بينما يكافح البشر لفهم الطاقة المظلمة، القوة الغامضة التي تحرك التوسع المتسارع للكون، بدأ العلماء يتساءلون عن شيء مستقبلي إلى حد ما. هل يمكن لأجهزة الكمبيوتر أن تفعل أي شيء أفضل؟ حسنًا، النتائج الأولية التي توصل إليها فريق استخدم تقنيات الذكاء الاصطناعي لاستنتاج تأثير الطاقة المظلمة بدقة لا مثيل لها قد تقترح الإجابة: نعم.
عمل الفريق، بقيادة عالم جامعة كوليدج لندن نيال جيفري، مع مشروع مسح الطاقة المظلمة لاستخدام قياسات المادة المرئية والمادة المظلمة لإنشاء محاكاة كمبيوتر فائق السرعة للكون. في حين أن الطاقة المظلمة تساعد في دفع الكون إلى الخارج في جميع الاتجاهات، فإن المادة المظلمة هي شكل غامض من المادة التي تظل غير مرئية لأنها لا تتفاعل مع الضوء.
بعد إنشاء المحاكاة الكونية، استخدم الطاقم الذكاء الاصطناعي لرسم خريطة دقيقة للكون تغطي آخر سبعة مليارات سنة وتعرض تصرفات الطاقة المظلمة. تمثل البيانات الناتجة التي توصل إليها الفريق عددًا مذهلاً من المجرات يصل إلى 100 مليون مجرة موزعة على حوالي 25% من سماء نصف الكرة الجنوبي للأرض. بدون الذكاء الاصطناعي، فإن إنشاء مثل هذه الخريطة باستخدام هذه البيانات، والتي تمثل السنوات الثلاث الأولى من الملاحظات من مسح الطاقة المظلمة، كان سيتطلب المزيد من الملاحظات بشكل كبير. تساعد النتائج في التحقق من صحة نماذج التطور الكوني التي تكون قابلة للتطبيق عند دمجها مع ديناميكيات الطاقة المظلمة، مع استبعاد بعض النماذج الأخرى التي قد لا تكون كذلك.
قال جيفري لموقع Space.com: “مقارنةً باستخدام الأساليب القديمة للتعرف على الطاقة المظلمة من خرائط البيانات هذه، أدى استخدام نهج الذكاء الاصطناعي هذا إلى مضاعفة دقتنا في قياس الطاقة المظلمة”. “ستحتاج إلى أربعة أضعاف البيانات باستخدام الطريقة القياسية.
متعلق ب: “نجوم أكسيون” التي ازدهرت بعد الانفجار الكبير يمكن أن تسلط الضوء على المادة المظلمة
وأضاف جيفري: “إذا أردت الحصول على هذا المستوى من الدقة وفهم الطاقة المظلمة بدون الذكاء الاصطناعي، فسيتعين عليك جمع نفس البيانات ثلاث مرات أخرى في بقع مختلفة من السماء. وهذا سيكون يعادل رسم خرائط لـ 300 منطقة أخرى”. مليون مجرة.”
المشكلة مع الطاقة المظلمة
الطاقة المظلمة هي نوع من الأسماء النائبة للقوة الغامضة التي تسرع توسع الكون، وتدفع المجرات البعيدة بعيدًا عن درب التبانة، وعن بعضها البعض، بشكل أسرع وأسرع بمرور الوقت.
الفترة الحالية من “التضخم الكوني” منفصلة عن تلك التي تلت ولادة الكون بعد الانفجار الكبير؛ يبدو أنه قد بدأ بعد أن تباطأ التوسع الأولي حتى توقف.
تخيل إعطاء طفل دفعة واحدة على الأرجوحة. يتباطأ التأرجح بعد إضافة تلك القوة الأولية، ولكن بدلاً من التوقف، دون أن تقوم بالدفع مرة أخرى، يبدأ التأرجح فجأة في التحرك مرة أخرى. سيكون ذلك غريبًا جدًا في حد ذاته، ولكن هناك في الواقع المزيد. سيبدأ التأرجح أيضًا في التسارع بعد استئناف الحركة فجأة، ليصل إلى ارتفاعات وسرعات متزايدة باستمرار. وهذا مشابه لما يحدث في الفضاء، حيث يتدفق الكون إلى الخارج بدلاً من التأرجح الذي يتحرك ذهابًا وإيابًا.
من المحتمل أن تكون متلهفًا جدًا لفهم ما الذي أضاف تلك “الدفعة” الإضافية وتسبب في التسارع. يشعر العلماء بنفس الشعور تجاه أي طاقة مظلمة، وكيف يبدو أنها أضافت دفعة كونية إضافية إلى نسيج الفضاء ذاته.
ومما يضاعف هذه الرغبة حقيقة أن الطاقة المظلمة تمثل حوالي 70% من ميزانية الطاقة والمادة في الكون، على الرغم من أننا لا نعرف ما هي. عند تحليل المادة المظلمة، التي تمثل 25% من هذه الميزانية ولا يمكن أن تكون مكونة من ذرات مألوفة لدينا – تلك التي تشكل النجوم والكواكب والأقمار والنجوم النيوترونية وأجسادنا والقطة المجاورة – فإننا فقط لدينا حقًا إمكانية الوصول المرئي إلى حوالي 5٪ من الكون بأكمله.
“نحن لا نفهم حقًا ما هي الطاقة المظلمة؛ إنها واحدة من تلك الأشياء الغريبة. إنها مجرد كلمة نستخدمها لوصف نوع من القوة الإضافية في الكون والتي تدفع كل شيء بعيدًا عن بعضها البعض مع استمرار توسع الكون في التسارع “، قال جيفري. “يحاول مسح الطاقة المظلمة فهم ما هي الطاقة المظلمة. والشيء الرئيسي الذي نحاول القيام به هو طرح السؤال: هل هي ثابتة كونية؟”
إن الثابت الكوني، الذي يمثله الحرف اليوناني لامدا، له تاريخ طويل جدًا بالنسبة لعلماء الكون. قدمه ألبرت أينشتاين لأول مرة للتأكد من أن معادلات نظريته الثورية للجاذبية، النسبية العامة، عام 1915، تدعم ما يعرف باسم “الكون الساكن”.
ومع ذلك، تم تحدي هذا المفهوم عندما أظهرت ملاحظات إدوين هابل للمجرات البعيدة أن الكون يتوسع وبالتالي فهو يتوسع. لا ثابتة. ألقى أينشتاين الثابت الكوني في سلة المهملات العلمية، زاعمًا أنه وصفه بأنه “أعظم خطأ ارتكبه”.
ومع ذلك، في عام 1998، قام فريقان منفصلان من علماء الفلك بمراقبة المستعرات الأعظم البعيدة ليكتشفوا أن الكون لا يتوسع فحسب، بل يبدو أنه يفعل ذلك بمعدل متسارع. تم اختراع الطاقة المظلمة كتفسير للقوة الكامنة وراء هذا التسارع، وتم إخراج الثابت الكوني من سلة المهملات الافتراضية.
الآن، يمثل الثابت لامدا الكوني طاقة الفراغ الخلفية للكون، والتي تعمل تقريبًا كقوة “مضادة للجاذبية” تدفع توسعه. اعتبارًا من الآن، يعد الثابت الكوني هو الدليل الرئيسي على الطاقة المظلمة.
قال جيفري: “نتائجنا، مقارنة باستخدام الطرق القياسية مع نفس خريطة المادة المظلمة، تم صقلها بإحكام، ووجدنا أن هذا لا يزال متسقًا مع تفسير الطاقة المظلمة بواسطة ثابت كوني”. “لذا فقد استبعدنا بعض النماذج الفيزيائية للطاقة المظلمة بهذه النتيجة.”
ومع ذلك، فإن هذا لا يعني أن أسرار الطاقة المظلمة – أو الصداع الذي يمثله الثابت الكوني – قد تم حله.
“أسوأ توقع في تاريخ الفيزياء”
لا يزال الثابت الكوني يشكل مشكلة كبيرة للعلماء.
وذلك لأن ملاحظات الأجرام السماوية البعيدة والمتراجعة تشير إلى قيمة لامدا بمقدار 120 مرة (10 متبوعة بـ 119 صفرًا) أصغر مما تنبأت به فيزياء الكم. ولذلك، لسبب وجيه، تم وصف الثابت الكوني بأنه “أسوأ تنبؤ نظري في تاريخ الفيزياء” من قبل بعض العلماء.
جيفري واضح: على الرغم من سعادة الفريق بهذه النتائج، إلا أن هذا البحث لا يستطيع بعد تفسير الفجوة الهائلة بين النظرية والملاحظة.
وتابع: “هذا التباين كبير جدًا، ويخبرنا أن نظريتنا في ميكانيكا الكم خاطئة”. “ما يمكن أن تخبرنا به هذه النتائج هو أي نوع من المعادلات أو أي نوع من النماذج الفيزيائية تصف الطريقة التي يتوسع بها كوننا وكيف تعمل الجاذبية، وتجمع كل شيء مكون من مادة في الكون معًا.”
أيضًا، في حين أن نتائج الفريق تشير إلى أن النسبية العامة هي الوصفة الصحيحة للجاذبية، إلا أنها لا تستطيع استبعاد نماذج الجاذبية المحتملة الأخرى التي يمكن أن تفسر التأثيرات المرصودة للطاقة المظلمة.
قال جيفري: “في ظاهر الأمر، مجرد النظر إلى هذه النتائج وحدها يتوافق مع النسبية العامة – ولكن لا يزال هناك مجال كبير للمناورة لأنه يسمح أيضًا بنظريات أخرى حول كيفية عمل الطاقة المظلمة أو الجاذبية أيضًا”.
يوضح هذا البحث فائدة استخدام الذكاء الاصطناعي لتقييم نماذج محاكاة للكون، واختيار الأنماط المهمة التي قد يفوتها البشر، وبالتالي البحث عن أدلة مهمة للطاقة المظلمة.
وقال جيفري: “باستخدام هذه التقنيات، يمكننا الحصول على نتائج كما لو أننا حصلنا على تلك البيانات ثلاث مرات أخرى، وهذا أمر مذهل للغاية”.
يشير باحث جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس إلى أن الأمر سيتطلب شكلاً محددًا جدًا من الذكاء الاصطناعي الذي تم تدريبه جيدًا على اكتشاف الأنماط في الكون لإجراء هذه الدراسات. لن يتمكن علماء الكونيات من تغذية أنظمة الذكاء الاصطناعي الخاصة بهم بعمليات المحاكاة القائمة على الكون مثلما يمكن للمرء طرح الأسئلة في ChatGPT وتوقع النتائج.
وقال: “المشكلة في ChatGPT هي أنه إذا لم يعرف شيئًا ما، فسوف يختلقه”. “ما نريد معرفته هو متى نعرف شيئًا ما ومتى لا نعرف شيئًا ما. لذلك أعتقد أنه لا يزال هناك حاجة إلى الكثير من النمو حتى يتمكن الأشخاص المهتمون بالعمل الذي يجمع بين العلم والذكاء الاصطناعي من الحصول على نتائج موثوقة.”
قصص ذات الصلة:
– تشير دراسة نظرية جديدة إلى أن توسع الكون قد يكون سرابًا
— تنتشر الطاقة المظلمة الغامضة بالتساوي عبر الكون
– قد تكون الثقوب السوداء مصدر الطاقة المظلمة الغامضة
لا يزال هناك ست سنوات أخرى من البيانات قادمة من مسح الطاقة المظلمة، والذي، إلى جانب الملاحظات من تلسكوب إقليدس الذي تم إطلاقه في يوليو 2023، ينبغي أن يوفر المزيد من المعلومات حول الهياكل واسعة النطاق للكون. وهذا من شأنه أن يساعد العلماء على تحسين نماذجهم الكونية وإنشاء عمليات محاكاة أكثر دقة للكون، والتي يمكن أن تقودهم أخيرًا إلى إجابات بخصوص لغز الطاقة المظلمة.
واختتم جيفري حديثه قائلاً: “هذا يعني أن الأكوان المحاكاة التي نولدها واقعية للغاية؛ بمعنى ما، يمكن أن تكون أكثر واقعية مما تمكنا من فعله بأساليبنا القديمة”. “لا يتعلق الأمر بالدقة فحسب، بل يتعلق أيضًا بالإيمان بهذه النتائج والتفكير في أنها موثوقة.”
بحث الفريق متاح كطبعة أولية على مستودع الورق arXiv.