การสร้างแบบจำลองหลุมดำใหม่ด้วย Codex

การศึกษาขอบเขตของจักรวาล

หลุมดำมีอยู่ ณ ขอบจักรวาลของเรา และเป็นวัตถุบนท้องฟ้าที่นักดาราศาสตร์ศึกษาได้ยาก วัตถุบนท้องฟ้าเหล่านี้ไม่ปล่อยแสง ไม่สามารถสังเกตได้โดยตรงเพราะอยู่ไกลมาก คุณต้องใช้กล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดเท่ากับโลกจึงจะมองเห็นได้ และกฎฟิสิกส์ที่ควบคุมพวกมันก็ไม่ได้สอดคล้องกับความเข้าใจในปัจจุบันของเราเสมอไป

เรื่องเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องใหม่สำหรับนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์เชิงคำนวณอย่าง Chi-kwan “CK” Chan CK ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยแอริโซนา ได้ศึกษาหลุมดำมากว่า 20 ปีแล้ว ในปี 2562 เขาเป็นส่วนหนึ่งของความร่วมมือโครงการ Event Horizon Telescope ซึ่งสามารถสร้างภาพหลุมดำภาพแรกได้ ในปีนี้ ด้วยการสนับสนุนจาก National Science Foundation มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ⁠(เปิดในหน้าต่างใหม่) พวกเขากำลังเดินหน้าสู่เป้าหมายที่ทะเยอทะยานยิ่งกว่าเดิม นั่นคือการสร้างภาพเคลื่อนไหวภาพแรกของหลุมดำ

การเข้าใจว่าสิ่งใดที่ยังขาดหายไป จำเป็นต้องสร้างแบบจำลองที่ดียิ่งขึ้น นั่นคือการพัฒนาการประมาณค่าทางคณิตศาสตร์ที่อธิบายว่าสสารมีพฤติกรรมอย่างไรภายใต้สภาวะสุดขั้วหรือในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง แต่สมการเหล่านี้ซับซ้อนอย่างยิ่ง แม้แต่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดก็ยังประสบความยากลำบากในการแก้ปัญหาเหล่านี้ และการพัฒนาแนวทางใหม่ๆ อาจต้องอาศัยความพยายามวิจัยเป็นเวลาหลายปี ดังนั้น CK จึงหันมาใช้ Codex เพื่อช่วยเร่งกระบวนการนี้

เทคโนโลยีใหม่ แนวทางใหม่

เนื่องจากหลุมดำอยู่ไกลจากโลกมาก วิธีเดียวที่จะศึกษาหลุมดำเหล่านี้คือการวัดพลาสมาที่ตกลงไปในหลุมดำ CK พัฒนาแบบจำลองพลาสมาและนำผลลัพธ์มาเปรียบเทียบกับข้อมูลเชิงสังเกตการณ์ที่รวบรวมได้จากกล้องโทรทรรศน์ “อย่างไรก็ตาม การจำลองยังมีข้อจำกัด” CK กล่าว “เมื่อเราเปรียบเทียบการจำลองกับการสังเกตการณ์ เราตระหนักว่าพลาสมารอบหลุมดำมีความหนาแน่นต่ำมาก ดังนั้นเราจึงไม่สามารถประมาณหรือถือว่าพลาสมาเป็นของไหลได้จริงๆ” วิธีเดียวที่ CK จะสามารถจำลองสิ่งเหล่านั้นได้อย่างถูกต้องคือการติดตามอิเล็กตรอนและไอออนแต่ละตัว “และนั่นเป็นปัญหาที่ไม่สามารถจัดการได้ในเชิงการคำนวณ”

CK ใช้ Codex เพื่อค้นหาอัลกอริทึมเชิงตัวเลขใหม่ๆ ที่ช่วยให้เขาสร้างการจำลองที่เร็วขึ้นและเสถียรยิ่งขึ้นได้ ด้วยการนำทักษะของเอเจนต์ที่เขาเขียนขึ้นมาใช้งาน “ด้วย Codex ตอนนี้เราสามารถค้นพบการแปลงพิกัดและอัลกอริทึมใหม่ๆ ได้โดยอัตโนมัติ ซึ่งสามารถเร่งการคำนวณเหล่านี้ให้เร็วขึ้นได้ถึง 1,000 เท่า สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถทำการจำลองที่ก่อนหน้านี้ไม่สามารถทำได้”

CK ยังคงต้องนำการประมาณค่าแต่ละแบบที่ Codex สร้างขึ้นไปใช้งานจริงและตรวจสอบความถูกต้องด้วยตนเอง แต่แนวทางนี้ช่วยเร่งกระบวนการทำงานของเขา และทำให้เขามีเวลามากขึ้นในการมุ่งเน้นไปที่งานวิจัย (Go เจาะลึกวิทยาศาสตร์⁠ เบื้องหลังหลุมดำและผลงานของ CK)

อนาคตแห่งการค้นพบ

CK และทีม Event Horizon Telescope กำลังรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับหลุมดำ โดยหวังว่าจะเผยแพร่ภาพเคลื่อนไหวภาพแรกได้ในช่วงปี 2570 CK รู้สึกตื่นเต้นกับสิ่งที่เขาอาจได้เรียนรู้ “หากเราสามารถบันทึกวิดีโอแรกของหลุมดำได้สำเร็จ มันจะเปิดศักราชใหม่ของฟิสิกส์ดาราศาสตร์หลุมดำในระดับขอบฟ้าเหตุการณ์และการศึกษาปรากฏการณ์ตามเวลา” เขากล่าว “สิ่งนี้จะช่วยให้เราศึกษาว่าพลาสมามีพฤติกรรมอย่างไรในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุดบางแห่งในจักรวาล”