机器学习加速宇宙学模拟
2021-08-31 14:55:48
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导读 一个宇宙经过数十亿年的进化，但研究人员现在已经开发出一种方法，可以在不到一天的时间内创建一个复杂的模拟宇宙。该技术发表在 《国家科
一个宇宙经过数十亿年的进化，但研究人员现在已经开发出一种方法，可以在不到一天的时间内创建一个复杂的模拟宇宙。该技术发表在 《国家科学院院刊》上，将机器学习、高性能计算和天体物理学结合在一起，将有助于开创高分辨率宇宙学模拟的新时代。国家科学基金会资助了这项研究。
宇宙学模拟是解开宇宙许多奥秘的重要组成部分，包括暗物质和暗能量的奥秘。但直到现在，研究人员都面临着无法拥有全部的共同难题——模拟可以以高分辨率集中在一个小区域，也可以以低分辨率涵盖大量宇宙。
卡内基梅隆大学物理学家 Tiziana Di Matteo 及其同事通过教授一种基于神经网络的机器学习算法将模拟从低分辨率升级到超分辨率，从而克服了这个问题。
“很明显，人工智能正在对许多科学领域产生重大影响，包括物理学和天文学，”国家科学基金会物理部项目主任詹姆斯·尚克说。“我们的 AI Planning Institute 计划正在努力推动 AI 加速发现。这一新结果是人工智能如何改变宇宙学的一个很好的例子。”
经过训练的代码可以采用全尺寸、低分辨率的模型，并生成包含多达 512 倍粒子的超分辨率模拟。对于宇宙中大约 5 亿光年、包含 1.34 亿个粒子的区域，现有方法需要 560 小时才能使用单个处理核心进行高分辨率模拟。使用新方法，研究人员只需要 36 分钟。
当更多的粒子被添加到模拟中时，结果会更加引人注目。对于一个 1000 倍大的宇宙，拥有 1340 亿个粒子，新方法在单个图形处理单元上需要 16 个小时。使用目前的方法，这种尺寸和分辨率的模拟需要超级计算机数月才能完成。
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