人工智慧！這是個好東西，因為能幫天文學家找到引力波

嘿，HAL，你能幫我們找到黑洞撞擊嗎？

數值相對論模擬的科學視覺化描述了兩個黑洞碰撞一致和雙黑洞合併GW170814星是一致的。（圖片來源：阿貢領導力計算機設施，視覺化與資料分析小組［Janet Knowles， Joseph Insley， Victor Mateevitsi， Silvio Rizzi］）

科學家們在全宇宙搜尋形蹤難覓的引力波，新的工具：人工智慧或許會增強他們在這項工作中的發現。

引力波是時空波紋，產生於大質量物體加速或受到干擾時，例如一個黑洞和一顆中子星相撞。透過阿爾伯特·愛因斯坦的理論，研究者們在2015年第一次透過LIGO （高階鐳射干涉儀引力波天文臺）發現了引力波，從而證實了其真實存在。六年後的現在我們已經探測到了至少50條引力波。

但是在繼續探測引力波時，一些科學家認為如果使用AI技術，他們能更快速的注意到引力波訊號，因此也會更加頻繁地發現引力波。在一項新的研究中，研究者們展示了使用超級計算機和AI技術是如何使其成為可能的。

“在這項研究中，我們將AI和超級計算機的力量合在一起，來幫忙解決及時的相關的大資料實驗，我們現在不僅是確認AI是否能為巨大的挑戰提供新的解決方案，而且已經能讓AI研究完全可再生。”艾琉·赫爾塔，能源部美國阿貢國家實驗室的計算機科學家和來自阿貢、芝加哥大學、伊利諾伊大學厄巴納香檳分校、NVIDIA和IBM的合作方一起主導了這項研究，並在一份研究報告中做了以上表述。

在這項新的研究裡，小組發展出一份AI框架，希望將其應用於更快速，更具規模及可再生的引力波探測中。根據同一份報告，該小組認為這一框架比現有的方法更快捷，而且僅需最基礎且便宜的GPU來處理LIGO資料。作為參考：這種GPU通常用於影片遊戲系統。

有了AI框架，小組處理LIGO 2017年一整個月的資料只用了不到七分鐘，還識別出全部四種由黑洞合併產生的引力波訊號。還是同一份報告，這四種訊號早就已經被科學家定義過了。

“作為一個計算機科學家，這個專案最讓我激動的地方在於只要用對工具，AI方法可以非常自然地成為科學工作的一部分，讓他們的工作完成的更快更好。增強而非取代人類智慧。”伊恩·福斯特，阿貢資料科學與學習分部總監在同一報告中發表以上論述。

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黑洞是宇宙中一處超級隱蔽區。任何粒子或電磁射線，光線都無法逃逸，廣義相對論證明了足夠的緻密質量是可以扭曲時空從而形成黑洞的。無法逃逸的邊界稱為事界。儘管它對穿越其的物體的命運和環境會產生巨大的影響，但是根據廣義相對論，它尚無固定可探測的特點，在很多方面黑洞看上去就像一個理想黑體，不會反射任何光線。

此外，彎曲時空中量子場理論預測事界會發射霍金射線，它的光譜和質量與溫度成反比的黑體相同。對於星球黑洞來說，這一溫度大約是1/10億開爾文，這使得黑洞基本上不可能直接被觀測到。

在廣義相對論裡，引力波是時空的漣漪。當投擲石頭到池塘裡時，會在池塘表面產生漣漪，從石頭入水的位置向外傳播。當帶質量物體呈加速度運動時，也會在時空產生漣漪，從帶質量物體位置向外傳播，這種時空的漣漪就是引力波［1］［2］。由於廣義相對論限制了引力相互作用的傳播速度為光速，因此兩個宇宙物體間萬有引力的感應會產生引力波的現象，我們可以想像在平面上放置一顆重球移動後，造成平面的時空扭曲波擴散出去要一段時間，之後才會對遠方的另一顆球產生影響。相反地說，牛頓重力理論中的相互作用是以無限的速度傳播，所以在這一理論下並不存在引力波［3］。

BY： Chelsea Gohd

FY： ISHUCA·柳

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