Künstliche Intelligenz — das perfekte Werkzeug für die Erforschung des Universums

In einem Versuch, das Universum zu verstehen sind wir obsessiv — winkt uns der Durst Beobachtungen. Die Satelliten übertragen Hunderte von Terabyte an Daten Informationen jedes Jahr, sondern nur ein Teleskop in Chile geben wird 15 Terabyte Bilder des Kosmos jede Nacht. Kein Mensch in der Lage, behandeln Sie Sie manuell. Wie sagt der Astronom Carlo Enrico Петрильо, «schauen auf die Bilder der Galaxien — die romantischste Teil unserer Arbeit. Das Problem ist, wie bei der Sache zu bleiben». Deshalb Петрильо KI entwickelt, die ihm helfen.

Петрильо und seine Kollegen suchten ein Phänomen, das in der Tat ist ein Weltraum-Teleskop. Wenn ein massives Objekt (Galaxie oder das schwarze Loch) ist zwischen einer Fernen Lichtquelle und dem Beobachter auf der Erde, er kurvt Raum und Licht um ihn herum, wodurch die Linse, die den Astronomen einen genaueren Blick auf die unglaublich alte und Ferne Bereiche des Universums, von unserem Blick verborgene. Dieser Effekt wird als die Schwerkraft линзированием, und diese Linsen sind der Schlüssel zum Verständnis dessen, woraus das Universum besteht. Bisher suchen Sie war langsam und ermüdend.

Genau hier muss man eine künstliche Intelligenz — und die Suche nach gravitationslinse ist der Anfang. Wie formulierte es Stanford-Professor Andrew Eun, die Fähigkeit der KI ermöglicht es Ihnen, automatisieren alles, was «typisch Mensch tun kann weniger als eine Sekunde denken». Weniger als eine Sekunde mag nicht besonders großzügig, aber wenn es um die Sichtung von großen Datenmengen, es ist einfach ein Geschenk des Himmels.

Die Neue Welle von Astronomen untersucht die KI nicht nur wie Sorter Daten. Sie erforschen etwas, was vielleicht auf eine völlig neue Weise Suche nach wissenschaftlichen Entdeckungen, wenn die künstliche Intelligenz zeigt Teile des Universums, die wir noch nie gesehen haben.

Aber zuerst: gravitational. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie sagte Voraus, dieses Phänomen noch in den 1930er Jahren, aber die ersten Beispiele erst im Jahr 1979. Warum? Weil der Raum sehr groß, und die Menschen mussten viel Zeit, um seine обсмотреть, vor allem ohne moderne Teleskope. Die Jagd auf gravitational war schwierig.

«Linsen, die wir jetzt haben, gefunden wurden, die auf unterschiedliche Weise», sagt Lilia Williams, Professor für Astrophysik an der Universität von Minnesota. «Einige wurden durch Zufall entdeckt, die Menschen suchten etwas ganz anderes. Einige wurden Menschen gefunden, die Sie gesucht haben, mit dem zweiten oder Dritten mal.»

Schauen Sie sich die Bilder die KI in der Lage sehr gut. Deshalb Петрильо und seine Kollegen wandten sich an das Instrument KI-Favorit in Silicon Valley: die Art des Computerprogramms, bestehend aus digitaler «Neuronen», modelliert nach dem Bild dieser, werden aktiviert, in Reaktion auf die Eingabe. Gib diesen Programmen (neuronaler Netzwerke) eine Menge von Daten — und Sie lernen zu erkennen, Schemen und Muster. Sie arbeiten besonders gut mit visuellen Informationen und werden in vielen verschiedenen machine-Vision-Systeme von Kameras in selbstverwalteten Autos bis zur Erkennung von Personen auf Bildern in Facebook.

Wie geschrieben wurde in einem Artikel im letzten Monat, die Anwendung dieser Technologie für die Jagd auf gravitational, war erstaunlich einfach. Erstens haben Wissenschaftler eine Reihe von Daten für das Training eines neuronalen Netzwerks — haben 6 Millionen feykovykh von Bildern mit Gravitations Linsen und ohne Sie. Dann beruhigt neuronales Netzwerk, Ihre Daten und Links mustern zu verstehen. Ein wenig Feinabstimmung und war das Programm, распознающая gravitational im Handumdrehen.

«eine Ausgezeichnete Klassifikator im Gesicht eines Menschen analysiert Bilder mit einer Geschwindigkeit von tausend pro Stunde», sagt Петрильо. Eine Linse befindet sich etwa einmal in 30 000 Galaxien. Deshalb Classifier zu arbeiten, ohne Schlaf und Ruhe während der Woche zu finden, nur fünf oder sechs Linsen. Neuronales Netz, zum Vergleich, versteht 789 21 Bilder in nur 20 Minuten. Und das mit einem alten Prozessor.

Neuronales Netz war nicht so präzise wie ein Computer. Damit Sie sich nicht проглядела Linsen, Sie stellten umfangreiche Optionen. Es gab 761 möglichen Kandidaten, die Menschen studierten und reduziert bis zu 56. Um zu bestätigen, dass es sich um echte Objektive, zu überprüfen und zu bestätigen Funde, aber Петрильо glaubt, dass ein Drittel sind echte. Es erweist sich etwa eine Linse pro Minute, wenn man mit Hunderten Linsen, entdeckte der gesamten wissenschaftlichen Gemeinschaft in den letzten Jahrzehnten. Die unglaubliche Geschwindigkeit, Perspektiven — riesige.

Die Suche nach diesen Linsen ist notwendig für das Verständnis eines der größten Rätsel der Astronomie: aus was besteht das Universum? Die Materie, die wir kennen (Planeten, Sterne, Asteroiden, etc.) sind nur 5% der gesamten körperlichen Substanz, und noch 95% für uns völlig unzugänglich. Diese 95% sind hypothetische Materie — die dunkle Materie, die wir nie direkt beobachtet. Uns bleibt nur die Möglichkeit gravitative Einfluss, die hat es auf das restliche Universum, und gravitational dienen als eine der wichtigsten Indikatoren.

Was noch tun kann die KI? Wissenschaftler arbeiten an einer Reihe von neuen Werkzeugen. Einige, wie Петрильо, übernehmen die Aufgabe der Identifizierung: klassifizieren der Galaxie, zum Beispiel. Andere kämmen Datenströme auf der Suche nach interessanten Signalen. Einige neuronale Netze beseitigen künstliche Störungen des Radioteleskop, Sie zu isolieren nur die nützlichen Signale. Andere wurden zur Identifizierung der Pulsare, ungewöhnlichen Exoplaneten oder die Verbesserung der Teleskope mit geringer Auflösung. Kurz gesagt, viele Einsatzmöglichkeiten.

Diese Explosionteilweise aufgrund der Allgemeinen Tendenzen im Bereich der Hardware, die es ermöglichen, erweitern das Anwendungsfeld der KI, wie die Verfügbarkeit billiger Rechenleistung. Die Astronomen müssen nicht mehr sitzen Hosen nachts wolkenlos, die Beobachtung der Bewegung der einzelnen Planeten; stattdessen verwenden Sie eine komplexe Technik, die grasen Teile des Himmels eins nach dem anderen. Verbesserte Teleskope und Storage-Technologien bedeuten, dass die Möglichkeiten für die Analyse jetzt noch mehr, sagt Williams.

Analyse von großen Datenmengen — das ist die perfekt weiß, wie man künstliche Intelligenz. Wir können ihn lehren, Zusammenhänge zu erkennen und Sie zu zwingen, arbeiten Sie unermüdlich, und er nie blinzelt und sich nicht irren.

Sorgen machen, ob die Astronomen, dass Sie Vertrauen in die Maschine, die kann nicht genug menschliches Verständnis, etwas sensationelles zu entdecken? Петрильо sagt, dass Nein. «In der Regel mehr Menschen mit einem Vorurteil erfüllt werden, weniger leistungsfähig und anfälliger für Fehler, als die Maschinen». Уияльмс stimmt. «Computer können verlieren bestimmte Dinge, aber Sie werden verpassen Sie systematisch». Aber bis wir wissen, was Sie nicht wissen Sie, wir können automatisierte Systeme bereitstellen, ohne viel Risiko.

Für einige Astronomen Potenzial KI geht über eine einfache Sortierung der Daten. Sie glauben, dass künstliche Intelligenz kann verwendet werden, um Informationen, füllt die blinden Flecken in unseren Beobachtungen des Universums.

Der Astronom Kevin Шавински und sein Team, spezialisiert auf Astrophysik von Galaxien und schwarzen Löchern, verwenden die KI zur Verbesserung der Auflösung unscharfen Bilder der Teleskope. Mit diesem Ziel startete Sie ein neuronales Netzwerk, das unübertroffene erzeugt eine Variation in den untersuchten Daten, wenn ein guter Fälscher imitiert den Stil des berühmten Künstlers. Diese Netzwerke wurden für die Erstellung der feykovykh von Bildern von Bildern von Sternen; feykovykh аудиодиалогов, imitieren die echten Stimmen; und andere Arten von Daten. Nach Meinung Шавинского, solche нейросети schaffen Informationen, die uns zuvor nicht zur Verfügung.

In der Arbeit, veröffentlicht Шавинским und seinem Team in diesem Jahr zeigten Sie, dass diese Netzwerke verbessern können die Qualität der Bilder des Kosmos. Sie senkten die Bildqualität einer Reihe von Galaxien, aufgenommen von Rauschen und Unschärfe, und dann haben Sie durch нейросети zusammen mit den Original-Bildern. Das Ergebnis war verblüffend. Aber die Wissenschaftler können noch nicht teilen.

Шавински Vorsicht gehört zum Projekt. Am Ende, es geht gegen die Grundprinzipien der Wissenschaft: Sie können lernen, das Universum, nur beobachten Sie es direkt. «Aus diesem Grund wird dieses Tool ist gefährlich», sagt er. Und es kann nur dann, wenn wir die genauen Daten und Wann können wir das Ergebnis überprüfen. Sie können trainieren нейросеть generieren Daten über schwarze Löcher und senden Sie es an die Arbeit in einem bestimmten Bereich des Himmels, die bisher schlecht erforscht. Und wenn Sie findet ein Schwarzes Loch, Astronomen müssen bestätigen den Fund eigenhändig — wie im Falle der Gravitations Linsen.

Wenn diese Methoden als fruchtbar erweisen, Sie können zu völlig neuen Methoden der Forschung, ergänzen die klassische Computersimulation und die gute alte Beobachtung. Bis alle erst am Anfang, aber die Aussichten sind sehr vielversprechend. «Ob Sie dieses Werkzeug, Sie könnten Ihre Daten aus den Archiven zu verbessern und einige von Ihnen zu extrahieren einen hohen wissenschaftlichen Wert». Der Wert, der vorher nicht da war. Die KI wird die wissenschaftlichen Alchemisten, die uns helfen, verwandeln das alte wissen in neue. Und wir könnten Studien Kosmos wie nie zuvor, auch nicht die Erde verlassen.