用 Codex 创建新的黑洞模拟
一位计算天体物理学家正在探索已知宇宙的边缘，同时致力于构建首个黑洞动态影像。
“这些工具正在以一种非常根本的方式改变我们开展科学研究的方式。”
研究宇宙边缘
黑洞存在于我们宇宙的边缘，是天文学家难以研究的天体。它们不发光，又因为距离太远而无法被直接捕捉——要看到一个黑洞，你需要一台地球大小的望远镜——而且支配它们的物理规律并不总是符合我们目前的理解。
对于计算天体物理学家 Chi-kwan “CK” Chan 来说，这些都不是什么新闻。CK 是亚利桑那大学教授，研究黑洞已有 20 多年。2019 年，他参与了事件视界望远镜合作项目，该项目拍摄出了第一张黑洞图像。今年，在 美国国家科学基金会（在新窗口中打开） 的支持下，他们正在追求一个更加雄心勃勃的目标：创建首个黑洞动态影像。
CK 在基特峰国家天文台的亚利桑那射电天文台 12 米射电望远镜收集数据。
“黑洞最初是基于理论提出的。所以我们现在能够观测到它们，真的令人无比兴奋。” —Chi-kwan “CK” Chan
要理解缺失之处，需要构建更好的模型：用数学近似来描述物质在极端条件下的行为。但这些方程极其复杂。即使是最大的超级计算机也难以求解它们，而开发新方法可能需要数年工作。于是 CK 转向 Codex，借助它来加速这一过程。
“我过去需要十天才能想出十个新的近似方法。有了 Codex，这件事几分钟就能完成。”
CK 写出一个近似方法，供他的学生审阅。
CK 在亚利桑那大学为他的学生主持小组讨论。
CK 手写的一个数学近似。
新技术，新方法
由于黑洞距离地球极其遥远，研究它们的唯一方式是测量落入其中的等离子体。CK 会创建等离子体模拟，然后将其与望远镜收集到的观测数据进行比较。“然而，这些模拟还不够完善，”CK 说。“当我们把模拟与观测进行比较时，会发现黑洞周围的等离子体密度非常低，因此我们实际上不能把等离子体近似看作流体。”CK 要正确模拟它们，唯一的方法是追踪单个电子和离子。“而这在计算上几乎是不可处理的问题。”
CK 使用 Codex 寻找新的数值算法，帮助他通过实现自己编写的一项智能体技能，创建更快、更稳定的模拟。“借助 Codex，我们现在能够自动发现新的坐标变换和算法，让这些计算实现大幅加速。它让我们能够进行以前不可能完成的模拟。”
CK 仍然需要实现并验证 Codex 创建的每一个近似，但这种方法已经加快了他的工作流程，让他能把更多时间专注于研究。（深入了解黑洞以及 CK 工作背后的科学。）
“在很长一段时间里，天文学家和科学家需要成为出色的开发者，才能解决我们的问题。AI 让我们能够重新把注意力放在科学问题上，而不是编码部分。”
基特峰亚利桑那射电天文台 12 米射电望远镜是事件视界望远镜网络中的十一座天文台之一。
Codex 帮助 CK 审查科学代码，并发现统计和数值方法中的错误，帮助他生成更可靠的结果。
CK 在亚利桑那射电天文台 12 米射电望远镜的控制室内。
发现的未来
CK 和事件视界望远镜团队目前正在收集黑洞数据；他们希望在 2027 年某个时候发布首个动态影像。CK 对自己可能学到的东西感到兴奋。“如果我们成功捕捉到这个首个黑洞视频，它将开启一个新的视界尺度、时域黑洞天体物理学时代，”他说。“它将让我们研究等离子体在宇宙中一些最极端环境中的行为。”
“如果你对周围的世界感到好奇，你就会不断寻找新的答案。这就是我们学习的方式。这就是我们推动技术进步、推动文明进步的方式。” —Chi-kwan “CK” Chan
CK 与他的三名亚利桑那大学学生 Ram、Nayera 和 Hayden 在一起，他们也参与黑洞数据分析和新模拟的创建。
“我来自香港的一个草根家庭。所以能在黑洞研究前沿工作，我真的觉得自己无比幸运。” —Chi-kwan “CK” Chan
“人类是探索者。而天文学是我们探索的终极前沿。因此，这是人类知识抵达宇宙边缘的一种方式。”