用 Codex 建立新的黑洞模擬
一位計算天體物理學家正在探索已知宇宙的邊緣，同時努力構建首個黑洞動態影像。
「這些工具正以非常根本的方式改變我們進行科學研究的方法。」
研究宇宙邊緣
黑洞存在於我們宇宙的邊緣，是天文學家難以研究的天體。它們不會發光，距離又極其遙遠，無法直接拍攝——要看見一個黑洞，你需要一台地球大小的望遠鏡——而支配它們的物理定律也不總是與我們現有的理解相符。
對計算天體物理學家 Chi-kwan「CK」Chan 來說，這一切都不新鮮。CK 是亞利桑那大學教授，研究黑洞已超過 20 年。2019 年，他參與了事件視界望遠鏡合作項目，產出了首張黑洞影像。今年，在美國國家科學基金會（在新視窗中開啟）的支持下，他們正追求一個更宏大的目標：建立首個黑洞動態影像。
CK 在基特峰國家天文台，從亞利桑那電波天文台 12 米電波望遠鏡收集數據。
「黑洞最初源於理論。所以我們能夠觀測到它們，實在令人非常興奮。」—Chi-kwan「CK」Chan
若要了解現有模型仍有哪些不足，就必須建立更好的模型，也就是描述物質在極端條件下如何行為的數學近似式。但這些方程式極其複雜。即使是最大的超級電腦也難以求解，而開發新方法可能需要多年工作。因此，CK 轉向 Codex，借助它加快這個過程。
「我要花十天才能想出十個新的近似法。有了 Codex，幾分鐘內就能完成。」
CK 寫出一個近似式，讓他的學生檢視。
CK 在亞利桑那大學帶領他的學生進行小組討論。
CK 手寫的一個數學近似式。
新技術，新方法
由於黑洞距離地球非常遙遠，研究它們的唯一方法，就是測量落入其中的等離子體。CK 建立等離子體模擬，然後將其與望遠鏡收集到的觀測數據作比較。「然而，這些模擬仍有不足，」CK 說。「當我們將模擬與觀測比較時，會發現黑洞周圍的等離子體密度非常低，因此其實不能把等離子體近似為流體。」CK 能正確模擬它們的唯一方法，是追蹤個別電子和離子。「而那是一個在計算上難以處理的問題。」
CK 使用 Codex 尋找新的數值算法，並透過實作一項他編寫的智能代理技能，協助他建立更快、更穩定的模擬。「有了 Codex，我們現在能自動發現新的座標變換和算法，將這些計算加快 1000 倍。這讓我們能進行過去不可能做到的模擬。」
CK 仍然需要實作並驗證 Codex 建立的每個近似法，但這種方法已加快他的工作流程，讓他能把更多時間集中在研究上。（深入了解黑洞及 CK 工作背後的科學。）
「在很長一段時間裏，天文學家和科學家都需要成為出色的開發人員，才能解決我們的問題。AI 讓我們能把重點重新放回科學問題，而不是編碼部分。」
位於基特峰的亞利桑那電波天文台 12 米電波望遠鏡，是事件視界望遠鏡網絡中十一座天文台之一。
Codex 協助 CK 審閱科學程式碼，並找出統計和數值方法上的錯誤，幫助他產出更可靠的結果。
CK 在亞利桑那電波天文台 12 米電波望遠鏡的控制室內。
探索的未來
CK 和事件視界望遠鏡團隊目前正在收集黑洞數據；他們希望在 2027 年發佈首個動態影像。CK 對未來可能獲得的新發現感到興奮。「如果我們成功拍攝到這段首個黑洞影片，將開啟事件視界尺度、時域黑洞天體物理學的新時代，」他說。「它將讓我們研究等離子體在宇宙中某些最極端環境下的行為。」
「如果你對周遭世界感到好奇，就會不斷尋找新的答案。這就是我們學習的方式。這就是我們推進技術、推進文明的方式。」—Chi-kwan「CK」Chan
CK 與 Ram、Nayera 和 Hayden 合照；三人都是他在亞利桑那大學的學生，亦參與黑洞數據分析和建立新模擬。
「我來自香港的草根家庭。所以能夠在黑洞研究前沿工作，我真的覺得無比幸運。」—Chi-kwan「CK」Chan
「人類天生就是探索者。而天文學是我們探索的終極前沿。因此，這是人類知識抵達宇宙邊緣的一種方式。」