A mindenre vonatkozó elmélet keresése – A tudósok próbára tették Einsteint

Jóval azelőtt, hogy Arkhimédész felvetette volna, hogy minden számunkra megfigyelhető jelenséget alapvető elvek alapján lehet megérteni, az emberek elképzelték a mindenre vonatkozó elmélet lehetőségét. Az elmúlt évszázad során a fizikusok közelebb kerültek ennek a rejtélynek a megfejtéséhez. Albert Einstein általános relativitáselmélete szilárd alapot biztosít az univerzum nagy léptékű megértéséhez, míg a kvantummechanika lehetővé teszi, hogy megértsük működését szubatomi szinten. A probléma az, hogy a két rendszer nem ért egyet a gravitáció működésében.

Napjainkban a mesterséges intelligencia új reményt kínál a tudósok számára, akik megbirkóznak azokkal a hatalmas számítási kihívásokkal, amelyek egy olyan összetett dolog titkainak megfejtésében rejlenek, mint az univerzum és minden, ami benne van – mondja Kent Yagi, a Virginia Egyetem Művészeti és Graduate Studies Egyetemének docense. A tudomány vezeti a Virginiai Egyetem elméleti fizikusai és számítástechnikai fizikusai közötti kutatási együttműködést, amely új betekintést nyújthat a mindenre vonatkozó elmélet lehetőségébe, vagy legalábbis a gravitáció, az univerzum egyik alapvető erejének jobb megértéséhez. . Ezzel a munkával a Nemzeti Tudományos Alapítványtól kapott karrier-ösztöndíjat, amely az egyik legrangosabb díj, amelyet az ország legígéretesebb fiatal kutatói és oktatói kaphatnak.

Áttörések az univerzum megfigyelésében

Einstein általános relativitáselméletének egyik aspektusa, hogy az űrben mozgó objektumok hullámokat generálnak, mint egy vízen áthaladó csónak, de még akkor is, ha ezeket a hullámokat bolygók, csillagok, galaxisok vagy akár fekete lyukak hozzák létre, amelyek a lehető legerősebb gravitációs mezőt képesek létrehozni. , még mindig… Hihetetlenül kicsik. Így tehát csaknem száz évvel azután, hogy Einstein először publikálta elképzeléseit Gravitációs hullámok Ezek megfigyelésére technológiai eszközöket fejlesztettek ki. 2015-ben egy program ún Legovagy a Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, a National Science Foundation által valaha finanszírozott egyik legnagyobb projekt, először észlelt gravitációs hullámokat, aminek eredményeként a projektvezetők fizikai Nobel-díjat kaptak.

Kent Yagi fizikus, a University of Virginia Graduate School of Arts and Sciences egyetemi docense elnyerte a National Science Foundation szakmai ösztöndíját, amely az egyik legrangosabb díj, amelyet az ország legígéretesebb fiatal kutatói és oktatói kaphatnak. University of Virginia College és Graduate School of Arts and Sciences

„Ez a felfedezés volt az egyik legfontosabb pillanat a fizikában az elmúlt 100 évben” – mondta Yagi.

Ahogy a szubatomi jelenségek megfigyeléséhez szükséges technológia fejlődött, úgy nőtt a számítási teljesítmény is, amely a csillagászok által az univerzumról gyűjtött hatalmas mennyiségű adat feldolgozásához szükséges. Az új fejlesztések mellett Gépi tanulás A mesterséges intelligencia az elmúlt években lehetővé teszi a tudósok számára, hogy olyan összetett matematikai modelleket hozzanak létre és teszteljenek, amelyek egykor elképzelhetetlen ütemben írják le az általuk megfigyelt jelenségeket.

Yaghi fekete lyukak és kettős neutroncsillagok párja által generált hatalmas gravitációs hullámokat tanulmányozza – a világegyetem legsűrűbb objektumai közül néhány, amelyek Yaghi szerint akár 1013-szor erősebbek, mint egy tipikus hűtőmágnes –, és ezekkel a jelenségekkel teszteli Einstein elméleteit. a gravitációról és a szondák alapvető törvényeiről. A magfizikához olyan információk után kutatva, amelyek segíthetnek feloldani az Einstein-elmélet és a kvantummechanika közötti kapcsolatot.

Oktatásfinanszírozás és tájékoztatás

A CAREER ösztöndíj, amely a következő öt évben 400 000 dollár támogatást biztosít a főiskola számára, lehetőséget biztosít a jelenlegi és leendő végzős hallgatók számára, akik érdeklődnek olyan gépi tanulási algoritmusok fejlesztésében és alkalmazásában, amelyek segítenek megmagyarázni és előre jelezni a gravitációs hullámok megfigyeléseit, és mélyebb képet adnak nekünk. megértés. A gravitáció viselkedésének megértése.

A számítási algoritmusok finomhangolása után Yaghi elmondta, hogy csapata képes lesz feldolgozni a LIGO által gyűjtött adatokat, hogy százszor gyorsabban tesztelje Einstein elméletét.

„Tízszeresére nő az a terület, amelyen keresztül kereshetünk ezeknek az adatoknak” – mondta Yagi.

A KARRIER-díj egyik feltétele, hogy a kitüntetettek oktatási és közösségi megszólítási projekteket is építsenek be munkájukba, és a finanszírozás egy része munkalehetőséget teremtsen egyetemisták számára, akik a Yagival együttműködve oktatási programokat dolgoznak ki a fizika iránt érdeklődő középiskolások számára. , amely Yagi reményei szerint inspirálja a KARRIER-díjas tudósok következő generációját.. Nobel-díj.

Az elméletek bizonyításának kihívása

Mennyivel fog ez közelebb vinni minket mindennek az elméletéhez?

„Még mindig sok problémát kell megoldani” – mondta Yaghi. „Remélem, hogy életemben ezt látom, de nem akarok túl optimista lenni.”

„Az elmélet bizonyítása szinte lehetetlen” – magyarázta Yaghi. „Mindig lesz mérési hiba minden kísérletben, de továbbra is megpróbáljuk kideríteni, találunk-e olyan bizonyítékot, amely megcáfolja az általános relativitáselméletet. Ugyanakkor folyamatosan felfedezzük, milyen szép és igaz.”

Yaghi munkája és az iránta érzett figyelem dicséretet kapott a Virginiai Egyetem munkatársaitól és vezetőitől.

„A közelmúltban nagy lendületet kaptunk a gravitációs hullámok jobb megértése felé, nem csak elméleti előrejelzésként vagy koncepcióként, hanem azért is, hogy közvetlenül észlelni lehessen őket” – mondta Phil Arras, a Virginiai Egyetem csillagászati ​​tanszékének vezetője. „Ez az erőfeszítés teljesen új ablakot nyitott az univerzumban, és új módot adott számunkra a csillagok fejlődésével kapcsolatos elméleteink ellenőrzésére. Kent kutatásai nagyon fontosak voltak ennek megértésében.”

Despina Lucca, a Virginiai Egyetem Fizikai Tanszékének elnöke Yaghit nagy tekintélyű asztrofizikusként jellemezte, kiterjedt kutatási portfólióval.

„Kent vonzó tanár és keresett mentor, akinek munkája óriási hatással volt a fizika számos tudományágára” – tette hozzá Luca. „Egyengeti az utat a gépi tanulás segítségével az általános relativitáselmélet tesztelésére, miközben feltárja a neutroncsillagok asztrofizikai tulajdonságait, és a Virginiai Egyetem hallgatóival a kutatást és az oktatást integráló online játékok készítésén végzett munkája inspirálja a fiatalokat szerte a világon.”

„Yagi professzor munkája kiemelkedő – mondta Christa Acampora, a College and Graduate School of Arts and Sciences dékánja. „Büszkék vagyunk rá, hogy karunkon vehetjük részt, nem csak a tudományok fejlődése során kapott elismerés miatt. ” Az univerzum megértésének korlátai, de az innováció iránti elkötelezettségünk is a STEM oktatásban.