученные вычислительные сокращения, которые повторяют поведение больших, ресурсоемких симуляций, но работают значительно быстрее. Используя эмуляторы, ученые могут исследовать множество возможных космических сценариев за долю времени и применять передовые методы, такие как градиентная выборка, для изучения сложных физических моделей с большей эффективностью.

«Мы смогли проверить предсказания, выходящие из Effort.jl, сопоставив их с предсказаниями из EFTofLSS, — сказал Боничи. — Погрешность была небольшой и показала нам, что расчеты из Effort.jl надежны. Effort.jl также может обрабатывать наблюдательные особенности, такие как искажения в данных, и может быть легко адаптирован под нужды исследователя».

Человеческий опыт все еще важен

Несмотря на впечатляющие возможности, Effort.jl не является заменой научного понимания. Космологи по-прежнему играют жизненно важную роль в установке параметров, интерпретации результатов и применении физического понимания для обеспечения значимых выводов. Сочетание экспертных знаний и вычислительной мощности делает систему столь эффективной.

В перспективе ожидается, что Effort.jl будет работать с еще большими космологическими наборами данных и сотрудничать с другими аналитическими инструментами. Исследователи также видят потенциал для его методов в областях за пределами астрофизики, включая моделирование погоды и климата.

Статья «Effort.jl: быстрый и дифференцируемый эмулятор для Эффективной теории поля крупномасштабной структуры Вселенной» была опубликована в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Интересный факт: Эффективная теория поля — это мощный теоретический инструмент, используемый в физике элементарных частиц и космологии, который позволяет ученым описывать физические системы на определенных масштабах, не вдаваясь в детали более фундаментальных, но сложных теорий.