Mencipta simulasi baharu lohong hitam dengan Codex
Seorang ahli astrofizik pengkomputeran meneroka pinggir alam semesta yang diketahui ketika berusaha membina imej bergerak pertama lohong hitam.
“Alat ini mengubah cara kita melakukan sains dengan cara yang sangat asas”.
Mengkaji pinggir alam semesta
Lohong hitam wujud di pinggir alam semesta kita dan merupakan objek cakerawala yang sukar dikaji oleh ahli astronomi. Ia tidak memancarkan cahaya, tidak dapat dirakam secara langsung kerana terlalu jauh—anda memerlukan teleskop sebesar bumi untuk melihat satu daripadanya—dan fizik yang mengawalnya tidak selalu sepadan dengan pemahaman kita sekarang.
Semua ini bukan perkara baharu bagi ahli astrofizik pengkomputeran Chi-kwan “CK” Chan. CK, seorang profesor di Universiti Arizona, telah mengkaji lohong hitam selama lebih 20 tahun. Pada tahun 2019, beliau merupakan sebahagian daripada kerjasama Event Horizon Telescope yang menghasilkan imej pertama lohong hitam. Tahun ini, dengan sokongan daripada National Science Foundation(dibuka dalam tetingkap baru), mereka mengejar matlamat yang lebih bercita-cita tinggi: mencipta imej bergerak pertama lohong hitam.
CK mengumpulkan data daripada teleskop radio 12m Arizona Radio Observatory di Balai Cerap Kebangsaan Kitt Peak.
“Lohong hitam pada asalnya berasaskan teori. Jadi amat mengujakan bahawa kita dapat memerhatikannya”. —Chi-kwan “CK” Chan
Memahami perkara yang tiada memerlukan pembinaan model yang lebih baik: anggaran matematik yang menerangkan cara jirim bertindak dalam keadaan ekstrem. Namun persamaan ini amat kompleks. Malah superkomputer terbesar pun bergelut untuk menyelesaikannya, dan pembangunan pendekatan baharu boleh mengambil masa bertahun-tahun. Jadi CK beralih kepada Codex untuk bantu mempercepat proses ini.
“Saya akan mengambil masa sepuluh hari untuk menghasilkan sepuluh anggaran baharu. Dengan Codex, ini boleh dilakukan dalam beberapa minit”.
CK menulis anggaran untuk disemak oleh pelajarnya.
CK mengetuai perbincangan kumpulan untuk pelajarnya di Universiti Arizona.
Anggaran matematik tulisan tangan daripada CK.
Teknologi baharu, pendekatan baharu
Oleh sebab lohong hitam wujud begitu jauh dari Bumi, satu-satunya cara untuk mengkajinya ialah dengan mengukur plasma yang jatuh ke dalamnya. CK mencipta simulasi plasma, kemudian membandingkannya dengan data pemerhatian yang dikumpulkan di teleskop. “Namun, simulasi itu masih belum memadai,” kata CK. “Apabila kami membandingkan simulasi dengan pemerhatian, kami menyedari bahawa plasma di sekitar lohong hitam mempunyai ketumpatan yang sangat rendah, jadi kami tidak benar-benar dapat menganggarkan plasma sebagai bendalir”. Satu-satunya cara CK dapat mensimulasikannya dengan betul adalah dengan menjejaki elektron dan ion individu. “Dan itu sememangnya masalah yang tidak dapat ditangani melalui pengkomputeran”.
CK menggunakan Codex untuk mencari algoritma berangka baharu yang dapat membantunya mencipta simulasi yang lebih pantas dan stabil dengan melaksanakan kemahiran ejen yang ditulisnya. “Dengan Codex, kami kini dapat menemui transformasi koordinat dan algoritma baharu secara automatik yang boleh mempercepat pengiraan ini sebanyak faktor 1000. Ia membolehkan kami melakukan simulasi yang sebelum ini mustahil”.
CK masih perlu melaksanakan dan mengesahkan setiap anggaran yang dicipta oleh Codex, tetapi pendekatan ini telah mempercepat aliran kerjanya dan membolehkannya menumpukan lebih banyak masa pada penyelidikan. (Ketahui dengan lebih mendalam tentang sains di sebalik lohong hitam dan kerja CK.)
“Dalam tempoh yang sangat lama, ahli astronomi dan saintis perlu menjadi pembangun yang cemerlang untuk menyelesaikan masalah kami. AI membolehkan kami kembali menumpukan perhatian pada persoalan sains, bukannya bahagian pengekodan”.
Teleskop radio 12m Kitt Peak Arizona Radio Observatory ialah salah satu daripada sebelas balai cerap dalam rangkaian Event Horizon Telescope.
Codex membantu CK menyemak kod saintifik dan mengesan kesilapan dalam statistik serta kaedah berangka, membantunya menghasilkan keputusan yang lebih boleh dipercayai.
CK di dalam bilik kawalan teleskop radio 12m Arizona Radio Observatory.
Masa depan penemuan
CK dan pasukan Event Horizon Telescope kini sedang mengumpulkan data tentang lohong hitam; mereka berharap dapat mengeluarkan imej bergerak pertama sekitar tahun 2027. CK teruja dengan perkara yang mungkin dipelajarinya. “Jika kami berjaya merakam video pertama lohong hitam ini, ia akan membuka era baharu astrofizik lohong hitam berskala ufuk dan domain masa,” katanya. “Ia akan membolehkan kami mengkaji cara plasma bertindak dalam beberapa persekitaran paling ekstrem di alam semesta”.
“Jika anda ingin tahu tentang dunia di sekeliling anda, anda akan terus mencari jawapan baharu. Dan begitulah cara kita belajar. Begitulah cara kita memajukan teknologi kita, memajukan tamadun kita". —Chi-kwan “CK” Chan
CK bersama Ram, Nayera dan Hayden, tiga daripada pelajarnya dari Universiti Arizona yang turut mengusahakan analisis data lohong hitam dan mencipta simulasi baharu.
“Saya berasal daripada keluarga biasa di Hong Kong. Jadi saya berasa amat bertuah kerana dapat bekerja di barisan hadapan penyelidikan lohong hitam”. —Chi-kwan “CK” Chan
“Manusia ialah peneroka. Dan astronomi ialah sempadan muktamad kita dalam penerokaan. Jadi ini ialah salah satu cara pengetahuan manusia mencapai pinggir alam semesta”.